Klíčem ke zvyšování výkonnosti jsou vyvíjející se řídicí systémy

Organizace investují do řídicích systémů s předpokladem, že budou fungovat tak, jak mají, po mnoho let. Tempo změn v řídicích systémech se však zrychluje a příští desetiletí přinese obrovský vývoj. Pochopení těchto změn je pro organizace, které se snaží zajistit co nejlepší provozní výkonnost a návratnost investic do řídicích systémů, zásadní.

Po desetiletí byl řídicí systém omezen fyzickým hardwarem: pevně zapojenými vstupy a výstupy (I/O), připojenými řadiči a strukturovanými architekturami, včetně vyhrazených sítí a serverových konfigurací. Nižší náklady na výpočetní výkon a snímání, vývoj síťové a bezdrátové infrastruktury a distribuované architektury (včetně cloudu) nyní otevírají v oblasti řídicích systémů nové možnosti. Kromě toho budou v příštím desetiletí významné změny ve způsobu navrhování a používání řídicích systémů v závodech způsobovat nově vznikající standardy pro plug-and-produce („zapojit a vyrábět“), jako jsou rozhraní APL (Advanced Physical Layer) a MTP (Modular Type Package).

I s měnící se dobou a technologiemi zůstává rovnice úspěchu stejná: zvolit spolehlivý, snadno ovladatelný řídicí systém a zároveň zajistit přístup k novým technologiím pro zlepšování výkonnosti provozu.

Flexibilita řídicího systému zmírňuje rizika spojená s odchodem zkušených pracovníků do důchodu

V posledním desetiletí byl průmysl svědkem toho, jak odborný personál odchází do důchodu, a přijal opatření ke zmírnění dopadu této ztráty odborných znalostí. Tento trend se ještě prohloubil v důsledku nedávných změn provozních podmínek z důvodu pandemie covidu-19; tyto změny vedly v řadě průmyslových odvětví k omezení počtu pracovníků na pracovišti.

Díky množství nových technologií snímání a možnostem přenosu dat s velkou šířkou pásma zároveň závody shromažďují více dat než kdykoli předtím a organizace chtějí z těchto dat vytěžit větší hodnotu, která by jim pomohla zvýšit obchodní výkonnost a posílit diferenciaci. To zahrnuje flexibilnější možnosti dodávek produktů, optimalizaci kvality a konzistence objemu výroby a vyšší úroveň bezpečnosti provozu a dodržování ekologických předpisů.

V reakci na to řada organizací rozšíří architekturu řízení na více distribuovanou geografickou infrastrukturu, která umožní malým centralizovaným týmům odborníků poskytovat podporu v rámci celého strojového parku (obrázek 1). Tyto interní odborníky mohou doplnit odborníci od výrobců OEM, kterým je umožněn bezpečný přístup k příslušným aspektům této infrastruktury.

Jedním z prvků této distribuované architektury je cloud, a to soukromý, veřejný nebo hybridní. Postupný přesun neklíčových řídicích prvků architektury do cloudu usnadňuje organizacím efektivní provoz a lepší rozhodování. Uživatelé cloudu získávají větší hodnotu z dat díky zapojení odborných znalostí z celého světa, ať už ve svých podnicích, nebo od mnoha poskytovatelů služeb.

Centralizace dat v cloudu navíc přináší výhodu nižších nákladů na životní cyklus, nižší nároky na údržbu a eliminuje izolované ostrůvky dat.

Přechod k centralizovanému provozu bude vyžadovat změnu strategie řídicího systému, i když se skutečné hlavní řízení nepřesune z provozní úrovně. Nástroje, o něž se odborníci opírají (konfigurace systému, monitorování zařízení, správa alarmů, historie dat a událostí v reálném čase, digitální dvojčata, systémy pro správu oprav a další), jsou prvky řídicího systému. Mnohé z těchto nástrojů nemají vliv na každodenní řízení, ale byly vázány na řídicí systém, který je zase vázán na fyzické umístění v závodě. V budoucnu bude smysluplnější hostovat tyto komponenty v cloudu.

