AKAMATSU Nobuo1 INOUE Kenichi1 YAMASHITA Eiji1
STARDOM allows users to pack and encapsulate the extensive know-how that system integrators have gained into reusable software parts. The Yokogawa Group has drawn on decades of expertise in configuring monitoring and control functions in the realms of process and factory automation to build libraries of extremely useful software parts available as Application Portfolios, and users themselves can package more advanced functions into a portfolio. Application Portfolios thus drastically improve engineering efficiency.
- Industrial Automation Systems Business Div.
INTRODUCTION
The engineering phase holds the largest ratios in control system configuration in terms of both time and money, so improving engineering efficiency is one of the biggest issues when it comes to system integration. In the STARDOM, Application Portfolios (APPF) are devised to dramatically slash engineering costs and increase software reliability. Application Portfolios are libraries of software parts into which application expertise are packaged and commercialized, and that are run on STARDOM's components such as an FCN (field control node) or FCJ (field control junction) autonomous controller and VDS versatile database server software. STARDOM not merely offers Application Portfolios as off-the-shelf products but also incorporates a means for users to create their own portfolios so that parts can be added easily during engineering so as to boost operating efficiency.
Application Portfolios comprise commercialized software parts into which Yokogawa Group's decades of know-how in control algorithms and control system operations are incorporated. Use of Application Portfolios not only raises engineering efficiency but also upgrades the integration quality since verified functions are reused.
This paper introduces the technologies corroborating Application Portfolios.
WHAT MAKES APPLICATION PORTFOLIOS TICK
Structure of Application Portfolios
Figure 1 An Example of Part in Application Portfolio (PID Controller)
Application Portfolios are sets of various components. Typically, a group of function blocks running on an FCN or FCJ, such as a PID controller, and the corresponding object viewer for a human-machine interface (HMI), such as an instrument faceplate, come with an application example, as shown in Figure 1.
Control Logic
To develop the control logic for FCNs and FCJs, Logic Designer is used. Logic Designer is an engineering tool compliant with the IEC61131-3 standard of the International Electrotechnical Commission for control logic programming languages. IEC61131-3 stipulates five languages:
Function Block Diagram (FBD)
Sequential Function Chart (SFC)
Structured Text (ST)
Ladder Diagram (LD)
Instruction List (IL)
Engineers can choose the language from these in accordance with the nature of the application they develop. Besides, groups of function units (FUs) in which algorithms are individually packaged, and which are also referred to as program organization units (POUs), as well as function blocks (FBs) in which groups of algorithms and related data are packaged, can be used freely as software parts in each language, thus making programming more efficient.
Packaging into Parts
IEC61131-3 stipulates languages suitable for object-oriented software engineering. Hence, taking advantage of this benefit to structure the software as hierarchically assembled modules will configure application software with high maintainability.
Logic Designer provides a wealth of generally useful software parts in the forms of FUs and FBs, which make the logic coding work simpler. For example, FUs include an adder, absolute value extractor, and square root extractor, and FBs include timers and counters. In addition, Yokogawa Group's control know-how is provided in the forms of FUs or FBs. These parts and their examples of use were gathered and packaged as Application Portfolios that is the products independent of the standard software for the FCN and FCJ controllers.
Besides, Logic Designer has a function to allow users to add FUs and FBs that they developed to standard parts with ease. IEC61131-3 stipulates that users should bear the modularization of functions into FUs and FBs in mind at all times and effectively reuse those created FUs and FBs to improve engineering efficiency.
Encapsulation
An arrangement to protect the logic of each FU or FB with a password and hide the logic using an engineering tool is provided. This is of value to system integrators when commercializing application know-how since it allows FUs and FBs to be offered to users without disclosing the engineering know-how and the intellectual property rights of the know-how to be protected.
Traditionally, when a firm sells the control know-how of its system integrators, it often offers a system configuration in which a dedicated controller or computer is intentionally provided for implementing only the algorithms and preventing detailed functions from being disclosed. While, the arrangement of encapsulation in the STARDOM enables the intended functions to be configured effortlessly using IEC61131-3-compliant languages, and then those functions to be encapsulated as software parts inside a controller with their internal details hidden. Namely, users are given the same platform in which both encapsulated parts and those portions of an application that need not be hidden can be handled to configure a system.
Application Portfolios for HMI
Each Application Portfolio not merely contains control logic parts but also the parts for the operation and monitoring functions specifically required for its applications. For example, the faceplate of a PID controller is the operation and monitoring part corresponding to a PID controller block in process control applications. In addition to these parts, a program is underway to develop an Application Portfolio offering power demand display graphics that are generally used to monitor power consumption.
