دور بروبسوس في عملية التشغيل الآلي للصناعات الكيميائية

التعريف بالصورة في عملية التألق الكيميائية

وتخضع الصناعة الكيميائية لبعض أكثر الظروف احتياجا في التصنيع: درجات الحرارة القصوى، والجو التآكلي، والضغوط العالية، وأنظمة السلامة الصارمة، والتشغيل الآلي للعمليات ضروري للحفاظ على جودة المنتجات، وضمان سلامة العمال، وتحقيق أقصى قدر من الكفاءة التشغيلية، وقد برزت هذه المادة، على مدى العقود الثلاثة الماضية، بوصفها أحد أكثر التكنولوجيات الميدانية المعتمدة في النباتات الكيميائية في العالم، وتستكشف هذه المادة الأسس التقنية لمجالات التطور في مجال البروبو، وتحدياتها المحددة في البيئة الكيميائية.

وعلى عكس نظم الإشارة القديمة (مثلاً، 4-20 ملغم من نوع المقطع)، تقدم شركة بروبس رقمية الاتصالات بين الأجهزة الميدانية ونظم المراقبة، مما يتيح تبادل البيانات الأغنى، وعمليات التشخيص عن بعد، والأسلاك المبسطة، وبالنسبة للمصنعين الكيميائيين الذين يعملون في مرافق كبيرة وموزعة بمئات أو آلاف النقاط التي يوجد فيها نظام المعلومات المتكامل/العمل، تقدم شركة بروبيوس حلاً قابلاً للتوسع وقوياً يدعم مباشرة سلامة العمليات وموثوقيتها التشغيلية.

ما هو بروفيبوس؟

والرسوم (العمليات الميدانية) هي بروتوكول رقمي للاتصالات التسلسلية موحّد بموجب القانون رقمي 61158 الصادر عن المجلس التنفيذي الدولي، و61784، وقد تم تطويره أصلا في أواخر الثمانينات من قبل اتحاد شركات ألمانية، بما فيها سيمينس، ويحتفظ به الآن بروبس " وبروفيسورينت " الدولي (PI). ويحدد البروتوكول الطبقات المادية، وطبقة وصل البيانات، وطبقة الاتصالات بين الأجهزة الميدانية (الأجهزة التحكم، وأجهزة التحكم، وأجهزة التحكم في الأجهزة).

ويعمل المصنف في متغيرين رئيسيين مصممين خصيصا لمختلف مجالات التطبيق:

• Profibus DP (Decentralized Periphery):] Optimized for high-speed communication between controllers and distributed I/O devices. It uses RS-485 as the physical layer with data rates from 9.6 kbps to 12 Mbps. DP is the most common choice for factory functioning and for fast control cycles in process plants.
• ()Profibus PA (Process Automation):] Designed specifically for the process industry, including chemical and pharmaceutical plants. PA uses the same protocol but employs MBP (Manchester Bus Powered) technology, which allows power and data to be carried over a two-wire cable. It supports intrinsic safety fixed (Ex ia) for use in hazardous areas

ويتقاسم كل من المتغيرين صورة موحدة لطبقات التطبيق (DP-V0, DP-V1, DP-V2)، بما يكفل خليط الأجهزة والمراقبين من بائعين متعددين، ويمكن ربط أجهزة السلطة الفلسطينية بشبكات إدارة شؤون الإعلام عن طريق الأزواج من الشرائح، مما يجعل من المستقيم إدماج الأجهزة الميدانية من المناطق الخطرة في هيكل الرقابة الرئيسي.

لماذا شركة برابسس للمجالات الكيميائية

وتطرح النباتات الكيميائية تحديات فريدة تجعل تكنولوجيا الضبط الميداني القوية والمرنة أمرا لا غنى عنه.

الاتصالات المحددة للتاريخ الحقيقي

وكثيرا ما تتطلب العمليات الكيميائية حلقات مراقبة ضيقة - درجة الحرارة والضغط والتدفق والمستوى.() ويعرض الموجز DP فترات دورة تقل عن 1 مترا، وتكون كافية لثغرات PID، والتداخل، والتسلسل.() وفي حين أن بطء (دورة الطول 10-30 مترا)، لا يزال يلبي احتياجات معظم متغيرات عملية التناظر، وتكفل الطبيعة الحاسمة للبرامج أن تتحكم في أوامر السلامة وتمنع حدوثها.

