FOUNDATION TM Fieldbus technology

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1 Fieldbus Foundation Freedom to choose. Power to integrate Italia FOUNDATION TM Fieldbus technology Relatore :

2 I costi di un impianto I costi operativi sono molto superiori ai costi dell investimento iniziale La tecnologia FF intende ridurre i total operational costs 100 % 75 % ) Percent Total Cost of Ownership (TCO) 50 % 25 % 0 % Project Costs Startup Total Operational Cost Time Source: ARC Advisory Group

3 Ottimizzazione della manutenzione 1. Ottimizzare i risultati della manutenzione riducendone I costi 2. diminuire i Total Operational Costs 3. aumentare la Plant Availability Source : ARC Advisory Group 100 % 75 % s 75 % Total Operational Costs Total Operational Costs Production Costs Maintenance Costs 50 % 25 % % 0 % 25 % 50 % 75 % % Plant Availability

4 Cause di mancata produzione Mechanical Failure Operational Error Unknown Equipment failure is the #1 contributor to Refinery production losses Process Upset Natural Hazard Design Error 12 Source: HPI Market Data Gulf Publishing Company Cause of Large Losses (by percent) Mechanical and Process Equipment are the major sources of unscheduled shutdown in Oil & Gas Source: OREDA Failure Data Avg. # of Failures per Y ear Gas Turbines Compressors Motors and pumps Electric generators Turboexpanders Combustion engines Heaters and boilers KEY: Mechanical Equipment Process Equipment Instruments & Valves Vessels Heat exchangers Instruments and valves

5 Profilo di spesa di manutenzione KEY: Mechanical Equipment Process Equipment Instruments & Valves Electrical Equipment Materials Handling 2% Tools Insulation 2% 2% Paints/Coatings 3% Piping 5% Other 4% Instruments 20% Perchè? Electricals 7% Furnaces / Boilers 6% Source: HPI Market Data 2003 Gulf Publishing Company Vessels 8% Heat Exchangers 10% Drives 7% Mixers/Agitators 2% Valves 7% Pumps 8% Compressors 7%

6 Manutenzione sugli strumenti : perchè? Perchè gli strumenti - sono i cinque sensi dell impianto - permettono di controllare il processo - forniscono informazioni sulle prestazioni delle apparecchiature meccaniche e di processo

7 Fieldbus Foundation Freedom to choose. Power to integrate Italia Diagnostica - Tipologia di manutenzione - Carico di manutenzione per mancanza di diagnostica - Dove intervenire

8 Tipologie di manutenzione Manutenzione Correttiva Un dispositivo viene manutenuto quando si guasta -> shut down incontrollati di impianto Manutenzione Preventiva Un dispositivo è manutenuto periodicamente per prevenire malfunzionamenti -> controllato ma con lunghi intervalli tra i controlli Manutenzione Predittiva La manutenzione è ottimizzata sulla base di dati statistici -> ottimizzata con con lunghi intervalli tra i controlli Manutenzione Proattiva Il dispositivo rileva automaticamente quando la manutenzione è necessaria e informa in anticipo -> controllata e ottimizzata con brevi intervalli di controllo

9 Tipologie di manutenzione La manutenzione proattiva è il modo per ridurre la gran parte di attività di manutenzione non necessaria: di cui 60% non necessaria! % 30 % 5 % corrective preventive predictive proactive

10 Potenziale per manutenzione proattiva con P transmitters 35% 30% 35% Shell Global Solutions 25% 28% 20% 15% 20% 10% 5% 0% Routine check No Problem Calibration shift 6% 6% 4% Zero Off Plugged lines Failed 63% della manutenzione preventiva sugli strumenti sfocia in nessuna attività -> spreco di risorse

11 Fieldbus Foundation Freedom to choose. Power to integrate Italia Diagnostica Stato dell arte della diagnostica nella strumentazione con tecnologia FF

12 La diagnostica dello strumento La soluzione FF consente agli strumenti da campo di svolgere un autodiagnosi molto sofisticata e continua e di trasmettere un gran numero di informazioni di diagnostica al DCS Tipicamente due sono gli utilizzatori interessati alle info di diagnostica prodotta negli strumenti L Operatore è interessato a che la misura ricevuta da uno strumento sia buona/usabile per il controllo del processo Il Manutentore vuole sapere nel maggior dettaglio possibile che tipo di problema ha lo strumento e quale azione intraprendere per la sua risoluzione dello stesso

13 Diagnostica Valori nel contesto Console Operatore Console Manutentore Configurazione di sistema, Monitoraggio e Operation H1 Prestazioni e Condition Management dei dispositivi Fieldbus

