Een revolutionaire benadering van gedistribueerde ventieleilanden regeling

Transcriptie

1 Een revolutionaire benadering van gedistribueerde ventieleilanden regeling Hoe het 580 CHARM-station aanzienlijke tijd- en kostenbesparingen kan opleveren bij het integreren van pneumatische ventieleilanden in een gedistribueerd DeltaV TM -regelsysteem Een technisch plan van ASCO

2 Inleiding Het karwei van I/O-mapping en het configureren van veldbusnetwerken voor ventieleilanden in een gedistribueerd besturingssysteem (DCS) maakt inbedrijfstelling doorgaans tijdrovend, duur en verwarrend. Gebruikers rapporteren ook een steeds groter tekort aan opgeleid personeel dat nodig is om de vele taken in verband met systeemimplementatie uit te voeren. De afgelopen jaren is het noodzakelijk geworden om serieuze stappen richting vereenvoudiging te zetten. Gelukkig heeft de introductie van elektronische marshallingstechnologie voor DeltaV TM van Emerson in 2009 gezorgd voor een omwenteling van vele aspecten van de regeling van installaties en daarmee ook van systeemimplementatie. De optie om I/O overal in de fabriek en in elke fase van het project te kunnen toevoegen, bood gebruikers van DeltaV TM een ongekende flexibiliteit. Elektronische marshalling is nu uitgebreid met een opwindende nieuwe technologie van ASCO, die voor het eerst een integrale regeling van pneumatische ventieleilanden in één netwerk mogelijk maakt. Het nieuwe ASCO Numatics 580 CHARM-station, aangesloten op een ASCO Numatics 500-serie-ventieleiland, kan direct communiceren met de DeltaV TM CHARacterisation-module (CHARM) I/O-kaart van Emerson. Het 580 CHARM-station biedt een revolutionaire benadering van gedistribueerde ventieleilandbesturing. Het kan nuttig zijn voor gebruikers van de DeltaV TM S-serie die werkzaam zijn in de chemie, farmaceutica, biowetenschappen, petrochemische industrie en voedsel- en drankenindustrie, evenals bouwers van regelinstallaties in het veld. Dit artikel onderzoekt de problemen met traditionele bedrading en legt uit hoe deze nieuwe technologie gebruikmaakt van de kracht van DeltaV TM en elektronische marshalling met geïntegreerde stuurventielbesturing om aanzienlijke tijdbesparingen te realiseren en gebruikers lagere total cost of ownership te bieden terwijl de aansturing van ventieleilanden enorm wordt vereenvoudigd. 2

3 Problemen met traditionele marshalling van bedrading Technici sluiten van oudsher I/O aan op een gedistribueerd besturingssysteem (DCS) door veldinstrumenten te verbinden met aansluitklemmenblokken in marshallingspanelen in een I/O-kamer. De bedrading komt binnen vanuit het veld via meeraderige kabels en wordt aangesloten op de correcte I/O-kaarten in regelkasten. De bedrading wordt gekruismarshald, zodat elk apparaat wordt aangesloten op de juiste I/O-kaart en kanaal. Dit proces is helaas vaak frustrerend voor alle betrokkenen: van de technici en integrators tot de besturingsingenieurs en projectmanagers. Bij vrijwel elke stap kunnen zich problemen voordoen. Tijdens het kruismarshallen wordt het bijvoorbeeld steeds moeilijker om bij te houden waar elke kabel vandaan komt en naartoe moet. Menselijke fouten in overvloed. Kabels worden verkeerd aangesloten. Soms worden kabels helemaal niet aangesloten. En zelfs wanneer het kruismarshallen af is, is dat niet echt zo. Projecten hebben bijna zonder uitzondering te maken met een groot aantal late I/O-wijzigingen. Voorbeelden zijn het wijzigen van tekeningen, partitionering van het regelsysteem, het verplaatsen van draden, het bouwen van nieuwe kasten en vele andere subtiele wijzigingen. Elke wijziging betekent extra kosten, tijd en bovenal extra risico. Het resultaat: vertragingen. En in het veld kan zelfs een vertraging van één dag miljoenen toevoegen aan de kosten van een kritisch automatiseringsproject. Figuur 1: Van Traditionele Bekabeling naar Elektronische Marshalling 3

