Katalogizace výkresů smyček a značek do tabulky

-- 19.05.11 13:35

V tomto článku popisujeme, jak rafinerie pomocí tabulky programu Excel dokumentuje svou automatizační infrastrukturu při modernizaci systému DCS. Některé jednoduché nástroje dokážou ve všem udržet pořádek.

Rafinerie Frontier El Dorado Refining Company průběžně modernizuje svou infrastrukturu procesní automatizace s cílem zvyšovat objem výroby a plnit požadavky na ochranu životního prostředí. Tyto projekty představují náročný úkol práce se stovkami signálových kabelů, softwarových značek a řídicích funkcí typických pro moderní distribuovaný řídicí systém (Distributed Control System – DCS). Pro urychlení a zpřesnění tvorby schémat smyček systému DCS vypracovala společnost Frontier uživatelsky přívětivou tabulkovou aplikaci na bázi programu Microsoft Excel, která slouží jako nástroj pro předběžné návrhy,  dokumentaci a indexování přístrojů systému DCS.

Toto kreativní řešení pro sledování značek přístrojů a výkresů smyček využívá tabulky, které lze použít pro validaci a indexování značek přístrojů, modelování instalace fyzických zařízení a generování výkresů rozvodných skříní, modulů I/O a smyček.Rafinerie Frontier v El Doradu poblíž malebných hor Flint Hills ve státě Kansas je největším provozem na zpracování ropy v tomto státě. Tento plně integrovaný moderní závod, rozkládající se na území o rozloze přes 400 hektarů, v současnosti zaměstnává více než 400 pracovníků společnosti Frontier a 100 smluvních dodavatelů.

V rafinerii v El Doradu přispívá soubor komplexních provozů – včetně destilace, odsiřování, fluidního katalytického krakování, alkylace, pozdrženého koksování, katalytického reformování, izomerace a vytěžování síry – k denní produkci 9,5 milionu litrů benzinu, 6,4 milionu litrů destilátových paliv, 900 tun ropného koksu a 175 tun elementární síry. Rafinerie začala v lokalitě El Dorado fungovat v roce 1917 po objevení obrovských zásob ropy v této oblasti. V té době závod tvořila primitivní destilační linka s denní kapacitou 320 000 litrů ropy. Dnes má rafinerie kapacitu 15,9 milionů litrů ropy denně a zpracovává ropu a plynokondenzáty pro zákazníky v regionu Plains a Rocky Mountain.

Pozadí

Tak jako jiné ropné rafinerie musí i společnost Frontier čelit zvýšené globální konkurenci, což vyžaduje neustálé zdokonalování její technologie automatizace procesů. Závod v El Doradu provedl za dobu své existence mnoho konverzí řídicího systému a od pneumatického řízení a jednosmyčkových přístrojů na panelu se dopracoval k modernímu systému DCS. V roce 2007 převedla společnost Frontier řízení provozní ropné jednotky z dosluhujícího základního systému TDC2000 na jednotky Honeywell Process Managers (HPMs). Rafinerie využila inovativní metody pro odpojení svého zastaralého systému za provozu a přechod na nový a rychlejší systém DCS s využitím stejného operátorského rozhraní lokální řídicí sítě (Local Control Network – LCN).

Rafinerii nyní ze dvou různých dispečinků řídí systém DCS se sedmi lokálními řídicími sítěmi. Automatizační architekturu závodu tvoří celkem 147 uzlů LCN, 35 redundantních HPM a 172 základních řídicích prvků TDC2000, přičemž všechny jsou připojeny k procesnímu datovému skladu Uniformance PHD. Rafinerie momentálně modernizuje své procesy, aby splňovaly předpisy na ochranu životního prostředí a aby se zvýšil objem výroby. Nedílnou součástí plánu je řídicí systém Honeywell Experion. I když tento článek pojednává o zkušenostech z této konkrétní modernizace, stejné koncepce lze uplatnit na jakékoli jiné změny platformy.

Popis situace

Diagramy smyček znázorňují řídicím a přístrojovým technikům automatizační strategie a kabelová spojení v rámci celkové architektury řídicího systému.Tyto diagramy jsou nezbytné pro instalaci zařízení ve fázi výstavby na zelené louce a pro odstraňování chyb a problémů s údržbou po rozběhnutí procesu. Diagramy smyček mohou být jednoduché, jako například jeden vstup a jeden výstup, nebo složité se souborem několika vstupů a výstupů. Například diagram smyčky znázorňující tlak může ukazovat tlakový snímač a kabely a připojení od vysílače ke vstupnímu modulu.