14 La diagnostica dello strumento Italia L Operatore riceve/usa lo Status Byte trasmesso dallo strumento insieme alla misura stessa per capire se è affidabile/utilizzabile Il byte di stato fornisce info relative la qualità della misura tipo: BAD UNCERTAIN GOOD Quando l operatore riceve una misura Bad, prende le azioni del caso riguardo il processo ma è il manutentore che deve intervenire per capire perché lo strumento produce una misura Bad e possibilmente risolvere il problema

15 La diagnostica dello strumento Quindi la stazione di manutenzione riceve automaticamente le info dallo strumento (Alert Notification) o il manutentore interroga lo strumento (Client / Server) leggendo le info di diagnostica per capire cosa si è rotto o degradato Le info di diagnostica che lo strumento mette a disposizione del manutentore devono essere espresse in modo comprensibile al manutentore stesso..esempio: Componente elettronico C11 fallito non è una info utile al manutentore Elettronica dello strumento guasta è quello che preferisce sapere

16 Fieldbus Foundation Freedom to choose. Power to integrate Italia Diagnostica Esempi di diagnostica per tipologia di strumento

17 Trasmettitori di Temperatura Rilevamento corrosione e.g. TC Rilevamento della corrosione dei terminali/cavi di collegamento e.g. TC Rilevamento rottura sensore (sensore aperto) T = T1 T2 Monitoraggio deriva Deriva di un sensore Rilevabile confrontando due sensori Monitoraggio temperatura ambiente al trasmettitore

18 Misure di livello Time of Flight Consumo di corrente < 15 ma Tempo di Esecuzione di una function block AI <= 30ms Diagnostica Rilevamento rottura sensore tramite modulo HF Qualità dell eco Presenza schiume Disposizione del prodotto Valori di processo Livello, Volume, Distanza

19 Validazione delle misure analitiche ph ad esempio

20 Validazione della misura di ph Informazioni diagnostiche disponibili in tempo reale Sporcamento del sensore Sensore di vetro guasto Circuito aperto (Isfet) Temperatura al limite del range ammesso Conteggio dei cicli di sterilizzazione (SIP<50) Aspettativa di vita del sensore Sostituzione richiesta

21 Fieldbus Foundation Freedom to choose. Power to integrate Italia Diagnostica Esempi di diagnostica per posizionatore

22 Diagnostica Attuatore Condition Monitoring Posizionatore valvola Trend View Emerson Invensys

23 Fieldbus Foundation Freedom to choose. Power to integrate Italia Diagnostica Informazioni di diagnostica Utilizzo delle informazioni Messaggio per gli operatori

24 La diagnostica dello strumento Mentre il modo/meccanismo per ricevere le info di diagnostica dallo strumento fa parte dello standard FF, non è standardizzato il tipo di messaggio da fornire agli utilizzatori Info di diagnostica vendor specific non è utilizzabile/intepretata in installazioni multi vendor se non viene fatta un integrazione ad hoc tra strumento e DCS Per questo motivo FF ha recentemente adottato le raccomandazioni NAMUR NE107 nelle proprie specifiche per ovviare a questa mancanza

25 Diagnostica : categorie di informazioni Informazioni relative allo strumento Informazioni relative all intervento umano (durante commissioning, setup,verifiche e attività di Service) Informazioni relative all applicazione o a condizioni di processo che influenzano la misura

26 Diagnostica dispositivo FF Standard Block Error (BLOCK_ERR) & Extended Block Error (XD_ERROR) Riflette le informazioni di errore standard per componenti hardware o software associati con una function block 0 = Other (LSB) 1 = Block Configuration Error 2 = Link Configuration Error 3 = Simulate Active 4 = Local Override 5 = Device Fault State Set 6 = Device Needs Maintenance Soon 7 = Sensor Failure detected by this block/process variable has a status of BAD, Sensor Failure 8 = Output Failure detected by this block/back calculation input has a status of BAD, Device Failure 9 = Memory Failure 10 = Lost Static Data 11 = Lost NV Data 12 = Readback Check Failed 13 = Device Needs Maintenance Now 14 = Power-up 15 = Out-of-Service (MSB) *

27 Fieldbus Foundation Freedom to choose. Power to integrate Italia Diagnostica Raccomandazione Namur

28 NAMUR Namur è una organizzazione nata in Germania che rappresenta gli utilizzatori finali Produce delle raccomandazioni per i costruttori di strumenti su cosa e come gli utilizzatori vorrebbero presentate/fornite diverse informazioni dagli strumenti Una di queste raccomandazioni è la NE107 che definisce: I requisiti per l autodiagnosi nella strumentazione da campo

29 Chi ha bisogno informazioni di diagnostica e quali? Italia Confronto tra: Automazione di Processo / Automobile Operatore/ Guidatore Informazione di diagnosi Impianto/ Automobile Informazioni per l Operatore/Guidatore: Tutte le informazioni che servono per salvare il processo/guida Non devono essere inutili Il prima possibile

30 Chi ha bisogno informazioni di diagnostica e quali? Informazioni per il manutentore/meccanico: Le più dettagliate possibile Con proposte/suggerimenti per la soluzione Attrezzo di diagnosi: 773 Diagnostic codes!

