В последние годы развитие интеллектуального полевого оборудования стало темой, которую все любят обсуждать. Подавляющее большинство дискуссий сосредотачивалось на новых функциях передатчика, но также звучали жалобы на то, как трудно системе управления получить дополнительную информацию, возможно, потому что старая сеть на уровне устройств не могла справиться с такой потребностью.
Появление таких проблем тесно связано с текущим состоянием промышленной сети производственных предприятий. Большинство производственных предприятий, работающих более нескольких лет, с момента их первоначального строительства использовали широкий ассортимент оборудования автоматизации. И так же, как и «принцип бочки» (сколько воды может вместить ведро, зависит от самой короткой доски), общая производительность системы не будет лучше, чем у ее старейшего оборудования. Это распространено в сетях полевых устройств, использующих общие аналоговые величины.
Поставщики систем управления уже долгое время предоставляют широкий спектр функций, которые гораздо сложнее простого аналогового ввода/вывода. Хотя многие компании до сих пор используют эту старую, устаревшую систему измерений, I/O с поддержкой HART существует уже несколько лет. Большинство компаний, оснащающих оборудование и объекты HART, используют HART5 с 90-х годов. Последние данные: несколько крупных поставщиков систем представили настраиваемый I/O, который можно изменять с помощью программного обеспечения или аппаратных модулей.
Это настраиваемый вход/выход предоставляет пользователям новейшие функции для взаимодействия с умными устройствами и реализации всех преимуществ, которые они могут предоставить. Настраиваемый вход/выход обеспечивает полное взаимодействие с все более распространенными передатчиками HART6 и HART7 и позволяет двунаправленную связь с устройством со всеми новейшими диагностическими данными и системами управления.
Многие крупные компании в процессной отрасли, включая операторов нефтеперерабатывающих заводов, рассматривают это как важное технологическое достижение, которое может полностью упростить будущие изделия. Устройства с расширенными возможностями HART обеспечивают сложные пути связи при меньших затратах на внедрение, упрощенном поиске и устранении неисправностей и большей гибкости.
Огромное улучшение
Автоматизация — это инфраструктура, лежащая в основе процесса процесса. Поэтому те, кто проектирует системы автоматизации, должны соответствовать потребностям химических инженеров и других проектировщиков процессов. Если один из элементов меняется, автоматизированная система должна адаптироваться к изменениям, так как это может нарушить всё и сделать систему автоматизации самым важным доступом к товару. Не всё оборудование и системы автоматизации на рынке можно легко настроить в соответствии с этими новыми изменениями.
Большинство автоматизированных устройств разработаны для конкретных применений и, следовательно, высоко индивидуализированы. Это делает их дорогими, дорогостоящими для изменения, требует много инженерной работы и большого объема документации и тестирования. Возможность использовать готовые устройства с меньшими средствами связи и более стандартными протоколами была бы огромной помощью.
Многие пользователи очень воодушевлены новыми настраиваемыми системами ввода/вывода, которые уже присутствуют на рынке. Они видят через такие системы, что поставщики действительно прислушиваются к ним и готовы сделать больше шагов в направлении гибкости. Есть две вещи, о которых пользователи приборов с функцией HART постоянно упоминают и хотят избавиться: распределительный шкаф и HART-мультиплексор. Настраиваемый ввод/вывод может устранить оба.
Итак, в чем именно проблема?
Честно говоря, эти достижения считаются замечательными. Но постоянная проблема — это настройка устройства. За последние несколько лет количество параметров, которые необходимо установить для типичного умного устройства, значительно увеличилось. Люди, которым нужно настраивать через клавиатуру, вынуждены справляться с такими ситуациями бесконечными вопросами и ответами. Конкретное количество параметров варьируется от устройства к устройству, но на их установку всегда требуется время.
Есть пользователи, которые работают с поставщиками для разработки заранее настроенных устройств. Когда пользователь получает устройство, передатчик уже оснащен измерительным диапазоном, единицами измерения, сигналами тревоги и т.д., поэтому он готов к использованию. Эти работы предоставляют вам всю необходимую информацию в момент, когда вам нужно заказать оборудование, т.е. на раннем этапе процесса. Это также означает, что характеристики нельзя изменить между заказом и установкой и вводом в эксплуатацию. Эти квалификации снижают полезность такого подхода.
Некоторые пользователи спрашивают: «Почему мы не можем позволить системе выполнить настройку за нас?» Система управления обладает всей необходимой информацией, которую можно получить от известного полевого оборудования. Она знает, что измерительный диапазон PT215 составляет 0-30 psi и что он сработает с сигналом тревоги при 25 psi и т. д. Вся эта информация доступна в системе и постоянно обновляется. Почему техникам нужно смотреть эту информацию и вручную вводить её в устройство? ”
Недавно Тимм Мэдден, старший консультант по приборам и автоматизации в ExxonMobil Development, подготовил доклад для пользовательской базы Yokogawa под названием «Вот как это произошло». Он рассказал о множестве способов, которыми компании используют перерабатывающие элементы, чтобы автоматизация не стала критическим этапом. Цель — сделать автоматизацию незаметной. Проблемы, происхождение которых неизвестно, почти никогда не возникают, а автоматизированные системы решают проблему с самого начала.
