Jak ograniczyć koszty zakupu systemu wysokiej dostępności średnio o 30%?

Z tego artykułu dowiesz się:

  • Jakie są sposoby ograniczenia kosztów zakupu układów redundantnych
  • Które rozwiązania przynoszą największe oszczędności
  • Jakie funkcjonalności ma jednostka CPK330

Dział Automatyki w zakładzie produkcyjnym ma odpowiedzialne zadanie – systemowe podnoszenie dostępności aplikacji sterujących ma wpływ na ograniczenie lub eliminację nieplanowanych przestojów, a tym samym uniknięcie ponoszenia wysokich kosztów operacyjnych.

Systemy redundantne – niegdyś domena dużych zakładów przemysłowych, w których produkcja ma charakter ciągły – aktualnie znajdują zastosowanie również w prostszych układach regulacji, w których do tej pory ciężko było znaleźć uzasadnienie biznesowe w inwestycję w system redundantny. Nowe moduły od GE Automation&Controls i prostsza architektura powodują, że inwestycja w takie systemy jest obecnie znacznie bardziej przystępna.

Sposób 1 – Prostsza architektura systemu redundancji PACSystems RX3i PNSR

Podstawowa jednostka centralna (IC695CPK330) do układów redundancji systemów zbudowanych w oparciu o PACSystems RX3i wraz z najnowszym firmware dostarczana jest wraz z wbudowaną obsługą Profinet Redundancy w oparciu o zabudowane w CPU porty Ethernet. W praktyce oznacza to możliwość rezygnacji z modułów komunikacyjnych Profinet PNC, w oparciu o które do tej pory realizowana była komunikacja z warstwą IO, co obniży koszty systemu nadrzędnego o około 10%.

Wbudowane w CPU, redundantne porty Ethernet działają z szybkością 1 Gbps i dedykowane są do obsługi węzłów Profinet IO, które z systemem nadrzędnym komunikują się w oparciu o magistralę o topologii RING MRP.

Taka architektura systemu niesie za sobą 2 ważne korzyści:
1. obsługa komunikacji w oparciu o RING zapewni redundancję łącza komunikacyjnego pomiędzy układami IO a systemem nadrzędnym, a tym samym system stanie się odporny na uszkodzenia dowolnego segmentu sieci,
2. pozwala na serwis i rozbudowę systemu na ruchu bez konieczności zatrzymywania pracującej instalacji; serwis pojedynczego węzła nie zatrzyma komunikacji do wszystkich pozostałych.

Wbudowane w jednostkę IC695CPK330 porty Profinet pozwalają na zbudowanie systemu Simplex PROFINET I/O, który będzie obsługiwał do 32 węzłów oddalonych. Czas odpytania będzie zależał od ilości oddalonych węzłów: dla systemów, gdzie będzie ich do 16, czas ten może wynosić 1-8 ms, a dla systemów, gdzie węzłów będzie ponad 16, czas wynosi od 8 do 512 ms. Widać zatem, że układ taki nadaje się do procesów szybkozmiennych w aplikacjach o charakterze analogowym, jak i dyskretnym.

Warte podkreślenia w jednostce CPK330 są również standardowo wbudowane możliwości komunikacyjne. Niezależny port Ethernet wbudowany w CPU pozwala na komunikację w oparciu o Modbus TCP Client/Server, OPC-UA Server, EGD oraz SRTP. Jeśli system wymaga wymiany danych w oparciu o Profibus DP lub standard 104Server, DNP 3.0 lub IEC61850, można zastosować dedykowane moduły komunikacyjne instalowane na kasecie montażowej kontrolera. W kontekście podnoszenia bezpieczeństwa nie bez znaczenia jest również fakt, że CPK330 posiada certyfikat Achilles Level 2, co oznacza, że był testowany pod kątem cyberataków.

Wybrane rozwiązaniePoziom oszczędności
Eliminacja modułów komunikacyjnych IC695PNC001 z kasety kontrolera głównego i rezerwowegoOszczędność do 10%
dla warstwy nadrzędnej (zależnie od architektury kontrolerów)
Wykorzystanie ekonomicznych układów RSTi-EP w systemach redundantnychOszczędność 30-40%
dla warstwy układów IO
(wyliczenia dla 256 DI, 256 DO, 128 AI, 64 AO)
Wykorzystanie kontrolerów CPE400 zamiast RX3i w układzie redundancjiOszczędność co najmniej 40%
dla warstwy nadrzędnej (zależnie od architektury kontrolerów nadrzędnych)

Sposób 2 – ekonomiczne układy RSTi-EP IO dla systemów redundancji

W inwestycjach w systemy sterowania duże koszty stanowią układy wejść wyjść oddalonych. Ich koszt uzależniony jest od 3 głównych elementów: ilości sygnałów jakie musimy obsłużyć, architektury, w jakiej będą pracować oraz funkcjonalności, jaką mają spełniać.

