צמחים כימיים מודרניים מתמודדים עם לחץ גובר על יעילות, להפחית את זמן הפחתת, ולהתאים לדרישות השוק המתפתחות.מערכות בקרת מורשת זו באופן מסורתי הייתה מאמץ משבש, יקר הדורש חסימה ארוכה והתחדשות נרחבת.עם זאת, אימוץ של מערכת בקרת דיסטרינרית מתקדמת (DCS) ארכיטקטורות מתקדמות, אך גם מעצימות את האופן שבודרגות הצמח מתוכננות ומבוצעות.

אדריכלות: Modular DCS Chemical Architecture

ארכיטקטורת DCS מודולרית מארגן מערכת בקרה מתפקדת למודולים מורכבים עצמיים שמתמודדים עם משימות ספציפיות כגון בקרת תהליכים, לוגיקה בטיחות, בקרה רצף, היסטוריונים או תקשורת עם מערכות ברמה גבוהה יותר.כל מודול פועל באופן עצמאי וניתן להוסיף, להסיר, לשדרג, או להחליף מבלי להשפיע על שאר המערכת.זהו עזיבה של כוכבי הלכת מאדריכלות מסורתית של מונוליטיקה DCS, שבו כל פונקציות שליטה הן קבועות, שהופכות לכל , ומשתנה, ומשתנה, ומורכב, הופך כל זמן, הופך להיות משולבות, ומשתנה, ומורכב, הופך כל אחד, הופך כל אחד, הופך כל אחד, הופך כל אחד, הופך להיות בעל סיכון גדול, הופך להיות בעל סיכון גדול, הופך כל אחד, הופך להיות משולב, הופך כל אחד, הופך ללא השפעה, הופך להיות משולב, ומורכב, ומשתנה, ומשתנה, ומורכב, ומשתנה, הופך ללא השפעה, הופך כל אחד, הופך ללא השפעה, הופך כל זמן, הופך כל אחד, הופך להיות בעל סיכון גדול, הופך להיות בעל סיכון גדול, הופך להיות בעל סיכון גדול, הופך ללא השפעה, הופך ללא השפעה, הופך להיות קבוע, הופך כל אחד, הופך להיות קבוע, הופך להיות קבוע, הופך ללא השפעה, הופך כל אחד, הופך להיות

בעיצוב מודולרי, מודולים לתקשר על רשת סטנדרטית ומהירה - לעתים קרובות באמצעות פרוטוקולים כמו OPC UA או Ethernet תעשייתי - המאפשר החלפת נתונים חלקה תוך שמירה על הפרדה פונקציונלית.כל מודול מכיל מעבד משלו, אספקת חשמל, I / O ממשקים, ולוגיקה יישום. כמה ספקים מציעים מודולים כי הם מראש מופעלים מראשKKered ובדיקה עבור יישומים ספציפיים, כגון בקרת כורים, עמודה או ניטור, לדוגמה, תיבת ניטור של תיבת דואר אלקטרוני, אשר מציעות, כגון: IO מרכזי בקר.

הפריסה הפיזית ניתן לחלק את הצמח: מודולים ליד יחידות התהליך להפחית קלינג ועצלות, בעוד מודולים מרכזיים להתמודד עם תיאום ותיקון נתונים. גישה מבוזרת זו משפרת את הסובלנות מאחר שכישלון במודול אחד אינו מתקפל לאחרים.זה גם מפשט תחזוקה: טכנאים יכולים לשרת או להחליף מודול ללא סגירת המפעל כולו.

יתרונות מרכזיים עבור התאמות צמחים

גמישות ו Scalability

אדריכלות מודולרית DCS מאפשרת לצמחים להרחיב את יכולות השליטה באופן מצטבר.כאשר הוספת יחידות תהליכים חדשות או רטרו-התאמה של קיימות, מהנדסים יכולים פשוט לשלב מודול חדש לרשת ולהגדיר אותו עבור לוגיקה הנדרשת לשליטה.אין צורך לעצב מחדש את מערכת הבקרה כולה או להחליף בקרים קיימים.זה חשוב במיוחד עבור צמחים כימיים אשר לעתים קרובות לשנות מתכונים, להוסיף קווי מוצר, או לאמץ טכנולוגיות חדשות כמו עיבוד גמיש או תהליך.