الموثوقية في ظروف هرش

وتصمم شبكات البروفات للضوضاء الكهرومغناطيسية الصناعية، وتطرف درجة الحرارة، والهزاء، والطبقة المادية ل RS-485 المستخدمة في إدارة الشؤون السياسية هي طبقة متمايزة ومقاومة بطبيعتها للضوضاء الشائعة، وتستخدم الطبعة الفيزيائية للسلطة الفلسطينية إشارة ذات طابع حساس أقل للتدخل، ويعمل العديد من المرافق الكيميائية بالقرب من المعدات مثل المحركات والمركبات والمحولات التي تولد ضوضاءة الكهربائية الكبيرة؛

تخفيض عدد النفقات والصيانة المبسطة

ويحتاج الأسلاك التقليدية من نقطة إلى نقطة إلى كابل منفصل من كل جهاز استشعار أو ملجأ إلى غرفة المراقبة، ويمكن أن يربط جزء واحد من الملامح 32 جهازا على مسافة 1.2 كيلومترا (DP) أو 1.9 كيلومترا (PA with repeaters) وهذا يقلل بشدة من تكاليف الكابلات ويقلل من عدد صناديق التقاطع، ويقلل من الجهد المطلوب للتكليف وقطع الاضطرابات.

السلامة الجوهرية للمناطق الخطرة

وتعالج النباتات الكيميائية المذيبات والغازات والغبارات القابلة للاشتعال، وتدعم شركة برابس باهيد السلامة الداخلية التي تحد من الطاقة الكهربائية إلى مستوى لا يمكن فيه إشعال الغلاف الجوي الخطر، ويمكن ربط الأجهزة المصدق عليها في المنطقة صفر (غاز) أو المنطقة 20 (الدو) مباشرة في نفس الحافلة ذات العجلتين التي توفر الطاقة، مما يزيل الحاجة إلى حواجز معزولة ويتيح لنفس البنية التحتية المأمونة.

القدرات التشخيصية الغنية

وفيما عدا قيم العمليات، توفر أجهزة البراموس بيانات تشخيصية شاملة: حالة الأجهزة، وتذكرة المعايرة، ونوعية الإشارة، وسجلات الأخطاء، ويمكن قراءة هذه المعلومات عن بعد بواسطة نظام المراقبة أو عن طريق أدوات يدوية، وفي النباتات الكيميائية، حيث يمكن أن يكلف وقت التوقف غير المخطط عشرات الآلاف من الدولارات في الساعة، تكون القدرة على الاستباق من جهاز استشعار فاشل أو من قضايا الأسلاك قبل أن يتسبب في إغلاقها ميزة كبيرة.

التطبيقات الرئيسية للبرامج في التجهيز الكيميائي

يتم نشر البراموس في جميع عمليات الوحدة تقريبا في مصنع كيميائي، ويُستخدم في المناطق الأكثر شيوعا وتأثيرا.

درجة الحرارة، الضغط، الضوضاء، مراقبة المستوى

وتشمل نواة مراقبة العمليات رصد متغيرات العمليات وتنظيمها. وتربط الهيئة الاستشارية المعنية ببروميد الميثيل أجهزة نقل درجة الحرارة (RTD، وأجهزة الإرسال الحراري)، وأجهزة نقل الضغط (مختلفة، ومطلقة)، وأجهزة المغناطيسية وأجهزة إرسال أجهزة الإرسال بالرادار أو أجهزة الإرسال فوق الصوتية، وترسل هذه الأجهزة قيما رقمية إلى دائرة الأمن الوطني ذات دقة وتسوية أعلى من إشارات الأشعة.

نظم أجهزة السلامة

وتتطلب العمليات الكيميائية حلقات أمان - وقف إطلاق النار وكشف الغاز، وإفراط في الضغط على الحماية - التي تلبي متطلبات SIL (مستوى السلامة) وتدعم الصور الاتصالات باستخدام القنوات السوداء، حيث تنقل البيانات المتصلة بالسلامة على الشاشات الميدانية الموحدة وتتحقق من ذلك طبقة أمان فوق الصورة العامة، وتسمح أجهزة السلامة المصدق عليها (مثلا، البرافين، بدمج شهادات التصديق على الشبكة الدولية/السلامية) في مجال السلامة.