Licenses
Use of each Application Portfolio can be prohibited without purchase of the corresponding license based on the idea that system integrators/developers should be properly recompensed for the supply of components containing their value-added application know-how and that the intellectual property rights be protected. To prevent the use of an illegal copy, Application Portfolios, and FBs and FUs copied from them are designed to be able to run only on VDS, FCNs, and FCJs in which the respective license keys are installed.
EXAMPLES OF APPLICATION PORTFOLIOS
Some portfolios offered for the STARDOM are shown below.
PAS Portfolio (Table 1)
Table 1 Extract of Contents in PAS Portfolio
Blocks for regulatory control | Indicator block PID controller block Sampling PI controller block Two-position on/off controller block Three-position on/off controller block Manual loader block Ratio set block 30-zone program set block Velocity limiter block Auto-selector block Cascade signal distributor block Feedforward signal summing block Selector switch block Bumpless switching block |
---|---|
Blocks for sequence control | Switch instrument block Timer with preset value Counter with preset value BCD input/output blocks |
Blocks for calculations | Lead/lag Dead time Moving average Cumulative average Variable line-segment function Square root extraction with low-input cutoff Temperature and pressure correction ASTM correction Data buffer for real data Data buffer for time data |
PAS (short for process automation system) Portfolio is a library of functions carefully chosen from distributed control systems' functions that are regarded as being required frequently in the new paradigm market for which the STARDOM targets. PAS Portfolio contains pairs of FBs and their corresponding faceplates. Each FB is designed so that its process data, data statuses, range, engineering unit, and other related data can be handled as a group of data, the wiring accomplished simply; and data tracking and bumpless mode transfer achieved effortlessly. The faceplates are designed to actualize the operability equivalent to that of traditional HMIs also on Web.
SAMA Portfolio (Table 2)
Table 2 Extract of Contents in SAMA Portfolio
Two-point (HI/LO) monitor switch |
Four-point (HH/HI/LO/LL) monitor switch |
Square root extractor with low-input cutoff |
Lead/lag |
Dead time |
Lag |
Moving average |
Derivative |
Integration |
Line-segment function |
High signal selector |
Medium signal selector |
Low signal selector |
High/low limiter |
Rate limiter |
Gain and bias calculation |
Adder |
Subtractor |
Multiplier |
Divider |
Signal selector |
PID calculation |
Manual loader |
AND |
OR |
NOT |
Wipeout |
Rising/falling-edge triggers |
Flip-flop |
On-delay |
Off-delay |
SAMA Portfolio is a library of FBs compliant with the control diagramming symbols of the Scientific Apparatus Makers Association (SAMA) often used in power processes. Where the expressions of SAMA and IEC61131-3 differ, SAMA's expressions are used as far as possible. Each FB has simple functionality so that the control logic is explicit from the resulted diagrams. Although SAMA logic defines only internal calculations and thus requires no instrument faceplate, indicators of PAS Portfolio or the like should be used together when configuring a total system with operation and monitoring interfaces.
General-purpose Portfolio (Table 3)
Table 3 Extract of Contents in General-purpose Portfolio
Dual signal selector |
Analog-input 2-out-of-3 circuit |
High-low range switching |
Digital-input 2-out-of-3 circuit |
Split-range calculation with line-segment function |
Single/double cross-limits |
Five-pushbutton block |
Ten-pushbutton block |
Batch set block for flow measurement |
Batch set block for weight measurement |
Resource scheduler |
Feed sequence |
Although users can flexibly configure control logic by assembling the standard FUs and FBs provided with Logic Designer and those in PAS Portfolio, General-purpose Portfolio provides FBs that are not contained in PAS Portfolio but are useful for general purposes. Such FBs include regulatory control FBs such as high-low range switching and cross-limit blocks as well as sequence control FBs such as resource scheduler and batch set blocks.
To simplify the engineering for a sequence control application, which is generally complicated, each FB in General- purpose Portfolio comes with samples of control logic and graphics. Users can copy selected samples and modify them as necessary, thus making engineering much simpler.
