Когда производить модернизацию, переход или замену

Работая на производстве с устаревшими автоматизированными системами, не нужно быть гением для предвидения в будущем необходимости их значительных изменений. Перед вами краткое пособие, которое поможет вам выбрать наиболее целесообразные и выгодные в финансовом отношении варианты.

Усовершенствование систем управления (таких, как PLC (программируемые логические контроллеры), DCS (распределенные системы управления), HMI (человеко-машинный интерфейс) и периферийные системы: приводы, анализаторы и измерительные системы) включает два вида мероприятий. Одни мероприятия могут выполняться в автономном режиме, без остановки производства, тогда как другие связаны с выполнением действий в процессе работы и требуют остановки производственного оборудования. Основные задачи, относящиеся к этим двум видам деятельности, перечислены ниже.

Мероприятия по замене систем управления

Деятельность в автономном режиме

  • Пересмотр P&I
  • Пересмотр блок-диаграмм
  • Пересмотр графика для оператора
  • Пересмотр менеджмента аварийных сигналов
  • Конфигурация системы управления
  • Проверка функциональности системы управления
  • Отладка конфигурации с помощью имитации

Деятельность в процессе работы

  • Отсоединение и повторное подключение всех кабелей к новым платам ввода-вывода
  • Проверка целостности сигналов, поступающих с производства в системное программное обеспечение
  • Запуск
  • Ввод в эксплуатацию

Мероприятия, выполняемые в процессе работы, приводят к значительным простоям и потерям продукции. Типичное промышленное технологическое оборудование может заменить старую систему управления производственной линией, содержащую 50 функциональных блоков, 60 двигателей, 900 устройств и 2000 полей ввода-вывода. В зависимости от того, выполняется ли контроль двигателя в PLC или прямо в DCS, расчетное время простоя может измениться на 15%. 4 техника выполняют эту работу за две 8-часовых смены. Обычно помещения, где расположены стойки устройств ввода-вывода, небольшие, и попытки увеличить количество персонала не дадут желаемого результата. Как правило два техника могут проверить в среднем 15 сигналов за одну 8-часовую смену. При этом почасовая ставка составляет 50 долл. США/час, а за сверхурочную работу – 75 долл. США/час. Мы предполагаем, что в помещении, где расположены устройства ввода-вывода, имеются Marshalling стойки, что новые кабели были проложены между стойкой и новыми стеллажами ввода-вывода и что кабели промаркированы до отключения системы (см.  таблицу 1). Можно утверждать, что график выполнения вышеприведенных задач может снизить общее время простоя до 35 дней, но при этом не учитываются непредвиденные проблемы, часто возникающие при замене старых систем. В любом случае, 30 дополнительных дней простоя за бюджетный хозяйственный год приведут к потере около 10% дохода, и это не считая примерно 200 000 долл. США на замену устройств ввода-вывода и стоимости проверки.

Таблица 1. Производственные потери, стоимость замены устройств ввода-выводoв и их проверки
Задачи Дней простоя Затраты на оплату труда
Отключение и повторное подключение кабелей 5 $ 20,000
Проверка целостности сигналов 33 $ 163,200
Всего 38 $ 183,200

Это высокая цена, и даже если для замены системы управления были серьезные причины, то выгоды вряд ли перекроют затраты. Дилемма между перспективой длительной потери продукции и желанием заменить систему управления часто стоит в течение нескольких лет, прежде чем будет объявлено о проекте по реконструкции-модернизации или расширению. Эта работа влечет за собой простой производства в течение времени, необходимого для обновления и замены систем управления.

 

Замена оборудования ввода-вывода

У сообразительных разработчиков систем возникла идея о том, как связать новую систему управления с существующим оборудованием ввода-вывода, не трогая ни одного провода. Она открыла возможности для более дешевой модернизации, перемещения или замены с минимальным ущербом для производства.

Отключение и повторное подключение кабелей

Рисунок. Отключение и повторное подключение кабелей: в случае замены устройств ввода-вывода затраты могут быть огромными

Рисунок иллюстрирует концепцию цифрового преобразования и сохранения в запоминающих регистрах полевых сигналов ввода-вывода. Входные полевые сигналы преобразуются в точно заданные моменты времени в цифровые значения и сохраняются в запоминающих регистрах. Затем эти значения поочередно также в точно заданные моменты времени обрабатываются программами и алгоритмами и результаты обработки сохраняются в регистрах памяти, откуда передаются обратно для запуска, управления, контроля или остановки приборов и оборудования. Два основных способа подключения к платам ввода-вывода включают физическое соединение и коммуникационный интерфейс.