عملية التشغيل الآلي

وتصنّع العديد من المنتجات الكيميائية في مفاعلات الدفع حيث يكون التسلسل الدقيق للإضافات والتدفئة والتبريد والتبريد أمراً بالغ الأهمية، ويربط الفروسات DP المحركات المولدة من الصمامات/الخارجية، وأجهزة التحكم مع أجهزة تحديد المواقع، وأجهزة نقل الترددات المتغيرة للمركبات، ووحدات قياس وزنها للشحن المكوني، والوقت المتزامن مع ذلك

إدارة الأصول والصيانة

ويتصل الرسم بالتعرف على الأجهزة، وبارامترات التشكيل، وبمؤشرات اللبس، فعلى سبيل المثال، يمكن لموقع صمام التحكم أن يبلغ عن عدد السكتات، واتجاه الاحتكاك، وحالة تسرب المقاعد، ويمكن لشاشات حالة الضخ أن تقدم بيانات عن اليقظة ودرجة الحرارة، وتجمع هذه المعلومات بواسطة برامجيات إدارة الأصول لتحديد مواعيد الصيانة قبل حدوث الفشل، مما يقلل من وقت التعطل غير المخطط له، ويمتد عمر المعدات، وفي النباتات الكيميائية، حيث يكون رصد الأصول والتآكل أمرا قيما.

نظم الازدهار والدوائر

ويتطلب شراء المواد الخام (البارود والسائل والغرانول) وزناً عالي الدقة، ويربط نظام بروبس أجهزة نقل الخلايا الرقمية وأجهزة التحكم بالوزن مباشرة بنظام المراقبة، ويزيل الانتقال الرقمي تردي الإشارات على طول الكابلات ويتيح استخدام الحاسبات العنكبوتية من بعد، والمعايرة، وعمليات الفحص التشخيصي، وهذا أمر حاسم بالنسبة للمنتجات التي تؤثر فيها النسب المكونة على حركيات الرجعية وعلى خصائص المنتجات النهائية.

إدماج بروفيسورس مع نظم مراقبة العمليات

وفي مصنع كيميائي نموذجي، يتألف هيكل الرقابة من نظام للمراقبة الموزعة أو مراقب لوجيكي رفيع المستوى مبرمج ومتصل بالأجهزة الميدانية عن طريق البروفوس، ويتم التكامل من خلال وحدات الوصل أو بطاقات الملامح الرئيسية التي تم تركيبها في ثكن المراقب.

وتعالج دائرة إدارة الدعم الميداني عمليات التشكيل، وإدارة الإنذار، والوصلات البينية للمشغلين، بينما يحمل بروبس بيانات عملية وتشخيصية، ولإدارة العدد الكبير من الأجهزة، والأدوات الهندسية مثل شركة سيمنز سيميتيك PDM أو مدير جهاز إمرسون لإدارة الدعم الميداني، تسمح بتحديد البارامترات، وتحميل تحديثات برامج الحاسوب، وقراءات التشخيص على نفس الحافلة.

ومن الجوانب التي كثيرا ما تُغفل الحاجة إلى تصميم شبكة سليمة، إذ يجب إنهاء أجزاء البروبوس بمقاومين، وظلت خطوط الاستنبات قصيرة (لا سيما بالنسبة لإدارة شؤون الإعلام بأسعار مرتفعة للبخ) وأعلى منافذ للحافلات، وفي شبكات السلطة الفلسطينية، يجب تزويد الشريك في القطاع بما يكفي من الطاقة لجميع الأجهزة دون تجاوز حدود الأمان الأساسية، ويعتمد العديد من الشركات الكيميائية على مرشدي النظام المعتمدين لتصميم البنية التحتية وارتكابها.

التحديات والنظر في استخدام البروفوس

وعلى الرغم من مواطن قوتها، فإن بروبس لا تواجه تحديات، لا سيما مع ظهور عمر النباتات والتكنولوجيات الأحدث.

لجنة وتشويه الأعضاء

وتحتاج شبكات البروفات إلى عناية دقيقة للأسلاك والبري والإنهاء، فالتركيب غير السليم - مثل النملات السائلة المفقودة، أو طولات الطول المفرط، أو الحلقات الأرضية - التي يمكن أن تتسبب في إخفاقات اتصال متقطعة يصعب تشخيصها، إذ يلزم أن يكتشف التقنيون الماهرون الذين لديهم أدوات اختبارية (مثلاً، بروفيتاس، وخبيرة في الاختبارات) القضايا.

