V porovnaní s tradičnými distribuovanými riadiacimi systémami (DCS) alebo PLC ma FOUNDATION fieldbus mnoho výhod. Technológia napríklad znižuje množstvo a zložitosť káblového vedenia v celom závode. Fieldbus dokáže prenášať viac premenných a informácie o identifikácii zariadení, čím znižuje variabilitu procesu. Systém taktiež zaisťuje zber a prenos diagnostických informácií zo zariadení, čo znižuje zbytočné odstávky vo výrobe a zlepšuje bezpečnosť a zhodu s predpismi.
V interoperabilnej fieldbus sieti si riadiace zariadenia vymieňajú údaje medzi sebou. Znamená to, že aspoň časť riadiacej schémy môže byť umiestnená na fieldbus sieti, a nie v kontroléroch vyššej úrovne. Používateľa dokážu pomocou fieldbus pripojiť do zbernice nové zariadenia, ktoré riadiaci systém s funkciou „plug and play“ jednoducho rozpozná. Fieldbus vracia PID riadenie do prevádzky na úroveň zariadení, obnovuje integritu jednotnej slučky, čo eliminuje potrebu redundantných kontrolérov a znižuje riziko finančne nákladných prestojov.
Integrácia nových a existujúcich zariadení
ACE Ethanol sa snažil odstrániť obmedzenie proprietárnej platformy a získať slobodu pri výbere najlepších automatizačných produktov vo svojej triede od rôznych dodávateľov. Ich cieľom bolo riešenie integrujúce novú a existujúcu inštrumentáciu, zapojenie a ovládanie nového hardvéru a prístup k najnovším technológiám. Expanzia si vyžadovala integrátora automatizácie schopného nainštalovať, uviesť do prevádzky a v najbližšom období aj servisovať špičkové fieldbus riadenie.
ACE Ethanol sa rozhodli vybaviť svoj existujúci riadiaci systém fieldbus technológiou a ponechaním konvenčných I/O na miestach, kde to dávalo zmysel. Technológiu fieldbus inštalovali súbežne s existujúcimi analógovými riadiacimi prvkami a v novej oblasti použili samozrejme nové zariadenia. Kľúčom ku projektu bola implementácia odolného rozhrania človek-stroj (HMI) zdieľaného medzi existujúcim a novým systémom. Operátori prevádzky vyžadovali jedno HMI zariadenie s bežnou grafikou, systémom alarmov a trendov, ktoré by mohli informácie poskytovať v celej prevádzkovej sieti zo štandardných internetových prehliadačov.
Po zvažovaní alternatívnych riešení, nakoniec ako základ vybrali podnikový automatizačný systém System302 od spoločnosti Smar. Smar bol zodpovedný za inštaláciu množstva nových FOUNDATION fieldbus zariadení, úpravou existujúcich 4 - 20 mA na fieldbus protokol a integráciou množstva konvenčných I/O na novú digitálnu platformu.
Otvorená integrovaná architektúra umožnila skutočné distribuované riadenie celej etanolovej prevádzky. Systém plne využíva FOUNDATION fieldbus a ďalšie otvorené technológie, čím odstraňuje obmedzenia vzniknuté použitím pôvodných proprietárnych platforiem. Riadiaca stratégia sa bez akýchkoľvek problémov distribuuje priamo do prevádzkových prístrojov, umožňuje flexibilné pripájanie zariadení do siete a pomocou softvéru sprístupňuje procesy a jednotlivé zariadenia.
Samotná spoločnosť ACE Ethanol bola prekvapená jednoduchým zavedením technológie fieldbus. Stratégia riadenia migrácie si vyžadovala digitálne zariadenia, ktoré sa však inštalovali vo flexibilnom tempe – kvôli ochrane dobre fungujúcich I/O a eliminácii odstavenia prevádzky vo veľkom meradle. Vzhľadom na jednoduchosť zapojenia fieldbus a konfigurácie bola inštalácia nových prevádzkových prístrojov jednoduchá.
Počas systémového návrhu ACE Ethanol požiadal, aby sa v riešení použili existujúce rozvádzače a ušetril sa tak čas na náklady spojené s inštaláciu nových rozvodov pre existujúce I/O. V dôsledku toho Smar stanovil, že všetky nové ovládacie panely musia byť navrhnuté do existujúcich skríň. Skrine rozvádzačov sa nachádzali v procesnej budove (PB – Proces Building), kým DDE panely sa nachádzali v budove údržby (MB – Maintenance Building). Pre dve existujúce rozvodné skrine v PB a MB, kde sa nachádzal hardvér riadiaceho systému a slúžil ako koncový bod pre konvenčné I/O, dodali nové panely. Integrátor nakoniec pridal nový panel / rozvádzač do každej oblasti, ktorá bude slúžiť ako koncový bod pre fieldbus I/O.
Škálovateľná architektúra riadenia
FOUNDATION fieldbus riadiaci systém prinesie spoločnosti ACE Ethanol dlhodobé konkurenčné výhody. Flexibilita architektúry fieldbus umožňuje ACE Ethanol prekonfigurovať celú schému procesnej automatizácie podľa požiadaviek obchodu na nové produkty bez väčších investícií. V budúcnosti je nový systém pripravený poskytnúť komplexné informácie na koordináciu predaja, účtovníctva a iných oddelení priamo s informáciami z výroby.