Communication Portfolios (Table 4)
Table 4 Communication Portfolios
FA-M3 Communication Portfolio |
MELSEC-A Communication Portfolio |
STARDOM allows controllers and I/O devices other than FCNs and FCJs, such as programmable logic controllers, to be connected on a control LAN of 10- or 100-Mbps Ethernet, and data in those controllers and devices to be monitored and operated using VDS. However, for further reliability, interlock and other critical signals need to be accessed directly between FCNs, FCJs, and other controllers and devices without the mediation of a personal computer. For this, bundles of FBs for an FCN and FCJ to directly communicate with programmable logic controllers via Ethernet are prepared as communication portfolios. At present, two communication portfolios are offered for popular programmable controllers: one for Yokogawa FA-M3 and one for Mitsubishi MELSEC-A. To allow supported controller models to be increased, these portfolios are devised so that the intended model can be connected simply by coding the required protocol in an IEC61131-3 application.
Application-specific Portfolios (Table 5)
Table 5 Application-specific Portfolios
Boiler Control Portfolio
|
Boiler Auxiliary Control Portfolio
|
Application-specific portfolios are libraries of FBs having application-specific control functions tailored to a specific process or equipment. Currently, two application-specific portfolios are offered: one for boiler control applications and one for boiler auxiliary control applications.
CONCLUSION
Application Portfolios currently offered are predominated by the parts embodying the know-how for applications on which Yokogawa leads the industry; nevertheless, we will gather more expertise from wider ranges of applications to enrich this lineup. We believe it especially important to add an assortment of portfolios offering functions for factory automation other than those DCS functions for process automation as well as network- related functions using Java.
- STARDOM and CENTUM are registered trademarks of Yokogawa Electric Corporation. Application Portfolio is under application for a registered trademark. Other product and company names appearing in this paper are trademarks or registered trademarks of their respective holders.
Industrias
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Agua y agua residual
Yokogawa ha estado suministrando soluciones de control para la producción hídrica sostenible desarrollando tecnología con mayor eficiencia energética, ayudando a reducir la huella de carbono de las operaciones y fabricando productos de gran solidez que protegen el ambiente contra los contaminantes. Con nuestra tecnología de vanguardia y amplios conocimientos de las aplicaciones, trabajamos con usted para proveer soluciones hídricas sostenibles que impulsen su negocio y agreguen alto valor a lo largo del ciclo de vida de la planta. Nuestra tecnología y nuestros productos mejoran el desempeño de las plantas y garantiza que puedan operar competitivamente en los mercados del agua de hoy, así como reducir sus costos operativos. Yokogawa brinda apoyo en una amplia gama de aplicaciones para el control del agua en los mercados del agua tanto públicos como privados.
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Bocas de pozo y separación
La boca de pozo proporciona la interfaz estructural y la presión que contiene para el equipo de perforación y producción. El control de la presión superficial es proporcionado por un ensamble de válvulas con medidores y obturadores (árbol de Navidad), que se instala en la parte superior de la boca de pozo. Las válvulas de aislamiento y los equipos de obstrucción controlan físicamente el flujo de los fluidos del pozo cuando el pozo está en producción. Varios paquetes de automatización se añaden al monitor local o remoto, controlan y optimizan la producción de cada pozo o almohadilla de múltiples pocillos. Los separadores de campos petroleros emplean un recipiente a presión para separar así los fluidos producidos en los pozos de petróleo y gas en componentes gaseosos y líquidos que se transfieren a continuación a las tuberías o almacenamiento localizados en función de la infraestructura de las zonas.
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En cubierta
Al igual que su equivalente en tierra, el procesamiento y manejo en cubierta en las plataformas de producción preparan hidrocarburos extraídos para transportación. Yokogawa ofrece soluciones de control integrado y de monitoreo que maximizan la productividad y la disponibilidad de las operaciones en cubierta.
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Energía
A mediados de la década de 1970, Yokogawa inició su participación en el negocio de la energía con el lanzamiento del Sistema de control eléctrico EBS. Desde entonces, Yokogawa ha continuado firmemente con el desarrollo de nuestras tecnologías y capacidades para proveer los mejores servicios y soluciones a nuestros clientes en todo el mundo.
Yokogawa ha operado la red de soluciones de energía globales para jugar un papel más activo en el dinámico mercado de energía global. Esto ha hecho un posible un trabajo en equipo más unido dentro de Yokogawa, el cual conjunta nuestros recursos globales y nuestra especialización en la industria. Los expertos en el sector de energía de Yokogawa trabajan juntos para brindar a cada cliente la solución que se adapta mejor a sus requerimientos sofisticados.
