Table of Contents
פרופ' נובו ב- Chemical Process Automation
התעשייה הכימית פועלת תחת כמה מהתנאים התובעניים ביותר בייצור: טמפרטורות קיצוניות, אטמוספירה קורוזית, לחצים גבוהים ותקנות בטיחות קפדניות.תהליך אוטומציה הוא חיוני לשמור על איכות המוצר, להבטיח בטיחות העובד, למקסם את היעילות התפעולית.בשלושת העשורים האחרונים, פרופ'בוס צמח כאחד מטכנולוגיות שדה מואומץ נרחב ביותר בצמחים כימיים ברחבי העולם.
בניגוד למערכות אותות אנלוגיות ישנות יותר (למשל, 4-20 מ"א), פרופ'יבוס מאגדת תקשורת בין מכשירים שדה ומערכות בקרה, המאפשרת החלפת נתונים עשירה יותר, אבחון מרחוק, וניקוי פשוט. עבור יצרנים כימיים הפועלים מתקנים גדולים, מבוזרים עם מאות או אלפי נקודות I / O, פרופ'יבוס מציע פתרון מדרגי ועוצמתי התומכים ישירות בתהליך בטיחות ואמינות תפעולית.
מה זה פרופ'יבוס? A Technical Review
פרופ'יבוס (Process שדה Bus) הוא פרוטוקול תקשורת דיגיטלי, סדרתי סטנדרטי תחת IEC 61158 ו- IEC 61784.It פותח במקור בסוף שנות השמונים על ידי קונסורציום של חברות גרמניות כולל סימנס, והוא נשמר כעת על ידי פרופ'יבוס & פרופ'ינט אינטרנשיונל (PI) מגדיר את השכבה הפיזית, הנתונים והשכבה לתקשורת בין מערכות הפעלה (למשל, מריצים) ו-C (D) ו-DNSC) ל-D (D (D) ל-D (DNSC) ו-D (DNSC) ל-DNSC) ל-D (D (D) ל-D (D) ל-PCNSCO) ל-D) ל-D (D (D) ל-D (D) ל-D) ל-D (PI) ל-DNSCO) ל-DNSCO) ל-DNSCO) ל-D.
פרופ'יבוס פועל בשני גרסאות עיקריות המותאמות לתחומים שונים של יישומים:
- (FLT:0)Profibus DP (Decentralized Periphery): FLT:1 אופטימיזציה לתקשורת מהירה גבוהה בין בקרים לבין מכשירים I / O מבוזרים.זה משתמש RS-485 כמו השכבה הפיזית עם שיעורי נתונים מ 9.6 kbps עד 12 Mbps. DP הוא הבחירה הנפוצה ביותר עבור מפעל אוטומציה ו לולאות בקרה מהירה בתהליך.
- (FLT:0)Profibus PA (Process Automation): ibph1 תוכנן במיוחד עבור תעשיית התהליך, כולל צמחי כימי ותרופות.PA משתמש באותה פרוטוקול אבל משתמש בטכנולוגיית MBP (אוטובוס ממנצ'סטר המופעל) אשר מאפשרת כוח ונתונים לשאת מעל כבל שני-חוט.זה תומך בבטיחות פנימית (Exia) לשימוש באזורים מסוכנים (Zone 1, 2) פועל בקצב קבוע של 31b.
שני הגרסאות חולקות פרופיל שכבת יישומים משותף (DP-V0, DP-V1, DP-V2), ולהבטיח כי מכשירים ובקרים יכולים להיות מעורבים ממוכרים מרובים.המכשירים של הרש"פ יכולים להיות מקושרים לרשתות DP באמצעות מחוקקים, מה שהופך אותו פשוט לשלב כלי שדה מאזורים מסוכנים לתוך ארכיטקטורת הבקרה העיקרית.
למה פרופ'נביבוס משנה בתעשיות כימיות
צמחים כימיים מציגים אתגרים ייחודיים שהופכים טכנולוגיית שדה תוססת וגמישה הכרחית. פרופ'יבוס מטפל במספר דרישות קריטיות ישירות:
תקשורת אמיתית בזמן אמת
תהליכים כימיים דורשים לעתים קרובות לולאות בקרה הדוקות - זמן, לחץ, זרימה ורמה. פרופ'יבוס DP מציעה תקופות מחזוריות נמוכות כמו 1 מ's, מספיק עבור לולאות PID, שילוב, וריצוף.רש"פ, בעוד איטי יותר (מחזור ⁇ 10-30 מ'), עדיין עומד על הצרכים של תהליכים אנלוגיים ביותר.
