Aktuální vydání

celé číslo

12

2022

Automatizace výrobních, montážních a balicích strojů a linek

Elektrické, pneumatické a hydraulické pohony

celé číslo

Výroba ve všech souvislostech

Článek popisuje na příkladu systému Foxboro Evo od firmy Invensys, nyní součástí Schneider Electric, jak může moderní řídicí technika přispět ke spolehlivému, efektivnímu a bezpečnému řízení výrobního podniku v oboru procesního průmyslu. Moderní automatizační systémy se staví do role partnera operátorů, výrobních inženýrů, údržbářů a manažerů a pomáhají jim přijímat včas správná rozhodnutí.

 
V polovině 80. let minulého století zažívala svůj mimořádný rozkvět informatika: zpracování informací se přesouvalo z velkých serverů do stolních počítačů a internet pronikal doslova všude. V roce 1980 představila společnost IBM pevný disk s udivující kapacitou 2,5 GB – pětisetnásobnou, než měly jiné pevné disky tehdy dostupné na trhu. Další vývoj šel podle Moorova zákona: kapacita pamětí se každé dva roky přibližně zdvojnásobila. S růstem kapacity pamětí a výpočetního výkonu počítačů se ale také zvětšoval objem dat, která paměti zaplňovala a jež procesory zpracovávaly – jako by se příroda bála prázdnoty a potřebovala ji něčím vyplnit. A tak se sbírala a ukládala data bez ohledu na to, zda vůbec bylo možné přeměnit je na užitečné informace.
 
Jaký je současný stav? Podle průzkumů mezi zákazníky mají nyní technici a operátoři v procesním průmyslu k dispozici všechny informace, které požadují. S čím však potřebují poradit, to je jejich efektivní využití. Informace bez odpovídajících souvislostí totiž představují jen neužitečný šum. Nejlepší způsob, jak tento šum odfiltrovat, je zajistit, aby každý v podniku, ať je to operátor, provozní technik, údržbář, bezpečnostní technik nebo vedoucí závodu, měl k dispozici právě ty informace, které potřebuje, a aby tyto informace byly aktuální a jasně srozumitelné. Jen takové informace jsou platným nástrojem k dosažení efektivního a bezpečného průběhu výrobních procesů.
 

Řízení výrobních procesů v souvislostech

Budoucnost velmi pravděpodobně operátorům přinese nutnost řídit ještě větší a složitější provozy. Znamená to, že pro ně bude stále těžší porozumět řízeným výrobním procesům do takové hloubky, aby je mohli účinně optimalizovat. Provozy jsou vybavovány stále větším množství přístrojové techniky, je třeba zpracovávat stále větší množství dat a také je stále více možných poruch. Současně je využíváno množství aplikačního softwaru, který operátory odděluje od bezprostředního pohledu na aktuální průběh výrobních procesů. Zatímco dříve operátor na přístrojích ovládacího panelu velínu viděl v podstatě okamžitě, co se v provozu děje, v současné době se stále více musí spoléhat na obrazovku své pracovní stanice. Z ní sice může získat více informací než z přístrojů na ovládacím panelu, jenže dostat se k požadované informaci může trvat déle. Snížený přehled o situaci ve výrobě může být zdrojem zpožděné reakce nebo vést k omylu.
 
SCADA moderních řídicích systémů hledají způsoby, jak se s tím vypořádat. Například systém pro řízení kontinuálních a dávkových výrobních procesů Foxboro Evo obsahuje unikátní nástroje pro udržování tzv. situačního povědomí. Co to je? Situační povědomí, situational awareness, je nová koncepce HMI a SCADA, která dovoluje zobrazovat informace v souvislostech. Obsluha tak může snáze, rychleji a efektivněji nastavovat požadované hodnoty parametrů výrobních procesů a reagovat na abnormální situace. Zobrazení lze uzpůsobit požadavkům uživatele a je přehlednější než u starších HMI a SCADA. Zatímco dříve operátorské panely hýřily barvami a byly plné animací, podle nejnovějších ergonomických doporučení jsou nyní barvy používány jen ke zvýraznění abnormálních situací. Výsledkem je větší efektivita práce operátorů, kratší doba reakce na provozní změny a odchylky a omezení chyb obsluhy.
 
