Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Novinky v systému pro řízení spojitých procesů Simatic PCS 7

V současném světě, kde jsou alfou a omegou úspěchu snižování celkových nákladů na výrobní zařízení, zvyšování produktivity, optimalizace množství a kvality výrobků, splnění legislativních požadavků a rychlost reakce na změny na celosvětovém trhu, hledá každý provozovatel výrobního závodu takový řídicí systém, který mu může pomoci držet krok s těmito složitými výzvami. Nejinak je tomu ve výrobních odvětvích založených na spojitých technologických procesech. Volba systému pro řízení spojitých technologických procesů tedy hraje významnou roli.
 
Zavedený systém pro řízení spojitých technologických procesů Simatic PCS 7 z produkce společnosti Siemens nabízí více než konvenční systémy pro řízení spojitých procesů – má otevřenou a rozšířitelnou strukturu, velmi výkonné inženýrské nástroje a vlastnosti jako např. systém pro správu výstražných hlášení (Alarm Management), integrovaný systém funkční bezpečnosti, systém pro správu provozních zařízení (Plant Asset Management), nástroje pro pokročilé řízení (Advanced Process Control – APC) a rovněž flexibilní strategii modernizace již provozovaných systémů.
 
Nová verze Simatic PCS 7 V7 SP1 přináší mnoho dalších vylepšení dosavadních funkcí a obsahuje i několik novinek v oblasti hardwaru.
 

Inženýrská stanice

Inženýrský systém (obr. 1) byl rozšířen o nástroje, které uživateli pomohou splnit požadavky zákonných předpisů a směrnic, jako např. FDA 21 CFR Part 11 nebo GAMP. Těmito nástroji jsou:
  • Simatic Logon jako nástroj pro zajištění bezpečnosti a řízení přístupu do řídicího systému během inženýrinku i při používání v provozní verzi (runtime), který zajistí, aby změny v projektu mohly provádět pouze oprávněné osoby; využívá přitom mechanismy operačního systému Windows, což umožňuje např. centrálně spravovat přístupová práva uživatelů,
  • Change Log, nástroj pro zaznamenání změn v projektu, který dokáže evidovat změny v programu automatizační stanice, změny operátorského rozhraní (HMI), systému pro řízení vsádkových procesů (batch control) atd.; tento nástroj uchovává informace o přihlášení i odhlášení uživatele, nahrání programu, změnách v knihovně CFC/SFC a změnách konfigurace hardwaru,
  • Version Cross Manager jako nástroj pro správu projektu řídicího systému a knihoven, umožňující porovnávat různé verze projektu při grafickém zvýraznění rozdílů; např. lze porovnat změny programu, který je aktuálně v automatizační stanici, se stavem po nahrání a zjistit tak např. změny v nastavení PID regulátorů, mezí nastavených pro aktivaci výstražných hlášení a další zásahy do programu.
Současně s nástroji pro kontrolu a řízení přístupu a sledování změn v projektu je v nové verzi řídicího systému obsažena knihovna pro tzv. pokročilé řízení (APC). Tato knihovna funkcí a nástrojů pomůže uživateli optimalizovat množství a kvalitu výstupního produktu a zároveň snížit spotřebu energie a surovin. Jde např. o nástroje pro optimalizaci nastavení PID regulátorů, prediktivní řízení založené na modelu soustavy či nástroje pro sledování kvality regulace. Navíc může být tato knihovna doplněna dalšími metodami, jako je fuzzy řízení a neuronové sítě. Veškeré uvedené funkce může využívat i běžný uživatel, neboť např. model při prediktivním řízení se konfiguruje s použitím průvodců, takže nejsou vyžadovány žádné speciální předchozí znalosti.
 
Dalšími novinkami, které pomohou zrychlit inženýrské práce na projektu, jsou tzv. paralelní inženýrink a možnost exportu a importu dat z nástrojů typu CAD/CAE. Paralelní inženýrink umožňuje na jednom projektu pracovat několika programátorům současně, přičemž systém si sám zabezpečí konzistenci automatizačního projektu.
 

