Welk verschil kan de naadloze integratie van pneumatische systemen en procesbesturing voor u maken? Het ASCO Numatics 580 CHARMs-station maakt eenvoudige elektronische marshalling van pneumatische systemen mogelijk
Pneumatische systemen vormen een essentieel onderdeel van veel procesinstallaties in sectoren zoals de chemische industrie, biowetenschappen en de voedingsmiddelenindustrie, in het bijzonder daar waar ondersteunende machines worden gebruikt. Hoewel deze machines essentieel zijn voor het proces, functioneren ze vaak zelfstandig en zijn ze niet verbonden met de procesbesturingsarchitectuur. Dit kan ertoe leiden dat een probleem met de pneumatische systemen van de machine niet wordt gemeld aan het besturingssysteem, met uitvallen van de machine als gevolg. De installatie kan dan doorgaan met het produceren van producten die niet verder kunnen worden verwerkt of verpakt.
Huidige architectuur
Procesbesturingssystemen zijn normaal gesproken geschikt voor pneumatische systemen door de implementatie van een aanvullend veldbusnetwerk, zoals PROFIBUS-DP® of Modbus® TCP. Deze opzet zorgt echter voor meer complexiteit in de vorm van extra configuratie en gegevensmapping, en hoewel het mogelijk is om aanvullende diagnostiek te implementeren, is een tweede programmeeromgeving met de bijbehorende kosten niet wenselijk en kan de ondersteuning van communicatie- en voedingsredundantie problematisch zijn.
In 2016 introduceerde Emerson elektronische marshalling voor pneumatische systemen. Dankzij deze oplossing kunnen gebruikers de ASCO Numatics-ventieleilanden uit de 580-serie eenvoudig integreren met het DeltaV-besturingssysteem van Emerson, voor een complete Emerson Automation-oplossing voor I/O en de pneumatische systemen van procesinstallaties.
Wat is elektronische marshalling?
Besturingstechnici en projectmanagers die op continue of batchprocesinstallaties werken, zullen bekend zijn met de problemen in verband met de inbedrijfstelling van I/O in gedistribueerde besturingssystemen. Bij de traditionele methode wordt veldapparaatuur aangesloten via meeraderige kabels die in verbinding staan met aansluitblokken in besturingskasten, waarbij elke aansluiting vervolgens handmatig wordt gekruismarshald met de juiste I/O-kaart. Naarmate het systeem complexer wordt en het aantal aansluitingen toeneemt – met een onvermijdelijke overvloed aan I/O-wijzigingen – wordt het steeds moeilijker om alle fysieke aansluitingen in het marshallingpaneel uit elkaar te houden. Elke wijziging betekent extra kosten, vertraging en bovenal extra risico voor het project. Het toevoegen van redundantie leidt tot een nog grotere complexiteit. Bovendien worden toekomstig onderhoud en aanpassingen van het systeem vaak bemoeilijkt door personeelswisselingen en onbekendheid met het systeem, wat een negatief effect kan hebben op de stilstandtijd.
Hoewel handmatig marshalling nog steeds geschikt wordt geacht voor kleine projecten, wordt bij grootschalige continue en batchprocessen in sectoren zoals de chemische en farmaceutische industrie of bij voedselproductie, waar verlies van productie kan leiden tot zeer hoge kosten, steeds vaker gekozen voor risicomijdende en betrouwbare ontwerpstrategieën voor processystemen.
Elektronische marshalling maakt de handmatige en arbeidsintensieve praktijk van kruismarshalling overbodig. De kabels uit het veld leiden nog steeds naar de marshallingkast, maar daar aangekomen worden de aansluitingen op de regelaars elektronisch tot stand gebracht. Het is nu mogelijk om elk I/O-kanaal toe te wijzen aan elke regelaar. Emerson beheert deze mapping met CHARMs (CHARacterisation Modules, karakteriseringsmodules). Dit zijn in feite conversiekaarten van analoog naar digitaal die kunnen worden gekarakteriseerd voor het vervullen van elke signaalfunctie (AI, AO, DI, DO, RTD enz.). Ze worden op CHARM-I/O-kaarten (CIOC) geklikt en deze worden vervolgens op DIN-railaansluitblokken gemonteerd, waar de veldbedrading is aangebracht; het veldapparaat wordt geïdentificeerd en de juiste CHARM-kaart wordt ingesteld en via een verborgen digitale bus elektronisch gemarshald naar een WILLEKEURIGE regelaar in het systeem. Een volledig redundante voedings- en communicatieverbinding is inbegrepen en dankzij automatische detectie van elk I/O-kanaal kunnen identificatie, configuratie, diagnostiek en ontwerpwijzigingen eenvoudig worden uitgevoerd door de DCS.
