Pneumatické systémy jsou základní součástí mnoha procesních aplikací v průmyslových odvětvích, jakými jsou chemie, biologie a zpracování potravin a nápojů, zvláště pak v těch, které používají pomocná zařízení. Přestože tato zařízení hrají v procesu důležitou roli, jedná se často o samostatné prvky, které nejsou připojeny k architektuře řízení procesů.
V důsledku toho nemusí být případný problém v pneumatickém systému oznámen řídicímu systému, což může vést k poruše stroje. Výroba v takovém případě může pokračovat v produkci výrobků, které pak nebudou moci projít dalším zpracováním nebo balením.
Současná architektura
Systémy řízení procesů jsou za normálních podmínek schopné pracovat s pneumatickými systémy s využitím implementace dodatečné sítě fieldbus, jako je PROFIBUS-DP® nebo Modbus® TCP. Tento přístup však zvyšuje komplexnost systému požadavkem na další konfiguraci a mapování dat. Je sice možné provést doplňkovou diagnostiku, ale druhotné programovací prostředí a s ním spojené náklady nejsou žádoucí. Navíc nemusí být snadné zajistit redundanci komunikace a napájení.
Společnost Emerson v roce 2016 představila funkci elektronického marshllingu pro pneumatické systémy. Toto řešení umožňuje uživatelům propojit ventilové ostrovy ASCO Numatics řady 580 s řídicím systémem Emerson DeltaV a vytvořit tak kompletní řešení vstupů/výstupů Emerson Automation a pneumatického systému pro procesní aplikace.
Co je elektronický marshalling?
Řídicí inženýři a projektoví manažeři pracující se souvislou nebo dávkovou produkcí vědí své o problémech spojených s uváděním vstupů/výstupů do provozu v systémech s distribuovaným řízením. V tradičním postupu bylo nutné propojit provozní zařízení prostřednictvím kabeláže s více vodiči, připojenými ke svorkovnicím v ovládacích skříních, a poté ručně přeuspořádat jednotlivé přípojky k příslušejícím vstupním/výstupním kartám. S rostoucí složitostí systému roste počet přípojek, což často přináší požadavky na nevyhnutelné změny vstupů/výstupů, proto může být obtížné udržet si přehled o všech fyzických přípojkách v rozvodném panelu. Každá změna zvyšuje náklady, zpoždění a především riziko možného zásahu do funkčnosti projektu. Další problémy přináší rozšiřování redundance. Kromě toho mohou být budoucí údržba a úpravy systému komplikovány změnami personálu a neznalostí systému, což může nepříznivě ovlivnit prostoje.
Ruční uspořádávání je stále považováno za vhodný způsob pro menší projekty, ale u větších souvislých nebo dávkových procesů se provozovatelé v oblastech, jako je chemický a farmaceutický průmysl nebo zpracování potravin a nápojů, v nichž výpadek produkce může přinést skutečně velké náklady, stále častěji obracejí k bezpečnějším a spolehlivějším návrhům systému zpracování.
U elektronického marshallingu není pracný postup ručního přeuspořádání zapotřebí. Provozní kabely jsou stále zapojeny do rozvodné skříně, avšak od tohoto místa jsou připojení k ovladačům řízena elektronicky. Nyní je možné namapovat jakýkoliv vstupní/výstupní kanál k libovolnému ovladači. Společnost Emerson používá k provádění tohoto mapování moduly CHARM (CHARacterisation Modules). V podstatě jde o karty na převod analogových signálů na digitální, které mohou být nastaveny na provedení jakékoliv signální funkce (AI, AO, DI, DO, RTD atd). Moduly jsou „nacvaknuty“ na kartách CHARM I/O Cards (CIOC), které jsou namontovány na svorkovnicích na liště DIN, na nichž je rozmístěno také provozní vedení. Při nastavování se nejprve identifikuje provozní zařízení a poté lze na příslušné kartě CHARM prostřednictvím skryté digitální sběrnice nastavit a elektronicky uspořádat JAKÝKOLIV ovladač v systému. Je přitom zajištěna úplná redundance napájení a komunikačních spojení. Automatické skenování všech vstupních/výstupních kanálů navíc usnadňuje provedení identifikace, konfigurace, diagnostiky a změn rozvržení prostřednictvím systému DCS.
Tato technologie poskytuje řadu předností od prvních stadií návrhu výrobního projektu až po jeho uvedení do provozu, ale i v dalších stadiích výroby. Díky tomu, že digitální i analogové vstupy/výstupy jakéhokoliv typu mohou být přiřazeny k určeným ovladačům v jakémkoliv stadiu projektu, aniž by bylo nutné ručně zasáhnout do vedení, mohou být náklady na hardware a návrh lépe předvídatelné již na samé začátku projektu. Změny konstrukce (přidávání nových vstupů/výstupů nebo změny jejich typů) mohou být obstarány bez nákladů na pracné a rušivé zásahy do vedení. Zároveň je tím zjednodušeno škálování projektů a zajištěna jejich bezpečnost. Ke konfiguraci a provádění diagnostiky slouží jediná integrovaná softwarová platforma – Emerson DeltaV Explorer. Důležitým přínosem tohoto řešení je značné snížení celkových nákladů na vlastnictví, které vyplývá ze zvýšení provozní jistoty, spolehlivosti zpracování i dostupnosti zažízení.
