Oznaki konieczności przeprowadzenia modernizacji systemu sterowania w zakładzie przemysłowym

PROGRAM UPGRADE sign concept illustration with red gear wheel figures on yellow background

Modernizacja systemów sterowania w zakładzie przemysłowym wymaga poniesienia znacznych kosztów i powinna być realizowana tylko w przypadku konieczności. Takie oznaki, jak zwiększone zużycie energii, wykonywanie remontów w zakładzie czy osiąganie przez system sterowania końca okresu eksploatacji, wyraźnie wskazują na potrzebę przeprowadzenia modernizacji.

Jak oszacować wiek systemu w danym zakładzie? W większości zakładów przemysłu przetwórczego systemy sterowania składają się z przyrządów obiektowych połączonych przewodowo z kartami wejść/wyjść (I/O), które pośredniczą w wymianie sygnałów z centralnym modułem PLC (ang. programmable logic controller), czyli programowalnym sterownikiem logicznym. Operatorzy komunikują się ze sterownikiem PLC za pomocą paneli lub komputera HMI, czyli interfejsów operatorskich (ang. human-machine interface).

O ile czas eksploatacji komputera w modułach HMI jest w przybliżeniu taki sam, jak typowego komputera klasy PC, to przyrządy i okablowanie obiektowe, moduły wejść/wyjść i sterowniki PLC mogą pracować znacznie dłużej, zaś większość przedsiębiorców uważa, że: ”jeżeli coś się nie psuje, to nie ma sensu tego poprawiać”. Modernizacja systemu sterowania jest kosztowną inwestycją i dlatego wiele zakładów posiada sprzęt obiektowy liczący sobie nawet kilkadziesiąt lat.

Kiedy należy przeprowadzić modernizację systemu sterowania

Systemy sterowania powinny być modernizowane z następujących powodów:

  • systemy te osiągnęły koniec czasu eksploatacji i/lub dłużej nie funkcjonują,
  • modernizacja może przynieść znaczne oszczędności energii,
  • w fabryce trwają już inne główne remonty lub modernizacje.

Jednak istnieje też kilka innych czynników, kilka ostrzeżeń, o których należy pamiętać. Gdy jakieś oprogramowanie nie jest już dłużej wspierane przez jego producenta, albo nie działa na obecnie wspieranych przez Microsoft wersjach systemu operacyjnego Windows oznacza to, że nadszedł czas na aktualizację tego oprogramowania. Istnieje bowiem zbyt duże zagrożenie wirusami i dla cyberbezpieczeństwa systemu.

Inną oznaką konieczności dokonania modernizacji jest zakończenie produkcji sprzętu oraz obserwowane trudności w znalezieniu części zamiennych. Istnieje wtedy ryzyko, że jakaś mniejsza awaria spowoduje wstrzymanie pracy całej fabryki, ponieważ prawdopodobieństwo braku dostępności części zamiennych jest zbyt wysokie.

Modernizacja kompleksowa czy częściowa 

Nowy system sterowania może okazać się drogi, ale czasami koszty mogą być zminimalizowane poprzez realizację jego modernizacji w etapach. Przy częściowej modernizacji użytkownicy mogą wymienić pojedyncze komponenty systemu, jednocześnie pozostawiając resztę w stanie nienaruszonym. Jednak w podejściu tym istnieją pewne ograniczenia. Na przykład technologia w starych i nowych komponentach musi być zdolna do “rozmawiania ze sobą”. W sprzyjających okolicznościach pozwala to właścicielom fabryk wykorzystać cechy i funkcje oferowane przez większość nowoczesnych komputerów i oprogramowania, bez ponoszenia kosztów kompletnej wymiany całego sprzętu automatyki.