De technologie biedt vele voordelen, vanaf de eerste ontwerpfasen tot de inbedrijfstelling en gedurende de hele levensduur van procesgeoriënteerde productie. Omdat digitale of analoge I/O van elk type in elke fase van het project kan worden gekoppeld aan specifieke regelaars zonder dat de bedrading handmatig hoeft te worden aangepast, zijn de hardware- en ontwerpkosten van meet af aan beter voorspelbaar. Ontwerpwijzigingen, zoals het toevoegen van I/O of het wijzigen van I/O-typen, zijn mogelijk zonder intensieve arbeid en ontwrichtende herbedradingskosten. Projecten worden eenvoudiger schaalbaar en veiligheid is gegarandeerd. Configuratie en diagnostiek worden verzorgd door een enkel geïntegreerd softwareplatform: DeltaV Explorer van Emerson. Een belangrijk voordeel is dat de totale eigendomskosten aanzienlijk worden verminderd dankzij de grotere operationele zekerheid, procesbetrouwbaarheid en de verhoogde machinebeschikbaarheid.
Pneumatische ventieleilanden integreren in geautomatiseerde systemen met CHARM-technologie
De CHARMs uit de 580-serie biedt besturingstechnici en projectmanagers die aan continue en batchproductieprojecten werken een ongecompliceerde, kostenbesparende en snelle methode voor de integratie van pneumatische systemen binnen een procesbesturingsomgeving. Het station maakt een enkele aansluiting van het veld naar de DeltaV™ DCS van Emerson mogelijk, met elektronische marshalling, systeemeigen configuratie en diagnostiek plus ingebouwde redundantie, voor een echt geïntegreerde systeemarchitectuur.
Door de introductie van het 580 CHARMs-station van ASCO Numatics wordt de integratie van pneumatische systemen met elektronische marshalling binnen één netwerkplatform mogelijk – voor het eerst als oplossing in één pakket van één leverancier. Het 580 CHARMs-station is via de CHARM-basisplaat direct aan het DeltaV-systeem gekoppeld en combineert van zichzelf automatische detectie en elektronische marshalling via een redundante voedings- en communicatieverbinding, waardoor de volledige systeemeigen diagnosecapaciteit van de DeltaV wordt benut. Elk stuurventiel wordt vanaf de DCS op precies dezelfde manier beheerd als de andere I/O van het systeem. De DCS kan alle pneumatische aansluitingen identificeren en marshallen via één redundante aansluiting met maximaal 48 magneetventieluitgangen, aangesloten op elk CHARM-station.
Het 580 CHARM-station kan worden gekoppeld met ventieleilanden uit de 500-serie van ASCO Numatics. Deze hoogwaardige ‘plug-in’-schuifventielen hebben de hoogste debietcapaciteit voor hun afmeting, waardoor de voetafdruk van de machine compact blijft en de kosten worden verlaagd, terwijl een uitgebreid assortiment van accessoires en opties zorgt voor een gemakkelijke installatie, configuratie en modificatie.
De tijdwinst en het rendement van een vereenvoudigde machinearchitectuur
In vergelijking met een handmatig, gekruismarshald procesproductiesysteem voor continue en batchproductiescenario’s zijn de voordelen van een oplossing met CHARMs-technologie en elektronische marshalling overduidelijk en overtuigend. Wanneer integratie van pneumatica vereist is en de oplossing wordt vergeleken met de introductie van een veldbus, zoals PROFIBUS-DP®, zijn de voordelen nog overtuigender door de gebruiksvriendelijke, taakgerichte technische omgeving die de DeltaV biedt.
Doordat geen secundair netwerk meer nodig is, wordt aanzienlijk bespaard op componenten, bijbehorende I/O, bedrading en inbedrijfstellingstijd. De Emerson-oplossing in één netwerk zorgt ervoor dat één punt verantwoordelijk is voor producten, documentatie en ondersteuning, met besparingen op personeel, programmeringshulpmiddelen en systeemtraining. Een kleiner aantal componenten en directe aansluiting betekenen een lager risico op systeemstoring.
Ontwerpwijzigingen tijdens de ontwikkeling van een project en het oplossen van problemen in de toekomst worden gemakkelijker door ingebedde, intelligente besturing met automatische detectie en diagnostiek met duidelijke meldingen op werkstations. De stilstandtijd wordt aanzienlijk verlaagd dankzij integrale diagnostiek, direct op het ventieleiland of weergegeven op het werkstation van het DeltaV-systeem. Een betrouwbare redundante aansluiting waarborgt de veiligheid en vermindert de stilstandtijd bij onderhoud. Andere duidelijke voordelen zijn flexibiliteit van de procesbesturing doordat elke CHARM I/O, van spannings- en stroomsensors tot alarmen en stuurventielen, dezelfde DeltaV Explorer-configuratie deelt en in de ‘cloud’ beschikbaar is voor elke regelaar in het netwerk.
Deze combinatie van factoren zorgt voor een naadloos geïntegreerde oplossing voor I/O en pneumatische ventieleilanden, die zorgt voor een volledigere operationele en projectzekerheid, uitgebreide besturingsoptimalisatie en verwerkingsbetrouwbaarheid. Voor meer informatie over het ASCO Numatics 580 CHARM-station kunt u dit whitepaper downloaden of www.asconumatics.nl bezoeken.
Afbeelding 1: ASCO Numatics 580 CHARMs elektronisch station en ventieleilanden geïnstalleerd in een kast met CHARMs
Afbeelding 2: ASCO Numatics 580 CHARMs elektronisch station en ventieleilanden
Afbeelding 3: DeltaV-netwerk met pneumatische ventielen op CHARMs maken een tweede netwerk overbodig