Operátorský systém

Operátorské rozhraní systému pro řízení spojitých technologických procesů Simatic PCS 7 poskytuje operátorům bezpečné a uživatelsky vstřícné pracovní prostředí pro řízení procesu. Struktura operátorského systému je velmi variabilní a lze ji flexibilně přizpůsobit téměř jakýmkoliv požadavkům zákazníka. Vedle vizualizace stavu procesu, hodnot, zpráv a výstražných hlášení operátorský systém podporuje operátora různými funkcemi. Od těch nejzákladnějších, jako je organizace všech zobrazení do hierarchické struktury, přes vyhledávání měřicích míst podle názvu a možnost přiřazovat různým výstražným hlášením různé priority až po inteligentní skrývání výstražných hlášení podle stavu řízeného procesu (funkce Smart Alarm Hiding). Všechny tyto funkce zajistí to, aby měl operátor vždy maximální možný přehled nad děním v technologickém zařízení a nebyl zbytečně rozptylován nepotřebnými nebo nadbytečnými údaji. To ve výsledku vede k bezpečnějšímu řízení procesu a pomáhá vyhnout se neplánovaným odstávkám technologického zařízení.
 

Plant Asset Management

Plant Asset Management (PAM), systém pro správu provozních zařízení v závodě integrovaný v systému PCS 7, umožňuje sledovat všechny kritické komponenty zařízení a dohlížet na ně (obr. 3). Nově je rozšířen o možnost přidávat do seznamu sledovaných provozních komponent uživatelsky definovaná zařízení (např. nádrže, tepelné výměníky, odstředivky, destilační kolony atd.). Uživatel tak může vytvářet prediktivní a preventivní strategie údržby, které jsou ekonomicky mnohem výhodnější než korektivní údržba, a to pro všechny kritické komponenty provozu, včetně:
  • převodníků, regulátorů polohy ventilů,
  • motorů, čerpadel a pohonů,
  • provozních analyzátorů,
  • počítačových stanic typu PC (serverů, klientů, archivů historických dat atd.),
  • hardwaru DCS (automatizačních stanic, modul I/O atd.),
  • síťových komponent (přepínačů atd.),
  • provozních zařízení (uživatelsky definovaných).
Nový program pro správu dokumentů obsažený v systému PAM umožňuje ukládat a zobrazovat až deset různých dokumentů (formáty doc, pdf, mpg, avi) pro každé zařízení. To znamená, že dokumenty jako uživatelské příručky, schémata zapojení, schémata technologického zařízení a přístrojové techniky (P&ID) a soubory nápovědy jsou umístěny centrálně na počítačové stanici určené k údržbě.
 

Integrovaná funkční bezpečnost podle IEC 61508

Při řízení spojitých technologických procesů zejména v chemickém a petrochemickém průmyslu je často třeba řídit složité výrobní sekvence, během nichž se zpracovávají nebo vznikají materiály a sloučeniny např. velmi výbušné anebo nebezpečné pro zdraví člověka. Chyba nebo porucha v takovémto procesu může mít fatální důsledky pro obsluhující personál, strojní vybavení, provoz anebo životní prostředí. Aby bylo možné tento proces v případě hrozícího nebezpečí bezpečně odstavit, a eliminovat tak, nebo alespoň minimalizovat, hrozící rizika, je nutné použít bezpečnostní systém SIS (Safety Instrumented System).
 
Řídicí systém Simatic PCS 7 byl jedním z prvních systémů typu DCS, který měl bezpečnostní prvky plně integrovány (jak standardní, tak bezpečnostní úlohy lze projektovat z jednoho místa při použití stejných nástrojů). V systému Simatic PCS 7 V7 je jako novinka použit koncept tzv. pružné modulární redundance (Flexible Modular Redundancy – FMR), který zaručuje perfektní přizpůsobení bezpečnostní části řídicího systému požadavkům dané úlohy. Ve zkratce to znamená, že si zákazník může vybrat, které komponenty bezpečnostního systému chce mít redundantní (automatizační stanice, komunikační modul,
moduly I/O atd.). Bezpečnostní systém vložený do PCS 7 je certifikován podle IEC 61508, a to až do SIL 3 i při použití neredundantní struktury.
 
Bezpečnostní funkce lze projektovat graficky skládáním bloků z dodávané certifikované knihovny nebo s použitím softwaru Safety Matrix (obr. 4). Práce s nástrojem Safety Matrix je velmi pohodlná a názorná, neboť celé programování spočívá ve vyplnění tabulky se signály, které jsou spojeny s funkční bezpečností zařízení. Nástroj navíc sám vytvoří dokumentaci bezpečnostního programu i zobrazení pro operátorskou stanici.
 

Automatizační stanice

Automatizační stanice používané v systému PCS 7 patří k nejvýkonnějším stanicím vůbec. Použity jsou vybrané komponenty ze skupiny produktů Simatic S7-400. V nabídce je šest stanic ve standardním (neredundantním) provedení a tři stanice plně redundantní. Stanice se od sebe liší kapacitou paměti a rychlostí zpracování dat. Zákazník si tedy vždy může vybrat vhodnou stanici, ať už z hlediska odolnosti proti poruše či z hlediska výkonu (obr. 5).
 
Novinkou jsou automatizační stanice AS 412F/FH a AS RTX BOX, z nichž prvně jmenovaná stanice doplňuje spektrum bezpečnostních automatizačních stanic AS 414F/FH a AS 417F/FH se zvýšenou odolností proti poruše. Je vhodná např. pro řídicí systémy hořáků. Stanice AS RTX BOX je naproti tomu určena k použití tam, kde je tlak na cenu.
 

Závěr

Systém pro řízení spojitých technologických procesů Simatic PCS 7 je moderní systém typu DCS, který může být použit k řízení různých výrob, spojitých i vsádkových. Je plně postaven na standardech skupiny produktů Simatic, což mu zaručuje velkou spolehlivost, velmi příznivý poměr ceny k výkonu a velmi dobrou dostupnost náhradních dílů. Inženýrský systém má jednotné prostředí a poskytuje nástroje pro rychlý a efektivní inženýrink založený na tzv. typicals (šablonách algoritmů). Pro snížení rizika výskytu programátorských chyb systém obsahuje funkce, které automaticky generují části kódu a vizualizaci na základě zadaných údajů. Operátorský systém je uzpůsoben tak, aby operátorovi maximálně usnadňoval orientaci v procesu i v kritických situacích. Veškeré komponenty řídicího systému a důležité části provozu jsou diagnostikovány on-line na tzv. stanici údržby. Součástí systému je i integrovaný bezpečnostní systém typu shutdown, schopný v případě nebezpečí uvést řízený proces do bezpečného stavu. Systém Simatic PCS 7 má otevřenou strukturu založenou na celosvětově uznávaných průmyslových standardech – ANSI/ISA-88, ANSI/ISA-95, IEC 61131, IEC 61508, HART, Profibus, Foundation Fieldbus, OPC atd.
 
Ing. Jan Kváč,
Siemens, s. r. o.
 
Obr. 1. Simatic Manager: inženýrský systém pro Simatic PCS 7
Obr. 2. Simatic PCS 7: příklady z knihovny objektů pro operátorské rozhraní
Obr. 3. Diagnostika systému a správa zařízení (Plant Asset Management)
Obr. 4. Software Simatic Safety Matrix pro návrh bezpečnostních algoritmů
Obr. 5. Základní nabídka automatizačních stanic pro systém Simatic PCS 7