Kimyasal Süreç Otomasyonunda Profibusa Giriş

Kimyasal endüstri, üretimdeki en zorlu koşullardan bazıları altında çalışır: aşırı sıcaklıklar, kororatif atmosferler, yüksek baskılar ve katı güvenlik düzenlemeleri. Proses otomasyonları, ürün kalitesini korumak, işçi güvenliğini sağlamak ve en üst düzey operasyonel verimliliği sağlamak. Son üç yılda, Profibus dünya çapında en yaygın olarak kabul edilen alanbus teknolojilerinden biri olarak ortaya çıktı.

Eski analog sinyal sistemleri (örneğin, 4-20 mA döngüler), Profibus, alan cihazları ve kontrol sistemleri arasındaki iletişimi sayısallaştırır, zengin veri değişimi, uzaktan teşhis ve basitleştirilmiş kablolama sağlar. Kimyasal üreticiler için büyük, dağıtılmış tesisler için yüzlerce veya binlerce I / O puanla, Profibus doğrudan güvenli ve operasyonel güvenilirlikleri destekleyen ölçeklenebilir ve sağlam bir çözüm sunar.

Profibus Nedir? Teknik Bir Genel Bakış

Profibus (Process Field Bus), IE 61158 ve IEC 61784 altında standartlaştırılmış bir dijital, seri iletişim protokolüdür. Başlangıçta Siemens, DCS ve PC tabanlı sistemler dahil Alman şirketlerin bir konsorsiyumu tarafından geliştirildi.

Profibus farklı uygulama alanlarına uygun iki birincil versiyonda çalışır:

  • [FONT:0)Profibus DP (Yerel Periphery): [Dönetici: 1) Kontrolörler arasında yüksek hızlı iletişim için optimize edilmiş ve I/O cihazları dağıtmıştır. RS-485'i 9.6 kbps'den 12 Mbps'ye kadar fiziksel katman olarak kullanır.
  • [FONT:0)Profibus PA (Process Automation): [Dönetici için özellikle süreç endüstrisi için tasarlanmış, kimyasal ve farmasötik bitkiler de dahil olmak üzere, aynı protokol kullanır ancak 31.25 kbps’nin sabit bir veri hızında çalışır.

Her iki versiyon da ortak bir uygulama katmanı profili (DP-V0, DP-V1, DP-V2) paylaşıyor, bu cihazlar ve kontrolörlerin birden fazla satıcıdan karıştırılabilmesini sağlıyor. PA cihazları, DP ağlarıyla segment çiftleri aracılığıyla bağlantılı olabilir, alan enstrümanını tehlikeli bölgelerden ana kontrol mimarisine entegre etmek için basit hale getirebilir.

Neden Profibus Kimyasal Endüstrilerde Önemlidir

Kimyasal bitkiler sağlam, esnek alanbus teknolojisini vazgeçilmez hale getiren eşsiz zorluklar sunar. Profibus doğrudan birkaç kritik gereksinimi ele alır:

Gerçek zamanlı Deterministic İletişim

Kimyasal süreçler genellikle sıkı kontrol döngülerini talep eder - sıcaklık, baskı, akış ve seviye. Profibus DP, PID döngüleri için yeterli, geçici ve işlem verilerinin öngörülebilir zaman pencereleri içinde teslim edilmesini sağlar, sapmaları önlerken ( ⁇ 10-30 ms döngüsü), hala en analog proses değişkenlerinin ihtiyaçlarını karşılar.Promenördüncü sınıfsal doğa, kontrol komutları ve süreci verilerinin öngörülebilir zaman pencereleri içinde teslim edilmesini sağlar, geçici olmayan koşulları önler.

Harsh Koşullarında Yenidenlik

Profibus ağları endüstriyel elektromanyetik gürültü, sıcaklık aşırılıkları ve titreşim için tasarlanmıştır. DP'de kullanılan RS-485 fiziksel katman, kurulum yönergeleri takip edildiğinde veri bütünlüğüne karşı kanıtlanmış bir kayıttur.