Выполнение цифрового преобразования сигнала ввода-вывода контура управления и сохранение в регистре памяти являются предметом рассмотрения при миграции/модернизации.

Физическое соединение – Два типа устройств ввода/вывода могут быть подключены к новой системе без отключения оконечных устройств:

  1. соединение плат через стойку – создание стойки для плат или соединителя плат, в которых можно установить альтернативные платы ввода-вывода. Перед реализацией этого метода необходимо проверить плату каждого типа (AI, AO, DI, DO, iDI, iDO) на существующей, работающей системе. Проверьте питание, полярность, цветовое кодирование, нулевые и заземляющие провода;
  2. соединение с поворотным разъемом – кабель от устройства подключается к разъему, который соединяется с электронной платой. Замена платы состоит в поднятии поворотного разъема, вставке новой платы и фиксации разъема.

 

Преобразование сигнала в типовом контуре управления

При выборе перехода или модернизации принимается во внимание способ выполнения цифрового преобразования сигнала ввода-вывода контура управления и его сохранения в регистре памяти. Использование комбинированного метода коммуникации интерфейса позволяет уменьшить время и потери, вызванные простоем.

Коммуникационный интерфейс – Этот тип подключения состоит в перехвате коммуникационного сигнала альтернативной платы ввода-вывода и преобразовании информации в формат центральной системы.

В обоих случаях особое внимание нужно обратить на следующие моменты:

  • Начальная диагностика устройств ввода-вывода;
  • Функции программирования устройств ввода-вывода;
  • Источники питания;
  • Целостность заземления (оптическая развязка).

Если оконечные устройства останутся нетронутыми, это приведет к значительной экономии. Таблица 2 иллюстрирует явные различия в стоимости и времени простоя при традиционном методе и комбинированном методе коммуникации интерфейса ввода-вывода [Замечание редактора: При составлении таблицы было сделано следующее предположение – четырем специалистам требуется шесть недель работы с обычной почасовой ставкой для проверки конфигурации программного обеспечения, связанного с работой 2 000 устройств ввода-вывода, о которых говорилось в таблице 1]

Таблица 2. Сравнение между «традиционной заменой устройств ввода-вывода» и «комбинированным соединением устройств ввода-вывода»
Традиционный метод замены устройств Комбинированное физическое соединение Комбинированный коммуникационный интерфейс
Задачи Дней простоя Затраты на оплату труда Дней простоя Затраты на оплату труда Дней простоя Затраты на оплату труда
Отключение и повторное подключение кабелей 5 $ 20,000 0 $ 0 0 $ 0
Проверка целостности сигналов 33 $163,000 0 $ 75,000 0 $ 50,000
Запуск и ввод в эксплуатацию 3 $ 32,000 3 $ 32,000 3 $ 32,000
Всего 41 $ 215,200 3 $ 107,000 3 $ 82,000

Устранение необходимости в отключении и повторном подключении проводов ведет к экономии. Более того, современные системы снабжены пакетами имитации, позволяющими проверять конфигурацию программного обеспечения с помощью регистров памяти ввода-вывода.

Часто проверка физического соединения при комбинированном методе коммуникации интерфейса ввода-вывода оказывается на 25-50% дороже, так как может потребоваться переименование адресов ввода-вывода в промежуточные адреса регистров, чтобы выполнить симуляцию, и их обратное переименование в исходные адреса после завершения проверки.

 

Полное и посекционное переключение

В предыдущем примере переключение потребовало трехдневной остановки производства. Такое переключение всей системы за одну остановку производства требует напряжения сил и не всегда практично. Степень уверенности в успехе зависит от хороших возможностей по управлению проектом, наличия персонала для планирования и исполнения и его опыта, технической поддержки, тщательного планирования, сложности, надежности и напряженности производства. Если выполнить переключение в один прием нереально, то это можно делать по частям — с регулярными, но более короткими остановками производства.

Технологическая линия должна быть разделена на отдельные секции, которые обычно разграничиваются накопительными емкостями или складскими площадками. Обычно, между отдельными секциями передается меньше управляющей информации. Это минимизирует количество критических блокировок и физических соединений, устанавливаемых для передачи сигналов между новой и старой системами на время перехода. Кроме того, при возникновении неизбежных проблем при запуске области промежуточного хранения дадут больше времени для устранения проблемы.

