Với sự ra mắt của công nghệ Ethernet-APL, người dùng trong ngành công nghiệp hóa chất cũng muốn giải quyết vấn đề an toàn ngay lập tức. Khi làm như vậy, họ đã xem xét ngành công nghiệp ô tô, trong nhiều năm đã dựa trên nguyên tắc kênh đen của PROFIsafe.
PROFIsafe tại Phòng thí nghiệm Kiểm tra BASF ở Ludwigshafen
Các khái niệm an toàn trong tự động hóa quy trình đã được chứng minh và an toàn trong nhiều năm. Tuy nhiên, không ai có thể tranh cãi rằng nỗ lực cần thiết để thực hiện chúng – từ lập kế hoạch đến lắp đặt, bảo trì và lưu kho – là đáng kể. Điều này không kém phần quan trọng là do công nghệ và cơ sở hạ tầng riêng biệt cho các ứng dụng điều khiển quá trình (fieldbus) và an toàn (4-20 mA). Đồng thời, các công nghệ này không còn đáp ứng được yêu cầu của các giải pháp tự động hóa hiện đại.
Giờ đây, với sự ra đời của công nghệ Ethernet APL linh hoạt, một cơ sở công nghệ thống nhất cho các hệ thống an toàn và không an toàn đang được tạo ra. Chính vì chủ đề Ethernet-APL với PROFINET là giao thức Ethernet công nghiệp hiện đang được nhiều công ty thảo luận, nên thời điểm để phát triển một giải pháp khả thi cho các ứng dụng an toàn là thuận lợi. “Chúng tôi không muốn có bất kỳ giải pháp đặc biệt nào. PROFIsafe là một giao thức an toàn SIL3 được TÜV phê duyệt và đã chứng minh được bản thân trong ngành công nghiệp ô tô trong nhiều năm. Do đó, con đường này là hiển nhiên đối với chúng tôi, ”Gerd Niedermayer, Giám đốc Kỹ thuật E&I cấp cao tại BASF giải thích. Các yêu cầu điển hình của ngành quy trình đối với các ứng dụng an toàn là:
- Tuân thủ các yêu cầu hiện tại theo IEC 61784-3 (Mạng Truyền thông Công nghiệp).
- Có đủ thời gian phản hồi cho quy trình, ngay cả khi có thêm trao đổi dữ liệu theo chu trình.
- Đủ khối lượng dữ liệu nhất quán để kiểm soát và truy vấn các cơ cấu chấp hành và cảm biến.
Trong hình: Tiến sĩ Gerd Niedermayer, Giám đốc Kỹ thuật E&I cấp cao tại BASF.
“Hiện tại, nhiều thiết bị Ethernet APL đang được phát triển mới. Những thứ này hiện có thể được thiết kế ngay lập tức để ngăn xếp PROFIsafe có thể dễ dàng được kích hoạt sau này nếu được yêu cầu, ”Niedermayer tiếp tục. Thỏa thuận về truyền thông an toàn thống nhất cho Ethernet-APL mang lại lợi thế cho tất cả các bên liên quan. Ví dụ, các nhà sản xuất cảm biến, thiết bị truyền động và bộ điều khiển chỉ phải thực hiện, chứng nhận và duy trì một giao thức. Các nhà khai thác và tích hợp chỉ cần duy trì bí quyết vận hành và bảo trì cho một cơ sở hạ tầng và một họ giao thức.
Thuận lợi trong thực hành
Với một thiết bị tiêu chuẩn mới phù hợp cho các ứng dụng an toàn và tự động hóa vận hành, nền tảng được đặt ra cho một khái niệm tự động hóa tích hợp. Hơn nữa, sự đa dạng của các thiết bị và công nghệ trong một nhà máy sản xuất bị giảm đáng kể. Thông tin chẩn đoán và bảo trì có sẵn ở những nơi họ có thể đạt được mức tiết kiệm lớn nhất trong một nhà máy – trong các thiết bị an toàn PCT.
Nhưng cũng có những lợi thế khác. Ví dụ, có những cảm biến chỉ được sử dụng trong chức năng an toàn sau một thời gian đã trôi qua. Điều này là do trong vòng đời của cây, các nghiên cứu HAZOP mới được thực hiện lặp đi lặp lại. Kết quả là các điểm đo hoạt động được chuyển đổi thành các điểm đo an toàn. Bây giờ, chúng đang được chuyển đổi từ một phương tiện truyền thông kỹ thuật số trở lại công nghệ tương tự. Niedermayer giải thích: “Điều này có nghĩa là các thiết bị hiện trường, cấp dây và hệ thống tự động hóa phải được thay thế hoàn toàn. “Nếu thiết bị đo có ngăn xếp PROFIsafe, việc chuyển đổi phần cứng tẻ nhạt sẽ bị loại bỏ và chỉ phần mềm PROFIsafe mới cần được kích hoạt.”
