Poza obsługą komunikacji i sterowania w warunkach przemysłowych, Fieldbus Foundation wprowadza lokalne możliwości obliczeniowe (przetwarzania danych) wbudowane w urządzenia na produkcji. Pozwala to na indywidualne przystosowanie do potrzeb urządzeń wykorzystywanych w produkcji.
Instalowane na obiekcie przyrządy automatyki zdolne do przetwarzania danych według skomplikowanych algorytmów zwiększają możliwości rozproszonego systemu automatyki (systemu z rozproszoną inteligencją, symbolicznie oznaczanego jako DCS). Programowalne bloki funkcyjne wewnątrz tych przyrządów ułatwiają osiągnięcie celu dla różnych zastosowań, łącznie z oceną wydajności produkcji czy pomiarami natężenia przepływu mokrego gazu ziemnego. Krótkie przypomnienie cech charakterystycznych systemów automatyki opartych na magistrali obiektowej wyjaśnia korzyści, jakie płyną z ich zastosowania.
System automatyki oparty na magistrali obiektowej to lokalna sieć komputerowa (local area network ? LAN) współpracująca z przyrządami stosowanymi w układzie automatyzacji procesu. Sieć LAN wiąże przyrządy obiektowe (z wbudowanymi programowalnymi blokami funkcyjnymi) oraz urządzenia monitorujące i regulujące zainstalowane w środowisku fizycznym zakładu w jeden system, zapewniając mu odpowiednią moc obliczeniową. Ta rozproszona inteligencja umożliwia wykonanie podstawowego zadania automatyzacji pracy i sterowania, ale też pozwala na stosowanie procedur obliczeniowych, równocześnie umożliwiając obsługiwanie i dostrajanie przyrządów obiektowych ze sterowni za pomocą komunikacji cyfrowej, którą zapewnia im magistrala obiektowa.
Proporcja gazu do cieczy przy ocenie efektywnooeci odgazowania może być obliczona w oparciu o pomiar odciąganego gazu, tworzenie proporcji gaz-ciecz i kurtynę wodną
Koncepcja systemów magistralnych jest nastawiona na rozwiązywanie pojawiających się problemów, umożliwia wymianę danych i współpracę z przyrządami obiektowymikażdego sprzętu komputerowego znajdującego się w obrębie sieci LAN a także biznesowej sieci komputerowej całej firmy. Dlatego dane wygenerowane na poziomie obiektu można w ten sposób przetwarzać, wspierając urządzenia obiektowe, a także eliminując potrzebę zastosowania specjalizowanej infrastruktury obliczeniowej. W takim podejściu zakłada się, że użytkownicy muszą mieć możliwość wglądu w proces technologiczny, obserwowania trendów oraz wykonywania zadań i modyfikowania funkcji przyrządów obiektowych, co znacznie wykracza poza zakres regulacji procesów produkcyjnych.
Znana organizacja użytkowników i producentów środków automatyzacji pod nazwą Fieldbus Foundation promuje system automatyki opisywany jako zbiór przyrządów fizycznych połączonych ze sobą w sieć za pomocą magistrali obiektowej. W systemie Fieldbus Foundation przyrządy automatyki są wymienne, co oznacza, że przyrządy pochodzące od różnych producentów mogą się ze sobą komunikować i współpracować. Zostało to osiągnięte częściowo poprzez standaryzację programowalnych bloków funkcyjnych osadzonych w przyrządach obiektowych, takich jak przetworniki ciśnienia, temperatury czy różnicy ciśnień.
Bloki funkcyjne
Prezentując podstawowe funkcje wykonywane przez bloki funkcyjne przyrządów automatyki, stwierdzamy, że każdy blok funkcyjny przetwarza uzyskane parametry wejściowe w celu obliczenia parametru wyjściowego. Czyni to według określonego, przechowywanego w pamięci algorytmu oraz wewnętrznego zestawu parametrów odniesienia. Bloki funkcyjne mają zapewnioną wspólną strukturę dla definiowania czynności, takich jak sterowanie: pozyskiwaniem i udostępnianiem analogowych sygnałów We/Wy oraz realizacją typowych dla regulacji algorytmów proporcjonalno?całkująco?różniczkujących (PID). Posiadają również możliwość opracowywania specjalizowanych (dedykowanych), złożonych algorytmów funkcyjnych.
