Welchen Nutzen könnte Ihnen die nahtlose Integration von pneumatischen Systemen und Prozesssteuerung bringen? ASCO Numatics 580 CHARM-Knoten ermöglicht einfaches Electronic Marshalling von pneumatischen Systemen

Pneumatische Systeme sind ein wichtiger Bestandteil vieler Prozessanlagen in Branchen wie der Chemie-, Life Sciences- sowie Lebensmittel- und Getränkeindustrie, insbesondere wo Hilfsmaschinen zum Einsatz kommen. Obwohl diese Maschinen einen wichtigen Bestandteil des Prozesses darstellen, sind sie oft eigenständig installiert und nicht mit der Prozesssteuerungsarchitektur verbunden. Dies könnte im Falle eines Problems mit dem pneumatischen System der Maschine bedeuten, dass keine Kommunikation mit dem Leitsystem stattfindet und es folglich zu einem Ausfall der Maschine kommt. Die Anlage stellt dann möglicherweise von der Spezifikation abweichende Produkte her, die nicht für die weitere Verarbeitung oder Verpackung geeignet sind.

Aktuelle Architektur

Prozessleitsysteme sind gewöhnlich in der Lage, pneumatische Systeme durch Implementierung eines zusätzlichen Feldbus-Netzwerkes, wie z. B. PROFIBUS-DP^® oder Modbus^® TCP, zu steuern. Dieser Ansatz erhöht jedoch die Komplexität durch zusätzlichen Aufwand für Konfiguration und Datenzuordnung. Während eine ergänzende Diagnose möglich ist, sind eine zweite Programmierumgebung und die damit verbundenen Kosten nicht wünschenswert und unterstützen die Redundanz der Kommunikation und Stromversorgung eventuell nicht ohne Weiteres.
Emerson hat im Jahr 2016 das Electronic Marshalling für pneumatische Systeme eingeführt. Diese Lösung ermöglicht Anwendern die einfache Integration von ASCO Numatics Ventilinseln der Baureihe 580 mit dem DeltaV Prozessleitsystem von Emerson, um Prozessanlagen eine komplette Emerson Automatisierungslösung für E/A und pneumatische Systeme bereitzustellen.

Was ist Electronic Marshalling?

Verfahrensingenieure und Projektmanager, die an kontinuierlichen oder Batch-orientierten Verarbeitungsanlagen arbeiten, sind mit den Problemen in Bezug auf die Inbetriebnahme von E/A in Prozessleitsystemen vertraut. Das herkömmliche Verfahren umfasst die Verbindung von Feldgeräten über eine mehradrige Verkabelung, die an Klemmleisten in Steuerschränken angeschlossen wird. Dabei muss jede Verbindung mit der entsprechenden E/A-Karte mittels Cross-Marshalling manuell hergestellt werden. Mit zunehmender Systemkomplexität und Anzahl an Verbindungen (und den dadurch unvermeidlichen E/A-Änderungen) wird es immer schwieriger, den Überblick über die einzelnen Anschlüsse zu behalten. Jede erforderliche Änderung verursacht zusätzliche Kosten, Verzögerungen und vor allem erhöhte Projektrisiken. Das Hinzufügen von Redundanz führt zu noch mehr Kopfschmerzen. Darüber hinaus werden zukünftige Wartungs- und Systemänderungen oft durch Personalwechsel und Unkenntnis des Systems erschwert, die zu längeren Stillstandszeiten führen können.

Während das manuelle Rangieren für kleine Projekte immer noch als angemessen betrachtet wird, erfordern umfangreiche Batchanwendungen und kontinuierliche Prozesse in Bereichen wie der Chemikalien-, Pharma- und Lebensmittelherstellung (wo ein Produktionsverlust zu unermesslichen Kosten führen kann) zunehmend risikobegrenzende und zuverlässigere Designstrategien für das Prozessleitsystem.