לדוגמה, צמח שדרוג סעיף יכול להתקין מודול ייעודי המטפל בקרת טמפרטורה כור, להאכיל ריצוף, ובקרת בטיחות.מודול זה מתחבר ל- DCS הקיים פועל בשיתוף עם מודולים אחרים.אם מאוחר יותר הצמח מחליט להוסיף שלב האכלה מראש, מודול אחר יכול להוסיף - ללא נגיעה למודול.

סקביליה מתרחבת מעבר לחומרה; ארכיטקטורות תוכנה מודולריות מאפשרות למפעילי הצמח לאמץ אלגוריתמים מתקדמים או להוסיף יכולות היסטוריות חדשות על ידי התקנת מודול ולא להטמיע מחדש את כל התצורה של DCS. גמישות זו היא יתרון משמעותי בתעשייה כימית שבה מחזורי חיים של מוצרים מקצרים והתאמות תהליכים הם תכופים.

ירידה ב Downtime במהלך שדרוגים

אולי היתרון המיידי ביותר של אדריכלות DCS מודולרית היא היכולת שלה למזער את אובדן הייצור במהלך שדרוגים. במערכות מונוליטיות, כל שינוי דורש לקחת את כל בקר במצב לא מקוון, לעתים קרובות לכפות סגרה מלאה של צמח.עם מערכות מודולריות, שדרוגים ניתן לקבוע על בסיס קבוע במהלך חלונות תחזוקה מתוכנן.

יתר על כן, פלטפורמות מודולריות מודרניות רבות תמיכה "חם-swap" של רכיבים.לדוגמה, מודול I / O פגומים ניתן להחליף בזמן שהבקר עדיין מופעל, והמערכת באופן אוטומטי מחדש את עצמה. במהלך שדרוג גדול, מודול חדש יכול להיות pre-config, נבדק בסביבה מעבדה, ולאחר מכן החלפת במהלך קצר.

גישות שדרוג שלב הן גם הסתברות: צמח עשוי לשדרג מודולים שליטה עבור יחידה אחת בתהליך, בהדרגה נודדים ממונוליטי הישן DCS לאדריכלות מודולרית חדשה במשך כמה חודשים.כל שלב הוא תוקף, ומפעילים מקבלים אמון לפני שתמשיך.גישה זו מפחיתה באופן דרמטי את הסיכון של התמוטטות קטסטרופלית אחת עקב כשלים במערכת.

עלויות-אווירה

אדריכלות DCS מודולרית מספקת חיסכון בעלויות הן מעלה והן על מחזור החיים של הצמח.הוצאה ראשונית הון יכול להיות נמוך יותר כי רק המודולים הדרושים נרכשים; יכולת נוספת ניתן להוסיף מאוחר יותר בעת הצורך.מודל תשלום זה, כמו שאתה-grow, מתאים טוב יותר עם מחזורי תקציב ופרויקט מזומנים תזרימי מזומנים מאשר השקעה אחת מסיבית במערכת מונוליטית.

תחזוקה וחלקי חילוף עלויות גם להקטין.במקום לצבור מגוון רחב של רכיבים ייחודיים למערכת מורשת, צמחים יכולים סטנדרטיזציה על משפחה של מודולים. מרכיבים משותפים - ציוד כוח, מודולים תקשורת, I / O קלפים - ניתן לשמור במלאי ולהשתמש בו על פני מודולים מרובים. זה מקטין את עלויות המלאי וסימולציות לוגיסטיקה. כאשר מודול נכשל, זה יכול לעתים קרובות להיות מוחלף עם יחידה זהה בתוך דקות, צמצום הפסד ייצור.

העלות התפעולית של שינויים הנדסית היא נמוכה יותר גם.הוספת לולאה חדשה או שינוי רצף לעתים קרובות כרוך רק בהגדרה מחדש של המודול הספציפי מעורב, לא לכתוב מחדש את המערכת כולה.פתרון בעיות הוא מהיר יותר כי בעיות הכלולות בתוך מודול וניתן לאבחן באופן עצמאי. פלטפורמות מודולריות רבות של DCS כוללות אבחון בנוי-אין אשר מציבות בעיות מטה אל המודול, צמצום זמן לתיקון.