Tăng độ chính xác của phép đo
Mặc dù điều chế được sử dụng rộng rãi của tín hiệu HART thành tín hiệu 4-20 mA cung cấp quyền truy cập (không an toàn) vào các tham số bổ sung và cho phép các khái niệm bảo trì tốt hơn, nó cũng dẫn đến độ chính xác của phép đo kém hơn. Vì các giá trị quá trình đo được đã có sẵn ở dạng kỹ thuật số trong các thiết bị hiện trường, chúng có thể được chuyển trực tiếp đến hệ thống tự động hóa mà không làm giảm chất lượng bằng Ethernet APL. “Sau đó, chúng tôi không còn phải làm việc với giá trị 74 độ vì nó đã được chuyển đổi hai hoặc ba lần, mà thay vào đó nhận giá trị chính xác là 73,89 độ,” Niedermayer trích dẫn một lợi thế khác. Giá trị đo chính xác hơn này không chỉ thú vị từ quan điểm kiểm soát quá trình tốt hơn mà còn có sẵn để tăng yêu cầu an toàn.
“Chúng tôi có được các lựa chọn chẩn đoán tốt hơn do cơ sở hạ tầng đồng nhất cho các ứng dụng an toàn và không an toàn,” Niedermayer bị thuyết phục. Rốt cuộc, điều này mang lại cho các công ty cơ hội triển khai cùng một khái niệm chẩn đoán cho các thiết bị hiện trường, công nghệ mạng và hệ thống tự động hóa. Với tín hiệu 4-20 mA thuần túy hiện đang được sử dụng trong các ứng dụng an toàn, thông tin chẩn đoán chỉ có thể được truyền qua tín hiệu lỗi. Điều này dẫn đến việc kích hoạt kênh bị ảnh hưởng của chức năng an toàn. Tuy nhiên, với Ethernet-APL, có thể đánh giá phân biệt và phản ứng với các cảnh báo mà không làm mất các giá trị đo được. Ngoài ra, nỗ lực thử nghiệm được giảm bớt với Ethernet-APL, vì các thiết bị có thể được kiểm tra thường xuyên và toàn diện trong khi nhà máy đang hoạt động, Niedermayer chỉ ra: “Điều này đặc biệt thú vị vì số lượng thiết bị liên quan đến an toàn không ngừng tăng lên.”
Việc sử dụng rộng rãi các thiết bị trường APL Ethernet trong các ứng dụng vận hành cũng như an toàn đòi hỏi các nguyên tắc đo lường chung cũng có sẵn với công nghệ này. Chúng bao gồm áp suất, nhiệt độ, mức và lưu lượng. Để biện minh cho việc đầu tư vào cơ sở hạ tầng Ethernet APL, ít nhất 80 đến 90 phần trăm thiết bị hiện trường của nhà máy phải được kết nối qua Ethernet APL. Hơn nữa, tất cả các thành phần phải được thiết kế và chứng nhận theo IEC 61508 để được sử dụng trong ứng dụng an toàn.
Mặc dù giao thức an toàn với các giao thức không an toàn có thể được sử dụng cùng nhau, nhưng điều quan trọng là người dùng phải giữ các mạng riêng biệt. Niedermayer giải thích: “Mặc dù chúng tôi dựa vào hai mạng riêng biệt để tăng độ an toàn, nhưng chúng tôi vẫn muốn có cùng một cấu trúc cho hệ thống điều khiển và PLC an toàn.
Mặc dù vẫn còn một số câu hỏi mở, nhưng trải nghiệm đầu tiên với PROFIsafe trong cơ sở thử nghiệm BASF, nơi Ethernet-APL đã được đưa vào hoạt động trong vài năm, là tích cực: “Trong cơ sở thử nghiệm của chúng tôi, chúng tôi đã kết nối và thử nghiệm hai thiết bị PROFINET từ Endress + Hauser với một ngăn xếp PROFIsafe cho hệ thống HIMax của chúng tôi từ Hima vào tháng 8 năm 2020. Điều này hoạt động tốt như một bằng chứng về khái niệm, ”là ấn tượng đầu tiên của Niedermayer. Bây giờ vấn đề là bạn phải kiên nhẫn một chút. “Vì chức năng PROFIsafe vẫn phải được triển khai trong các thiết bị trường PROFINET, nên chúng tôi vẫn phải chờ đợi lộ trình từ các nhà sản xuất, ví dụ: Endress + Hauser, Krohne, Emerson, v.v.,” Niedermayer nói một cách tự tin.
Đối với Niedermayer, Ethernet-APL có tiềm năng hợp nhất cơ sở hạ tầng của các ứng dụng an toàn và không an toàn. Điều này sẽ có lợi thế là tạo ra các giải pháp trong quá trình tự động hóa kết hợp độ phức tạp tối thiểu với hiệu quả chi phí tối đa. “Nếu khái niệm giải pháp này được sử dụng như một tiêu chuẩn công nghiệp trong quá trình tự động hóa, chúng tôi đồng thời sẽ có toàn bộ tính minh bạch của dữ liệu trong nhà máy. Điều này mở ra cơ hội tối ưu hóa hơn nữa, ”Niedermayer kết luận.