|
Recenze: Fieldbuses for Process Control: Engineering, Operation, and Maintenance
BERGE, J.: Fieldbuses for Process Control: Engineering, Operation, and Maintenance. ISA, USA, 2001, 468 stran, ISBN 1-55617-760-7, cena 98 USD (pro nečleny ISA).
Velmi zajímavý titul vydala v roce 2001 The Instrumentation, Systems, and Automation Society (ISA). Jeho tématem je vše o průmyslových komunikačních sběrnicích, které se používají v řízení technologických procesů, se zvláštním zřetelem na chemii a přidružené obory. Autor knihy, na rozdíl od jiných autorů knižních titulů z této a příbuzných oblastí, se vyhnul popisu proprietárních i standardizovaných průmyslových sběrnic a v knize se zabývá zejména obecnými požadavky a z toho plynoucími obecně platnými vlastnostmi a parametry průmyslových sběrnic, vhodných především pro sběr dat a řízení spojitých technologických procesů v reálném čase. Z vymezení oblasti zájmu však plyne, že z celého širokého spektra průmyslových sběrnic je v knize věnována pozornost výhradně protokolu HART na klasické proudové smyčce 4 až 20 mA a průmyslovým sběrnicím Profibus-PA a zejména Foundation Fieldbus.
Kniha má jedenáct kapitol.
V úvodní kapitole 1 se čtenář seznámí se základními pojmy z oblasti průmyslové komunikace a aplikované informatiky, jako jsou např. interoperabilita, robustnost, technologická a operátorská úroveň řízení a další. Osvěží si velmi přístupnou formou i informatické struktury master-slave, client-server i publisher-subscriber a jejich roli v decentralizovaných řídicích systémech. Autor se zde dotkne i standardní architektury lokálních sítí, historie vzniku průmyslových sběrnic, potřeby mezinárodní standardizace právě v oblasti distribuované automatizace a tím pádem i historie normotvorného procesu IEC 61158. Na historii vývoje řídicích architektur technologických procesů se čtenář seznámí i s novým pojmem v oblasti řídicích struktur, kterým je Field Control System (FCS), tedy do značného detailu distribuovaná automatizace kladoucí velké požadavky na komunikační podsystém i na inteligenci jednotlivých propojených řídicích, kontrolních a měřicích zařízení i veškerých provozních přístrojů (čidel a akčních členů).
Kapitola 2 je věnována výhodám a nevýhodám použití průmyslových sběrnic při řízení procesů. Autor správně zdůrazňuje skutečnost, že hlavní přínos průmyslových sběrnic na velmi nízké úrovni řízení (sensor, actuator and device bus) nespočívá jen v úspoře kabeláže, ale především v jednoduchém způsobu zajištění dalších funkcí, nezbytných pro dálkovou parametrizaci, připojení, odpojení a výměnu čidel a akčních členů a rychlé uvedení do provozu, průběžnou diagnostiku, prediktivní údržbu a správu systému včetně statistického sledování až na úroveň provozních přístrojů. Zdůrazňuje také, že architektura FCS zmenšuje náklady na hardware řídicích systémů tím, že omezuje a v mnoha případech i do velké míry odstraňuje potřebu programovatelných automatů (Programmable Logic Controller – PLC) nebo technologických stanic distribuovaných řídicích systémů (Distributed Control System – DCS), tradičně používaných na 1. úrovni řízení. Tato řídicí úroveň je totiž nahrazena právě inteligentními provozními přístroji propojenými sběrnicemi typu Foundation Fieldbus nebo Profibus-PA s jejich programovým prostředím pro projektování a konfigurování automatizačních funkcí a funkcí sběru a zpracování dat přímo v inteligentních provozních přístrojích. V závěru kapitoly jsou pak korektně vzneseny a uspokojivě zodpovězeny výtky praxe k stávajícím průmyslovým sběrnicím i lokálním sítím LAN typu Ethernet, použitým v hierarchických řídicích strukturách.
Kapitola 3 pojednává o instalaci průmyslových sběrnic a jejich uvádění do provozu. Čtenář si v ní velmi přístupnou formou zopakuje vše o topologiích, elektrických vlastnostech a jednotlivých řešeních protokolů a sítí HART, Profibus-PA, Foundation Fieldbus a Ethernet. Pozornost je zde věnována opět normě IEC 61158-2 a jejímu významu pro řešení systémů se zaručenou vnitřní bezpečností (intrinsic safety), ale i metodě ochrany proti možnému krátkodobému přepětí na sběrnici (surge protection), stínění a zemnění. Kapitola se věnuje doporučením shora uvedených aspektů pro protokoly HART, Profibus-PA, Foundation Fieldbus i lokální sítě Ethernet s protokolem TCP/IP.
Nejobsáhlejší kapitolou knihy je kapitola 4, zabývající se konfigurováním FCS. Na příkladu sběrnic Foundation Fieldbus a Profibus-PA vede autor čtenáře postupnými kroky problematikou konfigurování složitého komunikačního, informačního a řídicího systému. Výklad začíná konfigurováním jednotlivých inteligentních provozních přístrojů. Na příkladu konfigurování sběrnice Foundation Fieldbus jsou vysvětleny nezbytné programové bloky pro provozní přístroje (zdrojový blok, přenosový blok, blok vstupů, výstupní blok, blok regulátorů) a jejich konfigurování, parametrizace a aktivace. Stejný postup je ukázán i pro protokol a síť Profibus-PA. Vzhledem k tomu, že protokol HART je implementován pouze na spoje mezi dvěma body, omezuje se jeho konfigurování jen na konfigurování přístrojů. Velká část kapitoly 4 je věnována podrobnému popisu programovacího prostředí sběrnice Foundation Fieldbus s ukázkami programování aplikací.
V kapitole 5 je konstatováno, že v každém stávajícím projektu se budou prolínat průmyslové sítě s konvenčním způsobem propojení provozních přístrojů a řídicích členů první úrovně. Proto je v ní pojednáno o integrování takových heterogenních podsystémů v jeden celek, o problémech vyvstávajících při rekonstrukci stávající automatizační techniky na techniku využívající průmyslových sběrnic a o způsobech jejich řešení.
Kapitola 6 je věnována problematice hledání a odstraňování závad v řízeném technologickém procesu způsobených rušením, výpadkem funkce a jinými poruchami při používání průmyslových sběrnic.
Další dvě kratší kapitoly zdůrazňují výhody průmyslových sběrnic při vlastní standardní funkci FCS i úspory času, nákladů i práce při vypracovávání projektu řídicího systému na bázi FCS v porovnání s objemem prací, náklady a potřebným časem při projektování tradičních DCS. Zabývá se rovněž způsoby tvorby projektové dokumentace, správou verzí a variant a prováděním funkčních zkoušek a dokumentování jejich výsledků.
V kapitolách 9 a 10 se autor zabývá v současnosti v oblasti technologických procesů velmi sledovanou problematikou údržby a správy zařízení (maintenance and asset management) za účelem zvýšení spolehlivosti a bezpečnosti jejich chodu. Uvádí obecné i speciální přínosy průmyslových sběrnic pro zjednodušení a zefektivnění systému údržby a správy technologických, měřicích a řídicích zařízení a prostředků. Upozorňuje na možnosti nabízené průmyslovými sběrnicemi k použití v systému průběžné diagnostiky technologického zařízení s výsledným zvýšením spolehlivosti a bezpečnosti chodu technologií.
V závěrečné kapitole 11 seznamuje autor čtenáře s konkrétním řešením a parametry diskutovaných průmyslových sběrnic HART, Foundation Fieldbus a Profibus-PA. Popisuje funkce jednotlivých vrstev zjednodušeného modelu ISO/OSI, kódovaní a modulace definované normou IEC 1158-2 a způsob adresování v sítích HART, Foundation Fieldbus a Profibus-PA. Samotný závěr kapitoly je věnován aplikační vrstvě protokolů Foundation Fieldbus a Profibus-PA.
Recenzovaná kniha je velmi vhodná pro každého, kdo se chce blíže a kvalifikovaně seznámit s problematikou použití průmyslových sběrnic v oblasti řízení technologických procesů. Autor se v ní sice omezuje jen na ty průmyslové standardy, které mají bezprostřední použití v oblasti technologických procesů v chemii a přidružených oborech – všechny tři diskutované sběrnice a protokoly, tj. HART, Foundation Fieldbus a Profibus-PA jsou určeny právě pro tuto oblast, ve které nejsou vyžadovány extrémní přenosové rychlosti, avšak je kladen důraz na možnost použití v prostředí s nebezpečím výbuchu a vysoký stupeň interoperability a decentralizace. Kniha však není jen pojednáním o konkrétních řešení průmyslových sběrnic pro vybranou oblast. Naopak, představuje zobecněné požadavky a z nich plynoucí technická a programová řešení. Klade celou řadu otázek a kvalifikovaně, srozumitelně a korektně je zodpovídá. Může být velmi dobrou pomůckou pro projektanty informačních, měřicích a řídicích systémů moderních složitých technologických celků. Její předností je i to, že každá kapitola je doplněna kontrolními otázkami s řešeními, uvedenými v příloze knihy.
doc. Ing. František Zezulka, CSc.,
UAMT FEKT VUT v Brně
(zezulka@feec.vutbr.cz)
|