İncelenen Wiring ve Siified Bakım

Geleneksel nokta-to-point kablo, her sensör veya eylemciden kontrol odasına ayrı bir kablo gerektirir. Tek bir Profibus segmenti, 1.2 km (DP) veya 1.9 km (PA tekrarlayıcılarla) mesafeye bağlanabilir.Bu büyük ölçüde kablo maliyetlerini azaltır, bir dizi kavurma ve çözüm için gerekli olan çabayı azaltır.

Tehlike Alanları için Intrinsic Safety for Hazardous Areas

Kimyasal bitkiler, ısıtılabilir çözücüler, gazlar ve tozlar ile çalışır. Profibus PA, Ex ia intrinsic security'i destekler ve aynı alanbus altyapısını hem güvenli hem de tehlikeli alanlara hizmet edebilir.

Zengin Tanıklık

Süreç değerlerinin ötesinde, Profibus cihazları kapsamlı bir teşhis verileri sağlar: cihaz durumu, kalibrasyon hatırlatmaları, sinyal kalitesi ve hata logları. Bu bilgi kontrol sistemi veya el aletleri aracılığıyla uzaktan okuyabilmektedir. Kimyasal bitkilerde, planlanmamış on binlerce dolara mal olabilir, bir kapanmaya veya kablolama sorunu proaktif olarak tanımlayabilme yeteneği önemli bir avantajdır.

Kimyasal İşlemede Profibus'un Anahtar Uygulamaları

Profibus, kimyasal bir bitkide neredeyse her birim işlemine karşı kullanılıyor. Aşağıda en yaygın ve etkili uygulama alanları.

Sıcaklık, Baskı, Akış ve Seviye Kontrol

Süreç kontrolünin temeli izleme ve süreç değişkenlerini düzenlemeyi içerir. Profibus PA sıcaklık vericilerini (RTD, termo çift), baskı vericilerini (farklı, mutlak), manyetik ve Coriolis akış metrelerini ve radar veya ultrasonik seviye vericilerini doğrulayan bu cihazlar DCS'ye analog sinyallerden daha yüksek doğruluk ve karar verir.

Güvenlik Araçları (Z)

Kimyasal süreçler güvenlik döngülerini gerektirir - raporlama kapalı, yangın ve gaz algılaması, baskı koruması - SIL (Safety Integrity) gerekliliklerini aynı ağda, güvenlikle ilgili verilerin standart alanbusunu ve SIL 3 uygulamaları için doğrulanmasıyla ilgili olarak aynı ağda güvenlik kontrolü, kablolama ve kabin alanı destekler.

Batch Process Automation

Birçok kimyasal ürün, eklerin, ısıtma, soğutma ve karıştırmanın kritik olduğu toplu reaktörlerde üretilmektedir.Probörd DP, pozisyonlayıcılarla kontrol edilebilir, değişken frekans sürücüleri, ve Profibus tüm parametreleri saha cihazlarına aktarabilir.

Varlık Yönetimi ve Tahmin Edici Bakım

Profibus, cihaz tanımlama, yapılandırma parametreleri ve göstergeler kullanıyor. Örneğin, bir kontrol valf pozisyonu, infertilite eğilimi ve koltuk sızıntı durumu. Pompa durumu monitörleri titreşim ve sıcaklık verilerini teslim edebilir. Bu bilgi, bir başarısızlık meydana gelmeden önce bakım için varlık yönetimi yazılımı tarafından toplanabilir, planlanmamış ekipman ömrünü bildirebilir. Kimyasal bitkilerde, korozyon ve erozyonun yaygın olduğu yerde, varlık izleme özellikle değerlidir.

Biz baskın ve Dosing Systems

Çiğ malzemelerin Batching (powders, sıvılar, granüller) yüksek hacimli ve teşhis kontrolleri gerektirir.Proibus, dijital yük hücre vericilerini birleştirir ve kontrol sistemine doğrudan ağırlık verir. Dijital iletim sinyal bozulmasını uzun kablo üzerinden ortadan kaldırır ve uzaktan tare, kalibrasyon ve tanınabilir kontroller sağlar.

