Přístrojový a řídicí systém: Modernizovat, nebo udržovat?

Obrázek 1: Aktualizované hardwarové a softwarové technologie mohou usnadnit cestu šesti kroky úspěšné modernizace. Například v distribuovaném řídicím systému (DCS) společnosti Yokogawa mohou modernizované stanice lidské obsluhy (HIS) Yokogawa Centum VP přistupovat ke stávajícím starším řídicím prvkům Centum podobným způsobem jako u nejnovějších řídicích prvků Centum VP. Ilustrace poskytla společnost Yokogawa Obrázek 1: Aktualizované hardwarové a softwarové technologie mohou usnadnit cestu šesti kroky úspěšné modernizace. Například v distribuovaném řídicím systému (DCS) společnosti Yokogawa mohou modernizované stanice lidské obsluhy (HIS) Yokogawa Centum VP přistupovat ke stávajícím starším řídicím prvkům Centum podobným způsobem jako u nejnovějších řídicích prvků Centum VP. Ilustrace poskytla společnost Yokogawa

Nejlepší postupy: Jak dosáhnout úspěšné modernizace závodu a jak se na projekt správně připravit.

Pokud je projekt modernizace přístrojového a řídicího systému (Instrumentation and Control System – I&CS) dobře naplánován, může migrace i rozsáhlého systému přecházet z fáze do fáze včas a v rámci rozpočtu, což vede k významnému zlepšení provozu. Nové nástroje usnadňují migraci s nižšími náklady. Chytré, softwarově konfigurovatelné I/O lze kombinovat se standardními, inteligentními rozvodnými skříněmi, což snižuje nutnost práce na dokumentaci o 80 % a návrhu zapojení o 90 %.

Tři tipy pro I&CS

Výzvou projektu modernizace závodu ve srovnání s projektem typu brownfield nebo greenfield je, že pořadí výstavby musí být velmi přísně kontrolováno. Ve většině případů musí být projekt „reinstrumentace“ zprovozněn v rámci omezeného časového okna pro vypnutí. Reinstrumentace se může týkat výměny pouze provozních přístrojů nebo celého systému I&CS. Na rozdíl od flexibilnějšího projektu budování nového závodu musí reinstrumentace zohledňovat stávající konstrukci a rizika v běžícím závodě. Existují tři typické scénáře modernizace.

1. Postupný upgrade

Na rozdíl od úplného upgradu systému se postupný upgrade týká upgradu základny komponent. Příklad: Stanice rozhraní člověk–stroj (HMI) se upgradují jedna po druhé bez zastavení řídicích jednotek. Například nahrazení jednoho řídicího prvku, který dohlíží na určitou oblast, bez zastavení ostatních řídicích prvků. Největším přínosem postupné modernizace je minimalizace časových ztrát ve výrobě a zmírnění rizika úplného výpadku výroby. Harmonogram modernizace lze stanovit s ohledem na výrobní a údržbové plány a na rozpočet koncového uživatele.

Klíčovou technologií pro dosažení výše uvedeného je schopnost stávajícího hardwaru a softwaru řídicího systému spolupracovat a koexistovat s novým hardwarem a softwarem. Příklad: V distribuovaném řídicím systému (DCS) mohou modernizované stanice lidské obsluhy přistupovat ke stávajícím starším řídicím prvkům podobným způsobem jako nejnovější řídicí prvky. Schopnost řídit a monitorovat on-line zůstává zachována i v případě, že provozní řídicí prvky a další stanice HMI pracují se staršími verzemi softwaru. Dodavatelé DCS tomu říkají postupná kompatibilita.

Při použití metody postupného upgradu v systémech, které mají osm nebo více fyzických pracovních stanic a serverů, je třeba zvážit virtualizaci těchto počítačových prostředků. Technologie virtualizace snižuje počet fyzických pracovních stanic a serverů tím, že je hostuje na virtualizačních serverech. K přínosům virtualizace patří snížení nároků na hardware, eliminace nákladů na energii, zjednodušení správy systémů, nižší celkové náklady na vlastnictví, lepší dostupnost systému a rychlé zotavení po poruše. Většinu hardwaru DCS a přidružených komponent, jako jsou datové sklady, systémy správy výrobních prostředků a servery OPC, lze upgradovat do virtualizovaného prostředí.

Příklad: DCS lze virtualizovat pomocí clusterů s vysokou dostupností, které poskytují výhody, jako jsou redundance s automatickým převzetím služeb při selhání, možnost živé migrace virtuálních počítačů, lepší zabezpečení, vyhrazené úložiště a rychlé obnovení po havárii. 

2. Migrace z jiné značky

Většina dodavatelů DCS a řada systémových integrátorů vyvinula komplexní strategie migrace na konkurenční systémy. Konzultativní „proces migrace s přidanou hodnotou“ je vícefázový přístup. Tento přístup zahrnuje kromě procesu migrace systému také studii proveditelnosti a průzkum pracoviště s analýzou nedostatků, identifikuje úzká místa, navrhuje praktická protiopatření a odhaduje výsledné zvýšení zisku a návratnost investic (ROI) při použití náhradních systémů a řešení. Specialisté na migraci systému se podílejí na všech fázích procesu.

Příklad: V rámci migrace je možné nahradit mnoho starších řídicích prvků a procesních jednotek rozhraní vstupy/výstupy (I/O) a řídicími prvky pomocí speciálních ranžírovacích panelů a adaptérových kabelů, které se připojují ke stávajícím starším svorkovnicím. Dodavatelé a integrátoři systémů rovněž vyvinuli různé nástroje pro převod databází, které slouží k převodu technických informací ze systémů třetích stran do technické databáze v novém systému. Na základě zkušeností z projektů lze s těmito konverzními nástroji ušetřit až 20 % nákladů na technické práce.