אחריות בתנאים החריפים
רשתות פרופ'יבוס נועדו לרעש אלקטרומגנטי תעשייתי, קיצוניות טמפרטורה וטטראטציה.השכבה הפיזית RS-485 המשמשת ב-DP היא שונה ועמידה מטבעית לרעש משותף של MBP, משתמשת בשכבה פיזית של PAP משתמשות בסימן בעל מבנה נוכחי, שאינו רגיש להפרעות.מתקנים כימיים רבים פועלים ליד ציוד כגון מנועים, מניעים, והופכים אותם לרעש חשמלי משמעותי; ומרים הוכחו מעקב אחר תיעוד של הגדרות אלה.
צמצום התחזוקה והתחזוקה המפוכחת
מתפתל נקודתי מסורתי מחייב כבל נפרד מכל חיישן או מפעיל לחדר הבקרה.קטע אחד של פרופ'יבוס יכול להתחבר עד 32 מכשירים על מרחק של 1.2 ק"מ (DP) או 1.9 ק"מ (PA עם חזרות) זה חותך באופן דרסטי עלויות כבל, מפחית את מספר תיבות הצומת, ומפחית את המאמץ הנדרש להגשת בעיות.
בטיחות פנימית לאזורים מסוכנים
צמחים כימיים מטפלים בפתרונות דלימים, גזים ואבקים.פרופ'אבה הרש"פ תומכת בבטיחות אקסה אינטרינסיבית, אשר מגבילה אנרגיה חשמלית לרמה שאינה מסוגלת להחדיר אווירה מסוכנת.מכשירים המוסמכים לאזור 0 (גז) או אזור 20 (אבק) יכולים להיות מחוברים ישירות על אותו ציוד אוטובוס דו-חוט אשר מבטלים את הצורך במחסומים מבודדים ומאפשרים שדה מסוכן לשרת אזורי תחזוקה בטוחים וגם לפשטים.
קיבולת עשירה
מעבר לערכים של תהליך, מכשירי פרופ'יבוס מספקים נתונים אבחון מקיף: מצב המכשיר, תזכורות קלודות, איכות אות ו יומני שגיאה.מידע זה יכול להיקרא מרחוק על ידי מערכת הבקרה או באמצעות כלים חסומים. בצמחים כימיים, שבו זמן לא מתוכנן יכול לעלות עשרות אלפי דולרים לשעה, היכולת לזהות באופן יזום חיישן כושל או בעיה מתפתלת לפני שהוא גורם לסתום יתרון משמעותי.
יישומים מרכזיים של פרופ'יבוס בעיבוד כימי
פרופ'בוס הוא פרוס על פני כמעט כל ניתוח יחידה במפעל כימי.למטה הם אזורי היישום הנפוצים והמשפיעים ביותר.
טמפרטורה, לחץ, זרימה ובקרת רמה
הליבה של בקרת תהליכים כוללת ניטור וregulating משתנים תהליך. Profibus PA מחבר משדרי טמפרטורה (RTD, thermocouple), משדרי לחץ (שונה, מוחלט), מגנטי ו Coriolis זורםמטרים, ו מכ"ם או משדרי רמות אודיו.מכשירים אלה שולחים ערכים דיגיטליים ל- DCS עם דיוק גבוה יותר ורזולוציה מאשר אותות אנלוגיים רבים גם מספקים תמיכה רב-מספקית (למשל, לחץ יחידי) על פני מספר בודד של לחץ על פני הדחיסות.
מערכות אבטחה (SIS)
תהליכים כימיים דורשים לולאות בטיחות - דרישות ניתוק, אש וגילוי גז, הגנה מופרזת - העומדות בדרישות SIL (רמת אינטגריטי) פרופ'בוס תומך בתקשורת ערוץ שחור, שבו נתונים הקשורים לבטיחות מועברים על פני שדה התעופה הסטנדרטי ואומת על ידי שכבת בטיחות מעל פרופיל.תקני בטיחות פרופ'יבוס מוסמך (למשל, פרופ' בטוח) מאפשרים שילוב בטיחות I/O על אותה רשת סטנדרטית והורדת יישומים של SIL ו- 2IL, תוך שמירה על תקן עבור תקן SIL, תוך שמירה על בטיחות SIL.
