Inteligentní strategie údržby s řídicím systémem Simatic PCS 7

číslo 12/2006

Inteligentní strategie údržby s řídicím systémem Simatic PCS 7

V době silného konkurenčního tlaku hledají mnozí provozovatelé výrobních podniků způsoby, jak dosáhnout dalšího zvýšení produktivity provozů s již velmi vysokým stupněm automatizace. Provedené průzkumy ukazují, že cestou k řešení tohoto problému ve všech odvětvích průmyslu je zvýšení spolehlivosti výrobního zařízení a zkrácení doby, po kterou nepracuje, tj. omezení odstávek. Obr. 1. Průzkumy dále ukázaly, že k odstávkám – a to zejména těm neplánovaným, které jsou nejnepříjemnější – často dochází v důsledku nedostatečné údržby. Je tomu tak, přestože náklady na údržbu tvoří nezanedbatelnou položku v celkových nákladech na životní cyklus výrobního zařízení. Právě proto může inteligentní strategie údržby výrazně přispět ke zvýšení celkové produktivity výrobního závodu či podniku.

Strategie údržby

Obecně se rozlišuje několik různých přístupů k údržbě. Dvě základní linie, které sledují, se od sebe principiálně liší tím, zda je požadována reakce na nastalé poruchy, tj. korektivní údržba, nebo preventivní akce.

V případě korektivní údržby se s nápravnými opatřeními začne až po výskytu poruchy, tzn. že poruchy jsou buď riskovány, nebo minimalizovány prostřednictvím redundantního uspořádání.

Obr. 2.

Obr. 1. Strategie údržby
Obr. 2. Přehledové zobrazení všech sledovaných komponent

Úkolem strategie preventivní údržby je dokončit servisní opatření ještě před tím, než se porucha projeví. Tak je možné zabránit odstávce, která by jinak s velkou pravděpodobností mohla nastat. Preventivní údržba může být prováděna buď na časovém základě, jako pravidelná servisní prohlídka, nebo na stavovém základě, kdy je nápravné opatření inicializováno v závislosti na stupni opotřebení zařízení (obr. 1).

Plant asset management

Termín asset management pochází z ekonomického sektoru a označuje zacházení s fixním a oběžným kapitálem společnosti. Ve výrobním podniku je takovým kapitálem výrobní zařízení a jeho jednotlivé části, jako jsou různé stroje, přístroje, agregáty, potrubí atd., včetně zařízení pro automatické řízení. Všechny tyto položky se souhrnně označují jako assets. Ve výrobních podnicích zahrnuje pojem plant asset management (PAM) aktivity v oblasti údržby, které udržují nebo zvyšují hodnotu uvedených zařízení (assets), a tím i podniku.

Během chodu zařízení je na provozní úrovni třeba zabezpečit různé úkoly.

Obr. 3.

Obr. 3. Symbolická reprezentace stavů zařízení v PAM/PCS 7
Obr. 4. Ikona bloku se zobrazením stavu

Provozní operátoři mají za úkol sledovat a řídit výrobu a starají se o to, aby byl konkrétní produkt vyroben v určitém čase, v dané kvalitě, v daném množství a při minimální spotřebě zdrojů (tedy lidské práce, surovin, energií atd.).

Zároveň jsou během výroby aktivní pracovníci údržby či provozní technici, jejichž úkolem je zajistit, aby výrobní zařízení bylo využitelné (available, často tzv. dostupné) po co největší část konkrétního časového úseku – tj. vyrábělo bez neplánovaných přerušení určený produkt v plánovaném množství a kvalitě při efektivním využití zdrojů a bez ohrožení svého okolí. Úkony související s údržbou přitom musí být také provedeny s minimálním vynaložením lidské práce, materiálu, energie, finančních prostředků atd.

Obě uvedené skupiny pracovníků mají v důsledku rozdílnosti svých úloh také rozdílné požadavky na informace o stavu a chování výrobního zařízení (tzv. provozní informace), které potřebují pro svou práci. Obr. 4. Zatímco provozní operátoři se zajímají hlavně o údaje o technologickém procesu (typicky např. teplota a tlak v peci, překročení některé z přípustných mezních hodnot apod.), technik údržby požaduje informace o stavu výrobního zařízení, zejména o aktuálním stavu provozních přístrojů (typicky např. „přístroj v pořádku„, „požadavek na údržbu„, „porucha„, „test funkce„).

PAM v řídicím systému Simatic PCS 7

Má-li být systém PAM patřičně účinným nástrojem v rámci systému pro řízení spojitých technologických procesů, musí být podle doporučení NE 91 standardizační komise pro řízení technologických procesů v chemickém a farmaceutickém průmyslu NAMUR splněny tyto základní požadavky:

  • systém PAM je pojat jako nedílná součást systému pro řízení technologických procesů,
  • do systému PAM jsou začleněna všechna relevantní výrobní zařízení (assets),
  • sledován a zaznamenáván je stav všech relevantních výrobních zařízení,
  • údaje určené pro údržbu jsou odděleny od technologických údajů,
  • stav všech relevantních výrobních zařízení je zobrazován jednotným způsobem,
  • neexistuje žádné omezení při volbě provozních přístrojů.

