Przedsiębiorstwa coraz częściej modernizują swoją infrastrukturę automatyki, aby skutecznie realizować strategie cyfrowej produkcji. Starsze systemy sterowania mogą ograniczać przejrzystość, integrację i wydajność, podczas gdy nowoczesne rozproszone systemy sterowania (DCS) pozwalają zakładom działać wydajniej, efektywniej wykorzystywać dane oraz łączyć operacje od poziomu inteligentnych urządzeń obiektowych aż po systemy biznesowe. Rob Spilsbury z firmy Emerson wyjaśnia, dlaczego modernizacja systemów sterowania staje się dziś koniecznością oraz w jaki sposób nowe technologie ograniczają ryzyko takich projektów.
W artykule:
- Dlaczego zakłady produkcyjne modernizują systemy sterowania uruchamiając analizę danych dostępnych po modernizacji systemu sterowania, która zwiększa przejrzystość i wydajność?
- W jaki sposób nowoczesne rozproszone systemy sterowania (DCS) usprawniają operacje dzięki lepszej integracji danych, automatyzacji i zaawansowanym strategiom sterowania?
- W jaki sposób nowe narzędzia i technologie migracyjne zmniejszają ryzyko podczas modernizacji systemów sterowania?
Zakłady produkcyjne znajdują się dziś pod silną presją poprawy efektywności, niezawodności i przejrzystości operacji. W odpowiedzi wiele z nich wdraża kompleksowe strategie cyfrowej produkcji, które łączą produkcję, operacje i łańcuchy dostaw, zapewniając lepszy wgląd w procesy i ułatwiając podejmowanie decyzji. Jednak poziom zaawansowania cyfrowego przedsiębiorstw jest bardzo zróżnicowany. Wiele zakładów nadal działa w oparciu o odizolowane wyspy automatyzacji i procesy manualne, co ogranicza optymalizację i widoczność w całym zakładzie. Aby temu zaradzić, przedsiębiorstwa coraz częściej łączą swoje operacje, integrując systemy sterowania z systemami realizacji produkcji (MES) i platformami planowania zasobów przedsiębiorstwa (ERP).
Systemy sterowania mają kluczowe znaczenie dla tej transformacji. Nowoczesne systemy sterowania nie tylko sterują pracą zakładu, ale także pomagają koordynować złożone operacje, zarządzać danymi operacyjnymi oraz wspierać bardziej spójną i wydajną produkcję. Długoterminowym celem są stabilne, zoptymalizowane procesy przy minimalnej ingerencji operatora, która mogłaby wprowadzić zmienność niekorzystnie wpływającą na jakość lub wydajność.
Kiedy starsze systemy DCS hamują rozwój zakładów
W wielu zakładach starzejące się systemy sterowania i bezpieczeństwa stają się barierą dla dalszego rozwoju. Sprzęt z czasem staje się bardziej podatny na awarie, a dostępność części zamiennych jest coraz bardziej ograniczona. Wraz z zakończeniem wsparcia producenta spada również niezawodność systemów. Starsze systemy mogą również stwarzać zagrożenia dla bezpieczeństwa procesowego i cyberbezpieczeństwa. Brak wsparcia dla oprogramowania oraz przestarzała infrastruktura tworzą luki w zabezpieczeniach, które trudno jest wyeliminować. Starszym systemom sterowania często brakuje interfejsów komunikacyjnych niezbędnych do integracji nowoczesnych przyrządów pomiarowych, narzędzi analitycznych lub strategii optymalizacji obejmujących cały zakład.
Może to również negatywnie wpływać na wydajność operacyjną. Starsze interfejsy użytkownika są zazwyczaj mniej intuicyjne i zapewniają ograniczony wgląd w stan zakładu, co może zwiększać ryzyko błędów operatora lub niespójnych praktyk sterowania. W branży, w której wydajność i niezawodność mają kluczowe znaczenie, ograniczenia te utrudniają zakładom utrzymanie konkurencyjności.
Zalety nowoczesnych systemów sterowania
Nowoczesne rozproszone systemy sterowania (DCS) i systemy bezpieczeństwa (SIS) stanowią podstawę do realnej poprawy efektywności operacyjnej. Rozwinięte interfejsy operatorskie, projektowane zgodnie z zasadami human-centred design oraz uporządkowane zarządzanie alarmami pozwalają szybciej i trafniej reagować na zmiany w procesie.