4 De voordelen van elektronisch marshallen van Emerson en CHARM-technologie Een steeds groter percentage van bedrijven zegt de hierboven beschreven verouderde marshallingsmethoden vaarwel. Daaronder zijn bedrijven die gebruikmaken van DeltaV TM met elektronische marshalling voor continue of batchmatige productieprocessen met gedistribueerde I/O. Daarnaast zijn er fabrieken die modulaire installatie-architectuur (modular plant architecture [MPA]) willen implementeren voor I/O-anywhere-distributie. De nieuwe voorkeursmethode: elektronische marshalling. Elektronische marshalling is een innovatieve methode die is ontwikkeld voor het aansluiten van meetinstrumenten op het DeltaV TM gedistribueerde besturingssysteem (DCS). Het is een onderdeel van het Human Centered Design -initiatief van Emerson. Elektronische marshalling richt zich op het aspect van de inbedrijfstelling dat de meeste gebruikers als zeer complex, arbeidsintensief en potentieel verstorend ervaren. Eenvoudig gezegd elimineert elektronische marshalling het ontwerp, de technische voorbereiding en het werk dat gepaard gaat met kruismarshallen. In plaats daarvan kan elk afzonderlijk I/O-kanaal elektronisch worden gemarshald met elke regelaar in het systeem. Een I/O kan dus in elke fase van het project worden verbonden met specifieke regelaars, zonder dat de bedrading handmatig hoeft te worden aangepast. Het revolutionaire voordeel van elektronische marshalling: het stelt gebruikers in staat om late wijzigingen aan te brengen in de I/O-typen of nieuwe I/O toe te voegen, zonder aanpassingen van de aanwezige bedrading of kasten! U hoeft slechts nieuwe I/O toe te voegen aan de marshallingskasten en ze elektronisch aan te sluiten op de regelaars waarvoor die I/O bestemd is. Hierdoor blijven enkele van de voordelen van I/O-busnetwerken behouden (minder bedrading en kleinere afmetingen; meer diagnostiek; flexibiliteit bij het toevoegen/ wijzigen van apparaten). Maar het belangrijkste is dat het de complexiteit en de voetafdruk van het systeem enorm vermindert. Een onmisbare component voor deze aanpak is de CHARM-technologie. Een CHARM is een component met een enkel kanaal met een analoog-digitaal (A/D)-omzetter en een signaalkarakteriseerder. De CHARM kan gewoon op het aansluitklemmenblok, nu een slimme aansluitklemmenstrip, worden geklikt op de plaats waar de veldbedrading aankomt. Hij kan overal op de strip worden geklikt. Schroevendraaiers of ander gereedschap zijn niet nodig. Deze eenvoudige maar belangrijke nieuwe technologie maakt bedradingswerk flexibeler dan ooit. Het maakt het mogelijk om de veldbedrading van elk signaaltype waar dan ook af te sluiten. 4