Integrace pneumatických ventilových ostrovů do automatizačních systémů s technologií CHARM
Moduly CHARM řady 580 umožňují řídicím inženýrům a projektovým manažerům použít při práci na souvislých a dávkových výrobních projektech přímočarý, úsporný a rychlý přístup k integraci pneumatických systémů v prostředí řízení projektů. Modul poskytuje jednoduché propojení s platformou Emerson DeltaV™ DCS nabízející elektronické uspořádávání, nativní konfiguraci a diagnostiku a zabudovanou redundanci, čímž může pomoci vytvořit systém s plně integrovanou architekturou.
S představením modulů ASCO Numatics CHARM 580 se poprvé objevila možnost integrace pneumatických systémů s elektronickým uspořádáváním v rámci jediné síťové platformy. Modul CHARM 580 přímo propojuje systém DeltaV se základní deskou CHARM a nativně kombinuje automatické skenování s elektronickým marshallingem v zapojení s plnou redundancí napájení a komunikace a dokáže využít možnosti plně nativní diagnostiky systému DeltaV. Od systému DCS dále je každý pilotní ventil řízen naprosto stejně jako ostatní systémové vstupy/výstupy. Systém DCS dokáže identifikovat a uspořádávat všechny pneumatické přípojky prostřednictvím jediného redundantního zapojení s možností připojit až 48 výstupních elektromagnetických ventilů ke každému modulu CHARM.
Modul CHARM 580 lze propojit s ventilovými ostrovy ASCO Numatics řady 500. Tyto vysoce výkonné „plug-in“ řídicí ventily nabízejí nejvyšší průtok v příslušné kategorii velikosti výrobků, což umožňuje dosáhnout kompaktních rozměrů stroje a snížit systémové náklady současně se získáním široké škály příslušenství a volitelného vybavení. Díky tomu je provádění instalace, konfigurace i úprav velmi snadné.
Snížení nákladů a časové náročnosti provozu se zjednodušenou architekturou zařízení
Při srovnání s ručním postupem přeuspořádávání v procesních výrobních systémech využívajících dávkovou nebo souvislou produkci jsou výhody technologie CHARM s elektronickým marshallingem zřejmé a přesvědčivé. V případech, v nichž pneumatický systém vyžaduje integraci a použité řešení je srovnáváno se zaváděním sběrnice fieldbus, například PROFIBUS-DP®, jsou výhody snadno použitelného, projektově orientovaného technického prostředí systému DeltaV ještě přesvědčivější.
Se systémem je díky odstranění sekundární sítě možné dosáhnout znatelných úspor nákladů na součásti, přidružené vstupy/výstupy a vodiče a také času potřebného k uvedení do provozu. U řešení společnosti Emerson s jednou sítí je zodpovědnost za výrobek, jeho dokumentaci a podporu soustředěna v jednom bodě, což přináší další úspory nároků na personál, programování a systémová školení. Snížený počet použitých součástí a přímé připojení snižuje riziko selhání systému. Provádění změn konstrukce během vývoje i budoucího odstraňování poruch je usnadněno zabudovaným inteligentním řízením s automatickým skenováním a jednoduchými zprávami diagnostiky pracovní stanice. Délka odstávek je znatelně zkrácena díky integrální diagnostice prováděné přímo na ventilových ostrovech nebo zobrazované na pracovních stanicích systémů DeltaV. Spolehlivá redundantní zapojení zajišťují bezpečnost a zkracují dobu odstávky potřebnou na údržbu. Mezi další působivé přednosti patří flexibilita řízení procesů, kterou přináší systém DeltaV Explorer. Díky možnosti sdílet totožnou konfiguraci mezi všemi vstupy/výstupy modulu CHARM (od snímačů napětí a proudu po alarmy a pilotní ventily) a prostřednictvím cloudu také s jakýmkoliv ovladačem připojeným k síti.
Kombinace těchto faktorů vytváří úzce integrované řešení kombinující vstupy/výstupy a pneumatické ventilové ostrovy, které poskytuje kompletnější projekt, vyšší provozní jistotu, podrobnější optimalizaci řízení a vyšší spolehlivost zpracovávání. Chcete-li se o modulech ASCO Numatics CHARM 580 dozvědět více, stáhněte si whitepaper nebo navštivte stránky www.asco.com/en-gb.