Przyrządy automatyki wykonują swoją część działań systemu automatycznego sterowania i nadzorowania poprzez załączanie lub łączenie jednego lub więcej bloków funkcyjnych w obrębie jednego przyrządu albo też w obrębie przyrządów pracujących w sieci magistralnej. Wspólna struktura upraszcza komunikację oraz rozpoznawanie danych i informacji, co ułatwia realizację zadań tej rozproszonej architektury systemu automatyki procesu technologicznego.
Dedykowane bloki funkcyjne
Systematyzacja parametrów techniczno-użytkowych oraz ich definicje wprowadzone przez Fieldbus Foundation pozwalają dostawcom na uzupełnianie charakterystyk swoich wyrobów nowymi właściwościami, co umożliwia rozbudowywanie funkcji realizowanych przez bloki funkcyjne stosownie do ciągle pojawiających się nowych potrzeb.
Przy ciągłym monitorowaniu, gdzie sterowana jest obliczana wartooeć wyjoeciowa (przepływ przez otwór zgodny z ISO 5167), jako obliczający blok funkcjonalny można zastosować blok okreoelający wejoeciową proporcję gazu wtłaczanego do cieczy
W typowych wymaganiach przy wydobywaniu ropy i gazu należy uwzględnić takie procedury, jak pomiar natężenia przepływu mokrego gazu ziemnego oraz pomiary eksploatacyjne odwiertów naftowych. Na to składają się standardowe, modułowe, przemysłowe algorytmy pomiaru i obliczania natężenia przepływu.
Algorytmy te istnieją od dawna, wcześniej jednak były realizowane w specjalizowanych jednostkach obliczeniowych, co w rezultacie generowało dodatkowe koszty oraz zmuszało do stosowania w transmisji analogowego sygnału 4-20 mA. Obecnie algorytmy pomiaru i wyliczania natężenia przepływu zostały opracowane jako dedykowane bloki funkcyjne (zgodne z zaleceniami Fieldbus Foundation, nawet sygnowane tą nazwą), które można umieszczać na przyrządach obiektowych. W ten sposób przyrządy nie wymagają dodatkowego sprzętu, lecz jedynie wymiany oprogramowania. Użytkownicy systemu zalecanego przez Fieldbus Foundation mogą więc sobie pozwolić na wykonywanie obliczeń oraz skonfigurowanie dedykowanego bloku funkcyjnego (który nie jest zastrzeżony patentami) w każdym przyrządzie posiadającym wbudowany blok funkcyjny, takim jak przetwornik P, T, dP.
Organizacja Fieldbus Foundation wprowadziła integralność sygnałów oraz precyzję działań ponad poziom możliwy do osiągnięcia za pomocą transmisji sygnałów analogowych 4-20 mA, stosowanych w tradycyjnych rozproszonych systemach regulacji. Zmienne pochodzące z pomiarów oraz zmienne sterujące przesyłane pomiędzy blokami funkcyjnymi są zintegrowane, to znaczy nie tylko mają określoną wartość, ale również status wskazujący cechy, takie jak jakość sygnału. Jakość sygnału może na przykład informować, czy pomiar jest dobry, zły, może niepewny (np. wychodzi o kilka procent poza zakres lub znacznie odbiega od sąsiednich pomiarów).
Możliwość redukcji liczby kupowanego sprzętu oraz zwiększona integralność sygnału to nie jedyne zalety wykonywania obliczeń w przyrządach obiektowych. Przetwarzanie danych, chociażby wstępne, w pobliżu punktu pomiarowego i przekazywanie danych w postaci cyfrowej a nie analogowej (np. 4?20 mA) redukuje ilość potrzebnego sprzętu, zwiększa również niezawodność i może zredukować wymagania związane z konserwacją i utrzymaniem systemu.
Dick Wismeijer jest szefem działu do spraw oprzyrządowania, sterowania oraz automatyzacji, pracującym dla jednego z wielkich koncernów naftowych; posiada ponad 33-letnie doświadczenie w projektach inżynieryjnych zarówno na lądzie, jak i na morzu.