5 Het gebruik van CHARM laat dus late karakterisering van elk type I/O-signaal toe: analoge ingang, analoge uitgang, digitale ingang, digitale uitgang of RTD en thermokoppeltemperatuursensoren. De ultieme charme van CHARM voor systeemplanners is simpelweg de flexibiliteit om elk type I/O toe te voegen, waar en wanneer dan ook. CHARM-aansluiting met ventieleilanden De toevoeging van CHARM-functionaliteit aan de DeltaV TM -DCS is een enorme vooruitgang voor de implementatie van I/O-componenten. Er blijven echter problemen bestaan met de aansluiting van ventieleilanden. Sommige gebruikers verbinden CHARM s via fysieke bedrading met pneumatische ventielen. Dit is echter kostbaar en de configuratie kost extra tijd en arbeid. Andere gebruikers verbeteren de fysieke bedrading van ventieleilanden door een extra veldbusnetwerk toe te voegen. Dit maakt de inbedrijfstelling iets eenvoudiger en biedt een aantal extra diagnostische mogelijkheden.voor deze methode is echter een tweede communicatiekaart nodig en de complexiteit neemt toe door de extra gegevensmapping. Daarnaast betekent een extra netwerk (gewoonlijk PROFIBUS-DP, DeviceNet, AS-i, or EtherNet/IP) extra configuratie en gegevensmapping. Ten slotte kan met deze methode de hoeveelheid tijd die nodig is om een systeem aan te passen exponentieel toenemen met de complexiteit van het systeem en worden communicatie en redundante voeding mogelijk niet ondersteund. Gelukkig is er nu een derde methode beschikbaar. Figuur 2: DeltaV Netwerk met pneumatische ventielen op Profibus-DP (secundair netwerk) 5

6 Voordelen van ASCO Numatics 580 CHARM-stations De nieuwste en beste manier om ventieleilanden in een DeltaV TM -systeem te integreren met elektronische marshalling maakt gebruik van het nieuwe ASCO Numatics 580 CHARM-station. Door het gebruik van elektronische marshallingstechnologie biedt het 580 CHARMstation een volledige integratie van ASCO Numatics 500-serie-ventielen in het DeltaV TM - systeem. Dit maakt de inbedrijfstelling aanzienlijk eenvoudiger en ontsluit de volledige, ingebouwde diagnostische mogelijkheden van DeltaV TM. Deze methode vereist slechts één netwerkaansluiting om de elektronische marshallingskast, die de I/O en een ventieleiland bevat, weer op het DeltaV TM -systeem aan te sluiten. Deze enkele veldaansluiting draagt stuursignalen over voor zowel I/O en het ventieleiland met magneetventielen. Het ventieleiland is verbonden met de basisplaat van de CHARM via twee redundante kabels, die de voeding en stuursignalen leveren. Deze verbindingen bieden de gebruiker een directe interface van het 580 CHARM-station naar het DeltaV TM - besturingsnetwerk, alsof het ventieleiland direct op de basisplaat van de CHARM was gemonteerd, zonder dat digitale uitgangskaarten van de CHARM nodig zijn om elke spoel op het pneumatische ventieleiland aan te sturen. Het resultaat: aanzienlijke kleinere netwerk- en programmeringsinterfaces, netwerkgateways, bedrading en aansluitkasten en een grotere betrouwbaarheid en betere diagnostiek. Alle communicatie tussen de elektronisch gemarshalde componenten, inclusief de ventieleilanden, en de DeltaV TM -regelaar vindt plaats via het DeltaV TM -besturingsnetwerk. Er zijn geen speciale secundaire netwerken nodig. Met een 580 CHARM-station kan het ventieleiland elektronisch worden gemarshald naar elke regelaar in het systeem. Alle I/O s zijn via een enkel netwerk beschikbaar voor alle regelaars. Een elektronisch gemarshalde kast met deze nieuwe CHARM-stations is voor 100% functioneel gelijkwaardig aan een traditioneel bekabelde en gemarshalde kast. Maar er zijn minder kabels voor nodig, het kost veel minder werk, biedt veel meer flexibiliteit, geeft aanzienlijk minder gedoe met wijzigingen en biedt een beter diagnostiek. Gebruikers profiteren van een veilige, betrouwbare en redundante regeling van pneumatische signalen. Daarnaast kunnen ze procesefficiëntie bereiken zonder pijnlijke vertragingen in de responstijd.het 580 CHARM-station kan alleen worden aangesloten op ASCO Numatics serie 500 pneumatische ventielen. Deze familie van hoogpresterende plug-in -meerwegventielen biedt een hele reeks van voordelen: hogere debietwaarden, het breedste scala van componenten en accessoires in zijn klasse en een uitzonderlijk eenvoudige installatie, configuratie en modificatie. Door het 580 CHARM-station toe te passen, beschikken gebruikers over een complete, geïntegreerde Emerson-oplossing voor I/O en pneumatische ventieleilanden voor DeltaV TM -installaties. Interoperabiliteit is gegarandeerd dankzij de beproefde Emersontechnologie. 6