Tab. 1. Signály o stavu provozních zařízení podle NAMUR NE 107 (s příklady upřesňující informace)

Signál o stavu

Příklady podrobné informace1)

symbol

název

v pořádku (good)2)

F

porucha (failure)

příčina poruchy: interní

příčina poruchy: související s procesem

C

kontrola funkce (function check)

změna konfigurace

místní provoz

vložena náhradní hodnota

S

mimo specifikaci (out of specification)

zařízení pracuje mimo dané meze

nejistý údaj v důsledku stavu procesu nebo okolního prostředí

M

vyžaduje údržbářský zásah (maintenance request)

zásah nutný v krátké době

zásah nutný ve středně dlouhé době


1) bez nároku na úplnost
2) není známo žádné omezení funkce

Dále se v doporučení NAMUR NE 107 uvádí, že všechny provozní přístroje mají poskytovat stavové informace jednotným způsobem, s možností podrobnějšího upřesnění (tab. 1).

Při pohledu na systém PAM integrovaný do systému pro řízení spojitých technologických procesů Simatic PCS 7 od společnosti Siemens lze konstatovat, že již uvedené i další podrobné požadavky a doporučení formulované sdružením NAMUR bez výjimky splňuje. Automatické řízení i činnosti vlastní PAM v něm probíhají v jednom společném systému, přičemž důležité údaje jsou selektivně rozděleny mezi operátory provozu a pracovníky údržby. Toto uspořádání umožňuje, aby pracovníci obou skupin neustále měli potřebný přehled o stavu a chování výrobního procesu i zařízení, a chrání je před zahlcením nepotřebnými údaji.

K realizaci uvedeného přístupu je v systému Simatic PCS 7 vedle standardní operátorské stanice (OS) přednastavena i tzv. stanice údržby (Maintenance Station – MS), na kterou jsou směrovány veškeré údaje a informace ohledně údržby.

Obr. 5.

Obr. 5. Požadavek na údržbu vznesený přístrojem připojeným ke sběrnici Profibus-PA

Zobrazení pro stanici údržby se tvoří s použitím stejného vizualizačního nástroje jako zobrazení pro OS, a identická je tudíž i koncepce ovládání odpovídajících systémů. Jediné, co se liší, je informační obsah zobrazení.

Konfigurování stanice údržby
Během konfigurování systému Simatic PCS 7 je vytvořeno samostatné zobrazení znázorňující výrobní provoz jako celek z hlediska údržby. Prostřednictvím tohoto zobrazení jsou přístupné údaje o všech použitých komponentách řídicího systému, jako jsou PC operátorských a inženýrských stanic, průmyslové přepínače, řídicí stanice (PLC) se svými vzdálenými periferiemi, pohony a rovněž přístroje připojené prostřednictvím rozhraní HART nebo Profibus-PA. Uvedené zobrazení se generuje zcela automaticky z již vytvořené konfigurace hardwaru, takže není nutné nic tvořit ani dotvářet ručně (obr. 2).

Aby bylo možné přesně určit stav jednotlivých přístrojů a komponent, byla pro systém PAM v rámci PCS 7 vyvinuta jednotná symbolická reprezentace. Existující sada obsahuje symboly nejen pro zobrazení vlastního stavu zařízení, ale také pro indikaci závažnosti požadavku na údržbu (obr. 3).

Obr. 6.

Obr. 6. Přehledné zobrazení komponent připojených k jednomu segmentu sítě Profibus-PA s ikonami bloků
Obr. 7. Zobrazení on-line údajů o přístroji a časových průběhů vybraných parametrů ve stanici údržby

Uživatelské rozhraní
Stavy jednotlivých komponent a jejich podružných částí jsou zobrazeny ve standardizované podobě ikonami. Každá ikona přehledně zobrazuje označení komponenty (tag) a symbol informující o jejím stavu (obr. 4).

Kliknutím na ikonu se uživateli otevře panel přístroje (faceplate), v němž jsou k dispozici podrobnější údaje, jako je např. objednací číslo přístroje, datum instalace, datum poslední kontroly, umístění v provozu, výstražná hlášení či podrobné diagnostické údaje. U přístrojů připojených prostřednictvím protokolů HART nebo Profibus-DP/PA mohou být na tomto místě navíc zobrazeny veškeré parametry přístrojů jako např. měřicí rozsah, měřicí jednotky, celkový počet provozních hodin motoru apod. Příklady možných zobrazení jsou na obr. 5, obr. 6 a obr. 7.

Obr. 7.

Závěrem

Systém PAM (Plant Asset Management) je nástroj v systému Simatic PCS 7 umožňující pracovníkům údržby z jednoho místa (stanice údržby) jednoznačně a přehledně vyhodnotit stav veškerého relevantního výrobního zařízení a jeho komponent (assets) nacházejících se v daném závodě či jeho části tak, aby v případě jakékoliv odchylky od očekávaného stavu bylo možné rychle a správně zasáhnout.

Popsaný systém PAM výrazně zpřehledňuje a zrychluje veškeré činnosti údržby a při vhodně zvolené strategii údržby pomáhá dosáhnout maximálního využití celého výrobního zařízení. Tím vhodně přispívá ke zvýšení produktivity a optimalizaci nákladů vynaložených během životního cyklu výrobního zařízení.

Ing. Jan Kváč,
Siemens, s. r. o.