WHITE PAPER ΙΟΥΝΙΟΥ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ :

Transcript

1 WHITE PAPER ΙΟΥΝΙΟΥ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ : 1) ΕΞΥΠΝΑ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΑ ΤΟΥ ΜΕΛΛΟΝΤΟΣ ΟΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΠΟΥ ΘΑ ΦΕΡΕΙ ΤΟ INDUSTRY 4.0 2) ΑΠΟΦΕΥΓΟΝΤΑΣ ΤΗΝ ΡΟΥΤΙΝΑ ΤΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΙΚΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ ΜΕΣΩ ΤΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΤΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ 3) Η ΔΙΑΦΟΡΑ ΜΕΤΑΞΥ SCADA KAI ΗΜΙ 1

2 1) ΕΞΥΠΝΑ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΑ ΤΟΥ ΜΕΛΛΟΝΤΟΣ ΟΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΠΟΥ ΘΑ ΦΕΡΕΙ ΤΟ INDUSTRY 4.0 Το INDUSTRY 4.0, συχνά ονομάζεται και σαν Τέταρτη βιομηχανίκη επανάσταση, είναι στην ουσία το ζωντανό δίκτυο μηχανηματών, άνθρωποι και μηχανές εμπλέκονται σε πραγματικό χρόνο και βελτιστοποίουν ολόκληρη την γραμμή παραγωγής. Αυτή η έξυπνη μηχανική υπόσχεται υψήλη αποδοτικότητα παραγωγής σε όλη την αλυσίδα παραγωγής ενός εργοστασίου. Η βελτιστοποίηση και η προσαρμοστηκότητα της ροής, η συνεχής παρακολούθηση του προ ι όντος, η προληπτίκη συντήρηση και η real-time απόθηκη είναι μερικοί από τους στόχους του INDUSTRY 4.0. Μέχρι το 2020 η βιομηχανίες στην Ευρώπη θα επενδύσουν 120 δισεκατομύρια δολλάρια σε βιομηχανίκες εφαρμογές ίντερνετ. Ο γρήγορος ρυθμός της αυτοματοποίησης και της διασυνδεσιμότητας στα σχέδια των βιομηχανίων, έχουν τοποθετήσει στον σχεδιασμό αυτό την όσο και πιο γρήγορη αφομίωση των τεχνολογιών που φέρνει το INDUSTRY 4.0. Εξοπλίζοντας της μηχανές και τα επιμέρους 2