Ulepszona wizualizacja i dane kontekstowe przekładają się na lepsze decyzje operacyjne, mniejszą zmienność procesu oraz wyższą produktywność. Mobilny dostęp operatorów i kadry kierowniczej do kluczowych danych systemu sterowania zwiększa świadomość operacyjną, umożliwiając personelowi szybkie reagowanie na pojawiające się problemy oraz poprawę bezpieczeństwa i dostępności zakładu. Zaawansowane strategie sterowania, takie jak sterowanie oparte na stanach (state-based control), automatyzują sekwencje operacyjne, ograniczając zależność od działań operatora i zapewniając większą powtarzalność produkcji. Automatyczne zarządzanie stanami procesu pozwala optymalizować produkcję, jednocześnie ograniczając zmienność oraz ryzyko błędu ludzkiego.
Zaawansowane sterowanie procesami, uczenie się procesów i sterowanie adaptacyjne zapewniają dodatkowe korzyści. Technologie te pozwalają systemom sterowania skuteczniej reagować na zmieniające się warunki operacyjne i interakcje między zmiennymi procesowymi. Dzięki temu zakłady mogą działać w warunkach zbliżonych do optymalnych, poprawiając wydajność przy jednoczesnym obniżeniu zużycia energii i kosztów operacyjnych.
Przejście w kierunku operacji opartych na danych
Wraz ze wzrostem znaczenia danych pozyskiwanych z procesu produkcyjnego rola systemów sterowania stale rośnie. Nowoczesne zakłady generują ogromne ilości informacji operacyjnych z inteligentnych urządzeń polowych, czujników i analizatorów oraz oprogramowania wspierającego, które muszą być odpowiednio integrowane i prezentowane.
Ulepszona łączność oraz obsługa przemysłowych protokołów komunikacyjnych, takich jak Modbus TCP, OPC UA, EtherNet/IP i PROFINET na bazie dwuprzewodowego Ethernet-APL, pozwalają nowoczesnym platformom DCS na włączanie danych z szerokiej gamy urządzeń polowych. Umożliwia to tworzenie bardziej zaawansowanych modeli wydajności zakładu i wdrażanie bardziej zaawansowanych strategii optymalizacji.
Dzięki dostępowi do danych kontekstowych operatorzy uzyskują lepszy wgląd zarówno w proces, jak i stan urządzeń. Diagnostyka aparatury może być bezpośrednio integrowana ze strategiami sterowania, co pozwala wcześniej wykrywać problemy i ograniczać nieplanowane przestoje.
Przeniesienie danych z systemu sterowania poza halę produkcyjną
Kolejną istotną zmianą jest potrzeba integracji systemów sterowania z narzędziami optymalizacyjnymi na poziomie przedsiębiorstwa. Bezpieczna komunikacja – od urządzeń polowych, przez infrastrukturę brzegową, aż po środowiska chmurowe – pozwala efektywniej wykorzystywać dane operacyjne w całej organizacji.
Systemy sterowania generują stały strumień cennych informacji o wydajności produkcji, stanie urządzeń i efektywności operacyjnej. W przeszłości większość tych danych pozostawała w środowisku sterowania procesami i była dostępna tylko wtedy, gdy potrzebował ich inny system. Obecnie przedsiębiorstwa dążą do zwiększenia dostępności tych informacji bez narażania np. cyberbezpieczeństwa systemu sterowania.
Jednym ze sposobów jest stworzenie bezpiecznego, wyłącznie jednokierunkowego przepływu danych z systemu sterowania do węzła brzegowego. Architektura ta umożliwia utworzenie dokładnej repliki danych systemu sterowania poza środowiskiem operacyjnym. Autoryzowani użytkownicy i aplikacje przedsiębiorstwa mogą wówczas uzyskać dostęp do informacji niemal w czasie rzeczywistym, bez bezpośredniej interakcji z samym systemem sterowania. Pomaga to zachować wysoki poziom cyberbezpieczeństwa, a jednocześnie umożliwia szersze wykorzystanie danych w aplikacjach wspierających procesy produkcyjne danego przedsiębiorstwa.