Profibus'u Süreç Kontrol Sistemleri ile Bütünleştirin

Tipik bir kimyasal bitkide, kontrol mimarisi bir Dağıtılmış Kontrol Sistemi (DCS) veya yüksek uçlu programlanabilir Mantıklı (PLC) ile saha cihazlarına Profibus aracılığıyla bağlanır.Instepleme modülleri veya Profibus master kartları kontrol platformlarında (örneğin, Siemens PCS 7, Emerson DeltaV, ABB 800xA, Yokogawa CENTUM VP) tüm yerli Profibus desteği sunar.

DCS yapılandırma, alarm yönetimi ve operatör arabirimleri işliyor, ancak Profibus aynı otobüsler üzerinde işlem ve tanılama verileri taşırken, Siemens SIMATIC PDM veya Emerson AMS Device Manager gibi birçok cihaz, mühendislik araçlarını aynı otobüsler üzerinde yapılandırmaya izin veriyor ve aynı otobüsleri okuyor.

Sık sık göz ardı edilen bir özellik, doğru ağ tasarımı için ihtiyaçtır. Profibus segmentleri, dirençsiz güvenlik sınırları olmadan tüm cihazlar için yeterince güç sağlamak zorundadır. Birçok kimyasal firma, yüksek baud oranlarında DP için uygundur (özellikle de üst düzeye kadar) ve bir otobüs topoloji takip eder.

Faşlar ve değerlendirirler Profibus kullanırken

Güçlü yönlerine rağmen, Profibus özellikle bitkiler çağı ve yeni teknolojiler ortaya çıkıyor.

Komisyon ve Sorun Gidering

Profibus ağları, Profibus test araçlarıyla ilgili beceriksiz teknisyenlere dikkat gerektirir - eksik vadeliler, aşırı stub uzunluklar veya zemin döngüleri gibi - deneyimli Profibus sorun gidermeye zor olan iletişim başarısızlıklarına neden olur.Proibus test araçları (e.g., ProfiTrace, BC-Profibus tester) sorunları tanımlamak için gereklidir. Bazı bölgelerde, deneyimli Profibus sorun gidermeye yardımcı olur.

Band Wide Limitations

Profibus DP 12 Mbps en fazla işlem uygulamaları için yeterli, ancak yüksek hızlı makine vizyonu veya çok sayıda sürücüye sahip modern bitkiler, bant genişliği kısıtlanmış bulabilir. Profibus PA'nun 31.25 kbps daha da sınırlıdır, ancak yüksek veri hacmi gerektiren uygulamalar için yeterlidir (örneğin, yüzlerce sensör analizi)

Yenier Protokolü ile Uyumluluk

Endüstri 4.0 ve Nesnelerin Endüstri İnterneti (IIoT), IP tabanlı iletişimin saha seviyesine vurgu yapıyor. Profibus giderek daha fazla fotonist, ancak TCP/IP-native değil, alanbusları hizmette kalır ve devam eder.

Satışcı Lock-In Risk

Profibus açık bir standart olmasına rağmen (IEC 61158), Profibus cihazlarının ve kontrolörlerin çoğunluğu gelecekteki genişlemeleri veya modernizasyonları müzakere ederken bir avuç Avrupa satıcısından gelir.

Profibus vs. Kimyasal Endüstrilerde Diğer Alanbus Teknolojisi

Kimyasal mühendisler ve otomasyon profesyonelleri genellikle Profibus'u alternatif alanbus protokolleri ile karşılaştırır. En alakalı üç rakip Vakıf Fieldbus (FF) H1, Modbus ve PRONET ( Ethernet tabanlı bir önceki). Aşağıda üst düzey bir karşılaştırma vardır:

  • [FONT:0]Foundation Fieldbus H1: Profibus PA, FF H1, Avrupa ve Asya'da hakim ve güç, ancak bunlarla sınırlı kalmak için zengin işlev blokları sunar.
  • [FONT:0]Modbus RTU/TCP: Modbus daha basit ve daha ucuz ama Profibus'un gelişmiş tanı ve deterministic zamanlaması eksikliğinden yoksundur. Bu genellikle yeni süreç otomasyon projeleri için kullanılır, Profibus daha iyi güvenilirlik ve özellikler sağlar.
  • [FONT=0)PROFINET: PRONET, Profibus'un Ethernet evrimidir, ancak yalnızca PA'yu destekleyen yüklü temel ve spesifik Ex i enstrümanasyonu için Profibus'u genellikle tutar.

