Nieuw safety concept voor de modulaire fabriek

In het Process-To-Order Lab (P2O-Lab) aan de Technische Universiteit van Dresden is een demonstrator van een modulaire fabriek gebouwd om een nieuw concept voor de implementatie van functionele safety te testen. Het concept creŽert een nieuwe laag in de automatisering die fSOL genoemd wordt, wat staat voor functional Safety Orchestration Layer.

Met de introductie van de Module Type Package (MTP) begint het concept van de modulaire fabriek voor de procesindustrie steeds concreter te worden. De MTP is een soort driver die stand-alone modules meekrijgen zodat ze op een ondubbelzinnige manier geÔntegreerd kunnen worden in een hoger gelegen procescontrolesysteem. In het concept van de modulaire fabriek heten die modules Process Equipment Assemblies (PEAs). De overkoepelende laag heet de Process Orchestration Layer (POL).

Het opzet van de modulaire fabriek is dat een plant opgebouwd zou kunnen worden door standaard modules samen te voegen die elk een processtap voor hun rekening nemen. De droom is om op die manier een veel snellere time to market te bekomen en om fabrieken te bouwen die op een zeer flexibele manier aangepast kunnen worden wanneer de wensen en noden van klanten dat vergen.

Die droom is voor velen vandaag allicht nog te futuristisch, maar het neemt niet weg dat MTP wel enorm veel aandacht krijgt in procesautomatisering. Dat heeft alles te maken met het feit dat modularisering als concept al vrij ingeburgerd is. Denk maar aan de kant-en-klare skids die in procesinstallaties ingebouwd worden en machines zoals compressoren.

In het concept van modularisering hebben al dit soort modules hun eigen instrumentatie en sturing zodat ze autonoom kunnen werken. De MTP beschrijft alle beschikbare functies en de parameters en settings die door de hogere procesorkestratielaag geraadpleegd en bediend kunnen worden. Daarmee maakt de MTP een plug & play integratie in het grotere geheel mogelijk.

Risicoanalyse

Een belangrijk aspect dat in dit alles nog verder uitgeklaard moet worden is de implementatie van plant safety. Op zich kunnen heel wat safety aspecten op het niveau van de individuele modules geregeld worden. Maar sommige aspecten zijn ook intermodulair. In de grafiek bij dit artikel is er een module die componenten verpompt naar een tweede module waar een chemische reactie plaatsvindt. Zodra zich in die tweede module een veiligheidsrisico zou voordoen Ė dat het niveau in de reactor te hoog wordt, bijvoorbeeld Ė kan dit implicaties hebben voor de eerste module Ė bijvoorbeeld dat die moet stoppen met pompen.

Op zich is dat nog een eenvoudig voorbeeld, maar het vergt wel een safety communicatie tussen beide modules. Meer in het algemeen geldt dat een volledige risicoanalyse van een installatie inhoudt dat het geheel aan modules bekeken moet worden waarbij zich mogelijks interacties kunnen voordoen die zich bij het ontwikkelen van de modules zelf nog niet aandienden.

De oplossing die nu naar voor geschoven wordt om functionele safety volgens de geldende normen te implementeren is het creŽren van een nieuwe laag Ė de fSOL of functional Safety Orchestration Layer. Simpel gesteld is het een safety controller die op het niveau van de samengevoegde modules gebruikt wordt om alle safety functies van en over de modules te coŲrdineren zodat het safety concept van de installatie in zijn geheel daar geÔmplementeerd kan worden. De overkoepelende controller krijgt daartoe signalen vanuit de modules en kan die ook terugkoppelen naar de safety controller en actuatoren in de modules. Bedoeling zou dan zijn om bij het ontwerp van de modules ook een overzicht van safety functies en parameters mee op te nemen in de MTP van de module.

Toepassingsspecifieke implementatie

Op zich lijkt de introductie van de fSOL wat afbreuk te doen aan het modulaire concept omdat de implementatie ervan heel toepassingsspecifiek is. Waar de modules de ambitie hebben om generiek en breed inzetbaar te zijn, gaat de risicoanalyse van een assemblage van modules heel concreet kijken naar hoe de modules in een specifieke applicatie functioneren en welke risicoís zich in die concrete toepassing kunnen voordoen. Maar die benadering is nu eenmaal eigen aan hoe de wetgeving en normen met risicoanalyse en -beheersing omgaan.

Overigens lijkt het erop dat voor de gewone procesorkestratielaag ook steeds meer gedacht wordt in termen van een toepassingsspecifieke implementatie. In de originele idee van de modulaire fabriek gold de procesorkestratielaag veeleer als een doorgeefluik voor meetwaarden en setpoints en was het bedoeling dat een reactormodule, bijvoorbeeld, aan doseringsmodules om componenten zou vragen. In concrete pilootprojecten wordt de laag echter meestal geÔmplementeerd als een meer klassiek procescontrolesysteem dat het hele proces beheert op basis van in- en outputs uit de module. De rol van de MTP bestaat er dan in om die in- en outputs op een ondubbelzinnige manier vast te leggen zodat de programmatie in de procesorkestratielaag op een snelle en intuÔtieve manier gerealiseerd kan worden.

© Productivity.be, 28/02/2022


Feel free to share

Agenda

22/08 - 26/08: ACHEMA, Frankfurt am Main

30/08 - 02/09: TechniShow, Jaarbeurs Utrecht

13/09 - 17/09: AMB, Messe Stuttgart (D)

21/09 - 22/09: Design to Manufacturing (D2M), Kortrijk Xpo

27/09 - 30/09: Micronora, BesanÁon (F)