אמינות מוגברת ונפיחות

מכילות Fault היא אחת הטיעונים החזקים ביותר עבור אדריכלות מודולרית. במערכת מונוליטית, באג תוכנה, כשלון חומרה או תנודות כוח יכול להפיל את כל הבקר, המשפיע על כל התהליכים המחוברים. במערכת מודולרית, פגם במודול אחד נשאר מבודד. לדוגמה, טעות תקשורת במודול השולט החלפת חום לא ישפיע על המודול השולט בעמודה של זיקוק, כל עוד הרשת היא מופרעת כראוי.

אמינות היא עוד יותר משופרת על ידי היכולת להקצות undancy ברמת המודול.מודולים קריטיים ניתן להגדיר עם מעבדים כפולים, אספקת חשמל מאוזנת, או Redundant I / O - בעוד מודולים לא קריטיים פועלים ללא undancy. זה מכוון אדמוניות להימנע עלות של שכפול מערכת הכולל תוך הבטחת זמינות גבוהה עבור תהליכים מרכזיים.

בנוסף, ניתן לקחת מודולים בודדים לא מקוון עבור תחזוקה או שדרוגים קושחה ללא להפריע מודולים אחרים.לדוגמה, מערכת בטיחות כלי רכב (SIS) מודול עשוי להיבדק ותיקון מחדש בעוד מודול בקרת התהליך ממשיך לרוץ בבטחה.זה תורם ליעילות כללית גבוהה יותר (OEE) ולהפחית את תדירות של הוצאות להורג כפויות.

קידום עתידי של טכנולוגיות מתפתחות

אדריכלות Modular DCS היא ייחודית יותר להסתגל להתפתחויות טכנולוגיות עתידיות מאשר מערכות מונוליטיות. כמו תעשיית הכימית נעה לכיוון תעשייה 4.0 וייצור חכם, מודולים יכולים להיות מעוצבים לממשק עם חיישני IoT, פלטפורמות ניתוח ענן, סביבות תאום דיגיטליות ומנועי מודיעין מלאכותיים.לדוגמה, מודול יכול לשלב יחידת מחשוב קצה שמעבדת נתונים באופן מקומי ושולח רק תובנות בעלות ערך גבוה לנתונים מרכזיים, צמצום דרישות רוחב פס.

הוספת פרוטוקול תקשורת חדש – כמו MQTT עבור IIoT או PROFINET למכשירים שדה – דורש רק את ההתקנה של מודול תקשורת חדש ולא מערכת בקרה מלאה על יתרול. בדומה, כמו איומים אבטחת סייבר מתפתחים, מודולים אבטחה (למשל, חומת אש, זיהוי חדירה, זיהוי חדירה מרחוק שערי גישה) ניתן להוסיף לרשת DCS ללא הפרעות בתפקודים קיימים.

עיצוב צופה קדימה זה מפחית את הסיכון של obsolescence. כאשר מוכר מפסיק מודל בקר, צמחים עם מערכת מודולרית רק צריך לשדרג את המודולים המושפעים, לא את כל התשתית. כמה מערכות DCS מודולריות לאפשר ערבוב חומרה מדורות שונים, כל עוד הם מתאימים לממשק הרשת המשותף. גישה זו מרחיבה את החיים השימושיים של מערכת הבקרה ומגן על ההון.

המונחים

תאימות עם מערכות קיימות

לפני אימוץ ארכיטקטורת DCS מודולרית, מהנדסי הצמח חייבים להעריך תאימות עם מכשירים קיימים בתחום, חיוט, תשתיות רשת. מערכות מורשת רבות להשתמש בפרוטוקולים של שדהבוס קנייניים כגון HART, Foundation Fieldbus, או Profibus PA. A Modular DCS פלטפורמה להציע שערים או I / O מודולים התומכים בפרוטוקולים אלה כדי למנוע התחדשות של כל המכשירים.חלק מהם לספק "נישואין" המאפשרים חדשים כדי לתקשר עם מודולים מתקדמים.