حدود باندويث

والخلاصة التي تتضمنها الوثيقة DP في 12 ميغابايت كافية لمعظم تطبيقات العمليات، ولكن النباتات الحديثة ذات الرؤية المتحركة العالية السرعة أو أعداد كبيرة من المحركات قد تجد أن نطاق الترددات قد أعاق.وحتى أن الفروسات PPPUS 31.25 كيلوب ببساط هي أكثر محدودية، وإن كانت كافية بالنسبة لمعظم إشارات عملية التناظر، أما بالنسبة للطلبات التي تتطلب قدرا كبيرا من البيانات (مثلا، تحليل الرشيح من مئات أجهزة الاستشعار) فقد لا تكون أفضل.

التوافق مع البروتوكولات الجديدة

وتشدِّد الصناعة 4.0 والشبكة الصناعية للأشياء على الاتصال القائم على الشراكة الدولية على الصعيد الميداني، فالبرامج هو رمزي، ولكن ليس من الناحية العملية، لا من حيث المشروع التقني/البرنامج الدولي للشراكات الدولية، أو منافذ النقل الميداني، بينما توجد بوابات لوصل الصور إلى الشبكة الأوروبية (Ethernet) أو برنامج التبادل التقني (Mdbus TCP) أو مكتب خدمات المشاريع (OA)، فإنها تضيف تعقيداً وتساهلاً متزايداً إلى نظام " PROFnet " أو غير ذلك " .

Vendor Lock-In Risk

وعلى الرغم من أن البروفيس معيار مفتوح (الجماعة الدولية 61158)، فإن معظم أجهزة وأجهزة التحكم في البروفات تأتي عمليا من مجموعة من البائعين الأوروبيين، ولا سيما سيمينز، وقد تُعتمد النباتات التي تُوحّد في بروفيروس على أدوات محددة لتشكيل البائعين ودعم دورة الحياة، ويمكن أن يكون ذلك الاعتبار عند التفاوض على التوسعات أو التحديثات في المستقبل.

Profibus vs. Other Fieldbus Technologies in Chemical Industries

وكثيرا ما يقارن المهندسون الكيميائيون والعاملون في مجال التشغيل الآلي بروفيروس مع بروتوكولات بديلة في ميداني، وأهم المنافسين الثلاثة هم مؤسسة فيلبوس (FF) H1، Modbus، وProFINET (الخلف الذي يقع على شبكة Ethernet) وفيما يلي مقارنة رفيعة المستوى:

• (ب) مثل شركة بروفيبوس PPA، يدعم FF H1 السلامة والقوة الأصيلة على الحافلة، ويزيد من شعبية قطاع النفط والغاز في الولايات المتحدة، ويوفر لبنات عمل أغنى للتحكم في الميدان (مثلاً، PID على مستوى الأجهزة).
• Modbus RTU/TCP:] Modbus is simpler and cheaper but lacks the advanced diagnostics and deterministic timing of Profibus. It is often used for legacy tool integration, but for new process functioning auto projects, Profibus provides better reliable and features.
• PROFINET:] PROFINET is the Ethernet evolution of Profibus. It offers much higher bandwidth (100 Mbps+), supports isochronous real-time for motion control, and uses standard Ethernet cabling. Many chemical plants are migrating to PROFINET for new lines, but they often keep Profibus instrument.

ولا يوجد بروتوكول واحد " أفضل " لجميع التطبيقات، ويتوقف الاختيار على الأفضليات الإقليمية، والقاعدة المستقرة، ومتطلبات السلامة، ونظام المراقبة المحدد المستخدم، ويحافظ العديد من الشركات الكيميائية الكبيرة على مزيج من شبكات البرابس، وواو، وشبكة الطاقة الكهربائية، والشبكات التي تستخدمها الشبكة الأوروبية داخل نفس المرفق، التي تسيطر عليها دائرة تكنولوجيا المعلومات والاتصالات المتعددة الجوانب.

الاتجاهات المستقبلية: Profibus in the Age of Industry 4.0

وتتجه الصناعة الكيميائية تدريجيا نحو التدمير الرقمي، ولكن السرعة أبطأ من سرعة التصنيع المتميز نظرا للطبيعة الحرجة لاستقرار العمليات وسلامتها، ومن المتوقع أن تظل البروبوس تكنولوجيا ذات صلة لعقد آخر على الأقل، ولا سيما بالنسبة للمواقع البُنية، ولكن هناك اتجاهات عديدة ترسم تطورها.