3. Výměna provozní přístrojové techniky

Podstatnou část investičních nákladů na I&CS představují provozní přístroje, jako jsou aktuátory, průtokoměry a převodníky. Dnešní digitální inteligentní systémy automatizace procesů a připojené provozní přístroje dokážou mnohem více než starší systémy. Provozovatelé závodů by měli využívat možnosti, jako je umělá inteligence, prediktivní údržba a integrální diagnostika přístrojů a procesu. Dobrá investice na počátku zahrnuje plánování a návrh modernizace závodu, aby bylo možné přezkoumat řídicí schémata, revidovat je a zlepšit, rozhodnout, jak nejlépe implementovat a zdokonalit řídicí metody, a nasadit nejnovější technologie.

CTL2209 MAG2 F1 APC Yokogawa pt2 Figure 3 Project execution guidelinesObrázek 2: Pokyny pro úspěšnou realizaci projektu zahrnují následující kroky. K funkcím dostupným v rámci upgradu patří například virtualizace stanice Centum VP společnosti Yokogawa pomocí clusterů s vysokou dostupností (HAC), které poskytují výhody, jako je redundance s automatickým převzetím služeb při selhání, možnost živé migrace pro virtuální stroje, vylepšené zabezpečení, vyhrazené úložiště a rychlé zotavení po havárii

Osvědčené postupy a doporučení

Pro realizaci projektů reinstrumentace se doporučuje vybrat generálního dodavatele automatizace (GDA). GDA zajišťuje nasazení týmu s odpovídajícími dovednostmi. Využití týmu znalých lidí pro definici rozsahu umožňuje včasné dodání projektu a snižuje rizika výpadků nebo odstávek. GDA je partnerem v oblasti automatizace, který je schopen zpracovávat řešení a služby od fáze předběžného technického návrhu (Front-End Engineering Design – FEED) přes podrobný návrh a výstavbu až po spuštění a předání do provozu. Další metodiky realizace projektů byly vyvinuty prostřednictvím společných inovací koncových uživatelů a dodavatelů systémů. Příklad: Agilní realizace projektu s využitím paralelních programových cest namísto tradičního, vodopádového přístupu, kdy se projekt realizoval jednou sériovou cestou.

Vývoj architektury I&CS

Stejně jako předběžný provozní průzkum musí být před zahájením projektu vypracována předběžná architektura systému. Jedná se o stále aktuální dokument, jehož rozsah se aktualizuje podle vývoje v průběhu studie FEED. Přesné výkresy a schémata smyček by mohlo být obtížné najít; mohly by se nacházet v osobních složkách vedených techniky. Jsou klíčem k určení historie změn, aby bylo zajištěno, že nový řídicí systém bude poskytovat stejné funkce jako nahrazovaný systém.

Spolupráce mezi koncovým uživatelem a dodavatelem nebo integrátorem systému zajišťuje, že jsou plně pochopeny výkresy procesů a přístrojů (P&ID), schémata měření a řízení, aby bylo možné je implementovat do DCS a bezpečnostního přístrojového systému (SIS). U posledně jmenovaného zahrnuje požadovaná dokumentace analýzu nebezpečí a provozuschopnosti (HAZOP) a analýzu vrstvy ochrany (LOPA).

Veškeré příležitosti a rizika by měly být identifikovány během průzkumu lokality a studie FEED. Vylepšené řídicí strategie zajišťují vyšší spolehlivost a přísnější kontrolu.

Bezpečnostní přístrojové systémy se často kombinují s procesním řízením, kdy bezpečnost a procesní logika koexistují ve stejném procesoru (DCS nebo PLC). Oddělenost bezpečnostních systémů je dnes požadavkem podle normy IEC 61511, podle níž by bezpečnostní systémy měly být určeny pouze pro aktiva kritická z hlediska bezpečnosti. Během předběžného průzkumu lokality to bude klíčová složka při identifikaci bezpečnostní a procesní segregace a zastaralosti stávajících systémů plnících bezpečnostní funkce.

CTL2209 MAG2 F1 APC Yokogawa pt2 Figure 5 Automation component lifecycles yearsObrázek 3: Znalost typických životních cyklů různých automatizačních komponent v průběhu let může pomoci při plánování budoucích modernizací. Softwarová prostředí, jako je například sada AD Suite společnosti Yokogawa, usnadňují realizaci projektu, integraci systému a realizaci pracoviště

Stanovení rozsahu projektu reinstrumentace

Projekty reinstrumentace jsou jako maratony. Reinstrumentační tým musí udržovat jasnou vizi dokončení projektu a měřítka úspěšnosti projektu. Stanovení motivace a priorit pro upgrady pomůže naplánovat a určit rozsah projektu reinstrumentace. U projektů reinstrumentace závodu typicky dochází ke změnám rozsahu. Úspěch zajistí dobře zavedený proces řízení změn, který umožňuje řádné změny a minimalizuje dopady na financování a harmonogram. Proces řízení změn musí zohledňovat riziko poruchy zařízení, neplánovaných odstávek nebo zpoždění plánovaných odstávek závodu.

Kevin Finnan je poradce pro průzkum trhu a strategii společnosti Yokogawa. Upravil Mark T. Hoske, obsahový ředitel časopisu Control Engineering, CFE Media and Technology, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..

Control Engineering Česko

Control Engineering Česko je přední časopis o průmyslové automatizaci. Je vydáván v licenci amerického Control Engineering, které poskytuje novinky z této oblasti více než 60 let.

www.controlengcesko.com