ExxonMobil — известная компания, работающая с вопросами автоматизации, и она также предъявляет много требований к поставщикам. Некоторые отчеты г-на Мэддена посвящены технологиям, другие — программным вопросам, и он также тратит довольно много времени на обсуждение настроек умных устройств. Он представил систему под названием "DICED", которую использует ExxonMobil.
Мистер Мэдден также отметил, что ExxonMobil хотела стандартизировать оборудование и реализовать все индивидуальные требования к элементам через программное обеспечение. Полевая аппаратура с настраиваемыми входами/выходами должна быть в наличии, готовая к быстрой отгрузке, полностью протестированная и готовая к установке. Вся информация получается из системы управления через сеть, поэтому техникам практически не нужно ничего делать, кроме как подключить кабели оборудования. Всё предварительно протестировано, и объём необходимой документации значительно сокращён.
Он сказал, что установка такого умного I/O шкафа на объекте потребует только оптический кабель до центра управления и резервное питание. Для полевого оборудования старый панельный шкаф требовал от 15 до 25 клемм с каждого устройства к системе управления, а теперь требуется только 5: 2 на стороне оборудования и 3 на стороне шкафа. ExxonMobil не использовала сеть fieldbus и предпочитала оборудование HART. Аргумент г-на Мэддена заключается в том, что такой подход к умным I/O шкафам делает несущественным различие, используется ли в поле технология HART или fieldbus, и архитектура системы и доступные функции по сути одинаковы.
Пропасть между реальностью и воображением
Технология, необходимая для поддержки системы «DICED», пока не существует. Но как далеко мы от неё? ExxonMobil считает, что передатчики HART6 и HART7 уже доступны, и что новая система ввода/вывода должна быть способна её поддерживать. При подготовке этой статьи авторы задали четырем основным поставщикам производственной инструментальной и настраиваемой системы ввода/вывода вопрос: «Как далеко мы от достижения этого?» В результате никто не ответил.
Возможно, что в этой области прогресс выше, чем мы знаем, или что некоторые поставщики пробуют разные подходы, но цель схожа. Оставим ответ времени.
Настройки смарт-устройства
По словам Тимма Мэддена, старшего консультанта по приборам и автоматизации в ExxonMobil Development, при использовании DICED (см. ниже значение каждой буквы) и подключении нового устройства HART6 или HART7 к системе управления через настраиваемый I/O, процесс проходит следующим образом:
Обнаружение (D) — Когда новое устройство HART подключается к настраиваемому вводу/выводу, канал ввода-вывода фиксирует, что ток течёт в направлении, которое ранее не течёт. Это значит добавить новое устройство.
Канал Ask (I)-I/O будет передавать команды HART с запросом маркировки оборудования. Устройства с функцией HART возвращают свое имя тега. Если новое оборудование не является устройством с функцией HART, например запорным клапаном, то очевидно, что оно не сможет ответить на запрос. В этом случае процесс DICED завершает работу, но отчет все равно создается для пользователя, информируя его об изменении проводки в поле, вероятнее всего о новой установленной DI или DO устройстве.
Конфигурация (C) — После того как система обнаружила и идентифицировала новое функциональное устройство HART, система может задать его диапазон, единицы измерения и другую конфигурационную информацию. Наш план состоит в том, чтобы приобрести полевые устройства, которые предварительно настроены только с тегами, а затем настроить полевые устройства с помощью систем, которые обычно имеют актуальные данные.
Включить (E) - предполагается, что полевые устройства уже настроены системой и являются частью конкретной политики управления. Обратите внимание, что наш процесс выполнения элементов основан на предположении, что большую часть проектирования, настройки и тестирования мы будем выполнять в виртуальной среде, но мы можем не знать, через какой канал ввода/вывода настроено каждое полевое устройство.
Итак, на этом этапе система знает, к какому каналу ввода/вывода подключено новое устройство, и разрабатывает логику между политикой управления контактами и полевым устройством. После этого полевое устройство и связанная с ним логика вводятся в эксплуатацию.
Документ (D) - Предполагая, что все вышеуказанные шаги выполнены успешно, мы ожидаем, что система зафиксирует этот успех в журнале событий. Наша цель заключается в том, чтобы значительно упростить процесс пуско-наладки на месте, который в настоящее время требует бумажных папок и многочисленных выездов на объект.
Мы также считаем, что система может автоматизировать тестирование, которое в настоящее время требует, чтобы инженер или оператор сидели перед консолью и связывались с полевой командой по радио. Например, если обнаруженное устройство — это регулирующий клапан, мы можем отправить аналоговый выход на клапан и считывать его положение через HART. Следовательно, мы можем предположить, что клапан работает правильно, не заклинивает, что его режим отказа (неправильное открытие или закрытие) верен, и что его положение соответствует диапазону перемещения.
Одно из наших мнений заключается в том, что все электронные цепи, которым необходимо выполнять DICED, включены в настраиваемые модули ввода/вывода. Сейчас проблема заключается в том, чтобы заставить программное обеспечение работать так, чтобы мы могли максимально использовать это оборудование. Обратите внимание, что DICED не требует изменений в самом полевом оборудовании.