Комбиниране на системи за сградна и процесна автоматизация

ПОДОБНИ СТАТИИ

Измервателна техника в системи за безопасност SIS

Оценка на потребността от решение за процесна автоматизация в 5 стъпки

PLC Viewer - мониторинг на променливи от PLC контролери

Светлинното шоу Luminale ще трансформира Франкфурт по време на Light+Building 2016

Тенденции в развитието на процесната автоматизация

инж. Теодор Маринов, ръководител на направления Дигитализирано производство & Процесни индустрии и Задвижвания на Siemens България, пред сп. Инженеринг ревю

Повечето производствени съоръжения се нуждаят от системи за контрол на процесите и технологии за сградна автоматизация. Степента на сложност на тези решения варира от по-прости системи за приложения, при които оборудването е разположено предимно на открито (като съоръженията в нефтохимическата промишленост например), до системи със сложна архитектура за фармацевтичната промишленост и други индустрии, при които климатизацията и вентилацията на въздуха са неизменна част от процесите.

Различните степени на сложност на тези технологии предопределят дали за процесен контрол и сградна автоматизация на дадено приложение ще бъдат използвани една обща, две или повече отделни системи. Сред другите критерии за избор на решение са първоначалните и оперативните разходи, както и необходимата квалификация на персонала.

Интеракция между сградната и процесна автоматизация
За производствени съоръжения, в които технологиите за процесна и сградна автоматизация не взаимодействат активно помежду си, най-подходящият подход е осъществяването на кабелни връзки между двете системи, тъй като това е сравнително лесно и разходно ефективно. В такива приложения се реализират кабелни връзки между I/O модулите на двете системи, като системата за сградна автоматизация обикновено изпраща дискретни и аналогови изходящи сигнали към другата система, които индикират статуса, температурата и други релевантни параметри.

За приложения, в които е необходимо активно и разширено взаимодействие между двете системи, кабелните връзки бързо се оказват нерентабилно решение, твърдят експертите. Те не са достатъчно гъвкави, тъй като е необходимо инсталирането на нова връзка всеки път, когато се налага обмен на данни и информация между отделните компоненти на системите за сградна и процесна автоматизация.

В такива случаи по-добро решение е реализирането на цифрова връзка за трансфер на данни между двете системи, тъй като тя позволява изпращането на големи обеми информация наведнъж. Цифровата връзка може да бъде осъществена по различни начини: контролер към контролер, контролер към HMI интерфейс (от типа „човек-машина”) или HMI към HMI.

Предизвикателство може да се окаже изборът на комуникационен метод, тъй като системите за сградна и процесна автоматизация обикновено не поддържат едни и същи комуникационни протоколи. Свързването на двете системи на ниво HMI позволява на интерфейса да функционира като гейтуей, който изпраща информация както към ERP системи за ресурсно планиране или други по-висши компютърни системи, така и обратно към контролера.

Унифицирани решения
Крайните потребители обикновено търсят цялостни решения от един доставчик и често се спират на система за автоматизация, която да управлява както процесните съоръжения, така и сградните приложения. Системите за сградна автоматизация сами по себе си не са достатъчни за ефективно управление на по-сложни процеси от сградните приложения и не са подходящи за самостоятелен комбиниран контрол.

Най-препоръчителният вариант е всички подсистеми в съоръженията да бъдат интегрирани в цялостно решение за мониторинг и контрол, съветват специалистите. Ефективността в процесните производства е неизменно свързана със съответните съоръжения и сгради, ето защо една унифицирана система би елиминирала потенциалните проблеми, произтичащи от липсата или недостатъчната комуникация между сградната и процесна автоматизация.

Една от ползите от консолидирана система е по-голямото удобство за оператора. Унифицираната технология разполага с възможности за превантивен контрол на оборудването и за задаване на аларми както за сградните системи, така и за процесните съоръжения.

Много HMI интерфейси разполагат с готови шаблони, които улесняват настройката. Ако системите за автоматизация са отделни, те също биха могли да бъдат настроени така, че да изпълняват необходимите задачи, но със сигурност биха изисквали повече време и разходи за синхронизация.

Предимства на консолидираните системи
Сред основните причини за избор на консолидирана система са улеснените инсталация, поддръжка и контрол, стандартизираните операции и възможностите за сервизиране само от един производител или доставчик. Ако процесното производство включва множество различни процеси и съоръжения с интегрирана автоматизация, ще бъдат необходими и повече служители, които да оперират с оборудването и да разрешават възникналите проблеми. Това би увеличило разходите за обучение на персонала и би създало потребност от повече резервни части на склад.

Внедряването на една-единствена технология позволява реализиране на ползи от по-малко и унифицирани резервни части, консолидирано обучение и интегрирани комуникации. Улеснената комуникация осигурява по-лесно осъществяване на интегрирано управление, събиране, обработване и архивиране на информация от съоръженията, както и плавно и ефективно адаптиране към промените в натоварването.

Внедряване на отделни системи за сградна и процесна автоматизация
Унифицираните системи обаче носят и своите рискове. Ако в технологията настъпи срив, персоналът губи възможността за управление както на процесните съоръжения, така и на сградните системи. Погрешна команда за изключване на ОВК инсталациите например би могла да доведе до отказ и на останалите системи, обвързани с тях. Друг недостатък е свързан с потребността от обновяване на оборудването.

Краят на жизнения цикъл или излизането от употреба на даден компонент от консолидираната система може да доведе до нуждата от модернизиране на всички останали елементи, за да са в съответствие с новия продукт. Разходите за подмяна на цялата система са съществен недостатък на консолидираните технологии за сградна и процесна автоматизация, заедно с потребността от по-разширено препрограмиране и необходимостта от прекъсвания на производствените и сградните процеси.

Друга възможна причина за избор на отделни системи са по-усъвършенстваните възможности за климатичен контрол и кондициониране на въздуха в системите за сградна автоматизация в сравнение с технологиите за автоматизация на процеси в производствени съоръжения.

Предимства на отделните системи
Стандартното оборудване за процесен контрол може да покрие нуждите от управление на сградните системи. Има обаче една особеност. Системите за сградна автоматизация обикновено разполагат с предварително конфигурирани функции за контрол на ОВК инсталациите и други разширени функции като настройка на календарен график, аларми и др.

Същите функции на теория биха могли да бъдат конфигурирани и в консолидирана технология за автоматизация (например разпределена контролна система – DCS, или система, базирана на програмируеми логически контролери – PLC), но това обикновено се налага да се прави ръчно и изисква доста повече време и усилия. В допълнение, системите за сградна автоматизация обикновено струват по-малко от половината от стойността на консолидираните системи.

Тъй като стандартните компоненти за автоматизация могат да изпълняват множество задачи, посредством същия софтуер и хардуер биха могли да бъдат управлявани много различни системи, например ОВК решения, котли, системи за сигурност, компресори, водни инсталации и др.

Физическото разделение на управлението в две отделни системи има своите предимства по отношение на поддръжката и сигурността, както и за подсигуряване, че евентуален срив в едната система не би засегнал другата. Изграждането на двете системи с едни и същи стандартни компоненти за автоматизация, като PLC контролери например, би спомогнало обслужването и поддръжката.

На базата на PLC контролери могат да бъдат разработени технологии за оптимизиране на рекуперацията на енергия от ОВК системите и процесните съоръжения. Ако се внедрят две отделни системи за рекуперация, които комуникират помежду си, може да бъде реализирана цялостна програма за енергоспестяване, обхващаща всички технологии и съоръжения в предприятието.

Изисквания към сигурността
Особеност при избора на отделни или консолидирани системи за сградна и процесна автоматизация е съобразяването с изискванията към контрола и сигурността. Когато става въпрос за пожароизвестяване или СОТ система например, приложението обикновено изисква намесата на трета страна, която да бъде уведомена в случай на инцидент или извънредна ситуация.

Това поставя по-високи изисквания към сигурността на системата, тъй като до нея има достъп не само вътрешният персонал, но и трети лица, например охранителни компании. В такива случаи използването на отделни технологии за автоматизация би предотвратило риска за процесните съоръжения в случай на пробив в системата за сградна автоматизация. Когато сигурността на предприятието е отговорност на вътрешно за компанията звено, внедряването на консолидирана система за автоматизация, при която автоматично е елиминирана възможността за външен достъп, често пъти може да се окаже по-добро решение.

Избор на доставчик
Компаниите доставчици на системи за сградно управление обикновено предлагат всякакъв тип решения за управление на микроклимата и сградните приложения, като офертите им често включват първоначални разходи, комбинирани с дългогодишен договор за обслужване и мониторинг на системите.

Доставчиците на технологии за процесна автоматизация биха могли да предложат решения за контрол на сградни приложения и в частност - за управление на микроклимата, но те не са поначало присъщи на технологиите за процесно управление, базирани на HMI интерфейси, сензори и програмируеми контролери. Ключът към реализирането на ефективна консолидирана система в такива случаи е доброто познаване на конкретното приложение и заявяването на необходимите за него функции на доставчика.

Фирмите, които предлагат системи за сградна автоматизация, също работят със стандартизирани компоненти. За тях обаче би било доста по-трудно да ги адаптират към оборудването и стандартите за контрол на процесни приложения, като това би изисквало и повече разходи от тяхна страна. По-сложните проекти за консолидирана сградна и процесна автоматизация на практика биха отказали доста инсталатори и доставчици на сградни решения.