31 Requisiti della NAMUR NE 107 Ogni messaggio di diagnostica dello strumento da campo deve essere associato ad una delle seguenti 4 classificazioni standard - 1. Failure (Rottura) - 2. Maintenance Required (Necesità di manutenzione) - 3. Out of Specification (Fuori specifica) - 4. Function Check (Test di Funzionalità) Tale associazione deve essere fatta nello strumento stesso Indipendenza dal DCS! L utilizzatore deve poter mascherare ogni info di diagnostica direttamente nello strumento da campo. L utente può decidere di non voler ricevere determinate info di diagnostica La diagnostica deve essere affidabile e disponibile in tempo reale Appena possibile Messaggi di Suggerimento/Raccomandazioni riguardo le azioni correttive per la risoluzione del problema devono essere leggibili dallo strumento stesso Interoperabilità per tutti gli strumenti Independenza dalla tecnica di comunicazione (Profibus / FF / Hart /..)

32 Categorie Diagnostiche - NAMUR Manutenzione richiesta M Anche se il dispositivo è in grado di fornire valori di misura validi, il dispositivo sta per perdere alcune funzionalità o capacità a causa di condizioni esterne. La manutenzione può essere necessaria a breve-medio termine. Failure F Il dispositivo fornisce valori di misura in uscita non validi a causa di qualche malfunzionamento del dispositivo stesso. Check function C Il dispositivo è momentaneamente non valido a causa di qualche attività o manutenzione sul dispositivo stesso Off-specification S Il dispositivo lavora fuori dal range di misura Diagnosi interna indica deriva nella misura: problemi interni al dispositivo o a causa di condizioni di processo (cavitazione, tubo vuoto,...).

33 Diagnostica urgenza di manutenzione Logoramento

34 Vantaggi - Migliore pianificazione di intervento - minori interventi inutili - Maggiore confidenza nella bontà della misura - minore necessità di analisi - Maggior intervallo di tempo fra verifiche di servizio - Riduzione dei costi di manutenzione

35 Foundation Fieldbus La diagnostica della rete fisica (H1)

36 Diagnostica Valori nel contesto Console Operatore Console Manutentore Configurazione di sistema, Monitoraggio e Operation H1 Prestazioni e Condition Management dei dispositivi Fieldbus

37 La diagnostica rete fisica H1 VANTAGGI del Advanced Diagnostic Module Monitoraggio continuo ed allarme molto prima del fuoriservizio Messa in marcia veloce Ottimizzazione dei parametri di comunicazione Ricerca guasto veloce tramite l oscilloscopio integrato Comunicazione con Host e/o PC

38 La diagnostica Hardware H1 Messa in servizio veloce Controllo polarità Controllo polo a terra Controllo disturbi EMC (schermi) Controllo Jitter (terminazioni) Controllo indirizzamento univoco

39 La diagnostica Hardware H1 CONCLUSIONI Il modulo di diagnostica avanzata può scoprire problemi potenziali, molto prima del fuoriservizio della rete e relativo arresto dell impianto, grazie delle funzionalità derivate dall oscilloscopio integrato.

40 Diagnostica registrata Esempio

41 La diagnostica Hardware H1 CONCLUSIONI Avvisa l utilizzatore di un degradamento di qualità del segnale di comunicazione per permettere un intervento di manutenzione predittivo con conseguenza che l impianto non si ferma all improvviso, ma schedato con relativo risparmio di costi di arresto e mancata produzione.

42 Vantaggi della diagnostica Alta affidabilità della comunicazione con diagnostica avanzata Veloce installazione e facile Debug Avere sempre tutto sotto controllo, evitando così arresti d impianti accidentali Non occorre avere personale specializzato

43 I costi di un impianto I costi operativi sono molto superiori ai costi sostenuti sino allo start-up La tecnologia FF intende ridurre il total cost of ownership 100 % 75 % ) Percent Total Cost of Ownership (TCO) 50 % 25 % 0 % Project Costs Startup Total Costs of Operation Time Source: ARC Advisory Group

44 GRAZIE