Współczesne inteligentne oprzyrządowanie i urządzenia poziomu obiektowego charakteryzują się bardzo wysokim stopniem zaawansowania technicznego i funkcjonalnego. Dlaczego więc ich konfiguracja musi być nadal w znacznej mierze przeprowadzana ręcznie?
W ostatnich latach w magazynie ?Control Engineering? co pewien czas omawiane są nowe osiągnięcia w zakresie inteligentnych urządzeń i modułów obiektowych. Mimo że dyskusja ta skupia się głównie na nowych funkcjach przetworników, wskazywano w niej również, jak trudno wprowadzić z nich informacje do systemów sterowania, gdyż sieci oparte na starszych technologicznie modułach nie są w stanie ich obsłużyć.
Częściowo wynika to z realiów sieci przemysłowych istniejących w zakładach produkcyjnych. Większość urządzeń technologicznych, starszych niż kilkuletnie, jest obsługiwana przez system automatyki stanowiący zbieraninę różnych urządzeń instalowanych w różnych okresach, od chwili powstania zakładu. W tym przypadku większość systemów działa na zasadzie ?najmniejszego wspólnego mianownika?, a ich wydajność jest ograniczona wydajnością najstarszych elementów składowych. Często uwidacznia się to w sieciach, które komunikują się z urządzeniami poziomu obiektowego w taki sposób, jakby wciąż były analogowe.
Dostawcy systemów sterowania już od dłuższego czasu oferują bardziej zaawansowane rozwiązania niż proste analogowe wejścia-wyjścia. Natywne wejścia–wyjścia obsługujące protokół HART są dostępne od wielu lat, chociaż wiele firm posiadających starsze systemy jeszcze ich nie wdrożyło. Większość już działających urządzeń i infrastruktur opartych na protokole HART (instalacje z wejściami-wyjściami i multiplekserami obsługujące protokół HART) korzysta z wersji 5. protokołu HART, wprowadzonej we wczesnych latach 90. XX w. W międzyczasie kilku największych dostawców systemów sterowania wprowadziło konfigurowalne wejścia-wyjścia, które mogą być modyfikowane za pośrednictwem oprogramowania lub modułu sprzętowego.
Takie konfigurowalne wejście-wyjście, przynajmniej w odniesieniu do urządzeń HART, zapewnia najnowocześniejszy mechanizm interakcji użytkownika z urządzeniami inteligentnymi i możliwość pełnego wykorzystania ich zalet. Pozwala ono na pełną interakcję z coraz szerzej dostępnymi przetwornikami HART 6 i 7 oraz korzystanie z najnowszych danych diagnostycznych i dwukierunkowej komunikacji pomiędzy systemem sterowania a urządzeniem.
Wielu właścicieli dużych instalacji technologicznych, takich jak operatorzy rafinerii, uważa to za ogromne osiągnięcie techniczne, które znacznie uprości wdrażanie projektów. Zaawansowane urządzenia obsługujące protokół HART będą mogły korzystać z równie wydajnych ścieżek komunikacji, wyróżniających się niższymi kosztami wdrażania, łatwiejszym usuwaniem usterek i dużo większą elastycznością.
Systemy automatyki elementem ścieżki krytycznej projektu
Zastanówmy się nad obecną sytuacją. W ostatnich kilku latach miało miejsce kilka ciekawych dyskusji, w których przedstawiciele zakładów przetwórczych częściej zabierali głos na temat stanu branży automatyki i swoich oczekiwań w stosunku do dostawców sprzętu. Wypowiedzi różniły się szczegółami, lecz pojawiło się kilka wspólnych wątków.
Automatyka to infrastruktura wspierająca proces technologiczny. Z tego względu projektanci systemów automatyki powinni spełniać wymagania technologów chemicznych i innych specjalistów zajmujących się produkcją, którzy opracowują procesy technologiczne. W przypadku zmiany któregokolwiek z elementów procesu system automatyki musi dostosować się do tej zmiany. Mogą z tego wyniknąć liczne zakłócenia, a automatyka może się stać częścią ścieżki krytycznej projektu. Obecnie dostępne urządzenia i systemy automatyki nie zawsze pozwalają na łatwe wprowadzenie zmian na późnym etapie wdrażania.
Zbyt duża część sprzętu do systemów automatyki musi być projektowana specjalnie pod kątem danej aplikacji i dostosowywana do niej. Wiąże się to z dużymi kosztami, trudnością wprowadzania zmian i dużym wkładem pracy personelu inżynieryjnego. Należy sporządzić obszerną dokumentację i przeprowadzić wiele testów. Możliwość użycia znormalizowanego sprzętu dostępnego od ręki wraz z mniejszą liczbą protokołów i sposobów komunikacji stanowiłaby znaczne ułatwienie.
Listę tę można rozszerzać, lecz ograniczymy się do zagadnień związanych z oprzyrządowaniem.
Wielu użytkowników z entuzjazmem wypowiada się na temat nowych konfigurowalnych systemów wejść-wyjść dostępnych obecnie na rynku. Przyjmują je oni jako dowód uwzględniania ich potrzeb przez dostawców i pragną wykorzystać oferowany przez nie ogromny postęp w zakresie elastyczności. Użytkownicy oprzyrządowania obsługującego protokół HART stale wspominają o dwóch rzeczach, których chcą się pozbyć ? są to szafy przyłączeniowe i multipleksery HART. Konfigurowalne wejścia-wyjścia pozwalają wyeliminować oba te elementy.
Dlaczego nie można pozwolić, aby system sam się skonfigurował?