סוללות Batch Process Automation
מוצרים כימיים רבים מיוצרים בכורות אצווה שבו ריצוף מדויק של תוספות, חימום, קירור, ומניעה הוא קריטי. פרופ'יבוס DP מחבר אקטוטורים כגון על / שסתום, שסתום שליטה עם מיקומים, כוננים בתדר משתנים עבור תסרוקות, ומשקל מודולים עבור ערכת חומרים.המחזור ה-DDDiscotexitistic מבטיח כי עמדות מסתומות ומהירויות מוטוריות מעודכנים הם מסונכרונכרנים, עקבי, תשואות עקביות, , , , , קידוד קבועות, ניתן להוריד את כל הפרמטרים של ה-CLCS כדי להעביר את כל ההרחבה כדי להעביר את ה-CDCS.
ניהול נכסים ותחזוקה חיזוי
פרופ'יבוס מתקשרת זיהוי המכשיר, פרמטרים של תצורה, ואינדיקטורים ללבוש.לדוגמה, ממקם שסתום שליטה יכול לדווח על מספר השבץ, מגמת החיכוך, ואת מצב דליפת המושב.דחי מצב דליפת יכול לספק נתונים רטט וטמפרטורה.מידע זה נאסף על ידי תוכנת ניהול נכסים כדי לקבוע תחזוקה לפני שכישלון מתרחש, צמצום זמן לא מתוכנן ומרחיב את החיים בצמחים כימיים, שבו קורטוריאקשן הם בעיקר ניטור נכסים משותפים.
מערכות מחשוב ופעולות
בינצ'ינג של חומרי גלם (powders, נוזלי, גרנולים) דורש משקל גבוה דיוק. Profibus מחבר משדרי תאי עומס דיגיטליים ומשקלו בקרים ישירות למערכת הבקרה.ההההדיגיטל מבטלת את ההשפלה על פני ריצות כבלים ארוכות ומאפשרת טארה מרחוק, קלברציה, בדיקות אבחון.זה הוא קריטי עבור מוצרים שבהם מתחמי חומרים משפיעים על התגובה הקינטית והנכסים הסופיים של המוצר.
שילוב של פרופ'יבוס עם מערכות בקרת תהליכים
במפעל כימי טיפוסי, ארכיטקטורת הבקרה מורכבת ממערכת בקרה מחוספסת (DCS) או מפקח לוגי בעל ערך גבוה (PLC) המחובר למכשירים שדה באמצעות פרופ'יבוס.אינטגרציה מושגת באמצעות מודולים או כרטיסי מאסטר פרופ'יבוס מותקנים בשרשרת ה-Derics rack של ה- DCS (למשל, PCS 7, EmersonV, A800xAgawa, Yobus UM) מציעים תמיכה עממית.
ה- DCS מטפל בתצורה, ניהול אזעקה, ממשקי המפעיל, בעוד פרופ'יבוס נושא תהליך והנתונים האבחון.כדי לנהל את מספר המכשירים הגדול, כלי הנדסה כגון סימנסATIC PDM או Emerson AMS מנהל התקן המאפשרים שינוי פרמטרים, הורדת עדכוני קושחה, וקריאה אבחון על אותו אוטובוס.
היבט לעתים קרובות בולט הוא הצורך בעיצוב רשת נאותה.פרקים פרופ'יבוס חייב להיפסק עם מתנגדים, קווי stub נשמר קצר (במיוחד עבור DP בשיעורי הבזה גבוהה), וטופולוגיה אוטובוס ואחריו. ברשתות הרש"פ, המטאטא חייב להיות גדול כדי לספק מספיק כוח עבור כל המכשירים ללא מגבלות בטיחות לא רצויות.
אתגרים ושיקולים כאשר משתמשים בפרופ'יבוס
למרות החוזקות שלו, פרופ'יבוס אינו נטול אתגרים, במיוחד כשצמחים מזדקנים וטכנולוגיות חדשות יותר מתגלות.