Такой подход потребует больше календарного времени и абсолютного количества рабочих часов для планирования и исполнения. Существующая документация должна быть обновлена. Перед переключением каждой секции требуется установление физических соединений для передачи сигналов, что часто ведет к коротким замыканиям или проблемам с заземлением и может вызвать остановку производства. Сосуществование двух систем продолжается в течение нескольких недель и существенно затрудняет работу операторов, поэтому в этот период им требуется круглосуточная поддержка.

Таблица решений : модернизация, переход или замена

Состояние существующей системы

Имеющееся в наличии на переход Хорошо документированная, с малым количеством дополнений и «заплaток» Плохо документированная, с большим количеством дополнений и «заплaток»
Недели Малый бюджет: переход
Значительный бюджет: замена
Малый бюджет: модернизация
Значительный бюджет: замена
Дни Малый бюджет: модернизация
Значительный бюджет: переход
Малый бюджет: модернизация
Значительный бюджет: замена

Примечание : Эти изменения при ограниченном времени на переход следует выполнять по частям, во время регулярных остановок производства на техническое обслуживание. При этом старая и новая системы будут существовать одновременно, обычно в течение нескольких месяцев, что предъявляет высокие требования к персоналу.

Модернизация или замена? Ответ зависит от состояния системы, времени и бюджета

Варианты выбора

Каковы бы ни были причины модернизации, выбор зависит от двух факторов: Какое время простоя в связи с переключением может позволить бюджет? Каков бюджет? Ответы на эти вопросы помогут определить, какой из вариантов выбрать:

Покупать новую или заменять. Всегда лучше установить новую систему управления. P&ID хорошо разработаны, стратегии функционирования и управления понятны, блок-диаграммы и контуры управления ясны. Интеграция с остальными системами предприятия проще и дает больше преимуществ. Замена системы управления как часть более общего проекта может дать достаточно времени для выполнения работы. Также очень рекомендуется заменить и установить новую систему, если в старую было внесено уже много добавлений и исправлений (а также не поддающихся исправлению „временных заплаток“) без должного документирования.

Если бюджет мал и времени недостаточно, то модернизация или миграция являются хорошим выбором.

Модернизация означает сохранение прежних устройств ввода-вывода, обычно приобретаемых у того же производителя, и переход на наиболее новую версию с той же самой архитектурой. Производители даже субсидируют этот тип конверсии. Это хорошее бизнес-решение, поскольку клиент остается у того же производителя, и это позволяет производителям постепенно свертывать старые системы.

Модернизация обычно выполняется с помощью утилит, которые переносят существующую конфигурацию и преобразуют существующие графические страницы. Это менее затратно. Однако имейте в виду, что некоторые конверторы только эмулируют старую графику, и графические файлы не удается открыть в графическом редакторе новой системы. Поскольку эти изменения обычно происходят при одновременном увеличении числа устройств ввода-вывода, то остается еще много работы.

Хотя модернизация является нужной и полезной, она может вызвать трудности. В течение нескольких недель могут возникать непредвиденные ситуации в поведении системы: функции будут отказываться работать, будут выдаваться неверные автоматические отчеты, могут происходить остановки производства.

Переход означает дополнительное подключение к существующим соединениям ввода-вывода без изменения оконечных устройств и переход на новую архитектуру системы (того же самого или другого производителя).

Принятие решения о переходе обычно зависит от следующих факторов: недовольство данным производителем, сомнения в его жизнеспособности, потребность во внедрении современных функций, построение систем информационного менеджмента (например, управления ресурсами, MES, LIMS), новые полевые шины, современные устройства управления, документация (конфигураторы контуров, которые генерируют схемы контуров), согласование данных, анализ тенденций и архивирование, технологические процессы и документация об изменении конфигурации, а также управление запасами.

Переход на новую архитектуру является сложной задачей из-за различий в функциональности не только между архитектурами, но и между производителями. Даже при наличии автоматических конвертеров программ функции приходится повторно просматривать и некоторые реконструировать. Любой переход или модернизация также дают возможность для оптимизации производства и модификации процедур. За редкими исключениями, старые технологические процессы можно сделать более эффективными, применив современные знания и методы.

Приведенная „Таблица решений“ является руководством по принятию решения о том, какой путь выбрать, если пришло время усовершенствовать систему управления. Определяющими факторами являются: состояние существующей системы, имеющееся в наличии время на переход и бюджет.

Какое бы решение ни было принято, система управления определит судьбу всего производства на следующие несколько десятилетий. Соответственно этот вопросу следует серьезно рассмотреть. Поэтому выполните свое домашнее задание, спланируйте все заранее и напишите подробные спецификации. Просмотрите существующую документацию и обновите ее. Обратитесь за помощью к специалистам.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *