Aktuální vydání

celé číslo

04

2024

Průmyslové roboty a automatizace výrobních a montážních linek

celé číslo

Vizualizácia prevádzky chemického parku podporovaná Ethernetom

V chemickom parku Marl (Nemecko) je umiestených viac ako tridsať spoločností, vrátane takých známych mien, ako sú Evonik Degussa, Air Liquide, Lanxess a Linde. Na ploche 6,5 km, kde predtým stál chemický závod Hüls AG, je teraz najväčšia zmiešaná priemyselná zóna v Nemecku.
 
Dodávateľ prevádzkového riadiaceho systému, spoločnosť Yokogawa, v súčasnosti používa svoj prevádzkový riadiaci systém CS3000 v spojení s vizualizačnou platformou VisuNet podporovanou Ethernetom od firmy Pepperl + Fuchs. Tým sa umožní vizualizácia dát v prostredí s nebezpečím výbuchu prostredníctvom informačnej siete a zvýši sa spoľahlivosť prevádzky aj pri poruche niektorej komponenty riadiaceho a komunikačného systému. Decentralizované riadiace stanice s prídavnými funkciami zaisťujú, že operátori závodu sú schopní zaistiť prevádzku procesov s vysokou efektivitou.
 
Spoločnosti v chemickom parku Marl spolupracujú medzi sebou asi v sto výrobných prevádzkach umiestnených v 900 budovách. Takmer všetky závody sú prepojené: 1 200 km potrubia, 55 km ciest a 100 km koľajníc tvorí infraštruktúru chemického parku a jasne ilustruje veľkosť prevádzky. Pravidlom je, že hlavné sekcie závodu sú monitorované a kontrolované z centrálnych riadiacich staníc, ale tiež z mnohých decentralizovaných riadiacich staníc. Cieľom súčasného naplánovaného konceptu Yokogawy je zvýšenie celkovej efektivity prevádzky (operational excellence) vďaka kratším reakčným dobám pri výskytu výchyliek z ustáleného stavu prevádzky a skráteniu riadiacich ciest pre operátorov závodu.
 
Centum CS3000 od Yokogawy je procesný riadiaci systém. Fyzicky je umiestený v prevádzkových riadiacich staniciach FCS (Field Control Station), ktoré akceptujú namerané údaje získané zo snímačov. Tieto údaje sú spracované v súlade s logickými a riadiacimi algoritmami a potom sú poslané opäť do akčných členov. Procesné operácie a sledovanie sa vykonávajú pomocou operátorských staníc HIS (Human Interface Station). Počítač, na ktorom je riadiace a monitorovacie rozhranie nainštalované, vyžaduje operačný systém Microsoft Windows XP alebo Vista. Ďalšie dostupné komponenty, ako integrovaný bezpečnostný riadiaci systém (ProSafe), výrobný informačný systém manažmentu (Exaquantum PIMS – Plant Information Management Systems) na určenie kľúčových indikátorov výroby KPI a systém pre asset management AMS (PRM − Plant Resource Management), sú určené na zefektívnenie výrobných procesov a na zlepšenie ich bezpečnosti, takže údržba výrobného závodu môže byť vykonávaná efektívnejšie.
 

Topológia siete

Systémy HIS, Exaquantum PIMS, ProSafe a PRM, orientované na operátorov, komunikujú cez systémovú zbernicu Vnet/IP s kapacitou prenosu 1 Gb/s. Na tejto systémovej zbernici je časť prenosového pásma rezervovaná pre ethernetový protokol TCP/IP. Topológia siete je hviezda a všetky stanice sú redundantne pripojené na komunikačný prepínač (switch) (vrstva 2 modelu ISO/OSI). Vďaka tomu je bezpečnosť kompletného systému pri poruche značná.
 