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Petroquímica y a granel
Las empresas productoras de petroquímicos, productos inorgánicos o productos intermedios se encuentran bajo una presión constante para equilibrar los costos y los márgenes al suministrar productos a sus clientes de manera oportuna y eficiente, manteniendo al mismo tiempo operaciones seguras y conformes con la normativa. Además, las empresas químicas tienen que adaptarse a la constante fluctuación de los precios de los insumos y la energía y tener la capacidad de proveer al mercado la combinación de productos más rentable.
Yokogawa ha estado supliendo las necesidades de automatización del mercado de productos químicos a granel globalmente y ha obtenido reconocimiento como líder en este mercado. Con productos, soluciones y especialización en la industria, Yokogawa entiende su mercado y las necesidades de producción y trabajará con usted para proporcionarle una solución confiable y rentable durante el ciclo de vida de su planta.
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Procesamiento y fraccionamiento
El procesamiento de gas natural está diseñado para controlar el punto de condensación del flujo de gas natural y separar los líquidos de gas natural para la venta y distribución. La eliminación de petróleo y condensados, la eliminación de agua, la separación de líquidos de gas natural y la eliminación de azufre y dióxido de carbono son procesos que se emplean para separar las impurezas en el alimentador que proviene de los yacimientos aguas arriba. En el proceso de fraccionamiento se extraen los efluentes líquidos de la planta de procesamiento de gas, que pueden estar compuestos de metano, propano, butano y pentano, para ser tratados en columnas de fraccionamiento separadas, y posteriormente pueden pasar a una planta de tratamiento de impurezas antes de ser vendidos como componentes separados.
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Producción flotante, almacenamiento y descarga (FPSO)
La unidad de Producción flotante, almacenamiento y descarga (FPSO) es una planta de producción flotante en altamar que almacena tanto el equipo de procesamiento como los hidrocarburos producidos. Las unidades de Producción flotante, almacenamiento y descarga (FPSO) son utilizadas por las compañías petroleras para lograr que sea económicamente viable producir petróleo en zonas remotas y en aguas más profundas.
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Refinación, procesamiento y almacenamiento de petróleo y gas
Gracias a sus innovadoras plataformas tecnológicas y su ejecución líder en la industria, Yokogawa tiene buena reputación en el mercado global como socio en soluciones pionero en la integración de tecnologías para todos los aspectos del ecosistema de petróleo y gas, desde el yacimiento hasta la empresa. Soluciones comprobadas que incluyen modelado de negocio predictivo, optimización de plantas y plataformas de automatización altamente confiables están apoyando a los operadores de refinación, procesamiento y almacenamiento a dirigir sus negocios con niveles de eficiencia óptimos. Yokogawa está ayudando a sus clientes a desarrollar sus estrategias de automatización, para garantizar años de utilización de activos altamente eficaz y sostenibilidad.
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Submarino
Los sistemas de producción submarinos se encuentran a diferentes profundidades en el fondo del mar. A medida que se extrae el hidrocarburo, este puede ser enviado a una plataforma de producción en altamar existente, o por medio de líneas que se pueden atar a las instalaciones en tierra para su procesamiento. Varios tipos de tecnología de equipo de perforación pueden perforar los pozos, y el aceite extraído así como el gas natural se transportan a la superficie a través de un tubo ascendente. Al igual que en las instalaciones en tierra, las plataformas de producción pueden dar servicio a muchos pozos en un área grande. Los sistemas submarinos extraen y en algunos casos procesan los hidrocarburos antes del transporte.
Yokogawa ofrece soluciones integradas de control y monitoreo que maximizan la productividad del submarino, de la marina y las operaciones en cubierta mientras se mantienen en un ambiente seguro.
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Terrestre
La industria de exploración, desarrollo y producción terrestre se enfrenta a exigencias cada vez más altas y mayores desafíos con entornos cada vez más difíciles y hostiles en las que debe funcionar.
A medida que las oportunidades de los recursos de gas natural no convencionales, en particular el gas de esquisto, están creciendo en América del Norte, la solución total de Yokogawa juega un papel importante al ayudar a los clientes a satisfacer los desafíos de reducir tanto el CAPEX como el OPEX, mientras que las tecnologías integradas mejoradas aumentan la producción. Nuestra experiencia global y local constituye la base de nuestras soluciones totales únicas para satisfacer las necesidades de esta industria. Con expertos en exploración, desarrollo y producción terrestre que trabajan en oficinas por todo el mundo, ofrecemos un soporte rápido y extenso para satisfacer las demandas de nuestros clientes.
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FCJ All-in-one PLC/RTU
The brick type model FCJ autonomous controller fulfills the basic requirements of the utility control. It also provides the reliability for the SCADA communication with network redundant capability.