Informace v systémech využívajících moderní HMI a SCADA mohou být zobrazeny v podstatě na jakémkoliv displeji, včetně mobilních telefonů a tabletů, kdekoliv a kdykoliv, ovšem v souladu s bezpečnostními pravidly a zásadami. Možnost sledovat výrobní procesy na mobilních zařízeních je zvláště mladší generací operátorů požadována stále častěji.
 

Inženýrská práce v souvislostech

Nejdůležitějším úkolem výrobních inženýrů je řešit na základě podrobné analýzy příčin všechny technické problémy ve výrobě a udržovat tak výrobní procesy efektivní a bezpečné. Musí to dělat v prostředí mnoha různých systémů, z nichž každý může být od jiného dodavatele a kdy se všechny průběžně vyvíjejí, modernizují a mění. Rozumět všem systémům je obtížné a rychlost reakce je často kritická. Není čas na podrobné studium obsáhlých a nepřehledných výpisů proměnných, aby se zjistilo, co se vlastně v systému odehrává. Proměnné jsou součástí programů, které představují abstrakci reálných procesů – a to v mnoha případech abstrakci, kterou nevytvořili výrobní inženýři, kteří s ní nyní musí pracovat, ale programátoři, jejichž priority mohou být od priorit výrobních inženýrů odlišné. Inženýři potřebují pro rychlou a přesnou analýzu intuitivní a jednoduché rozhraní. Zápisy v programovacích jazycích a schémata funkčních bloků pro ně nejsou tak praktické jako pro programátory.
 
Výrobním inženýrům se nabízí možnost použít rozšířenou verzi konfiguračního nástroje SAMA, jenž je součástí Foxboro Evo a je zvláště populární v energetice (obr. 1). Dynamické zobrazení v nástroji SAMA pomáhá inženýrům lépe pochopit logiku řízení výrobních procesů. Uživatelé tvrdí, že intuitivní modelování pomocí nástrojů SAMA v kombinaci s dynamickým zobrazením může omezit objem inženýrské práce o až 60 %.
 

Projektování v souvislostech

Projektoví inženýři řeší jiné problémy než inženýři výrobní. Projekt je třeba navrhnout, zařízení nainstalovat, oživit, validovat a udržovat. Změna kapacity nebo sortimentu výroby či modernizace výrobních zařízení, kdy cílem je zvýšit produktivitu a efektivitu výrobních procesů, znamená projekt upravit, a to dělá na čele projektových inženýrů hluboké vrásky: všechny změny v projektu musí být realizovány rychle a ve správný čas. Projektoví inženýři potřebují mít v reálném čase informace o změnách výrobních požadavků a o tom, jak se mění náklady na výrobní zařízení a techniku. Moderní automatizační systémy mají oddělenou konfigurační vrstvu od vrstvy výkonné, v níž běží runtime, a proto je možné významnou část systému konfigurovat a testovat off-line, prostřednictvím simulace na modelech, dokonce i v prostředí cloudu. To zkracuje dobu potřebnou na projektování a změny projektu. Nutné jsou však spolehlivé a výkonné nástroje pro správu projektů, s výhodou také umístěné v cloudu. Přístup na dálku prostřednictvím cloudových služeb umožňuje, aby projektanti spolupracovali na jednom projektu se svými kolegy v reálném čase, ať jsou kdekoliv na světě.
 