Prídavný hardvér sa pripája prostredníctvom switchov. Tieto zariadenia nemusia patriť konkrétne výrobnému riadiacemu systému od Yokogawy, dokonca to môžu byť externé komponenty, ktoré spĺňajú ethernetový štandard podľa IEEE 802.3 − pripojiteľný hardvér musí mať iba IP adresu z povoleného rozsahu. Bezpečnosť údajov je garantovaná izoláciou rozsahu IP adries a rezerváciou určeného rozsahu pre externý hardvér. Ak je to potrebné, je pripojenie k iným sieťam zabezpečené cez firewall. Dipl. Ing. Thomas Bergsch, systémový inžinier IA Systems v Yokogawe, vidí rozhodnú výhodu tejto koncepcie v otvorenosti systému: „Väčšina používa všeobecné štandardy, ktoré sa osvedčili v mnohých situáciách. Skúsenosti ukázali, že s rozhraním nie sú žiadne problémy a systém zostáva veľmi flexibilný.“
 

Požiadavky na vizualizačnú platformu

Aby bolo možné zobrazovať výrobné údaje z prevádzky, treba mať platformu, ktorá bude spĺňať technické vnútorné aj okolité podmienky. Pre otvorenú architektúru komunikácie riadiaceho systému je Ethernet u vizualizačných prostriedkov nevyhnutnou požiadavkou. Systém musí byť schopný odolať aj častým extrémne drsným okolitým podmienkam: výkyvom teploty, vlhkosti vzduchu, chemikáliám vo vzduchu, mechanickému zaťaženiu spôsobenému vibráciami strojov, ako aj zaťaženiu v prípade čistenia závodu vysokotlakovým čistiacim systémom – všetky tieto faktory majú na výber vizualizačných prostriedkov vplyv.
 

Vizualizácia v zóne s nebezpečím výbuchu

Yokogawa vybrala vizualizačnú platformu VisuNet (viď [1]) od Pepperl + Fuchs, ktorá spĺňa uvedené požiadavky. Je to prvá priemyselná vizualizačná platforma, ktorá pracuje na základoch Ethernetu a TCP/IP, a tým kompletne „obchádza“ proprietárne protokoly. Vzdialenosť medzi monitorom, klávesnicou a myšou na jednej strane a hostiteľským počítačom na druhej strane môže byť až dva kilometre. Pri zavádzaní do prevádzky sa využíva ďalšia vlastnosť: VisuNet obsahuje monitor chýb, ktorý nahráva zistené chyby komunikácie, napr. „stratené“ údaje dokumentov.
 
Systém môže byť realizovaný ako systém so vzdialeným terminálom (VisuNet RM – Remote Monitor), ktorý je pripojený pomocou protokolu RDP (Remote Desktop Protocol) k hostiteľskému počítači. Inou možnosťou sú plnohodnotné panelové PC s monitorom, klávesnicou a myšou. V sortimente sú aj verzie schválené podľa ATEX a IEC ako zariadenia kategórie II 2G (zóna 1, výbušný plyn) a II 2D (zóna 21, výbušný prach).
 

Záverom

„Pomocou platformy VisuNet môžeme získať celkový náhľad do systému z ktoréhokoľvek miesta závodu. To znamená, že operátor závodu sa môže počas svojej pochôdzky starať o ďalšie úlohy a pri manuálnom štarte prístrojov má prístup k všetkým výrobným údajom a snímkam,“ zhŕňa Thomas Bergsch. Vďaka spojeniu s optickou sieťou môže byť dosiahnutá dĺžka káblov 400 až 500 m a systém pracuje bez chýb. Okrem funkčných výhod je VisuNet odolný aj drsnému prostrediu a jeho uzatvorený kryt je odolný a ľahko čistiteľný.
 
Literatúra:
[1] TRAUB, R.: VisuNet: odvaha opustit vyšlapanou cestu. Automa, 2007, roč. 13, č. 11, s. 64–65.
 
Dipl.-Ing. Andreas Grimsehl,
 
Obr. 1. Operátorské stanice v prevádzke zjednodušujú prácu operátorom v závode
Obr. 2. Ako zvyčajne, aj tu sú komponenty systému redundantne prepojené s modulmi riadiaceho systému pomocou dvoch switchov; VisuNet môže byť pripojený k switchom ako sieťová stanica