נציבות ופתרון בעיות
רשתות פרופ'יבוס דורשות תשומת לב זהירה ל-wiring, ריצוף ולסיום.אישום-התקנה - כגון נעדרים ממונחים, אורךי עוקץ מופרזים, או לולאות קרקעיות - יכולות לגרום לכשלונות תקשורת לסירוגין שקשה לאבחן. טכנאים מיומנים עם כלי מבחן פרופ'יבוס (למשל, פרופ'טסטר, מבחן לפני הספירה) נדרשים לזהות בעיות.
גבולות בנדיוויים
פרופ'יבוס DP ב-12 Mbps הוא מספיק עבור רוב יישומי התהליך, אבל צמחים מודרניים עם ראיית מכונה מהירה או מספר גדול של דחף עשויים למצוא את רוחב הפס מוגבל. . Profibus PA 31.25 kbps הוא אפילו יותר מוגבל, אם כי זה מספיק עבור רוב אותות תהליך אנלוגי. עבור יישומים הדורשים נפח נתונים גבוה (למשל, ניתוח רטט ממאות חיישנים), ייתכן כי לא מתאים ביותר.
תאימות לפרוטוקולים חדשים
תעשייה 4.0 והאינטרנט התעשייתי של הדברים (IIoT) מדגישים תקשורת מבוססת IP לרמה השדה. פרופ'יבוס הוא קביעה, אך לא TCP/IP-native, שדהבוס.בעוד שערים קיימים כדי לגשר על פרופ'אבוס לאתרנט/IP, Modbus TCP, או OPC UA, הם מוסיפים מורכבות ושקיפות ירוקה יותר ויותר בעד TRNET או מערכות אמיתיות אחרות, אך עדיין דורשות שירות ותיק ו-אי.
המונחים: Lock-in Risk
למרות שפרופ'יבוס הוא תקן פתוח (IEC 61158), בפועל רוב המכשירים והבקרים של פרופ'יבוס מגיעים מ קומץ ספקים אירופיים, במיוחד סימנס. צמחים שתואמים את פרופ'יובוס עשויים למצוא את עצמם תלויים בכלים ספציפיים של הספק ותמיכה במחזור החיים.זה יכול להיות שיקול כאשר משא ומתן על התרחבות עתידית או על מודרניזציה.
פרופ'נביבוס לעומת פילדבוס טכנולוגיות אחרות בתעשיות הכימיות
מהנדסים כימיים ואנשי מקצוע אוטומציה משווים לעיתים קרובות את פרופ'יבוס עם פרוטוקולי שדה חלופיים.שלוש המתחרים הרלוונטיים ביותר הם Foundation Fieldbus (FF) H1, Modbus ו- PROFINET (הורשורש מבוסס Ethernet).
- (FLT:0) מייסד שדהבוס H1:FLT:1 כמו פרופ'יבוס הרש"פ, FF H1 תומך בביטחון פנימי וכוח על האוטובוס. FF הוא פופולרי יותר במגזר הנפט והגז האמריקאי ומציע בלוקים פעילים יותר לשליטה בשטח (למשל, PID ברמת המכשיר).
- (FLT:0)Modbus RTU/TCP:03F1) Modbus הוא פשוט וזול יותר, אך חסר את האבחון המתקדם והתזמון הקבעיסטי של פרופ'יובוס.זה משמש לעתים קרובות לשילוב מכשירים, אבל עבור פרויקטים חדשים של אוטומציה תהליכים, פרופ'אבוס מספק אמינות טובה יותר ותכונות.
- (FLT:0PROFINET:FLT:1 PROFINET הוא האבולוציה של Ethernet של פרופ'יבוס.זה מציע רוחב פס גבוה יותר (100 Mbps+), תומך ב-Aronic בזמן אמת (IRT) עבור שליטה בתנועה, ומשתמש במודול Ethernet סטנדרטי.צמחים כימיים רבים נודדים ל-ProFINET עבור קווים חדשים, אך לעתים קרובות לשמור על פרופ'רוב עבור מערכות קיימות בגלל הבסיס המותקן ומכשיר ספציפי של הרש"פ.