3 τμήματα με αισθητήρες με δυνατότητα σύνδεσης στο διαδίκτυο είναι το πιο σημαντικό βήμα που πρέπει να γίνει. Η ανάλυση των δεδομένων και οι πλατφόρμες προγραμμάτων, που γίνεται αυτή η ανάλυση των δεδομένων, είναι εξίσου σημαντίκη. Πιο κάτω θα τονίσουμε μερίκα σημαντικά στοιχεία σε ότι αφορά το INDUSTRY 4.0 από την οπτίκη γωνία των ηλεκτρονικών συστημάτων. EMBEDDED αισθητήρες : Η χρησιμοποιήση των αισθητήρων στην βιομηχανία προηγείται της τεχνολογίας των ημιαγωγών. Όμως, χάριν στην γρήγορη πρόοδο και την καινοτομία στους embedded αισθητήρες και στην ΜΕΜ τεχνολογία, μία ευρύτερη χρησιμοποίηση των αισθήτηρων στην παραγωγή είναι πραγματικότητα. Η ανάπτυξη των embedded αισθητήρων, στις περισσότερες των περιπτώσεων, θα είναι συμπληρωματική των βιομηχανικών αισθητήρων. Η ενσωμάτωση μαγνητικών, υπέρηχων και οπτικών αισθητήρων σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα ( CHIP ) διευκολύνει την προγνωστική συντήρηση και στην πρόγνωση βλαβών στα υποσυστήματα των μηχανών χωρίς καμία επίδραση στην υπάρχουσα υποδομή. Η προληπτική συντήρηση, με την συλλογή των δεδομένων από το δίκτυο των αισθητήρων, θα είναι πιο αποδοτική. Embedded επεξεργαστές : Λειτουργώντας σε αυτό το περιβάλλον, το οποίο είναι στην κορύφη των απαιτήσεων, χρειαζόμαστε επεξεργαστές που να λειτουργούν με πάρα πολλή μίκρη κατανάλωση ενέργειας. Η επεξεργασία των δεδομένων τοπικά είναι κρίσιμη σε σύστηματα αισθητήρων πραγματικού χρόνου και χαμήλης ισχύος. Η χαμηλής ισχύος επεξεργαστές με καταναλώση ενέργειας χαμηλότερη απο 70 ua/mhz που συμπεριλαμβάνουν και την τεχνολογίας NVM (non volating memory π.χ FRAM) είναι η καρδιά του έξυπνου κόμβου επεξεργασίας δεδομένων και αισθητήρων. ΔΙΚΤΥΟ : Η ευρέων δυνάτοτητα δικτύωσης είναι ένα σημαντικό κομμάτι της καθιέρωσεις του βιομηχανικού ίντερνετ. Η αξιοποιήση των ασύρματων και ενσύρματων δικτύων επίτρεπει ένα δίκτυο υψήλης κίνησης και διανόμης δεδομένων από έξυπνες μηχανές και τμήματα ένος εργοστασίου ή μίας παραγωγικής διαδικασίας. Το βιομηχανικό ίντερνετ έχει υιοθετήθει σε πόλλες εφαρμογές και ασύρματες τεχνολογίες, όπως το WIFI, 6LoWPAN και BLUETOOTHSmart. Μία χαμηλής ενεργείας embedded MCU ( microcontroller unit) με διασυνδεσιμότητα και εξύπνη διαχείρηση ενέργειας μπορεί να λειτουργεί σε μία κυψέλη μεγέθους νομίσματος για 10 χρόνια. ISOLATION ( ηλεκτρονική μόνωση ) : Η τεχνολογία του isolation έχει χρησιμοποίηθει ευρέως σε βιομηχανικές εφαρμογές για παρέχει αξιόπιστη λειτουργία και προστασία από τον θόρυβο. Μεταφέροντας δεδομένα με υψήλο ρυθμό και σήματα από αισθητήρια και για έλεγχο, τα όρια του isolation είναι σημαντικά πολλά βιομηχανικά συστήματα. Υψηλή αποδοτικότητα και ανθεκτικότητα απέναντι σε υπέρτασεις και 3

4 υψηλής ισχύος ρεύματα είναι απαραίτητα στα βιομηχανικά ηλεκτρονικά, Plc, επικοινωνίες ελέγχου ροπής κινήτηρων και βιομηχανικό ίντερνερ είναι μερικές εφαρμογές στην βιομηχανία που απαιτούν υψηλής αποδοτικότητας isolation ( μόνωσης ). Συμπερασματικά, έξυπνη διαχειρήση ενέργειας και ακρίβεια είναι τα συστατικά για όλα τα παραπάνω υποσυστήματα. Ασφάλεια και αξιοπιστία είναι πρωταρχικές απαιτήσεις και απαραίτητα για την ανάπτυξη έξυπνων μηχανών στους χώρους παραγωγής των εργοστασίων. Υψηλής αξιοπίστιας και ένα ασφαλές δίκτυο από σφάλματα και χάκερς είναι επίσης σημαντικό για την ανάπτυξη των μηχανών αυτών στην βιομηχανία. Οι τεχνολογίες Μ2Μ(MACHINE TO MACHINE) και IoT (INTERNET OF THINGS) είναι θέματα που συζητιούνται χρόνια. Αλλά μέχρι πρόσφατα και χάρη στην ανάπτυξη της τεχνολογίας των ημιαγωγών, η αγόρα της βιομηχανίας έκανε ένα μέγαλο τεχνολογικό άλμα προς την κατεύθυνση των έξυπνων μηχανών. Βρίσκομαστε στο κατώφλι της επόχης που ονομάζεται INDUSTRY ) ΑΠΟΦΕΥΓΟΝΤΑΣ ΤΗΝ ΡΟΥΤΙΝΑ ΤΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΙΚΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ ΜΕΣΩ ΤΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΤΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ 4

