Control uzinal informatic

Automatizari

de Mircea Badut

Control uzinal informatic

Din perspectiva denominării tehnologice, întreprinderile ale căror procese industriale presupun transportarea şi procesarea de fluide – termocentrale, centrale nuclearo-electrice, rafinării, secţii de combinate (petro)chimice, secţii de producere şi îmbuteliere a băuturilor alimentare, fabrici de produse farmaceutice ş.a.m.d. – constituie o categorie specială, iar abordările şi soluţiile pentru operarea lor au particularităţi distinctive. Astel se pot identifica şi clase de soluţii pentru automatizarea/informatizarea uzinală (în cele ce urmează acceptând asocirea conceptului de ,,uzină’’ acelor facilităţi industriale bazate esenţialmente pe conducte şi pe echipamente de procesare a fluidelor).

Necesitatea şi provocările automatizării

Dezideratul eficienţei (productivitate + economie) îndeamnă operatorii de uzine să recurgă la modernizarea tehnicilor de controlare a instalaţiilor. La această motivaţie vremurile actuale (şi cele de perspectivă) adaugă cerinţa de protecţie a mediului, aspect esenţial în mai toate procesările industriale de fluide.

Sunt mai multe faze şi aspecte ale fluxului de producţie care trebuie controlate şi este normal ca acest control să se realizeze nu prin nemijlocite manevre umane, ci prin dispozitive, utilaje şi echipamente capabile să asigure capacităţile şi ciclicitatea necesare producţiei de masă. Uzina înseamnă nu doar inventarul de componente – conducte, ventile, bazine, cisterne, reactoare, coloane de distilare, boilere, turbine, schimbătoare de căldură ş.a.m.d. – ci mai ales circulaţia acelor fluide dintr-un sector în altul, cu procesările necesare reţetei de producţie (care pot include încălziri, amestecări, decantări, filtrări, transformări de fază, reacţii chimice etc); şi totul trebuie să se ,,întâmple" exact la momentul potrivit şi în cantitatea necesară. Avem deci o provocare de nivel înalt, cu o miză deosebită – aşa încât nu ne surprinde faptul că soluţiile de control automatizat ne vin de la firme cu experienţă profundă în domeniul uzinal, fiind deseori parte integrantă a soluţiei industriale propriu-zise.

Pe lângă numărul mare de echipamente ce trebuie controlate şi pe lângă mulţimea de stricte condiţionări  dintre acestea, soluţiile de automatizare uzinală trebuie să facă de obicei faţă şi lucrului în condiţii deosebite de temperatură, presiune şi coroziune, pe care trebuie să le suporte componentele acestora (senzori, servomotoare, cabluri, circuite electrice, procesoare, calculatoare etc).

Familia Emerson

Compania Emerson Process Management a fost subcontractată spre a furniza echipament uzinal pentru câteva termocentrale mari din Coreea de Sud. Sistemul informatic Ovationmonitorizează şi controlează majoritatea componentelor uzinale, iar unul dintre criterile de alegere a soluţiei a venit din abilitatea de a unifica operarea boilerelor (BHK) şi a turbinelor (Hitachi), contractorul principal considerând aceasta ca o premisă pentru administrarea echilibrată a termocentralelor şi, în consecinţă, pentru operarea lor mai sigură şi mai eficientă. Soluţia de la Emerson conţine şi tehnologii de optimizare a proceselor, dar şi un simulator fidel pentru testare şi instruire.

Ovationa fost aleasă şi pentru modernizarea unei centrale termo-electrice din Polonia (Belchatów), unde – pe lângă cerinţele deja clasice (privind eficienţa şi siguranţa) – un accent important cunoaşte condiţia de reducere a emisiilor nocive. În implementarea polonă, sistemul expert Ovation va fi acompaniat de instrumentaţia de la Rosemount (echipamente de măsură cu comunicare wireless), deaplicaţia software de mentenanţă preventivă AMS Suite (integrând facilităţi de monitorizare în timp-real, de diagnosticare predictivă, dar şi subsisteme de protecţie automată pentru turbine), şi de soluţia CSI Monitor pentru analiza vibraţiilor la turbină.

Pe continentul american vom remarca şi parteneriatul dintre Emerson Process Management şi Mitsubishi Power Systems Americas (MPSA), alianţă ce combină experienţa de proiectare şi de implementare a sistemelor de control de la Emerson cu experienţa pe care MPSA o are în turbinele de gaz şi cu aburi.

Dar revenim foarte aproape geografic pentru o implementare Emerson la termocentrala din Algyõ (Ungaria), parte a grupului MOL (o centrală prelucrând 12 milioane metri cubi de gaz). Soluţia informatică acoperă aici auditarea buclelor de control, managementul controlului de proces şi asistenţa pentru controlul predictiv al modelului de proces industrial. Implementarea a fost deosebită şi prin magnitudine: coloanele de distilare implică o mulţime substanţială de procese interactive şi cu multe variabile, deci o situaţie dificil de controlat. Grupul MOL a solicitat de la Emerson o auditare strânsă a proceselor cu scopul de a identifica schimbări potenţiale, înlocuiri, reglaje, sau reproiectări, în operare dar şi în mentenanţă. Optimizarea buclelor de control a redus variabilitatea parametrilor cheie ai proceselor cu până la 84%, iar optimizarea adusă controlului pentru boiler şi turbină a adus economii de 670 de mii de euro pe an, precum şi o reducere a emisiilor de dioxid de carbon cu 4,3%. În 2009 grupul MOL a cerut lui Emerson şi implementarea tehnologiei SmartProcess Distillation Optimiser, ceea ce i-a crescut capacitatea de a controla coloanele de distilare, îmbunătăţindu-i astfel eficienţa în producţie (şi aducându-i o economie de 1,2 milioane de euro pe an). Ulterior, recomandările de la integrator au vizat şi managementul aprovizionării cu căldură, studiul de la Emerson urmărind nu doar optimizarea arderii din furnal, ci şi echilibrarea căldurii consumate pentru întreaga uzină.

Sinteza recomandărilor din auditul de la Emerson:

  • modificarea structurii schemei de control şi de reglare a procesului;
  • introducerea unei componente noi în schema de control predictiv al modelului uzinal, destinată evaluării şi tratării impurităţilor;
  • actualizarea procedurii de integrare a datelor de laborator în ciclul de control al centralei.

 

Familia Honeywell

Avem, prin Experion PKS (Process Knowledge System),o soluţie informatică ambiţioasă, capabilă să unifice componentele uzinei – procese, oameni, reguli de business şi inventariere – şi face aceasta funcţionând ca sistem de control distribuit peste întreaga întreprindere. Versiunea actuală, Experion PKS Orion,mai include o serie de tehnologii deosebite: Universal Channel Technology (o abordare SCADA modernă pentru comunicare I/O, catalizând platforma Experion Virtualization Solutions), Experion SCADA şi Experion Collaboration Station (ca materializare HMI). Plus o abordare inovatoare privind asistenţa pe durata construirii şi pornirii uzinei. (Observăm deci accentul de PPDM – Plant and Piping Design & Modeling, care ne duce cu gândul la acea gamă de soluţii CAD.)

Ca mediu de automatizare uzinală, Experion PKS Orion nu doar reuneşte funcţiuni şi subsisteme odinioară disparate, ci şi captează cunoştinţele de operare de la personal şi din fluxurile de lucru pentru a conferi stabilitate eficienţei. Constituind o soluţie informatică HMI comprehensivă şi consistentă, aceasta asigură operarea cât mai eficientă şi mai integrală a uzinei. Experion PKS Orion a fost remarcat şi pentru facilitarea colaborării personalului uman, cu efect în productivitate, în siguranţa de exploatare şi în adaptabilitatea la schimbări ale producţiei.

Beneficii cheie ale lui Experion PKS Orion:

  • performanţe şi facilităţi deosebite – prin conexiunea realizată între oameni, prin cumularea de cunoştinţe de proiectare/instalare/operare, prin reunirea de funcţii şi sisteme disparate, prin asistenţa oferită la elaborarea deciziilor tactice/strategice;
  • implementarea la timp şi în buget a proiectului – sistemul fluidizează conexiunea dintre centrele de proiectare şi de inginerie (indiferent de locaţie) şi pune la dispoziţie proceduri, metodologii şi instrumente mature pentru executarea proiectelor;
  • protejarea investiţiei pe durata de viaţă a facilităţii – ajută gestionarea eco­nomică a fazelor/proceselor şi a exploatării uzinei, asistă utilizato­rii să ţină ritmul cu evoluţiile tehnologiilor pe toată durata de viaţă a faci­lităţii, oferă căi flexibile de adaptare, inclusiv prin simulare şi virtualizare.