Контрол на микроклимата
Потребностите от контрол на микроклимата варират в различните процесни индустрии, а също и в отделните помещения на предприятията, в зависимост от извършваните дейности. В много сектори, като фармацевтичната или хранително-вкусовата промишленост, компаниите изготвят подробни доклади за условията на микроклимата, които влияят на производството и на качеството на продуктите, например температурата и влажността.

Такива приложения и помещенията, в които се извършват процесите, изискват комплексно индустриално измервателно и контролно оборудване. Коридорите, офисите и другите непроизводствени помещения обаче не се нуждаят от сложни и скъпи измервателни и контролни решения. Ето защо в тях могат да бъдат инсталирани конвенционални системи за сградна автоматизация с по-малка себестойност и експлоатационни разходи.

Активно се следи и проучва влиянието на микросредата в сградата върху качеството на продуктите в хранително-вкусовата, бутилиращата, химическата промишленост и електрониката. В тези индустрии внедряването на отделни системи за автоматизация на различни йерархични нива е подходящо решение поради възможностите за фокусиране върху по-скъпи и прецизни компоненти за контрол на процесите и управление на микроклимата в производствените помещения за сметка на стандартни сградни контролери в останалите пространства. За по-малки производства с независими от параметрите на микроклимата процеси обща консолидирана система би била достатъчно адекватно решение.

Особености на приложенията
Изборът между отделни или консолидирани системи за сградна и процесна автоматизация изисква внимателно проучване на приложенията. С правилната технология всички производствени и сградни процеси могат да бъдат управлявани ефективно от една система, която да събира, обработва и архивира данни от всички съоръжения и инсталации в обща база данни.

Този подход обаче не е подходящ за всяко приложение. Конфигурирането на производствените MES (manufacturing execution system) системи и системите за сградна автоматизация така, че да обменят информация с разпределените контролни DCS системи, може да се окаже сложен и времеемък процес. Предизвикателство би било и категоризирането на информацията при архивиране, за да е по-лесно търсенето при хронологични справки. Ако системите функционират отделно обаче, ще се запази гъвкавостта в управлението и възможността за ревалидиране на данните при необходимост.

Ето защо изграждането на консолидирана система за сградна и процесна автоматизация е препоръчително, само когато в дългосрочен план ползите надхвърлят недостатъците, сред които по-високите разходи за инсталация и поддръжка. Съществено перо са и разноските за по-комплексни софтуерни платформи и лицензиране на софтуера.

Некритичните за производството процеси могат да бъдат управлявани чрез по-разходноефективните за такива приложения SCADA системи. Използването на оборудване, което може да комуникира с различни типове и голям брой процесори, е препоръчително, за да се улесни безпроблемната комуникация в мрежата, независимо от технологията.

Интегрирането на множество контролни платформи и установяването на повече контролни станции, които комуникират помежду си в рамките на процесното производство, е все-лесно и често срещано. Ползите от тази възможност ще стават все повече в бъдеще, когато различните контролери и компоненти на системите за автоматизация са с отворени комуникационни протоколи и безпроблемно обменят информация.

Това ще улесни разпределението на ресурсите и ще спомогне за преодоляването на пречките в комуникацията, породени от различните стандарти на компонентите от различни производители.

Комуникационни възможности
Проблем при комбинирането на две отделни системи за сградна и процесна автоматизация са различните комуникационни протоколи, с които стандартно се произвеждат компонентите. Разпространен стандарт в сградната автоматизация е BACnet, докато технологиите за процесна автоматизация обикновено се свързват във Fieldbus и Ethernet мрежи като EtherNet/IP и Profinet.

Възниква въпросът как биха могли тези системи да комуникират помежду си. Разбира се, няма универсално решение, но добър подход е системите да споделят само данните, от които имат потребност. OPC (OLE for process control) сървърите например могат да осъществяват комуникация както в BACnet, така и в Ethernet/IP мрежи и да „превеждат” между процесните и сградните контролери само информацията, която е потребна.

Това е една от водещите тенденции в съвременните приложения за консолидиран сграден и процесен контрол, особено в новопостроените съоръжения. Консолидацията на управлението може да варира от използването на обща контролна система до интегрирането на две отделни системи в обща дигитална комуникационна мрежа.

В предприятия със съществуващи системи за сградна автоматизация, които добре изпълняват ролята си, обикновено е трудно да се обоснове икономически подмяната им с нова консолидирана система. Решение е интегрирането на съществуващата система в нова платформа за процесен контрол посредством BACnet интерфейсни адаптерни карти, OPC сървъри и Ethernet адаптери.