5 Η ικανότητα να προβλέπεις πότε ένα μηχάνημα θα παρουσιάσει βλάβη είναι το άγιο δισκοπότηρο της βιομηχανικής συντήρησης. Χρησιμοποιόντας τα δεδομένα από τους αισθήτηρες της μηχανής, ο μηχανικός προσδιορίζει την καλύτερη και πιο αποδοτική ενέργεια για να αντιμετωπίσει την βλάβη μιας μηχανής ή ενός υποσυστήματος της πριν αύτο οδηγηθεί σε οριστική βλάβη. Πολλές εταιρείες ακομά διστάζουν να κατευθυνθούν προς την κατεύθυνσης της προληπτικής συντήρησης. Οι άνθρωποι που είναι υπεύθυνοι να παίρνουν αποφάσεις για την συντήρηση,συνήθως τα τμήματα αυτά σε μια επιχείρηση είναι υποστελεχωμένα ή αναγκάζονται να κόψουν δαπάνες, καταναλώνουν χρόνο σε λύνοντας το πρόβλημα που παρουσιάστηκε αντί να επενδύσουν σε μια πρόγραμμα προληπτικής συντήρησης. Ένα πρόγραμμα πρόγνωσης ανάλυσης βοηθάει το τμήμα συντήρησης ενός εργοστασίου να διακοψούν το σύνηθες πρόγραμμα αντιμετωπίσεις βλαβών από ένα πρόγραμμα παρακολούθησεις της κατάστασης του εξοπλισμού μέσω των αισθητήρων, αναλύοντας τα δεδομένα και πραγματοποιόντας τις κατάλληλες ενέργειες. Παρά τον μεγάλο όγκο δεδομένων της προληπτικής ανάλυσης, οι μηχανικοί της πληροφορικές ανέπτυξαν και σχεδίασαν προγράμματα λειτουργικά που είναι εύκολα στον χειρισμό και στην κατανοήση των πληροφοριών που μεταφέρουν. Που σημαίνει ότι ένας τεχνίκος σε ένα εργοστάσιο δεν χρείαζεται έναν επίστημονα για να του εξηγήσει της πληροφορίες που έρχονται από τους αισθητήρες των μηχανημάτων παραγωγής. ΠΡΟΛΗΠΤΙΚΗΣ Vs ΠΡΟΓΝΩΣΤΙΚΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ Η χρήση της προγνωστικής συντήρησης στην βιομηχανική συντήρηση έχει πολλές ονομασίες : προληπτική διαχείρηση εξοπλισμού, διαχείρηση αποδόσης εξοπλισμού, συντήρηση βάση της κατάστασης και σύντηρηση βάση την κατάσταση του εξοπλισμού. Στην πραγματικότητα επικρατεί μια σύγχηση γύρω από τους ορισμούς προγνωστική και προληπτική συντήρηση. Μερικές φορές οι δύο ορισμοί χρησιμοποιούνται με το ίδιο νόημα. Πιο συχνά, η προληπτική συντήρηση συνιστά την συντήρηση, με εργασίες που γίνονται ημερολογιακά μέσω ενός προγράμματος διαχείρησης. Αν και η προληπτική συντήρηση είναι ένα σημαντικό κομμάτι της γενικότερης στρατηγικής συντήρησης, δεν λαμβάνει στα υπόψιν το πόσο ο εξοπλισμός έχει χρησιμοποιηθεί ή κατώ από ποιες συνθήκες λειτουργεί. 5