Údržba v souvislostech

Také inženýři údržby, kteří se snaží o to, aby regulační smyčky zůstaly stále správně vyladěny a nutné odstávky byly zkráceny na minimum, se musí vyrovnávat s rostoucím objemem a složitostí informací. Nejde jen o zahlcení alarmy – problém, na nějž už tvůrci řídicích systémů pamatují u operátorských stanic. Je nutné vypořádat se také s tím, že přibývá přístrojové vybavení, které vyžaduje údržbu – často jde o zařízení od různých dodavatelů a používající různé protokoly, každé se svou vlastní sadou nástrojů pro údržbu a uživatelským manuálem. Řešením opět může být Foxboro Evo, konkrétně jeho nástroj Maintenance Response Center, který zobrazuje hlášení pro údržbu podobně, jako se zobrazují alarmová hlášení v nástroji pro správu alarmů, jejž používají operátoři. Jestliže je vygenerováno upozornění na potřebu údržby, nástroj detailním pohledem na technologické procesy a provozní zařízení pomůže technikům zjistit, kde začít s odstraňováním problému – obdobně jako při vzniku alarmu. Dalším významným pomocníkem je nástroj Field Device Manager (FDM), který dokáže z téměř jakéhokoliv zařízení, bez ohledu na používaný protokol, přečíst údaje o přístroji zadané jeho výrobcem. Tento nástroj významně usnadňuje diagnostiku a údržbářské práce. Kombinace obou uvedených nástrojů přispívá ke zkrácení doby odstávek potřebných pro údržbu zařízení.
 
Integrace celopodnikových nástrojů pro plánování pracovních činností pomáhá údržbářům synchronizovat jejich práci s dalšími složkami podniku, které se podílejí na servisních pracích nebo jsou jimi dotčeny.
 

Řízení podniku v souvislostech

Také vedení podniku, aby mohlo přijímat správná rozhodnutí, která mají vliv nejen na efektivitu výroby, ale také na její bezpečnost, vyžaduje aktuální informace. Manažeři při své práci vycházejí z předem daných strategií a pravidel, které jim rozhodování usnadňují, ale pro úspěšné řízení podniku musí mít jistotu, že jejich rozhodnutí jsou správně interpretována a vykonávána ve všech provozech a odděleních. Moderní řídicí systémy proto musí manažerům poskytovat efektivní přehled o celém podniku, a to v reálném čase. Současně by měly obsahovat nástroje potřebné pro integraci manažerských rozhodnutí a manažerského řízení do všech úrovní řízení výroby. Například obrazovka operátora zobrazující aktuální informace o výrobních procesech v souladu s koncepcí situačního povědomí musí obsahovat i nástroje pro sledování výkonu výrobních procesů v závislosti na např. spotřebě surovin nebo využití energie. Operátorské rozhraní musí současně upozorňovat na bezpečností rizika spojená se změnami parametrů výrobních procesů. Upozornění a pokyny pro údržbu by měly dostávat prioritu podle stejných kritérií: rozhodující je bezpečnost, ale hned za ní jsou produktivita a efektivita. Plánování pracovních činností propojuje všechny složky podniku.
 

Zpátky k lidem

Automatizace sama žádné problémy ve výrobě nevyřeší. Problémy řeší lidé – mimo jiné pomocí automatizace. Moderní systémy řízení procesní výroby mohou přinést mnoho pro zlepšení efektivity i bezpečnosti, jejich síla však není v použité technice, nýbrž v jejich správné implementaci. To, jak jsou tyto systémy využívány, je v rukou lidí, kteří s nimi pracují. Automatizace je tradičně pojímána jako nástroj nahrazující lidskou práci. Ale moderní automatizace toto pojetí zásadně mění: automatizační technika zde není proto, aby odstranila práci operátora – nebo aby jej zahltila spoustou dat. Místo toho automatizační technika podporuje operátory a další pracovníky podniku tím, že jim podává informace se všemi souvislostmi a pomáhá jim tak plnit jejich role lépe, bezpečněji a efektivněji – z jejich pohledu, z pohledu celého podniku i z pohledu zákazníků, kteří kupují jeho produkty.
Peter Martin,
Grant Le Sueur, Invensys
 
Obr. 1. Nástroj SAMA představuje pohled výrobního inženýra na program řídicího systému; pomáhá mu lépe pochopit výrobní procesy a toky dat, a to nejen staticky, ale i v jejich dynamice
Obr. 2. Foxboro Evo je komplexní řídicí systém pro procesní výrobu