Typická řídicí smyčka může obsahovat vysílač a kabeláž ke vstupnímu modulu DCS či kabely a připojení k ventilu z výstupního modulu. I/O signály u moderního systému DCS mohou být analogové nebo dvoustavové (digitální) a v řídicím systému jsou zobrazovány a měněny pomocí softwarové konfigurace. Provozní přístroje jsou rozmístěny všude po procesních jednotkách a jejich signály jsou do DCS přenášeny elektrickým proudem neseným dvojicí vodičů. Pro vyšší efektivitu jsou vícepárové kabely instalovány ze stojanové místnosti systému DCS do rozvodných skříní strategicky umístěných v procesních jednotkách, kde jsou připojeny provozní přístroje. Ve stojanové místnosti jsou páry vodičů vyvedeny a připojeny k I/O modulům, které zakončují elektrický obvod a zpřístupňují provozní signály systému DCS. Kanálům I/O modulů jsou přiděleny softwarové značky odpovídající připojeným provozním přístrojům.

Náročné úkoly technického zajištění

V dřívějších dobách byla tvorba výkresů smyček relativně jednoduchou záležitostí. Všechna připojení byla provedena napevno a výkresy odpovídaly normám ISA. Ale s nástupem technologie DCS na konci 70. let 20. století byli technici postaveni před úkol konfigurovat myriády softwarových připojení. Tím vzniklo dilema: Jak by měl vypadat diagram smyčky? Kolik softwarových prvků by měl znázorňovat? A co hardware? Softwarovou funkčnost může být těžké znázornit. V mnoha případech nejsou dobře definovány firemní normy pro dokumentaci přístrojů a její formát. Tuto situaci dále komplikuje stav, kdy se na práci podílí několik různých dodavatelů provedení a konstrukce. U většiny automatizačních projektů se po dodavatelích požaduje, aby poskytli diagramy smyček jako součást jejich soutěžní nabídky.

Nicméně diagramy smyček obvykle přicházejí  na řadu až v pozdější fázi projektu a nejsou vždy k dispozici pro konfigurační aktivity. Navíc jsou značky často zobrazeny na mnoha různých výkresech, takže je obtížné je sledovat. Není  neobvyklé mít duplicitní nebo chybějící značky přístrojů mezi nespočetnými projektovými výkresy. V projektu systému DCS jsou tisícovky datových údajů, které je nutno sledovat a koordinovat jejich vztahy. Například čísla značek, čísla kabelových párů, čísla kanálů I/O modulů a čísla výkresů navzájem nějakým způsobem souvisejí.

Tato provázaná data lze prohlížet z různých hledisek (jako je číslo značky, číslo kabelového páru nebo I/O modulu) a ve správném pořadí dávají smysl. Nicméně všechna související data vypadají zmateně, když se prohlížejí neseřazená. Například velké množství dat seřazených podle čísla značky vypadá zmateně z hlediska čísla kabelového páru nebo I/O modulu, přičemž stejné údaje seřazené podle čísla kabelového páru se zdají zmatená z hlediska čísla značky nebo I/O modulu. Databáze v tabulce Excelu umožňuje neseřazeně zadat velké množství dat a poté je třídit nebo filtrovat do logického pořadí.

Způsob instalace

Metoda společnosti Frontier pro instalaci provozních přístrojů, založená na „pravidlu jednoho“ (tj. jeden provozní přístroj připojený k jednomu přívodnímu kabelovému páru připojenému k jednomu kanálu FTA), přinesla výrazné úspory času a peněz.  V rafinerii El Dorado je řídicí technika umístěna do vzdálené přístrojové skříně (Remote Instrument Enclosure – RIE) s 36párovými přívodními kabely vedoucími do rozvodných skříní v procesní oblasti.

Každý vodič 36párových přívodních kabelů je připojen ke svorkovému pásu na každém konci kabelu. Pro snadnou  identifikaci jsou svorky označeny číslem kabelového páru a symbolem + a -. Provozní přístroje jsou připojeny k přiřazenému kabelu/páru v rozvodné skříni a následně je propojkou připojen odpovídající kanál v RIE k přiřazenému kanálu modulu I/O. Přívodní svorkovnice RIE jsou v podstatě demarkační linií odpovědnosti dodavatele. Dodavatel stavebních prací přivede kabely ke svorkovým pásům a jednoduše je zakončí v pořadí podle párů. Propojení od kabelových svorek RIE ke kanálům FTA může být provedeno ve výrobním závodě nebo v provozu.