Pojawienie się sterowania definiowanego programowo
Architektury systemów sterowania ewoluują wraz z wprowadzeniem sterowników definiowanych programowo. W systemach tych funkcjonalność sterownika jest oddzielona od dedykowanego sprzętu i zamiast tego działa w środowisku serwerowym. Zmiana ta zapewnia większą elastyczność i skalowalność, jednocześnie upraszczając inżynierię, konserwację i przyszłe aktualizacje systemu. Pozwala również na bardziej efektywny przepływ danych przez architekturę sterowania, pomagając organizacjom w kontekstualizacji informacji operacyjnych bez zwiększania złożoności systemu. Sterowanie definiowane programowo stanowi kluczową podstawę platformy operacyjnej przedsiębiorstwa, w której system sterowania staje się centralnym elementem płynnie zintegrowanego, zorientowanego na oprogramowanie środowiska operacyjnego. Dla wielu zakładów stanowi to kolejny krok w ewolucji automatyzacji procesów, wspierający bardziej elastyczne i połączone operacje przy jednoczesnym zmniejszeniu fizycznego śladu infrastruktury sterowania.
Wyzwanie związane z modernizacją
Pomimo zalet nowoczesnych platform wiele zakładów nadal działa w oparciu o starzejące się systemy sterowania. Obawy dotyczące kosztów, złożoności oraz ryzyka zakłóceń podczas migracji, często spowalniają działania modernizacyjne. Wymiana tak krytycznego elementu, jakim jest system sterowania, wymaga starannego planowania i specjalistycznej wiedzy. Harmonogramy produkcji często pozostawiają bardzo mało czasu na przełączenie systemów, co zwiększa ryzyko opóźnień lub spadku wydajności. Dodatkowym wyzwaniem są fizyczne ograniczenia istniejących sterowni, które mogą utrudniać instalację nowego sprzętu. W wielu zakładach starsze okablowanie oraz panele krosowe we/wy są głęboko zintegrowane z obiektem, co utrudnia wprowadzanie zmian. Tradycyjne podejście polegające na całkowitej wymianie może zatem być kosztowne i powodować zakłócenia. Czynniki te często skłaniają organizacje do odkładania modernizacji do momentu pojawienia się problemów z niezawodnością lub trudności w pozyskaniu części zamiennych.
Ograniczanie ryzyka podczas migracji systemu
Nowe narzędzia i technologie pomagają przedsiębiorstwom w efektywnej modernizacji przy jednoczesnym zminimalizowaniu zakłóceń w produkcji. Elektroniczny kros oraz zaawansowane rozwiązania we/wy, takie jak te oferowane w systemie DeltaV firmy Emerson, pozwalają zachować istniejące okablowanie i połączenia polowe przy jednoczesnym wprowadzaniu nowego sprzętu sterującego. Zachowanie istniejących we/wy może znacznie skrócić czas instalacji i zmniejszyć ryzyko projektowe, szczególnie tam, gdzie przestrzeń i czas trwania przestojów remontowych są ograniczone. W obiektach z wieloma systemami sterowania technologie interfejsowe mogą umożliwić nowemu systemowi DCS bezpośrednie przejęcie kontroli nad istniejącymi sygnałami we/wy bez konieczności natychmiastowej wymiany sterowników PLC lub innych systemów. Może to uprościć migrację, pomagając skrócić czas uruchomienia i obniżyć koszty.
Należy jednak pamiętać, że modernizacja sprzętu to tylko jedna z części projektu modernizacyjnego. Przeniesienie konfiguracji oprogramowania starszego systemu sterowania do nowoczesnego systemu może być równie trudne. Wiele obiektów działa w oparciu o kilkudziesięcioletnią logikę sterowania, którą należy przeanalizować, ujednolicić i przekonwertować, zanim będzie można ją wdrożyć w nowym systemie. Tradycyjnie zadanie to wykonywano ręcznie, co wymagało zaangażowania doświadczonych inżynierów analizujących ogromne ilości danych konfiguracyjnych. Proces ten jest czasochłonny i wiąże się z ryzykiem błędów.