7 Deze oplossing biedt een naadloze integratie met bestaande hardware van Emerson, software, ingebouwde diagnostiek en redundantie. Extra configuratiehulpmiddelen zijn overbodig en het is niet meer nodig om meerdere netwerken te leren kennen. Het geeft de gebruiker een enkel punt van verantwoordelijkheid voor producten, documentatie en ondersteuning. En er is geen leercurve voor huidige CHARM-programmeurs of -gebruikers. Figuur 3: DeltaV Netwerk met pneumatische ventielen op CHARMs elimineert de behoefte aan een secundair netwerk 7

8 Kostenbesparingen De 580 CHARM-stationoplossing zorgt voor aanzienlijke besparingen op netwerkkaarten, bijbehorende I/O, bedrading en inbedrijfstellingstijd. Bij vele toepassingen worden de grootste besparingen echter behaald doordat niet langer twee verschillende netwerken nodig zijn. Het is niet langer noodzakelijk om de kast vol te stoppen met twee netwerken en deze te onderhouden. Zo maakt deze nieuwe oplossing een einde aan het gebruik van PROFIBUS-DP voor de aansturing van ventieleilanden. Deze taak kan veel efficiënter worden uitgevoerd door een enkel DeltaV TM -besturingsnetwerk via de CHARM I/O-kaart, die de sensoren op de proceskleppen uitleest. Het integreren van 580 CHARM-stations in een DeltaV TM -systeem via elektronische marshalling is uiteraard een nieuwe methode, maar alle elementen bij elkaar opgeteld zorgen voor een zeer indrukwekkende vermindering van kosten en inspanningen: Een besparing van maximaal 15% alleen al op bedrading en componenten Aanzienlijke besparingen op de kosten van programmering en inbedrijfstelling Aanmerkelijke besparingen door het elimineren of verminderen van de noodzaak van een secundair industrieel regelnetwerk (bijv. PROFIBUS-DP) en alle bijbehorende hardware Gebruiksgemak Het integreren van 580 CHARM-stations in elektronische marshallingstechnologie is eenvoudig. Magneetventieluitgangen worden door het DeltaV TM -systeem precies zo behandeld als alle andere elektronische uitgangen. Er zijn geen aparte DO CHARM s nodig om elk magneetventiel aan te sturen.deze methode benut de ingebouwde mogelijkheden van de DeltaV TM -DCS. Het DeltaV TM -systeem biedt enorm verbeterde diagnostiek van een hoger niveau aan elk geautoriseerd werkstation via reeds aanwezige toepassingen, op dezelfde manier als andere op DeltaV TM aangesloten instrumenten. Het gebruik van 580 CHARM-stations biedt dus een aantal kritische functies: Het maakt het reageren op late wijzigingen van I/O-vereisten eenvoudig (wat voorheen voor extra kosten en risico s zorgde). Het maakt de inbedrijfstelling eenvoudiger. Ook levert het ingebouwde diagnostische rapportage en redundante voeding naar, en communicatie met, het ventieleiland. Ten slotte biedt deze efficiënte Emerson-oplossing een maximale flexibiliteit bij de implementatie. Niet alleen kunt u nu elk type I/O overal en op elk gewenst moment toevoegen, maar u hebt diezelfde vrijheid om elk gewenst ASCO Numatics 500-serieventieleiland toe te voegen. 8