Wszystkim tym osiągnięciom technicznym i funkcjonalnym słusznie przypisuje się ogromne znaczenie. Jednak wciąż pozostaje problem konfiguracji takich urządzeń.
Liczba parametrów niezbędnych do ustawienia na typowym urządzeniu inteligentnym w ciągu ostatnich kilku lat znacząco wzrosła. Osoba odpowiedzialna za wprowadzanie ustawień musi odpowiedzieć na długą listę pytań, aby pomyślnie ukończyć konfigurowanie urządzenia. Ich liczba jest różna w zależności od typu i zadania poszczególnych urządzeń, ale proces ten zawsze jest czasochłonny. Użytkownicy sieci z protokołem Foundation Fieldbus twierdzą, że konfiguracja w tym systemie może być nieco szybsza, lecz odbywa się w podobny sposób ? za pomocą nużącego dialogu.
Niektórzy klienci współpracują z dostawcami w zakresie wstępnej konfiguracji urządzeń. Gotowe urządzenia są wyposażone w przetworniki z wbudowanymi zakresami, jednostkami roboczymi, alarmami itp., a zatem działają na zasadzie plug and play. System ten funkcjonuje prawidłowo pod warunkiem, że klient dysponuje wszystkimi tymi informacjami w chwili składania zamówienia, czyli na dość wczesnym etapie. Oznacza to też brak możliwości zmiany danych konfiguracyjnych od momentu zamówienia urządzeń do ich rozruchu. Te dwa ograniczenia obniżają wartość praktyczną opisanego podejścia.
Pytanie zadawane przez niektórych użytkowników brzmi: ?Dlaczego nie jest możliwe, aby system sam się skonfigurował? Współczesny system sterowania dysponuje wszystkimi informacjami o tym, czego oczekuje się od poszczególnych urządzeń obiektowych. System wie, że przetwornik PT215 ma zakres 02 barów i powinien wyzwolić alarm przy ciśnieniu 1,75 bara itp. Wszystkie te informacje znajdują się w systemie i są aktualne. Dlaczego zatem technik musi odczytać te informacje i ręcznie wprowadzić je do urządzenia?".
Timm Madden, starszy konsultant ds. oprzyrządowania i sterowania w firmie ExxonMobil Development, wygłosił prezentację dla Grupy Użytkowników produktów Yokogawa, zatytułowaną ?Po prostu tak się dzieje? (?It Just Happens?). Wspomniał o wielu metodach, które jego firma stosuje, aby nie dopuścić do sytuacji, w której automatyka stanowi krytyczny element ścieżki rozwoju i implementacji projektów branży rafineryjnej. Celem firmy jest uczynienie automatyki systemem ?niewidzialnym?. Automatyka powinna sprawiać minimalną liczbę problemów i działać od początku bez żadnej ingerencji.
ExxonMobil, jedna z firm aktywnie wypowiadających się na temat problemów automatyki, postawiła kilka wyzwań stojących przed społecznością dostawców. Niektóre z zagadnień poruszonych w trakcie prezentacji miały charakter techniczny, inne ? proceduralny, jednak Madden poświęcił sporą część wykładu konfiguracji urządzeń inteligentnych. Opisał on system opracowywany przez firmę ExxonMobil, nazywany w skrócie DICED (zob. ramka).
Madden podkreślił, że firmie ExxonMobil zależy na standaryzacji sprzętu i wprowadzaniu wszystkich ustawień wymaganych dla danego projektu z poziomu oprogramowania. Szafa lokalna, wyposażona w konfigurowalne wejścia-wyjścia, powinna w niedługim czasie stać się towarem standardowym, dostępnym niemal od ręki, dokładnie przetestowanym i gotowym do pracy. Wszystkie informacje są przekazywane z systemu sterowania za pośrednictwem sieci, a technik musi jedynie podłączyć kable urządzenia. Całość jest wstępnie przetestowana, a objętość dokumentacji znacznie ograniczona.
Według Maddena taka inteligentna szafa wejść-wyjść może być zainstalowana w terenie pod warunkiem zapewnienia jedynie doprowadzenia kabla światłowodowego, łączącego z systemem centralnym oraz rezerwy mocy. W przypadku tradycyjnego systemu z szafami przyłączeniowymi między urządzeniami zewnętrznymi poziomu obiektowego a systemem sterowania znajduje się od 15 do 25 zakończeń, a w nowym systemie jest ich pięć: dwa przy urządzeniu i trzy w szafie. Firma ExxonMobil nie wdrożyła sieci Fieldbus i preferuje urządzenia HART. Zdaniem Maddena dzięki systemowi z wykorzystaniem inteligentnej lokalnej szafy wejść-wyjść nie ma możliwości określenia, czy stosowana jest technologia HART, czy Fieldbus. Architektura systemu i wynikowa funkcjonalność są zasadniczo takie same.
Koncepcja a rzeczywistość
Technologia konieczna do obsługi systemu DICED nie została jeszcze opracowana. Ale czy jesteśmy już blisko? Zdaniem firmy ExxonMobil przetworniki HART 6 i 7 są już gotowe, a nowe układy wejść-wyjść powinny być w stanie obsłużyć ten system.
Możliwe, że prace nad tym systemem są bardziej zaawansowane, niż nam wiadomo lub że różni dostawcy przyjęli nieco inny kierunek działań niż ten sugerowany przez DICED, lecz w podobnym celu. Czas pokaże.
Autor: Peter Welander jest specjalistą, którego artykuły regularnie ukazująsię w ?Control Engineering?.