Electronic Marshalling eliminiert die arbeitsaufwendigen Verfahren für das manuelle Rangieren. Die vom Feld kommenden Kabel werden weiterhin im Schaltschrank angeschlossen, jedoch erfolgt die Herstellung der Verbindungen zu den Controllern von diesem Anschluss an auf elektronische Weise. Dadurch ist es nun möglich, jeden einzelnen E/A-Kanal jedem beliebigen Controller zuzuordnen. Emerson führt dieses Mapping mithilfe seiner CHARM-Module (CHARacterisation Modules) durch. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um Karten für die Analog-Digital-Konvertierung von Daten, die für die Durchführung jeder beliebigen Signalfunktion (AI, AO, DI, DO, RTD usw.) konfiguriert werden können. Die Module werden auf die CHARM I/O Cards (CIOC) (CHARM E/A-Karten) „geklickt“, die wiederum auf DIN-Schienen-Klemmleisten montiert sind, an die die Feldverkabelung anschlossen wird. Die Identifizierung des Feldgeräts, die Einrichtung der entsprechenden CHARM-Karte und das elektronische Rangieren zu JEDEM BELIEBIGEN Controller im System erfolgen über einen verborgenen digitalen Bus. Ein vollständig redundanter Anschluss für Stromversorgung und Kommunikation ist enthalten. Die automatische Erkennung jedes E/A-Kanals bedeutet, dass Änderungen der Identifizierung, Konfiguration, Diagnose und Auslegung auf einfache Weise vom Prozessleitsystem ausgeführt werden können.

Die Technologie bietet vom Planungsbeginn über die Inbetriebnahme bis zum Ende der Lebensdauer der prozessorientierten Fertigung viele Vorteile. Da digitale oder analoge E/A beliebiger Art in jeder einzelnen Projektphase ohne manuelle Neuverkabelung mit spezifischen Controllern verbunden werden können, sind Hardware- und Designkosten von Anfang an berechenbarer. Designänderungen wie das Hinzufügen neuer E/A oder das Ändern von E/A-Typen können ohne intensiven Arbeitsaufwand und lästige Neuverkabelungskosten implementiert werden. Dadurch sind Projekte einfacher skalierbar und werden sicherer. Konfiguration und Diagnose werden durch eine einzige integrierte Software-Plattform gehandhabt – DeltaV Explorer von Emerson. Außerdem ist von Bedeutung, dass die Gesamtbetriebskosten maßgeblich reduziert werden, was durch eine höhere Betriebssicherheit, Prozesszuverlässigkeit und Maschinenverfügbarkeit gemessen werden kann.
Integration von pneumatischen Ventilinseln in Automatisierungssystemen mit CHARM-Technologie
Die CHARM-Module der Baureihe 580 ermöglichen Verfahrensingenieuren und Projektmanagern, die an kontinuierlichen oder Batch-orientierten Verarbeitungsanlagen arbeiten, die Verwendung eines unkomplizierten, kostensparenden und schnellen Ansatzes für die Integration von pneumatischen Systemen in die Prozesssteuerungsumgebung. Der Knoten ermöglicht eine einzige Verbindung vom Feld zum DeltaV™ Prozessleitsystem von Emerson und bietet Electronic Marshalling, native Konfiguration und Diagnose sowie eingebaute Redundanz. Dadurch wird eine wirklich integrierte Systemarchitektur bereitgestellt.