6 Επιπλέον η προγραμματισμένη συντήρηση δεν μπόρει να αναγνωρίζει τα προβλήματα που παρουσιάζονται μεταξύ των προγραμματισμένων χρονικών συντηρήσεων.η προγνωστική συντήρηση από την άλη πλευρά παρακολουθεί σε πραγματικό χρόνο τα δεδομένα από της μηχανές, όπως η κατανάλωση ενέργειας, τους κραδασμούς, τις δονήσεις και την θερμοκρασία. Το πρόγραμμα της προγνωστικής συντήρησης αναλύει όλα αυτά τα δεδομένα και το ιστορικό της κάθε μηχανής και προβλέπει το που θα δημιουργηθεί πρόβλημα στην παραγωγική διαδικασία. Ο στόχος της προγνωστικής συντήρησης είναι να αναγνωρίσει το πρόβλημα νωρίς πριν δημιούργηθει πρόβλημα στην μηχανή άρα και στην παραγωγική διαδικασία. Το να αναγνωρίσουμε το πρόβλημα νωρίς δίνει το πλεονέκτημα στην παραγώγη και στους τεχνικούς να καθορίσουν τον τρόπο αλλά και το πότε θα γίνει η επισκευή χωρίς να δημιουργηθεί πρόβλημα στην παραγωγή. Αυτό επιτρέπει στις εταιρείες καταλαβούν οτί τον χρόνο που χάνουν σε ξαφνικές βλάβες να τον αντικαθιστούν με την πρόγνωση και τον προγραμματισμό της συντήρησης. Επίσης οι προγνωστική συντήρηση επιτρέπει την καλύτερη διαχείρηση των ανταλλακτικών, το κέρδος από τις χαμένες εργατοώρες άσκοπων συντηρήσεων και την βελτίωση της παραγωγικής διαδικασίας. ΠΑΤΩΝΤΑΣ ΤΗΝ ΣΚΑΝΔΑΛΗ Εφαρμόζοντας ένα πρόγραμμα προγνωστικής συντήρησης σύχνα απαίτει αλλάγη κουλτούρας, το οποίο είναι το πιο σημαντικό εμπόδιο για τους μηχανικούς να ξεπεράσουν περνώντας από την λογική της προληπτικής συντήρησης στην προγνωστική λογική. 6

7 Το πιο κοινό πρώτο βήμα είναι η ιεράρχιση του εξοπλισμού ως προς το ποια μηχανήματα θα παρακολοθούνται σε πραγματικό χρόνο και σε ποιο βαθμό. Τις περισσότερες φορές οι άνθρωποι πιστεύουν ότι πρέπει να μπαίνουν αισθητήρες στον πιο ακριβό εξοπλισμό, αλλά εξίσου σημαντικό είναι να παρακολουθούνται και τα πιο κρίσιμα για την παραγωγή μηχανήματα. Στις πιο πολλές περιπτώσεις οι εταιρείες εφαρμόζουν ένα πρόγραμμα προγνωστικής διαχείρησης στα μηχανήματα παραγωγής τα οποία έχουν ήδη αισθητήρια. Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε ότι μπορούμε να στέλνουμε δεδομένα από ένα μηχάνημα σε ένα λογαριασμό cloud αρκέτα εύκολα και με μικρό κόστος αν έχεις το κατάλληλο λειτουργικό σύστημα. Συνήθως πριν την εφαρμογή ενός προγράμματος προγνωστικής συντήρησης, η εταιρεία που θα αναλαβεί να το στήσει θα στείλει εξειδικευμένο προσωπικό να επιθεωρήσει τον εξοπλισμό και για να συζητήσει με τους χειριστές των μηχανών καθώς και με το προσωπικό συντήρησης. Όλα αυτά για να στηθεί το πρόγραμμα στις ανάγκες της κάθε παραγωγής. Όταν οι διευθύντες μίας επίχειρησης ή οι μέτοχοι ή το τεχνικός προ ι στάμενος δεί τα πλεονεκτήματα της προγνωστικής συντήρησης στα υψήλης αξίας μηχανήματα που διαθέτουν τότε θα αρχίσουν να προσθέτουν αισθητήρες για να επεκτείνουν και να αναβαθμίσουν το εύρος της δυνατότητας διάγνωσης. Όσο η τεχνολογία των ασύρματων αισθητήρων βελτιώνεται, τόσο θα μεγαλώνουν και οι επιλογές που θα προσφέρει η αγόρα στις βιομηχανίες, μέχρι να φτάσουμε σε ένα επίπεδο να είναι η εγκατάσταση αυτών των αισθητήρων εύκολη και οικονομίκη. 7