O ile zaawansowane systemy z branży chemicznej, petrochemicznej, energetycznej czy paliwowej wymagają rozbudowanych funkcjonalności (obsługa HART, zbieranie danych ze strefy Ex, HotSwap, bardzo bogata diagnostyka), o tyle w mniej skomplikowanych systemach redundancji można z powodzeniem stosować prostsze układy do zbierania danych.

Jednym z takich układów jest ekonomiczny interfejs komunikacyjny RSTi-EP o numerze katalogowym EPXPNS101, przeznaczony do układów wysokiej dostępności Profinet Redundancy. Jego zastosowanie pozwala bardzo znacząco zredukować koszty obsługi układów IO – tam gdzie ma to logiczne uzasadnienie.

Sam interfejs wyposażony jest w redundantny port Profinet z obsługą MRP oraz dwóch kontrolerów sieci Profinet – to pozwala na zastosowanie go w układach, w których nadrzędne jednostki centralne pracują w układzie wysokiej dostępności. Do interfejsu RSTi-EP można podłączyć do 64 modułów rozszerzeń, co oznacza obsługę do 1024 sygnałów w ramach jednego węzła.

Konfiguracja i serwis takiego systemu mogą być realizowane na ruchu (obsługa HotSwap), oraz zdalnie dzięki wbudowanej obsłudze WebServer. W przypadku RSTi-EP wart podkreślenie są również bardzo małe gabaryty (szerokość pojedynczego modułu to zaledwie 11.5 mm) oraz możliwość pracy w temperaturach z zakresu od -20o do +60oC.

Wykorzystanie ekonomicznych układów RSTi-EP w systemach redundantnych obniży koszty systemu nadrzędnego o około 30-40%.

Sposób 3 – redundancja w oparciu o kontrolery StandAlone CPK400

Dla obiektów, w których redundancja jest konieczna, ale dopuszcza się dłuższe czasy przełączania na element redundantny, obsługę mniejszej ilości węzłów IO oraz mniejsze możliwości rozbudowy układy wysokiej dostępności można zbudować w oparciu o kontrolery StandAlone IC695CPK400. Są to tradycyjne kontrolery GE PACSystems, ale o budowie kompaktowej, a więc integrującej wszystkie niezbędne elementy do uruchomienia systemu w jednym urządzeniu o kompaktowych rozmiarach.

Pełna kompatybilność z CPE400 z RX3i oznacza dokładanie takie same możliwości programistyczne, a w praktyce w przypadku systemów redundancji oznacza to obniżenie kosztów systemu nadrzędnego o 50%.

System wysokiej dostępności w oparciu o CPE400 posiada jednak pewne ograniczenia w stosunku do tradycyjnych układów redundancji RX3i. Po pierwsze, synchronizacja danych i czas przełączania na kontroler redundantny – w CPE400 synchronizacja danych procesowych realizowana jest w oparciu o redundantne, dedykowane łącze Ethernet 1 Gb (w RX3i jest to dedykowany światłowód), a czas przełączenia roli pomiędzy kontrolerami wynosi 300-400 ms (w RX3i jest to 20 ms).

Dodatkowo do systemu CPE400 można podłączyć maksymalnie 20 węzłów oddalonych Profinet IO, co adresuje go do mniejszych i wolniejszych aplikacji. W dalszym ciągu redundancja w oparciu o CPE400 będzie miała charakter Hot-Standby, co oznacza, że przełączenie na kontroler redundantny będzie bezuderzeniowe.

Takie rozwiązanie świetnie sprawdzi się tam, gdzie do tej pory nie pracowały systemy redundancji, choć charakter pracy obiektu wskazywał na słuszność ich zastosowania, jednak z uwagi na koszty inwestycji ciężko było to obronić biznesowo. CPE400 – jak warto podkreślić – może pracować w temperaturach od -40oC do +60oC i posiada certyfikat Achilles Level 2.

Podsumowując – system redundancji nie jest już rozwiązaniem luksusowym, dedykowanym wyłącznie dla największych zakładów przemysłowych. Z zalet takiego systemu, dzięki aktualnej ofercie GE Automation&Controls, mogą korzystać także inne obiekty, których nieplanowane zatrzymanie oznacza dodatkowe koszty, spadek wizerunku firmy w oczach kontrahentów oraz dodatkowe zagrożenia dla personelu i sterowanego obiektu.

Opublikuj

Twój adres email nie zostanie opublikowany.

Czytaj więcej