Wykorzystanie sztucznej inteligencji do przyspieszenia modernizacji systemów sterowania
Zaawansowane narzędzia programowe, takie jak rozwiązanie DeltaV™ Revamp firmy Emerson, pomagają usprawnić ten proces. Wykorzystując sztuczną inteligencję (AI), uczenie maszynowe i przetwarzanie w chmurze, analizują one istniejące konfiguracje systemów sterowania i upraszczają ich modernizację do nowoczesnego systemu DCS. Już na etapie planowania dane konfiguracyjne starszych systemów można zaimportować do oprogramowania DeltaV Revamp, aby szybko określić ogólny zakres projektu. Można analizować szczegóły, takie jak liczba we/wy, liczba sterowników i architektura systemu, co pomaga zespołom projektowym zrozumieć zakres prac inżynieryjnych.
Silnik AI porównuje starszą konfigurację z biblioteką poprzednich projektów modernizacyjnych i identyfikuje wspólne wzorce w logice sterowania. W wielu przypadkach wzorce te można automatycznie przyporządkować do standardowych bloków funkcyjnych lub ustalonych strategii sterowania w nowym systemie. W typowych projektach znaczna część konfiguracji (około 70%) może zostać wygenerowana automatycznie. Biblioteka narzędzi mapowania schematów zapewnia prawidłowe przeniesienie kluczowych parametrów, takich jak skalowanie, limity alarmowe czy histereza. Tworzy to w dużej mierze cyfrowy proces roboczy, zmniejszając potrzebę ręcznej interpretacji starszego kodu i minimalizując ryzyko błędów wprowadzania danych. Odbudowana konfiguracja jest dostosowana do nowoczesnych standardów inżynieryjnych, co ułatwia wdrażanie usprawnień, takich jak zautomatyzowane sekwencje uruchamiania i wyłączania, alarmowanie warunkowe oraz sterowanie oparte na stanie procesu. Schematy logiczne mogą być również generowane automatycznie, dając inżynierom jasny obraz tego, jak strategie sterowania są wdrażane w nowym systemie. Dzięki uproszczeniu zadań inżynieryjnych i ograniczeniu pracy ręcznej narzędzia te mogą znacznie skrócić czas realizacji projektów i umożliwić wdrożenie usprawnień procesowych na wcześniejszym etapie programu modernizacji.
Dodatkowe zasoby
- Dołącz do społeczności Emerson Exchange 365
- Odwiedź stronę Emerson poświęconą oprogramowaniu przemysłowemu na LinkedIn
- Odwiedź stronę Emerson poświęconą platformie automatyki DeltaV na LinkedIn
Emerson (NYSE: EMR) jest globalnym liderem w dziedzinie automatyki, dostarczającym rozwiązania dla najbardziej wymagających wyzwań technologicznych. Firma Emerson, z siedzibą w St. Louis w stanie Missouri, tworzy autonomiczną przyszłość, umożliwiając klientom optymalizację działalności i przyspieszenie innowacji. Więcej informacji można znaleźć na stronie Emerson.com.
Autor
Rob Spilsbury
Dyrektor ds. sprzedaży, modernizacja systemów sterowania
Emerson
FAQ
Dlaczego firmy procesowe modernizują systemy sterowania?
Wiele zakładów modernizuje systemy, aby poprawić wydajność, zwiększyć przejrzystość operacji i wspierać strategie cyfrowej produkcji. Starsze systemy mogą ograniczać integrację, dostęp do danych i wydajność operacyjną.
Jakie korzyści zapewnia nowoczesna technologia DCS?
Nowoczesne systemy obsługują zaawansowane strategie sterowania, ulepszone interfejsy operatora, lepszą integrację danych i wzmocnione cyberbezpieczeństwo. Umożliwiają również większą automatyzację i optymalizację w całym zakładzie.
Dlaczego modernizacja systemów sterowania stanowi wyzwanie?
Modernizacja systemów sterowania może być złożonym procesem, ponieważ zakłady muszą zminimalizować przestoje, zarządzać istniejącym okablowaniem oraz przenieść konfiguracje i logikę sterowania zgromadzone przez dziesięciolecia.
W jaki sposób nowoczesne narzędzia mogą zmniejszyć ryzyko związane z migracją?
Technologie takie jak automatyczna analiza konfiguracji, konwersja wspomagana sztuczną inteligencją oraz rozwiązania zapewniające zachowanie wejść i wyjść mogą znacznie zmniejszyć nakłady inżynieryjne, skrócić czas realizacji projektu oraz ograniczyć zakłócenia w pracy zakładu.