8 Ωστόσο για ορισμένες βιομηχανίες οι αισθητήρες αυτοί θα είναι ένα μεγάλο έξοδο. Αλλά επειδή δεν χρειαζόνται όλα τα μηχανήματα σταθέρους αισθητήρες δεδομενών πραγματικού χρόνου, ημιμονίμοι αισθητήρες και ασύρματα εργαλεία οπώς βολτόμετρα και υπέρυθρες κάμερες θα δίνουν την δυνατότητα στις βιομηχανίες αυτές να έχουν για κάποιο χρονικό διάστημα τα δεδομένα που χρείαζονται. ΑΠΛΟΠΟΙΟΝΤΑΣ ΤΗΝ ΠΟΛΥΠΛΟΚΟΤΗΤΑ Όπως η προγνωστική ανάλυση υπόσχεται αύξηση της απόδοσης της συντήρησης, έτσι και το πρόγραμμα διαχείρησης των δεδομένων πρέπει να είναι απλό στην εφαρμογή και ευκολονόητο για τους χειριστές του. Ο σκοπός του προγράμματος είναι να μετατρέψει την ρόη των δεδομένων από τους αισθητήρες σε πραγματοποιήσιμες πληροφορίες, ώστε το προσωπικό της συντήρησης να κατανοήσουν εύκολα τι προκαλεί την πληροφορία που έχουν από το σύστημα για την επερχόμενη βλάβη. Επιπλέον, χαρακτηριστίκα μέσα στο προγράμμα όπως μία μπάρα κατάστασης της μηχανής, γραφικά και δείκτες απόδοσης βοηθούν τους τεχνικούς να καταλαβούν καλύτερα τις πληροφορίες. Πάρα την εστίαση των εργοστασίων στην φιλοσοφία EASY-OF-USE (ευκολία χρήσης ), χρείαζονται ακόμα στο να επενδύουν στην εκπαίδευση του προσωπικού. Οι μηχανικοί πληροφορικής κατασκευάζουν προγράμματα που δείχνουν τι μπόρει να γίνει στο μέλλον σε ένα μηχάνημα. Η προγνωστική διάγνωση χρείαζεται επίσης την επένδυση στην αναβάθμιση του λειτουργίκου προγράμματος, στους αισθητήρες και στην εκπαίδευση του προσωπικού. Με την κατάλληλη εφαρμογή της προγνώστικης ανάλυσης, μπόρουμε να πέτυχουμε απρόβλεπτες βλάβες, μείωση των δαπανών συντήρησης και επέκταση της ζωής των μηχανηματών. 8