Centralizované datové a cloudové architektury také usnadní rychlé nasazování nových technologií. Například během pandemie covidu-19 mnoho organizací využilo cloudový hosting k nasazení aplikací pro jednosměrný zabezpečený mobilní přístup k datům řídicího systému (obrázek 2).

Obrázek 2: Centralizace dat usnadňuje organizacím nasazení jednosměrného zabezpečeného mobilního přístupu k datům řídicího systému, což umožňuje pracovníkům závodu udržovat si přehled odkudkoli

Vzhledem k tomu, že požadavek na sociální distancování omezoval počet pracovníků v závodě, organizace udržovaly kontinuitu provozu tím, že umožňovaly pravidelné monitorování spolehlivosti systému, i když se klíčoví pracovníci nacházeli mimo závod.

U projektů řídicích systémů se rovněž dařilo dodržovat časový plán díky využití cloudových funkcí pro technické zajištění. Stejné výhody lze využít i v jiných situacích, kdy je počet zaměstnanců neočekávaně omezen, například v případě přírodních katastrof nebo když je v závodě při řešení krizové situace zapotřebí každá ruka.

Zvýšený výpočetní výkon umožňuje pokročilejší řízení

Zatímco některá data má smysl přesunout do cloudu za účelem analýzy výkonu na podnikové úrovni, jiná důležitá data jsou potřebná blíže k provozním zařízením a prostředkům, aby se zlepšil provoz a řízení na provozní úrovni. Tento posun umožní řídicí klastry s vysokým výpočetním výkonem a schopností analytiky na okraji.

Tento typ edge computingu je flexibilní a přizpůsobivý, poskytuje variabilní řízení různých částí provozu a umožňuje modulární výrobu s technologií plug-and-produce. Distribuovaný řídicí systém nadále organizuje řízení v celém závodě s využitím kombinace okrajových počítačů a řídicích klastrů.

V řídicím klastru jsou banky výpočetního výkonu umístěny na různých místech architektury. Pracovníci závodu mohou na požádání přidělit řízení kterékoli části klastru. To umožňuje flexibilní přidávání softwaru nebo provádění aktualizací či údržby. Operátoři a technici mohou také přesunout řízení do jiné části klastru, zatímco pracují na části infrastruktury, čímž je zajištěno, že řízení procesu pokračuje, i když se v závodě mění filozofie řízení nebo koncepce provozu.

Snadná integrace zvyšuje efektivitu

Klíčem k úspěchu je najít platformy umožňující přijetí nových technologií a zároveň minimalizovat náklady na integraci a technické zajištění. Nejpokročilejší řídicí prvky mohou pracovat jako samostatné řídicí jednotky a mají schopnost nativní integrace do většího řídicího systému, což umožňuje organizacím vyvíjet řídicí architekturu a její schopnosti společně s procesy a produkty.

Přední průmyslové firmy také snižují nároky na implementaci modulární výroby pomocí nových technologií s automatickou konfigurací. Technologie MTP, vyvinutá sdružením NAMUR (User Association of Automation Technology in Process Industries), využívá stávající technologie k vytvoření rozhraní pro formulovanou integraci různorodých systémů a zjednodušuje návrh modulárních systémů.

MTP standardizuje interoperabilitu mezi výrobními moduly a řídicím systémem, což umožňuje závodům kombinovat komponenty. Řídicí systém bude i nadále hrát zásadní roli při řízení a optimalizaci těchto různorodých, ale integrovanějších modulárních systémů; využití těchto standardů efektivity integrace je klíčovým prvkem k dosažení nejlepšího výsledku.

APL, pokročilé řízení a digitální dvojčata zvyšují výkonnost operací

Řídicí systém se historicky využíval pro regulační řízení. V posledních letech se trendy posunuly směrem k tomu, aby měli operátoři širší možnosti řízení mimo hlavní provoz závodu. Řídicí systémy nyní zahrnují mnohem více analytických nástrojů a podpory rozhodování, které pomáhají operátorům lépe se rozhodovat v širší oblasti působnosti.