 

Ultima ediţie a soluţiei software are suport pentru LEAP (Lean Execution of Automation Projects), o metodologie inovativă ce separă modelul fizic de cel funcţional al uzinei, îngăduind astfel fluxuri de lucru paralele, dar sporind şi controlabilitatea proiectării, a construcţiei şi a exploatării instalaţiilor, inclusiv prin sesiuni de lucru de la distanţă (via web/VPN). Astfel, planificarea proiectelor Honeywell şi gestionarea costurilor/riscurilor beneficiază de cele trei tehnologii inovatoare: Universal Channel Technology, Virtualization şi Cloud Engineering. (De exemplu, Experion Virtualization – implicând şi cabinetele Universal I/O, configurabile de la distanţă – permite modificări târzii de proiect, pentru adaptări şi optimizări în(spre) faza de construcţie efectivă a instalaţiei, ceea ce uneori poate aduce economii semnificative la instalare.)

Abilităţile HMI remarcabile din Experion Collaboration Station şi din Experion SCADA conferă utilizatorilor abilitatea de a disemina informaţii din/spre locaţii multiple şi de a simplifica eforturile de implementare şi de operare uzinală. La acestea, Experion PKS Orion adaugă suportul pentru migra­-
rea orientată pe proces, facilitând accesarea de resurse fără întâr­ziei/pierderi în producţie.

Accentul HMI din aceste aplicaţii informatice le subliniază şi pretabilitatea pentru „mobilarea” camerelor de control: se pot constitui panouri de control pentru dispecerizarea diverselor procese uzinale. La capitolul ,,dispecerat’’ se înscriu evident şi modulele software Experion Collaboration Station, Premium Platform for Experion Virtualisation Solutions, precum şi – mai discret dar esenţial – noua tehnologie de reţelistică OneWireless de la Honeywell.

De fapt, pentru versiunea 2014, consola Experion aduce un concept futurist, ce-şi propune să diminueze oboseala operatorului uman, printre elementele de ergo­nomie figurând ecranul mai mare şi luminile de alarmare. De fapt, proiectanţii de la Honeywell ne semnalează o schimbare de paradigmă: dispecerizarea nu poate rămâne doar în camera de control, tehnologii precum OneWireless putând-o extinde pe nesimţite înspre instalaţie. Consola de dispecerizare constituită prin Experion Collaboration Station facilitează un răspuns rapid din partea omului (atât pentru situaţiile de rutină, cât şi pentru cele de urgenţă) prin afişarea unei imagini generale prezentând modul de funcţionare a facilităţilor distribuite în diverse locaţii ale întreprinderii. Se facilitează astfel stabilirea de conexiuni între operaţiunile de dispecerizare, procesele din uzină şi specialiştii responsabili, soluţia fiind foarte potrivită pentru întreprinderile cu facilităţi distribuite, dar controlate centralizat.

Pentru a se conforma cerinţelor din înteprinderile foarte mari, Premium Platform for Experion Virtualisation Solutions suportă tehnologiile de servere lamelare (pachete hardware de tip server pentru întreprindere, scalabile), abordarea permiţând câştiguri semnificative la implementarea de aplicaţii de control uzinal (timp de implementare mai redus, economisire de energie, densitate superioară altor soluţii de servere virtualizate).

Pentru rezolvarea elegantă a automatizării alarmelor din perimetrul uzinelor, Honeywell oferă mai noua familie DynAMo.Cum netratarea promptă a situaţiilor avertizate de senzori/declanşatoare – iar contextul uzinal poate lesne oferi situaţia a zeci/sute de alarme pornite simultan – poate duce la pierderi economice substanţiale (fie prin daune, fie prin uzurile escaladante implicate), o abordare clară a alarmelor potenţează limpezimea deciziilor pe care operatorii trebuie să le ia rapid. DynAMo evită avalanşa/panica de alarme prin optimizarea adusă programelor de gestionare a alarmărilor, constituind o protecţie ce minimizează întreruperile de flux/producţie, reducând totodată accidentele de muncă şi emisiile de noxe. Interesant este şi faptul că suita DynAMo se poate integra atât în Experion PKS cât şi în alte sisteme automate de control uzinal.

Familia Invensys

Din portofoliul Invensys (firmă englezească bine-cunoscută în domeniul automatizării industriale, preluată, nu de mult, de corporaţia Schneider Electric) menţionăm aici sistemul Foxboro Evo, urmaş al tehnologiilor Foxboro I/A Series şi Triconex, ambele cu experienţă concretă în implementări de control uzinal notorii la nivel mondial. Beneficiind de o abordare curajoasă, cu arhitectură stratificată, sistemul se extinde prin constituirea unei platforme software bazate pe componente/obiecte, ceea ce permite scalări semnificative fără oprirea producţiei.

Recent, compania Invensys a achiziţionat soluţia informatică SmartGlance (de la Sarla Analytics), extinzându-şi astfel portofoliul software şi în zona aplicaţiilor mobile de raportare din surse de date operaţionale de întreprindere. SmartGlance permite conectarea la diverse surse de date (nu doar din sistemele Invensys), oferind utilizatorilor acces la datele de alertare şi la notificări din procesul industrial, în timp-real şi din orice locaţie, graţie optimizării pentru dispozitivele mobile (tablete, smartphone-uri). Aspectul de timp-real şi de mobilitate asigurat de SmartGlance favorizează deciziile tactice şi comunicarea colaborativă între personalul implicat în procesele uzinale. La aceasta se adaugă, mai puţin evident pentru utilizator, faptul că aplicaţia poate accesa date din aproape orice sursă informatică, inclusiv din tradiţionalele jurnalizatoare de proces sau din baze de date SQL.

Familia Aspen

Tot în direcţia mobilităţii excelează şi sistemul aspenONEde la Aspen Technology, constituind un mediu web optimizat pentru vizualizări, interacţiuni, căutări, diseminări şi colaborare, şi fiind destinat primordial pentru conţinut informatic produs de echipamentele industriale Aspen. Datorită suportului pentru standardul HTML5, aspenONE Process Explorer asigură un acces sigur şi deschis informaţiilor uzinale, de pe orice dispozitiv capabil de navigare web (deci fără adaos de partea clientului software).

Ediţia V8.3 a software-ului aspenONEinclude funcţii adiţionale utile în proiectarea şi modernizarea instalaţiilor uzinale (precum modelarea de noi procese cu fluide, sau dimensionarea valvelor de siguranţă). Angajarea acestor funcţii în corelaţie cu facilităţile Activated Economics şi Activated Energy din aspenONE HYSYSpermite optimizări deosebite pentru uzine, cu efecte în economia de capital şi în reducerea consumului energetic. De altfel, HYSYS îngăduie şi analize privind siguranţa proceselor, prin derularea de estimări asupra (proprietăţilor şi condiţiilor) supapelor de aruncare/descărcare a fluidelor.

Dispozitivele wireless

Dispozitive individuale (senzori, aparate de măsură, actuatori), dar şi sisteme întregi de control/monitorizare de pe cuprinsul uzinei procesatoare pot comunica prin unde radio/electromagnetice (wireless).Avantaje:

  • instrumentarul de teren (senzori analitici, instrumente de măsură, servomotoare) poate fi plasat în locaţii dificile (din perspectiva accesului şi/sau al cablării) sau în zone periculoase;
  • costuri mai reduse de instalare şi de mentenanţă.

 

Standardul ISA100 (complementar mai genericului IEEE 802.11) a fost definit pentru a asigura interoperabilitatea dispozitivelor/sistemelor industriale, dar constituie şi un cadru de lucru adaptabil la definirea de noi protocoale de comunicaţie.

Piaţa tehnologiilor destinate uzinelor procesatoare (petro-chimice, termo-electrice, alimentare etc) deja beneficiază de apariţia unor adaptoare wireless cuplabile la terminale de (sub)sisteme cablate pentru controlul/monitorizarea instalaţiilor tehnologice. Avem acces la soluţii concrete pentru monitorizarea de temperaturi, presiuni, nivele de lichid, vibraţii, pentru detectarea scurgerilor de gaze (acestea fiind deseori intercuplabile/interoperabile cu dispozitive de la diverşi furnizori). Anumite adaptoare wireless permit implementarea cuplată a surselor de energie: aceeaşi baterie poate alimenta atât adaptorul, cât şi instrumentul/senzorul din instalaţie. Printre furnizorii de adaptoare wireless pentru instalaţii tehnologice: Cisco, Yokogawa, Honeywell, Rotork, T&D etc.


Mircea Băduț este inginer, consultant CAD/IT



Accept cookie

Acest site web utilizează module cookie în scopuri funcţionale, de confort şi statistică.

Dacă sunteţi de acord cu această utilizare a modulelor cookie, faceţi clic pe "Da, sunt de acord". Termeni si conditii

Nu sunt de acord Accept doar cookie functional Da, sunt de acord