Nieuwe inzichten in Open Process Automation

Hoewel er nog niet zo veel ruchtbaarheid aan gegeven wordt is Open Process Automation Ė het initiatief van ExxonMobil om een open, op standaarden gebaseerd DCS te ontwikkelen Ė allicht een van de belangrijkste evoluties vandaag in procesautomatisering. Het project dat eind 2016 gestart werd, telt al 91 deelnemende bedrijven en is intussen ook gestart met de voorbereiding van een eerste reŽle implementatie.

Open Process Automation wil een nieuw concept zijn voor een open procesautomatiseringssysteem als alternatief voor de grote, eerder gesloten DCS-systemen van vandaag. De idee ontstond een aantal jaren geleden bij ExxonMobil dat vaststelde dat de moderne principes rond digitalisering moeilijk te implementeren zijn in de gesloten DCS-systemen. Omdat heel wat van die DCS-systemen in bestaande plants ook nog eens aan vervanging toe waren besloot ExxonMobil om samen met integrator Lockheed Martin de ontwikkeling van een nieuw concept te verkennen.

In eerste instantie werd daarbij gedacht aan het ontwikkelen van een open source DCS-systeem, maar die terminologie wordt vandaag niet meer gebruikt. Het doel is nu om een open maar tegelijk ook veilige architectuur te ontwikkelen en te specifiŽren die volledig gebaseerd is op standaarden.

Heel concreet wil men komen tot een leveranciersonafhankelijke hardware, een beetje naar analogie met de IT-infrastructuur die in de wereld van businesstoepassingen gebruikt wordt. De huidige leveranciers van DCS-systemen, die intussen overigens bijna allemaal meewerken aan de ontwikkeling van Open Process Automation, zouden zich in dat nieuwe verhaal dan volledig toeleggen op de software voor zowel de eigenlijke procescontrole als voor de Human Machine Interfaces (HMI).

Connectivity Framework

Centraal in het Open Process Automation concept staat het Connectivity Framework Ė een performant netwerk langs waar alle procesdata en asset management gegevens uitgewisseld kunnen worden. Op dat netwerk bevinden zich zogenaamde Distributed Control Nodes (DCN). Dat zijn alle vormen van hardware in het veld zoals I/O-eilanden, controllers en intelligente instrumenten. Centraal op de databus is er dan ook nog een Advanced Computing Platform, wat ook wel het OT Data Center genoemd wordt. Bedoeling is dat hiervoor servers uit de IT-wereld gebruikt worden waarin men via virtualisatie alle mogelijke besturingssystemen en toepassingen kan laten draaien.

Als we de figuur bovenaan dit artikel vergelijken met die in het artikel ExxonMobil bouwt open DCS-systeem uit 2016 en Open Process Automation krijgt stilaan vorm uit 2018 worden een aantal nieuwe inzichten duidelijk die O-PAS, zoals Open Process Automation afgekort wordt, steeds concreter maken.

Een van die inzichten is hoe om te gaan met de vele systemen die vandaag al aanwezig zijn in process plants. De oplossing die hiervoor gevonden werd is het bouwen van specifieke Distributed Control Nodes die als gateways fungeren tussen legacy systemen en het nieuwe O-PAS. Voor het nieuwe systeem maakt het dan verder geen verschil meer of de data van een echt DCN (een I/O-eiland bijvoorbeeld) afkomstig is, dan wel van een DCN die als interface optreedt voor een legacy controller. Elke DCN is in O-PAS simpelweg een aanbieder en verbruiker van data.

Virtuele DCNs

Een recente nieuwigheid in het concept is dat men ook businesstoepassingen op die manier wil linken aan het O-PAS. Er komt dan een DCN waarin allerlei apps draaien die data uitwisselen tussen het Connectivity Framework en een ERP, bijvoorbeeld. De verdienste van dit concept is dat het O-PAS geen specifieke drivers of interfaces nodig heeft om met elk van de externe systemen te communiceren. En omgekeerd moeten aan die externe systemen ook geen aanpassingen gebeuren om ze in te schakelen in Open Process Automation. De DCN communiceert met de businesstoepassing op een manier die eigen is aan die applicatie en vertaalt de data naar een formaat dat eigen is aan O-PAS.