Tüm uygulamalar için tek bir protokol “en iyi” değildir. Seçim, bölgesel tercihlere, temel, güvenlik gereksinimlerine ve kullanımdaki özel kontrol sistemine bağlıdır. Birçok büyük kimyasal şirket aynı tesis içinde Profibus, FF ve Ethernet tabanlı ağların bir karışımını koruyor, çok yüksek çözünürlükte kontrol ediliyor.

Kimyasal endüstri yavaş yavaş dijitalleşmeye doğru ilerliyor, ancak hız, süreç istikrarı ve güvenliği nedeniyle ayrık üretimden daha yavaştır. Profibus, özellikle kahverengi saha siteleri için ilgili bir teknoloji olarak kalması bekleniyor, ancak birkaç trend onun evrimini şekillendiriyor.

IIoT ve Bulut Platformları ile entegrasyon

Profibus cihazları gelişmiş analitik, tahmin edilebilir bakım ve optimizasyon için kullanılabilir değerli veriler üretir.Profesyonel olarak kullanılan bu kimyasal bitkiler, mevcut enstrümanı değiştirmeden bulut tabanlı varlık performansı yönetimine (APM) platformlarına izin verir.

NETNET'e Göç

Yeni yüklemeler ve büyük genişlemeler için, PRONET, aynı mühendislik konseptlerinin çoğunu (GSD dosyaları, profiller) korur ve mevcut Profibus segmentleriyle entegrasyona izin verir. Bazı DCS satıcılar şimdi aynı arka uçakta hem Profibus hem de PRONET'i destekleyen kontrolcüler sunar.

Zaman-Sensitive Networking (TSN)

Bir sonraki sınır TSN, Ethernet yeteneklerini standart ağ üzerinden düşük çözünürlükte iletişimin desteklenmesi için genişletmektedir. TSN henüz kimyasal işlem kontrolünde yaygın değildir, kabulü sonunda sahabus ve Ethernet arasındaki hattı bulanıklaştıracaktır.Proibus PA cihazları sonunda APL (Advanced Physical Katman) Ethernet cihazları tarafından yerine getirilirken, iki-tel Ethernet. PI International bu geçiş için özelliklere sahiptir.

Cybersecurity Gereksinimleri

Daha fazla alanbus ağı, BT sistemlerine bağlı olarak, siber güvenlik önemli hale gelir.Profebusun kendisi, Profibus yüklemeleri dahil olmak üzere 2 protokoldür.En iyi uygulamalar ağ segmentasyonu, kontrol ağı ve şirket ağı arasındaki özel güvenlik kontrolleri ve yapılandırma araçları için sıkı erişim kontrolleri içerir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Profibus, kimya endüstrisindeki proses otomasyonunun temel taşı olarak kalır, gerçek zamanlı performans kanıtlanmış bir kombinasyon sunar, Intrinsic security, güvenilirlik ve teşhis zenginliği sağlar. Sıcaklık vericilerinden kaynaklanan reaktörlere güvenlik kapatma valfleri ve toplu kontrolörleri sağlar, Profibus, kimyasal bitkilerin güvenle ve verimli bir şekilde çalışmasını sağlayan kontrol sistemleri ile birleştirir.

Kimyasal üreticiler otomasyon yükseltmelerini değerlendirir, Profibus'un yeteneklerini ve sınırlarını anlamak önemlidir. Tasarlandığında, yüklenen ve doğru bir şekilde muhafaza edilir, Profibus her iki günlük operasyonel talepleri ve yarının dijitalleşme girişimlerini destekleyen güvenli, maliyet etkin bir iletişim sunar.

[FONT:0) Daha fazla okuma için, resmi Profibus belgelerinin [[Dönetici:0)Profibus & Profinet International), [[Üye Olmayanlar Arası Otomasyon Topluluğu (ISA))[Döneticileri ve pratik rehberleri [Dönetmelik Mühendisliği[Dönetmelik: 6 ).