9 3) Η ΔΙΑΦΟΡΑ ΜΕΤΑΞΥ SCADA KAI ΗΜΙ Πολλοί αναρωτιούνται ποια η διαφορά μεταξύ SCASA (Supervisor Control and Data Acquisition Εποπτίκος Έλεγχος και Συγκέντρωση Δεδομένων) και HMI (Human Machine Interface Διασύνδεση Ανθρώπου Μηχανής ). Αν και μπορεί και τα δύο συστήματα να έχουν κάποιους τομείς που να επικαλύπτει το ένα το αλλό, ιδιαίτερα τώρα με τα enhanced HMI ( αναβαθμισμένα HMI ) ή τους υπολογιστές CE, υπάρχουν κάποια σαφή σημεία που διαφέρουν μεταξύ τους. Το SCADA αναφέρεται συχνά σε ένα σύστημα γιατί συχνά συμπεριλαμβάνει πολλαπλούς ελεγκτές και υπολογιστές. Επείδη ένα σύστημα βασίζεται σε έναν υπολογιστή δεν σημαίνει οτί είναι και SCADA. Συνήθως ένας υπολογιστής χρησιμοποιείται γιατί εκτός από το HMI πρόγραμμα τα άλλα προγράματα που χρησιμοποιούνται απαίτους υπολογιστή. Επίσης ένας υπολογίστης χρησιμοποίειται γιατί μεγάλος όγκος δεδομένων απαιτείται να αποθηκευτεί και να ανακτήθει. Πολλές φορές κατασκεύαζονται μηχανήματα με ΗΜΙ που βασίζονται σε πλατφόρμες υπολογιστή επείδη οι χειριστές ή το προσωπικό συντήρησης τους είναι πιο εύκολο να συγκεντρωθούν όλα τα συστήματα χειρισμού σε έναν υπολογιστή. 9

10 HMI βασισμένα σε υπολογιστή έχουν μεγαλύτερες δυνατότητες από τα ειδικά HMI. Όταν τα κλασικού ελέγχου HMI στοιχεία που ρυθμίζονται ώστε να εισάγουν δεδομένα ή να απεικονίζουν δεδομένα σε συνεργασία με ένα PLC, ένας ελεγκτής SCADA προσφέρει κατί περισσότερο από το να ακολουθείς μία ρουτίνα εντόλων μέσα σε μία σουίτα προεγκατεστημένων προεπιλογών. Για να χαρακτηριστεί ένα σύστημα SCADA πρέπει να έχει στοιχεία ελέγχου και επεξεργασίας δεδομένων. Τα ΗΜΙ συστήματα μπόρουν να ελέγχουν τα δεδομένα μέσω ενός PLC. Πόλλα σύγχρονα ΗΜΙ συστήματα προσφέρουν και ορισμένες δυνατότητες ελέγχου μέσω αυτών. Τα σύστημα υπολογιστών αποτύπωνουν τα δεδομένα σε αρχεία EXCEL και ACCESS, αλλά στην πραγματικότητα δεν κάνουν κανένα έλεγχο παρά μονο διαχείρηση δεδομένων και δεν θεωρούντα SCADA αν και αποκαλούνται έτσι. Τυπίκα κανένας έλεγχος μηχανής δεν χρησιμοποιεί SCADA,εκτός και αν είναι σε συνδυασμό με άλλες μηχανές και είναι στο σχέδιο του ΙΤ ( INFORMATION TECHNOLOGY )συστήματος του εργοστασίου. Το SCADA είναι σχεδόν παρόν σε όλα τα συστήματα ελέγχου, εν μέρει γιατί γιατί τα σύστημα αυτοματισμού είναι μεγάλα και διαχείριση των δεδομένων απαιτεί χρόνο για να ολοκληρωθεί. Σε αυτές τις περιπτώσεις είναι σημαντικό το σύστημα να αποθηκεύει μεγάλο όγκο δεδομένων και να έχει την δυνατότητα να διακόπτει την λειτουργία του συστήματος εκτός του ελεγκτή. 10

11 Υπάρχουν πολλές απόψεις για το θέμα αυτό, και πολλές φόρες οι εταίρειες αποκάλουν SCADA συστήματα διαχείρησης δεδομένων ή επείδη η μηχανή έχει 5 ΗΜΙ και αποθηκεύει πολλά δεδομένα στο PLC. Ενώ οι άνθρωποι μπορούν να ονομάζουν όπως θέλουν κάτι, στο να δώσουμε ένα ορισμό το τι σημαίνει SCADA αυτό βγαίνει από τις προ υ ποθέσεις που ορίζεται ένα συστήμα ώστε να αποκαλείται SCADA ή ΗΜΙ. 11