Technologie, jako je APL, umožňují nákladově efektivní propojení s provozními zařízeními. APL propojuje I/O s provozními zařízeními prostřednictvím Ethernetu, čímž vytváří mnohem rychlejší komunikační vrstvu. Kromě toho APL harmonizuje fyzickou vrstvu tím, že zavádí jednu standardní fyzickou vrstvu, na kterou lze aplikovat více protokolů, čímž vytváří větší konzistenci ve způsobu fyzického propojení řídicích systémů s provozními zařízeními.

Schopnost zobrazit širší podmnožinu dat, než bylo tradičně k dispozici, bude muset být podpořena technologiemi, které operátorům a technikům pomohou, aby se v datech vyznali. Jednou z klíčových technologií, jež se bude v příštích letech hojně využívat, je řízení na bázi stavu (State-Based Control – SBC).

SBC kombinuje přechody mezi stavy iniciovanými operátorem a automatickou řídicí logikou, což operátorům umožňuje pomáhat procesům dosáhnout optimálního běhu v jakémkoli požadovaném stavu. V systému SBC řídí automatizační technologie zařízení a jednotky na základě aktuálního provozního stavu. Operátoři fungují jako manažeři procesu – zasahují do procesu pouze na výzvu v kritických bodech.

SBC také maximalizuje investice do řídicího systému tím, že zachycuje znalosti ve formě provozních pravidel, která mohou uživatelé využít. Nabízí nižší náklady na zaškolení a zvyšuje bezpečnost a provozuschopnost díky používání bezpečných stavů v jednotkách a komunikaci mezi jednotkami pro optimalizaci reakce na scénáře narušení závodu.

Operátoři se budou více soustředit na celkový obraz procesů, sledovat klíčové ukazatele procesů a přijímat kritická rozhodnutí s cílem udržet a zvýšit výkonnost, dostupnost a kvalitu. Nástroje, jako jsou simulace digitálních dvojčat (přesné virtuální repliky prostředí závodu), budou hrát klíčovou roli při pomoci operátorům činit ta nejlepší rozhodnutí, pokud se proces vyvíjí nesprávným směrem (obrázek 3).

Obrázek 3: Organizace působící v oblasti life sciences jsou na špici díky pokročilým technologiím, jako je simulace digitálního dvojčete, která umožňuje provozovatelům provádět testy ve virtuálním prostředí a zjistit, jak se plánované změny projeví, než je zavedou v reálném provozu

Namísto toho, aby operátoři učinili rozhodnutí, provedli je a doufali, že to byla správná volba, budou používat simulace k testování klíčových rozhodnutí v off-line prostředí.

Operátor v závodě si například může všimnout, že některý parametr procesu má špatný trend. Operátor si pomocí digitálního dvojčete vyzkouší nový postup a následně zjistí, že by se pohyboval příliš blízko limitu pro přerušení provozu. Aby se tomuto scénáři vyhnul, vyzkouší pomocí digitálního dvojčete další alternativy a objeví způsob, jak bezpečně uvést parametry procesu do souladu. Operátor je naváděn ke správnému rozhodnutí, aniž by musel cokoli testovat na reálně běžících procesech a zařízeních. Digitální dvojče bude k dispozici na pracovišti i v cloudu a bude standardní součástí většiny projektů.

Prioritou zůstává praktická hodnota

Moderní řídicí systém a cloud computing poskytnou nejrůznější způsoby centralizace a kontextualizace dat, což umožní malým skupinám kvalifikovaných pracovníků pokrýt širší geografické oblasti a zároveň poskytovat špičkové služby. Aby organizace získaly z těchto nových řešení co největší užitek, potřebují předem připravené a snadno aplikovatelné automatizační platformy, které jim pomohou vyvíjet se podle toho, jak se mění podmínky na trhu a v daném oboru. Řídicí systém bude vždy mozkem provozních operací, ale pro organizace, které přijmou nadcházející změny, se stane také prostředkem k provoznímu úspěchu celého podniku.

Sean Sims je viceprezident pro platformu DeltaV společnosti Emerson. Upravil Chris Vavra, ředitel pro webový obsah časopisu Control Engineering, CFE Media & Technology, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..