חשוב גם להעריך את הדרישות הפיזיות של העליה והסביבתית.מודולים המיועדים לאזורים מסוכנים (Zone 1/Div 2) חייבים להיות מוסמכים לתנאים אלה. כמה מערכות מודולריות מגיעות במסגרים מחוסנים המתאימים למתקנים בחוץ ליד ציוד, צמצום הצורך בריצה ממושכת וחדרי בקרה הממוקמים במרכז.

בחירת וסטנדרט

בחירת הספק הנכון היא קריטית.גורמי מפתח כוללים את הפתיחות של האדריכלות (ספק מנעול-אין), הזמינות של מודולים עבור יישומים ספציפיים, את הסמכה אבטחת הסייבר של הפלטפורמה, ואת איכות התמיכה הטכנית. ספקים גדולים מציעים משפחות מודולריות DCS: DeltaV של Emerson, יונקוגאווה של CENTUM , מערכת ההפעלה של Honey's Experion PKS, ABBS ו- SIMS נועד גם עבור מעבדים זעירים, אך ורק 7.

סטנדרטיזציה על מוכר יחיד עבור הצמח כולו יכול לפשט אימון, חלקי חילוף, ואינטגרציה, אבל זה עשוי להגביל אפשרויות עתידיות. חלופה היא להשתמש במערכת מודולרית המבוססת על סטנדרטים פתוחים (למשל, OPC UA, IEC 61131-3, PROFINET) המאפשרת ערבוב מודולים מ ספקים שונים כל עוד הם לדבוק באותו ממשק.

אבטחת סייבר

ככל שמספר המודולים המחוברים לרשת עולה, כך גם משטח ההתקפה.מודולריות DCS חייב ליישם אמצעי אבטחת סייבר מעמיקים הקשורים לתקני IEC 62443.כל מודול צריך לתמוך ב-חול מאובטח, תקשורת מוצפנת, בקרת גישה מבוססת תפקידים, ו- logging.הרשת צריכה להיות מפורצת לאזורים ולעמודים, עם מערכות חומת אש או מכשירי אבטחה המסננים בין רשתות תאגידיות.

פלטפורמות מודולריות מודרניות DCS כוללות תכונות אבטחה בנויות, כגון אימות מבוסס תעודה לתקשורת מודול-עד בינוני ו tamper-detection מנגנונים. עדכוני קושחה רגילים צריכים להיות חלק מתוכנית התחזוקה, ומודולים צריכים לתמוך תיקון קל ללא השפעה על פעולות אחרות. צוותי אבטחת סייבר צמחי חייב להיות מעורב בשלב העיצוב כדי להבטיח כי אדריכלות מודולרית עונה על מדיניות אבטחה כוללת.

ניהול והחלפת צוות

אימוץ ארכיטקטורת DCS מודולרית לעתים קרובות דורש שינוי חשיבה עבור מפעילי ותחזוקת צוות. במקום לחשוב על מערכת הבקרה כישות יחידה, הם צריכים להבין את הפונקציה של כל מודול וכיצד הם אינטראקציה. תוכניות הכשרה צריך לכסות תצורה מודול, אבחון, נהלים חלופיים, טיפול חירום. [+] סביבות סימציה כי לשחזר את התצורה מודולרי של הצמח ניתן להשתמש עבור אימון ללא סיכון.

ניהול שינויים הוא חשוב באותה מידה. צוותי הנדסה חייבים לקבוע נהלים ברורים לביצוע שינויים במודולים (עדכונים רכה, שינויים פרמטר, החלפת חומרה) ולהבטיח כי שינויים הם תועדו ו- גירסה מבוקרת. תצורה של מודול צריך להיות מגבה באופן קבוע, ואת הגיבוי צריך להיבדק כדי להבטיח כי ניתן לשחזר במהירות חירום. פלטפורמות DCS מודולרי רבים לספק גישה "זהב" שבו כל מודולים מאוחסנים כקובץ שניתן יהיה צורך לloaded אם יש צורך לשחזר אותו במהירות במקרה חירום.