التكامل مع منهاجي الـ (الثانية) والكلاود

وتولد أجهزة التنقيب بيانات قيمة يمكن استخدامها في التحليلات المتقدمة، والصيانة التنبؤية، والتفسير الأمثل، وتتوفر الطرق التي تحول بيانات بروفيروس إلى مكتب تنسيق العمليات الجوية أو إدارة عمليات نقل البضائع أو أجهزة الاستنشاق أو أجهزة الاستنشاق المحسنة تجاريا، مما يتيح للمصانع الكيميائية نقل البيانات الميدانية إلى منابر إدارة أداء الأصول القائمة على الغيوم دون الاستعاضة عن الأجهزة القائمة.

Migration to PROFINET

وبالنسبة للمنشآت الجديدة والتوسعات الرئيسية، فإن برنامج " بروفينيت " هو طريق التحديث الطبيعي، إذ يحتفظ البرنامج بالعديد من المفاهيم الهندسية نفسها (ملفات مجموعة التنمية المستدامة، وملفات) ويتيح التكامل مع قطاعات البرابس القائمة باستخدام أجهزة التبشير، ويعرض بعض البائعين في هذه الدائرة الآن مراقبين يدعمون كلا من البروفوس والشبكة على نفس الخطة الخلفية، مما يتيح الهجرة التدريجية.

الربط الشبكي المراعي للزمن

أما الحدود التالية فهي TSN، التي توسع نطاق قدرات الشبكة الكهربائية لدعم الاتصالات المحددة المنخفضة التردد على الشبكات القياسية، وفي حين أن شبكة TSN لم تنتشر بعد في مراقبة العمليات الكيميائية، فإن اعتمادها سيضفي في نهاية المطاف على الخط الفاصل بين الميدان والشبكة الجوية، ويمكن في نهاية المطاف الاستعاضة عن أجهزة P Profibus PA بأجهزة الشبكة الإلكترونية الإلكترونية الإلكترونية الإلكترونية (اللاير المادي المسلَّم) التي تدعم بشكل أساسي الشبكة الدولية للطاقة الذرية.

الاعتبارات المتعلقة بالأمن السيبرى

ومع ارتباط المزيد من شبكات الحواسيب الميدانية بنظم تكنولوجيا المعلومات، يصبح أمن الفضاء الإلكتروني في غاية الأهمية، فالبرامج نفسه هو بروتوكول من الدرجة 2 بدون أمن مبني، وتشمل أفضل الممارسات تقسيم الشبكات، وخطوط الحماية المكرّسة بين شبكة المراقبة وشبكة الشركات، والضوابط الصارمة على الوصول إلى أدوات التشكيل، وتوفر معايير الصناعة مثل IEC 62443 مبادئ توجيهية لتأمين نظم التشغيل الآلي الصناعية، بما في ذلك منشآت بروبوس.

خاتمة

ولا يزال الرسم البياني حجر الزاوية في التشغيل الآلي للعمليات في الصناعة الكيميائية، حيث يوفر مزيجا ثابتا من الأداء في الوقت الحقيقي، والسلامة المتأصلة، والموثوقية، والثراء التشخيصي، ومن أجهزة نقل درجة الحرارة في المفاعلات إلى صمامات الأمان ومتحكمات الدفع، فإن بروبس يربط آلاف الأجهزة الميدانية بنظم التحكم التي تبقي النباتات الكيميائية تعمل بأمان وكفاءة، بينما تكتسب التكنولوجيات الحديثة القائمة على أساس الشبكة الأرضية الأرضية الأرضية، أرضا.

وبالنسبة لمصنعي المواد الكيميائية الذين يقيمون عمليات تحديث التشغيل الآلي، فإن فهم قدرات تحديد المواقع والحدود التي يفرضها هذا النظام ضروري، وعندما يصمم هذا النظام ويركبه ويحافظ عليه بصورة صحيحة، يقدم البروبوس خلفية آمنة وفعالة من حيث التكلفة للاتصالات تدعم كلا من مطالب التشغيل الحالية ومبادرات التحويل الرقمي في الغد.

For further reading, see the official Profibus documentation from Profibus & Profinet International, the International Society of Automation (ISA), and practical guides from Control Engineering[6]