Ethernetové brány pro bezpečný přenos procesních dat v zóně 2

Delší inovační cykly v oblasti automatizace procesů vyžadují zaměření na budoucnost, zejména pokud jde o nové závody – budoucnost závodu i budoucnost automatizační technologie. Člověk nemusí být prorokem, aby si uvědomil, že v budoucnu bude ještě důležitější klást větší důraz na diagnostiku procesů a měřicí techniky.

Projektanti závodů stojí před otázkou, jak navrhnout automatizační systémy na všech úrovních tak, aby umožňovaly efektivní využití i podrobnějších dat. A i když jejich využití dnes není nutné, výrobní závody, které často fungují po celá desetiletí, musí již dnes integrovat kanál pro optimalizaci založenou na datech. Každý, kdo již má v plánu konkrétní projekty, musí svůj automatizační systém otevřít pro monitorování a optimalizaci (M+O), jak to označuje organizace NAMUR.

Úzké místo v síti

Při použití klasických sběrnicových systémů, ať už se jedná o Profibus-DP, Profibus-PA nebo Foundation Fieldbus, představuje fyzikální charakter sběrnice úzké místo pro podrobnější diagnostiku, která nepochází přímo ze senzoru, ale je prováděna v systémech vyšší úrovně mimo řídicí systémy. To znamená, že mnoho metadat, která polní zařízení HART, Profibus PA nebo Foundation Fieldbus již dnes dokážou poskytovat a přenášet, se kvůli omezené šířce pásma polních sběrnic (31,25 kbit/s u Profibus PA a Foundation Fieldbus, 1,5 Mbit/s u Profibus-DP-IS). Možnosti optimalizace procesů na základě dat nebo včasné identifikace opotřebení a znečištění, známé jako prediktivní údržba, však nejsou plně využívány.

Paralelní přístup k datům pro monitorování a optimalizaci

Organizace NAMUR tuto potřebu identifikovala a reagovala na ni konceptem NAMUR Open Architecture (NOA): NOA umožňuje zřídit dodatečný datový kanál paralelně k automatizační pyramidě. Struktura mezi úrovněmi polních zařízení, I/O a řídicího systému tak zůstává nezměněna. Data jsou přesunuta do paralelního kanálu pod úrovní řídicího systému, kde je lze analyzovat odděleně od klasické automatizační technologie. Paralelní kanál tak může více těžit z kratších inovačních cyklů světa IT, než by se kdy odvážilo v „provozní technologii“ pro automatizaci a řízení závodů. Navíc tato architektura zabraňuje externímu přístupu k řídicím systémům.

Ethernet pro excom umožňuje paralelní přístup k procesním datům

Společnost TURCK uvádí na trh svou první ethernetovou bránu pro zónu 2 a tím rozšiřuje možnosti svého vysoce dostupného systému excom I/O o paralelní přístup k datům v prostorech s ochranou proti výbuchu. Specialista na automatizaci poprvé představil ethernetovou bránu pro systém excom v bezpečné zóně na podzim roku 2019. Nyní uváděná brána je určena pro použití v zóně 2. Výměna brány například nemá žádný vliv na modulární systém excom s různými elektronickými moduly pro vstupy a výstupy, jakož i pro další typy signálů. Stejně jako dříve lze připojit vhodná jiskrově bezpečná polní zařízení pro použití až do zóny 0. Moduly a modulové skříně ve stávajících instalacích lze i nadále používat s novými ethernetovými bránami.

U projektů typu „greenfield“ lze automatizační systém závodu již dnes navrhovat tak, aby umožňoval paralelní přístup k datům prostřednictvím systému excom. Pokud jde o projekty typu „brownfield“, přechod na Ethernet by byl pro většinu provozovatelů proveditelný pouze v případě, že by bylo nutné řídicí systém stejně modernizovat. V tomto případě umožňuje excom navrhnout závod pro paralelní přístup k datům pomocí sítě Ethernet v celé řadě scénářů, a to při zachování stávajících polních zařízení. excom lze instalovat jak centrálně v měřicí a regulační místnosti, tak i jako distribuovanou instalaci v zóně 2.

Prostorově úsporná instalace v místnosti MSR

Vzhledem k tomu, že systém excom integruje ochranu proti výbuchu, nevyžaduje žádné rozhraní ani odpovídající rozvaděče. Systém nahrazuje vstupně-výstupní moduly v řídicím systému a signály přijímá přímo od polních zařízení. Díky tomu jsou tyto instalace mnohem kompaktnější než řešení využívající konvenční rozhraní. Systém excom od společnosti TURCK obecně vyžaduje také méně místa ve srovnání s jinými I/O systémy s integrovanou ochranou proti výbuchu. To může být rozhodující výhodou zejména v případě modernizačních projektů, ale také v modulárních procesních zařízeních.

Jeden a tentýž systém pro všechny tři zóny

Jedinečnou předností systému excom je jeho komplexní koncepce: systém je vhodný pro použití v bezpečné zóně i v zónách 1 a 2. Ačkoli se brány a moduly pro bezpečnou zónu mírně liší od jiskrově bezpečných modulů, z hlediska řídicího systému je systém identický. Uživatel tak může ve všech zónách a pro všechny systémové komponenty používat jeden DTM a stejnou filozofii ovládání, což minimalizuje potřebu školení a umožňuje flexibilní nasazení obsluhujícího personálu.

Díky schválení systému není pro rozšíření nutné nové schválení

Další charakteristika vyplývá z ucelené koncepce systému: systém excom je schválen jako kompletní systém. Schválení se tedy nevztahuje pouze na elektronické moduly a modulové skříně, ale také na instalaci v krytu společně s případnými komponentami specifickými pro daného zákazníka. Toto schválení umožňuje libovolné kombinace konfigurací s I/O moduly a bránami systému. To umožňuje nejen nahrazení sběrnice bránou Ethernet, ale také kompletní rekonfiguraci pomocí komponent excom – a to bez nutnosti dalšího schvalovacího řízení ze strany schvalovacího orgánu. Provozovatel zařízení provede potřebné přehodnocení teplotních hodnot přímo ve skříni.

Multiprotokolový Ethernet

Multiprotokolový standard společnosti TURCK je již mnoho let běžnou součástí průmyslové automatizace. Multiprotokolová zařízení lze provozovat ve třech ethernetových protokolech – PROFINET, EtherNet/IP a Modbus TCP – a to s uživatelským zásahem i bez něj. Z tohoto vývoje těží ethernetové brány excom, protože systém je připraven k okamžitému použití se všemi řídicími systémy, které podporují EtherNet/IP, Profinet nebo Modbus TCP: mezi ně patří například Siemens, Honeywell, Rockwell, Yokogawa, Emerson nebo Supcon.

Maximální dostupnost

Kromě redundance Profinet S2 (dva řídicí systémy) podporuje excom také prstencové topologie. I u ethernetových protokolů, které nemají vlastní specifikaci redundance, ji excom využívá k zajištění systémové redundance stejným způsobem jako standard S2, redundance brány nebo kombinace obou. To znamená, že maximální dostupnosti lze dosáhnout i u ethernetových protokolů, které tuto funkci ve skutečnosti nativně nepodporují.

Připojení k cloudu

Kromě přenosu časově kritických uživatelských dat do řídicího systému disponuje systém excom také druhým kanálem, který zajišťuje paralelní datový tok do jakéhokoli jiného systému. K dispozici je rovněž možnost nejprve analyzovat data na zařízení typu Edge a teprve poté odeslat výsledky do cloudu.