ניהול מחזור חיים ותכנון מיילדות

מערכות מודולריות מפשטות את ניהול מחזור החיים מכיוון שניתן לרענן מודולים בודדים בזמנים שונים.עם זאת, חשוב לתכנן מחזורי סוף-חיים. Vendors בדרך כלל להכריז כאשר מודול יהיה מיושן, ומודולים חלופיים לעתים קרובות יש תאימות לאחור. צמחים צריכים לשמור מלאי עדכני של סוגים וגרסאות, ולעבוד עם ספקים כדי לאבטחת הסכמי תמיכה לטווח ארוך עבור מודולים קריטיים.

כאשר מודול מגיע סוף החיים, השדרוג מוגבל למודול זה ואת ממשקי I / O או תקשורת המחוברים ישירות שלו.זה הרבה פחות משבש מאשר החלפת בקר מונוליטי המשלב פונקציות רבות.תוכנית מחזור חיים צריך גם לשקול דרישות מודול חילוף: מחזיק כמה מודולים בודדים שמתאימים את הסוגים הנפוצים ביותר במפעל מקטין את הסיכון ללא מלאי מופרז.

חישוב החזרה על ההשקעה

בעוד היתרונות של אדריכלות מודולרית DCS משכנעים, מנהלי הצמח צריכים להצדיק את ההשקעה עם מדדי ROI ברורים.העלות הראשונית עבור מערכת מודולרית עשויה להיות מעט גבוה יותר עבור I / O נקודה בהשוואה למערכת מונוליטית, אבל העלות הכוללת של בעלות (TCO) מעל 10-15 שנים היא לעתים קרובות נמוך יותר בשל ירידה, עלויות תחזוקה נמוכות יותר, ומשדרגות קלות יותר.

אחת הדרכים לחשב את ROI היא להעריך את הערך של הימנעות ייצור אבוד. נניח שצמח מייצר 50 אלף דולר של מוצר לשעה. שדרוג מונוליטי הדורש שבועיים של חסימה יעלה 16.8 מיליון דולר בייצור אבוד. שדרוג מודולרי שלא כל חסימה מלאה ובמקום זאת משתמש בתשלומים קצרים בסך הכל 40 שעות בסך הכל יעלה רק 2 מיליון דולר בייצור אבוד - חיסכון של 14.8 מיליון דולר.

גורם נוסף הוא זמן הנדסי מופחת לשינויים.אם כל שינוי במערכת מונוליטית ממוצע 100 שעות של מאמץ הנדסי, ושינוי מודולרי שווה דורש 40 שעות, צמח שהופך 20 שינויים בשנה חוסך 1,200 שעות הנדסה מדי שנה.

ניתן גם להפחית את עלויות המלאי של חלקי ספאר.מערכת מונוליטית עשויה לדרוש 500,000 דולר במזונות ייחודיים; מערכת מודולרית עם מודולים משותפים עשויה להיות זקוקה רק ל-200 אלף דולר.זה חוסך $ 300,000 במלאי ראשוני ולהפחית עלויות שנתיות של 30,000 דולר (מעלה 10% לשאת עלות).

המספרים האלה הם ממצאים, אבל כל צמח צריך לבצע ניתוח מפורט המבוסס על לוח הזמנים הספציפי שלו שדרוג, ערך הייצור ועלויות העבודה. חברות הנדסה רבות מציעות מחשבוני TCO עבור החלטות ארכיטקטורות DCS. המפתח הוא לכלול את היתרונות העקפים של הגדלת זמן, גמישות לפרויקטים עתידיים, וסיכון מופחת של חסימה ממושכת עקב בעיות שילוב.

עתיד ה-DyS בצמחים כימיים

המגמה לכיוון ארכיטקטורת DCS מודולרית היא מאיצה כמו טרנספורמציה דיגיטלית reshapes את התעשייה הכימית.אינטגרציה עם פלטפורמות IoT תעשייתי (IIoT) מאפשר מודולים להאכיל נתונים בזמן אמת לניתוח מבוסס ענן עבור תחזוקה חיזוי, אופטימיזציה אנרגיה, וחיזוי איכות. אדג 'מודולים מחשוב יכול להפעיל אלגוריתמים מתקדמים, צמצום הגמישות ומאפשרת תגובות שליטה אוטונומית.

Modular DCS תומך גם ברעיון של צמח "plug-and-produce", שבו מודולי תהליכים חדשים (למשל, כור חדש שמוצק) יכולים להיות מותקנים מבחינה מכנית ולאחר מכן לגלות באופן אוטומטי להשתלב במערכת הבקרה.המודול DCS עבור זה מתווך תקשורת את יכולותיו ותצורה למערכת הכוללת, המאפשרת עמלה מהירה.

אינטליגנציה מלאכותית ולמידה של מכונה עשויים להיות מוטבעים ישירות לתוך מודולים, ומאפשרים לכל מודול לייעל את הביצועים שלו ולתקשר דפוסים למדים למודולים אחרים.לדוגמה, מודול השולט בדחיסה יכול ללמוד את לוח הזמנים של העומס האופטימלי בהתבסס על הביקוש בזמן אמת ולשתף את המידע עם המודולים השולטים על תהליכי הזרם והירידה.

אבטחת סייבר תמשיך להתפתח, עם מודולים המשלבים ⁇ אבטחה מבוססת חומרה ומיקום blockchain עבור אימות יושרה.המודולרית DCS של העתיד תהיה הערכה עצמית במידה מסוימת: אם מודול מזהה התנהגות בלתי-מועילת, הוא יכול לבודד את עצמו וליזום הליכי שיקום בעוד מודולים אחרים ממשיכים לפעול.

לבסוף, סטנדרטים פתוחים כמו תקן אוטומציה מודולרי של איגוד NAMUR ופורום Open Process Automation (OPAF) הם נהיגה לעבר מערכות בין-סובנטריות, מודולריות שבו רכיבים ממוכרים מרובים יכולים להיות משולבים בצורה חלקה.זה ייתן לצמחים כימיים אפילו יותר חופש לבחור מודולים ברמה הטובה ביותר עבור כל פונקציה, מבלי להיות נעול לתוך מערכת אקולוגית של מוכר יחיד.

מסקנה

אימוץ ארכיטקטורת כימיה מודולרית DCS מספק יתרון אסטרטגי עבור שדרוגים צמחיים.זה מקדם גמישות, להפחית את עלויות מחזור החיים, ומשפר את האמינות, הצבת צמחים כימיים כדי לעמוד באתגרים עתידיים ביעילות. אי יישום דורש תכנון זהיר סביב תאימות, בחירת ספקים, אבטחת סייבר, ואימון, אבל היתרונות לטווח ארוך הרבה יותר עולים על המאמץ הראשוני, כמו הטכנולוגיה ממשיכה להתפתח, מערכות מודולריות יהפכו חיוני יותר עבור ניהול יעיל יותר ויותר, אבל בפועל, אבל לאסטרטגיית תהליכים מתקדמים, אבל לא צריך לשקול מערכת בקרה מתקדמת יותר ויותר יעילה יותר ויותר, אבל לא יעילה יותר ויותר, אבל לא צריך להיות יעיל של זמן ארוך, אבל זה מכבר, אבל לא פחות יעילה יותר ויותר, אבל לא צריך להעריך את הטכנולוגיה מתקדמת יותר ויותר, אבל את הטכנולוגיה מתקדמת יותר ויותר, אבל את הטכנולוגיה מתקדמת יותר ויותר, אבל כדי להעריך את הטכנולוגיה מתקדמת יותר ויותר יעיל של ניהול יעיל של ניהול יעיל של ניהול יעיל של זמן ארוך טווח יעיל של ניהול יעיל של ניהול יעיל של ניהול יעיל של מרכז הבקרה של זמן ארוך יותר ויותר, אבל זה עובד יעיל יותר ויותר, אבל.

(ב) לקריאה נוספת, התייחס האגודה הבינלאומית של אוטומציה:0 (IEC 62443 סדרה על אבטחת סייבר תעשייתית FLT:1 ו- Open Process Automation פורום אוטומציה:2Pro סטנדרטי עבור בקרת תהליכים בין-סבירים (FLT 3) מחקר מקרה על הגירה מודולרית במפעל כימי גדול זמין מ- 7LTstrid Control Systems; 5Fal-Frol: ALTS) ל-DIFular Engineeringation Index to a Index to a Index to a Index to a Index to Modular Engineering article.