Potencjalne  obszary dla modernizacji częściowych to:

  • Wymiana komputera i oprogramowania interfejsów HMI oraz pozostawienie istniejącego sprzętu automatyki na swoim miejscu. Umożliwia to systemowi sterowania komunikowanie się z nowoczesną siecią pracującą obsługiwaną przez system Windows, w celu drukowania raportów temperaturowych, zapisu danych historycznych, wykonywania zdalnego alarmowania etc. Jednak program PLC pozostaje taki sam, tak więc firma nie uzyska korzyści w postaci zwiększonej funkcjonalności i efektywności energetycznej.
  • Wymiana sterownika PLC i jego oprogramowania oraz pozostawienie modułów wejść/wyjść, oprzyrządowania i okablowania obiektowego na swoim miejscu. Opcja ta wykorzystuje najnowsze algorytmy oszczędzania energii oraz funkcje sterowania.

Pełna modernizacja może być wymagana, gdy system sterowania jest już przestarzały. Istniejące w zakładach starsze systemy, często liczące sobie ponad 20 lat, były często produkowane jako firmowe i niezależne, dedykowane. Gdy sprzęt automatyki jest zbyt stary, aby mógł komunikować się z nowym interfejsem HMI w nowoczesnej sieci, to generalnie nie można wykonać modernizacji tego sprzętu w etapach. Nieunikniona jest wtedy wymiana całego systemu sterowania.

Korzyści z modernizacji systemu sterowania

Modernizacja przemysłowego systemu sterowania to nie to samo, co kupno najnowszego smartfona np. iPhone. Wymiany takiego systemu na nowy nie dokonuje się, gdy na rynku pojawia się nowa generacja sprzętu. Kiedy już naprawdę nadchodzi czas na modernizację, to cechy i funkcje nowego systemu mogą przynieść wielkie korzyści firmie i poprawić warunki pracy personelowi zakładu. Poniżej podano kilka z najbardziej istotnych korzyści oferowanych przez nowsze systemy automatyki:

  • Zwiększona efektywność energetyczna. Nowoczesne systemy chłodnicze posiadają zaawansowane układy sterowania, które wydajnie realizują sekwencjonowanie pracy sprężarek oraz utrzymują optymalną wartość ciśnienia w instalacji. Jeśli system w zakładzie liczy sobie ponad 10 lat, to firma prawdopodobnie traci możliwości oszczędzania energii.
  • Komunikacja. Integracja systemów w zakładzie, całego sprzętu i czujników, od piwnic aż do sufitu, oferuje możliwości uzyskania znacznych usprawnień w pracy personelu. W nowym systemie sterowania operatorzy widzą całą fabrykę na jednym ekranie i mogą podejmować lepsze decyzje dotyczące wykorzystania czasu pracy, zaś kierownictwo może monitorować i zmniejszać zużycie energii w zakładzie
  • Dostęp mobilny. Współczesne oprogramowanie oparte zwykle o technologię Chmury umożliwia zdalne alarmowanie personelu i mobilny dostęp do urządzeń. W maszynowni chłodniczej często pracuje tylko jeden operator, a w nocy nikt. Dawniej, gdy po godzinach pracy w fabryce włączał się alarm, ktoś przebywający w niej, np. pracownik ochrony wykonujący obchód, musiał powiadomić telefonicznie operatora, aby ten przyjeżdżał i sprawdzał co się dzieje. System sterowania korzystający z narzędzi zdalnego dostępu i obsługi zaalarmuje operatora po godzinach jego pracy. Operator ten może wtedy zalogować się do systemu i zająć się przyczyną alarmu nie wychodząc z domu. To zwiększa wydajność, oszczędza czas i poprawia jakość pracy operatorów.

Obecnie firmy coraz częściej wymagają zintegrowania wszystkich systemów sterowania i możliwości wykonywania ich obsługi z jednej lokalizacji centralnej. Od nowoczesnego systemu sterowania powinno się wymagać pełnego zintegrowania we wspólnej sieci sterującej, obejmującej sprzęt procesowy, regulatory poziomu płynu w zbiornikach, sterowniki pomp, sprzęt przenośny montowany na płozach itd. Operator powinien mieć możliwość uzyskania tych samych informacji na każdym monitorze systemu sterowania w fabryce. Starsze systemy sterowania nie posiadają takiej funkcjonalności.

Autor: Allen Castell jest dyrektorem d/s operacyjnych w firmie Stellar