Mit der Einführung des ASCO Numatic 580 CHARM-Knotens wurde die Integration von pneumatischen Systemen mit Electronic Marshalling zum ersten Mal innerhalb einer einzigen Netzwerk-Plattform möglich gemacht – als Komplettlösung in einem einzigen Paket, erhältlich aus einer Hand. Der 580 CHARM-Knoten wird über die CHARM-Grundplatte direkt mit dem DeltaV System verbunden und kombiniert standardmäßig automatische Erkennung (Autosensing) und elektronisches Rangieren (Electronic Marshalling) über einen redundanten Stromversorgungs- und Kommunikationsanschluss. Dadurch werden die kompletten nativen Diagnosefähigkeiten von DeltaV im vollen Umfang genutzt. Jedes einzelne Vorsteuerventil wird vom Prozessleitsystem auf genau die gleiche Weise wie die anderen E/A des Systems verwaltet. Das Prozessleitsystem kann alle pneumatischen Anschlüsse über eine einzige redundante Verbindung mit den Magnetausgängen von bis zu 48 Ventilen, die mit jedem CHARM-Knoten verbunden sind, identifizieren und rangieren.

Der 580 CHARM-Knoten kann mit den ASCO Numatics Ventilinseln der Baureihe 500 verbunden werden. Diese Hochleistungs-Wegeventile in „Steckausführung“ verfügen über den höchsten Durchfluss für diese Produktgröße. Dadurch tragen sie zur Verringerung des Platzbedarfs in der Maschine und der Systemkosten bei, während eine umfassende Reihe an Zubehör und Optionen eine einfachere Installation, Konfiguration und Modifizierung ermöglicht.

Kosten- und Zeitvorteile einer vereinfachten Maschinenarchitektur

Im Vergleich zu einem manuellen, kreuz und quer rangierten Prozessfertigungssystem für Batch- und kontinuierliche Herstellungsszenarien sind die Vorteile einer auf CHARM-Technologie basierten Lösung mit Electronic Marshalling offensichtlich und überzeugend. Wenn die Pneumatik eine Integration erfordert und die Lösung mit der Einführung eines Feldbus wie PROFIBUS-DP^® verglichen wird, sind die Vorteile der von DeltaV gebotenen benutzerfreundlichen, aufgabenbasierten Entwicklungsumgebung sogar noch überzeugender.

Die Eliminierung eines sekundären Netzwerks ermöglicht erhebliche Einsparungen in Bezug auf Komponenten, zugehörigen E/A, Verkabelung und Inbetriebnahmezeit. Die Emerson Lösung mit einem einzigen Netzwerk bedeutet, dass es nur EINEN Verantwortungspunkt für Produkte, Dokumentation und Support gibt − mit entsprechenden Einsparungen bei Personal, Programmierungsressourcen und Systemschulungen. Eine reduzierte Komponentenanzahl und eine direkte Verbindung senken das Risiko für einen Systemausfall. Designänderungen während der Projektentwicklung und zukünftige Störungsanalyse und -beseitigung werden mit einer eingebetteten, intelligenten Steuerung mit automatischer Erkennung und Workstation-Diagnose mit Klartextmeldungen vereinfacht. Stillstandszeiten werden dank integrierter Diagnosefunktionen direkt auf der Ventilinsel – oder durch Anzeige dieser Diagnosen auf der Workstation des DeltaV Systems – deutlich reduziert. Zuverlässige, redundante Verbindungen erhöhen die Sicherheit und reduzieren Stillstandszeiten aufgrund von Wartungsarbeiten. Ein weiterer überzeugender Vorteil ist die Flexibilität der Prozesssteuerung dank jedes einzelnen CHARM E/A von Spannungs- und Stromsensoren bis zu Alarmen und Vorsteuerventilen, welche dieselbe DeltaV Explorer-Konfiguration nutzen und in der Cloud für jeden beliebigen Controller im Netzwerk verfügbar sind.

Die Kombination dieser Faktoren sorgt für eine eng integrierte Lösung für E/A und pneumatische Ventilinseln, die eine umfassendere Projekt- und Betriebssicherheit, eine bessere Steuerungsoptimierung und eine höhere Prozesszuverlässigkeit bietet. Um mehr über den ASCO Numatics 580 CHARM-Knoten zu erfahren,
laden Sie bitte dieses Whitepaper herunter oder besuchen Sie www.asco.com.

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