Architektúra fieldbus znižuje požiadavky I/O subsystémov v jednotlivých častiach výrobného procesu a prináša škálovateľnosť technológie a riadenia. Systém sa dá rozšíriť alebo upraviť pridaním slučiek podľa potreby. V mnohých prípadoch môže expanzia prebiehať bez dodatočnej potreby na kabeláž alebo rozhrania.
Technológia Fieldbus poskytla spoločnosti ACE Ethanol štíhlejšiu automatizačnú architektúru s menším počtom káblov a hardvéru ako tradičný riadiaci systém. Slučky, schémy, výkresy panelov a káblov sa značne zjednodušili. Inštalácia bola navyše jednoduchšia, než u tradičného systému, pretože niekoľko zariadení môže byť „zavesených“ na jeden pár vodičov. Súčasťou expanzie fieldbusu bolo 10 univerzálnych fieldbus mostov, z ktorých každý prepája tri H1 (31,25 kbit/s) segmenty. V projekte sa nachádzal aj jeden pár redundantných fieldbus modulov v panely MB3 pre sitá.
Riadiaci systém obsahoval celkovo 166 fieldbus zariadení od troch rôznych dodávateľov prístrojového vybavenia a ďalších 212 analógových zariadení. Technici dokázali modernizovať niektoré z 4 – 20 mA zariadení na nové fieldbus zariadenia bez nutnosti zastavenia ich činnosti. Pre digitálne zariadenia predstavuje interoperabilita fieldbus možnosť komunikovať a vymieňať medzi sebou informácie bez straty funkčnosti alebo integrácie.
Fieldbus mosty sú sebestačné, multifunkčné hardvérové komponenty, plne podporujúce sieťovú fieldbus konfiguráciu. Jedna integrovaná jednotka rozhrania obsahuje prepájacie zariadenie, most, kontrolér, bránu, napájanie a distribuovaný I/O subsystém. Moduly mostu poskytujú úzku integráciu s inteligentnými zariadeniami a softvérom od rôznych výrobcov prostredníctvom otvorených štandardov a pripojenia existujúcich zariadení prostredníctvom bežných I/O alebo iných komunikačných protokolov.
Aby bolo možné vykonávať údržbu fieldbus zariadení pomocou nového softvérového nástroja (na platforme Windows), museli prejsť operátorské stanice v riadiacej miestnosti modernizáciou. Nový softvérový nástroj je určený pre konfiguráciu zariadení a systému, systémovú údržbu a prevádzku systému. Zamestnanci prevádzky môžu komunikovať so všetkým zariadeniami na sieti, priraďovať im značky, nastavovať riadiacu stratégiu, nastavovať parametre alebo sťahovať konfigurácie zariadení.
Personál má na pracovných staniciach prístup k logickým procesorom a môže ich programovať pomocou programovacieho softvéru IEC 61131. Používatelia konfigurujú hardvér pre procesor a vytvárajú riadiacu logiku pomocou štruktúrovaného jazyka ladder. Taktiež môžu vytvárať užívateľské funkcie, testovať aplikácie a pracovať so všetkými typmi univerzálnych fieldbus modulov v systéme.
Serverová stanica sa nachádza v kancelárii technikov a ponúka trendové, alarmové funkcie a vie poskytnúť HMI obrazovky pre webových klientov pomocou HMI softvéru. HMI zabezpečuje prístup ku operáciám na prevádzke a informáciám naprieč celým intranetom a internetom – vrátane stránok obsahujúcich správy o výrobe, HMI grafiku či historické trendy a alarmy.
ACE Ethanol ako súčasť modernizácie riadenia nasadil nové riešenie merania hustoty pri kvasnom procese v oblasti varenia. Technici nainštalovali jedinečný dvojdrôtový, slučkou napájaný vysielač, využívajúci technológiu dvojúrovňového merania, ktorý dodáva kontinuálne a aktuálne informácie o hustote v kvasných nádobách. Zariadenie dokáže vypočítať hustotu na základe rozdielu tlaku na dvoch úrovniach. Integrovaný snímač teploty, nachádzajúci sa medzi dvoma tlakovými membránami, kompenzuje kolísanie teploty v procese a špeciálny softvér vypočíta hustotu.
Výsledok
Program modernizácie riadiaceho systému technologických procesov a príprava na rozšírenie výroby neumožňovali zdĺhavé prestoje pri inštalácii nových zariadení. No aj tak medzi návrhom riadiaceho systému a uvedením do prevádzky neuplynulo viac ako 7 mesiacov. PID algoritmy sa teraz vďaka fieldbus technológii nachádzajú priamo v prevádzkových prístrojoch pre bezpečnejšie, spoľahlivé riadenie bližšie ku procesu.
Operátori používajú príjemné webové HMI, pomocou ktorého integrujú nové a existujúce automatizačné systémy v celej prevádzke. Na svojich monitoroch môžu sledovať trendové funkcie a teda zabezpečujú prísnejšiu kontrolu operácií. Počas projektu sa podarilo dosiahnuť významné úspory, pretože nebolo nutné nahrádzať existujúcu kabeláž, rozvádzače a prevádzkové prístroje pri inštalácii fieldbus systému. ACE Ethanol zabezpečil bezpečnú, prijateľnú cestu migrácie k modernej regulačnej technike, ktorá podporuje popredných dodávateľov automatizácie aj s výhľadom do budúcnosti.