אף פרוטוקול אחד אינו "טוב ביותר" עבור כל היישומים.הבחירה תלויה בהעדפות אזוריות, בבסיס מותקנת, דרישות בטיחות, ומערכת הבקרה הספציפית בשימוש.תאגידים כימיים גדולים רבים לשמור על תערובת של פרופ'יבוס, FF ורשתות מבוססות Ethernet בתוך אותו מתקן, נשלטת על ידי ריבוי-פרוטוק DCS.
מגמות עתידיות: פרופ'יבוס בעידן התעשייה 4.0
התעשייה הכימית מתקדמת בהדרגה לדיגיטליזציה, אך הקצב איטי יותר מאשר בייצור דיסקרטי בשל האופי הקריטי של יציבות תהליכים ובטיחות. פרופ'בוס צפוי להישאר טכנולוגיה רלוונטית לפחות עשור אחר, במיוחד עבור אתרי חומים, אבל כמה מגמות מעצבות את האבולוציה שלו.
שילוב עם IIoT ו-Cloud Platforms
התקנים פרופ'יבוס מייצרים נתונים יקרי ערך שניתן להשתמש בהם עבור ניתוחים מתקדמים, תחזוקה חיזוי ואופטימיזציה. Gateways שהופכים את נתוני פרופ'יבוס ל- OPC UA, MQTT, או RESTful APIs זמינים באופן מסחרי.אלה מאפשרים לצמחים כימיים להפיכת נתונים ברמת שדה לתוך פלטפורמות ניהול נכסים מבוסס ענן (APM) ללא החלפת מכשירים קיימים.
הגירה ל-FINET
עבור מתקנים חדשים והתרחבות גדולה, PROFINET היא הנתיב הטבעי לשדרג.PROFINET שומרת על רבים מאותם מושגים הנדסיים (קבצי GSD, פרופילים) ומאפשר שילוב עם מגזרי פרופ'בוס הקיימים באמצעות מכשירים Proxy.חלק מהמוכרים DCS מציעים כעת בקרים התומכים הן ב- Profibus והן PROFINET על אותו מטוס אחורי, המאפשרים הגירה הדרגתית.
רשת זמן-רגישה (TSN)
הגבול הבא הוא TSN, אשר מרחיב את יכולות Ethernet לתמוך בתקשורת דטרמיניסטית, נמוכה-עוצמה על רשתות סטנדרטיות. בעוד TSN עדיין לא נפוץ בשליטה בתהליך כימי, אימוץ שלה בסופו של דבר טשטש את הקו בין שדהבוס ואיתרנט.התקני הרש"פ של פרופ'נביבוס עשויים בסופו של דבר להיות מוחלפים על ידי APL (שכבת Ethernet מתקדמת) אשר תומכים באופן בטוח, דו-חוט בינלאומי פועל באופן פעיל על-לשוני זה.
שיקולים אבטחת סייבר
ככל שרשתות שדהבוס נוספות קשורות במערכות IT, אבטחת הסייבר הופכת להיות רבת-חשיבות. פרופ' פרופ' פרופ'ובוס עצמה היא פרוטוקול שכבת 2 ללא אבטחה מובנה.הפרקטיקות הטובות ביותר כוללות פלח רשת, חומות אש ייעודיות בין רשת הבקרה לרשת הארגונית, ובקרת גישה קפדנית לכלים של תצורה.
מסקנה
פרופ'יבוס נשאר אבן הפינה של אוטומציה של תהליכים בתעשייה הכימית, המציע שילוב מוכח של ביצועים בזמן אמת, בטיחות פנימית, אמינות ועושר אבחון. מ משדרי טמפרטורה ליסודות של סגירת בטיחות ובקרים אצווה, פרופ'יבוס מחבר אלפי מכשירים שדה עם מערכות בקרה כי לשמור על צמחים כימיים הפועלים בבטחה וביעילות.
עבור יצרנים כימיים הרואים שדרוגים אוטומציה, הבנת היכולות והמגבלות של פרופ'יבוס היא חיונית.כאשר היא מיועדת, מותקנת, נשמרת נכון, פרופ'יבוס מספקת עמודת תקשורת בטוחה ויעילה התומכת בדרישות התפעוליות של היום ויוזמות הדיגיטליזציה של מחר.
(ב) [ה] [ה]] ב[[1924]], [[המאה ה-20]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]