9 Verdere voordelen Plaatselijke oplossingen voor installaties in het veld omdat aansluitkasten in het veld analoge en digitale ingangen hebben die zijn aangesloten op de DeltaV TM CHARM; het ventieleiland wordt direct aangesloten op de CHARM-basisplaat om de spoelen van de magneetventielen aan te sturen, wat de Discrete Output (DO) CHARM voor magneetventielen overbodig maakt. Eenvoudig te gebruiken, taakgerichte technische omgeving waar DeltaV TM -gebruikers al aan gewend zijn dezelfde configuratie als Discrete Output (DO) CHARM. Aansluiting van redundante CIOC (CHARM I/O Card)-communicatie en voedingsaansluitingen op ventieleilanden met reeds aanwezige CHARM-kolomverlengeraansluitingen voegt sturings- en betrouwbare communicatiefunctionaliteit toe aan ventieleilanden; niet beschikbaar bij concurrerende methoden. Conclusie Traditionele methoden met fysieke bedrading voor I/O-punten in gedistribueerde besturingssystemen kosten aanzienlijk meer tijd en geld. De beschikbaarheid van elektronische marshalling en CHARM-technologie heeft dan ook belangrijke voordelen opgeleverd voor recente DeltaV TM -systeemimplementaties. De totale voordelen van elektronische marshalling kunnen nu zelfs nog beter worden benut en uitgebreid naar het stuurventielniveau met de nieuwe ASCO Numatics 580 CHARM-technologie. Gebruikers profiteren van de volledige, ingebouwde diagnostische functionaliteit van het DeltaV TM - systeem; volledige redundantie; volledige interoperabiliteit en de flexibiliteit om late wijzigingen door te voeren, waar en wanneer dan ook.dit vereenvoudigt de implementatie van systemen met geïntegreerde ventieleilanden, zorgt voor een enorme vermindering van de complexiteit en neemt de leercurve voor DeltaV TM -gebruikers weg. Het verlaagt projectrisico s en voorkomt mogelijk ernstige vertragingen. Ten slotte leidt het tot aanzienlijke kosten- en tijdbesparingen op bedrading en componenten, extra besparingen op programmering en inbedrijfstelling en zelfs nog meer besparingen door de overbodigheid van secundaire netwerken. Samengevat Conventionele methoden met fysieke bedrading en twee netwerken maken de implementatie van besturingssystemen kostbaar, complex en tijdrovend De nieuwere elektronische marshallingstechnologie van Emerson zorgt voor een aanzienlijke vereenvoudiging en besparingen Gloednieuwe ASCO Numatics 580 CHARM-stations maken deze voordelen beschikbaar op ventieleilandniveau en bieden een reeks van voordelen voor huidige DeltaV TM -gebruikers Ze beloven aanzienlijke voordelen voor bedrijven die de winnende combinatie van het DeltaV TM -systeem van Emerson met elektronische marshalling, ASCO Numatics 580 CHARM-stations 9 en ASCO Numatics serie 500 ventieleilanden implementeren.

10 Wereldwijde contactinformatie ASCO Europees Hoofdkantoor (Frankrijk) Tel: webmaster.asconumatics.fr@emerson.com Wereldwijd hoofdkantoor Regionaal hoofdkantoor Productielocaties en belangrijke vestigingen Andere locaties wereldwijd Australië Brazilië Canada China Tsjechië Verenigde Arabische Emiraten Duitsland India Italië Japan Mexico Nederland Singapore Zuid-Korea Spanje Turkije Verenigd Koninkrijk Verenigde Staten Het ASCO-logo is een handelsmerk van Automatic Switch Co. Het Emerson-logo is een handelsmerk en dienstmerk van Emerson Electric Co. Alle andere handelsmerken zijn het eigendom van de respectieve eigenaars ASCO Valve, Inc. Alle rechten voorbehouden