Tabulková aplikace

Pro zkrácení doby a snížení pracnosti technického zajištění řídicího systému vyvinula společnost Frontier tabulkovou aplikaci na bázi programu Microsoft Excel, která slouží jako nástroj pro předběžné návrhy, d o k u m e n t a c i a indexování informací souvisejících se systémem DCS. V této inovativní tabulkové aplikaci lze data snadno zadávat a poté třídit nebo filtrovat a poskytovat tak řídícím a  přístrojovým technikům co nejužitečnější přehled. Každá tabulka má specifický účel a je navržena s ohledem na snadné použití. Některé tabulky jsou navrženy pro modelování fyzických instalací I/O systému DCS a po nastavení umožňují přiřadit značky přístrojů. Jiné tabulky slouží jako rejstřík pro informace související s přístrojovými smyčkami, které se ale nacházejí v jiných dokumentech.

Tabulkový nástroj zevrubně využívá pojmenované rozsahy a vyhledávání pro generování grafických šablon a pro validaci dat. K dispozici jsou
šablony pro provozní rozvodné skříně, I/O moduly, TI MUX boxy a diagramy smyček. Tyto výkresy jsou cennou pomůckou pro technické, stavební, konfigurační a údržbové aktivity. Funkce automatického filtrování aplikace Excel je užitečná pro prohlížení vybraných dat. Každá tabulka je navíc opatřena počitadly řádků ukazujícími počet řádků vybraných filtrovacím zásahem. Značky zadané do tabulky jsou validovány pomocí sčítací funkce, která kontroluje duplicity a funkce vyhledávání pro zajištění, že položka je registrována v tabulce potrubních a přístrojových diagramů. Vyhledávání dále dokáže poskytnout křížové odkazy k jiným tabulkám.

Používání tabulek

Tato aplikace na bázi Excelu byla navržena s jedinečnou tabulkovou strukturou, která řídícím a přístrojovým technikům nabízí rychlejší a přesnější způsob, jak vytvářet výkresy přístrojových rozvodných skříní a I/O modulů. Tato aplikace má databázi přístrojů, kde jsou data logicky zadána a používají se mnoha různými způsoby pro konfiguraci automatizačních strategií závodu. Tři tabulky poskytují rejstřík přístrojových značek pro výkresy. Informace z potrubních a přístrojových diagramů a situačních výkresů jsou  zadávány do příslušných tabulek. Značky z elektrických a podrobných výkresů jsou zadávány do referenční tabulky. Tento přístup umožňuje efektivní křížové odkazy mezi značkami přístrojů a výkresy (viz obrázek 1). Potrubní a přístrojové diagramy jsou základem pro požadavky na přístrojové a řídicí systémy.

Tabulka potrubních a přístrojových diagramů poskytuje dostatečné informace pro dimenzování a specifikování komponent DCS a většiny provozní kabelové infrastruktury. Poté, co jsou stanoveny požadavky na I/O (tj. počet a typ vstupních a výstupních bodů), může technik navrhnout strukturu systému. Tři tabulky poskytují seřazený seznam všech přívodních kabelových párů, kanálů I/O a kanálů TI MUX. Každý pár vodičů ve všech přívodních kabelech je uveden v tabulce přístrojové rozvodné skříně. V tabulce IOP jsou uvedeny všechny kanály vstupních a výstupních modulů a tabulka MUX obsahuje všechny kanály multiplexeru TI.

Po určení struktury řídicího systému zahájí technik přiřazování značek přívodním kabelovým párům, kanálům vstupních a výstupních modulů nebo kanálům TI MUX. Tato tabulková aplikace má zabudovány funkce křížové kontroly pro identifikaci duplikátů značek a validaci názvu značky, aby bylo zajištěno, že se vyskytuje v hlavní tabulce potrubních a přístrojových diagramů (viz obrázek 2).

Druhou část tohoto článku přineseme v některém z dalších vydání. Zde se dále dozvíte jak pracovat s výkresy smyček a jak si vyložit jednotlivé výstupy obrazovek.

Autor: Leland Borgelt Frontier El Dorado Refining Company