Een andere nieuwigheid is dat men in de laatste iteraties ook de toepassingen in het Advanced Computing Platform als DCNs beschouwt. Het zijn dan virtuele DCNs in die zin dat het niet langer om fysieke toestellen gaat, maar om software die zich ten opzichte van de communicatiebus op een zelfde manier gedraagt als de fysieke toestellen in het veld, namelijk als aanbieders en verbruikers van data.

Het gevolg hiervan is dat applicaties heel eenvoudig verplaatst kunnen worden in de architectuur. In het veld zou men bijvoorbeeld een controller kunnen hebben die op basis van een aantal drukmetingen een klep bedient. Die controller is in het O-PAS een DCN, wat wil zeggen dat die aangesproken kan worden om meetwaarden op te vragen maar ook om bijvoorbeeld een setpoint te wijzigen.

De controlefunctie in die DCN kan in het O-PAS echter ook naadloos overgezet worden naar de centrale server, waar het als een virtuele DCN geÔmplementeerd kan worden. In het veld kan de controller dan vervangen door een I/O-eiland waar de virtuele DCN een beroep op doet om de meetwaarden op te vragen en de gewenste klepstand aan door te geven.

OPC UA

Wat de standaarden betreft die Open Source Automation wil gebruiken, is het bijna evident dat voor het Connectivity Network het OPC UA protocol gebruikt wordt op een Ethernet TCP/IP netwerk, al dan niet met tijdsynchronisatie voor real-time data-uitwisseling. In een eerdere demo van het concept werden op het netwerk twee virtuele LANs gerund Ė een voor procescontrole en een voor monitoring Ė die dan elk een bepaalde bandbreedte toegewezen kunnen krijgen en waarvoor ook een aparte access controle kan gelden.

Het Advanced Computing Platform werd in de demo gebouwd met een ďstandaardĒ server met Intel CPUs en Wind River Titanium als operating system. Dat is een flexibele omgeving waarin meerdere virtuele machines gecreŽerd kunnen worden die dan Windows, Linux of andere operating systemen kunnen hebben.

Op het niveau van de DCNs wordt ingezet op de Module Type Package (MTP) als standaard voor engineering. MTP is een standaard die ontwikkeld wordt in het kader van de trend naar modularisering. Centraal erin staat een bestand dat als een driver gezien kan worden voor een module in een plant, waarin alle aspecten gespecifieerd zijn die nodig zijn om de module te integreren in een overkoepelend procescontrolesysteem, inclusief de visualisatie ervan. In O-PAS worden de DCNs op een analoge manier als modules beschouwd, waarbij het doortrekken van het MTP concept het mogelijk moet maken om een DCN eender waar in de architectuur te implementeren.

Nieuwe pilootfabriek

Het O-PAS forum dat het concept en de standaarden ontwikkelt heeft intussen een demoversie gebouwd die op beurzen en events getoond kan worden. Het betreft een mini-waterbehandeling met enkele sensoren en pompen en een PC als centraal computing platform.

ExxonMobil en Lockheed Martin hebben intussen een al wat meer geavanceerd prototype gebouwd. Zij werken nu samen met Yokogawa als systeemintegrator aan de bouw van een test bed dat later dit jaar klaar moet zijn en volgend jaar zou moeten uitmonden in de implementatie van O-PAS in een nieuwe pilootfabriek.

Het Forum hoopt nu snel bijkomende kandidaten te vinden om concrete implementaties van het concept te realiseren zodat het verder op punt gesteld kan worden.

Uit de eerste testen blijkt alvast dat het concept vele malen performanter zou zijn dan de huidige DCS-systemen waardoor men snellere en dus meer precieze controleprocessen zou kunnen implementeren. Aan de keerzijde staat dat er nog heel wat ontwikkeld moet worden op het vlak van beveiliging. De idee om alle communicatie met de buitenwereld via apps in DCNs te laten verlopen helpt alvast om te controleren welke data wel en niet op het netwerk kan komen. Maar dat neemt niet weg dat encryptie en authenticatie heel belangrijk worden om de droom van een open DCS volledig te kunnen waarmaken.

© Productivity.be, 22/01/2020, Foto: Open Process Automation Forum


Feel free to share



Productivity.be

is een publicatie van
Redactiebureau ConScript

Contact

Erwin Vanvuchelen
+32 (0)475 64 99 34
erwin@conscript.be
erwinvanvuchelen