Životnost řídicího systému: Jaká doba je dostatečná?

-- 20.03.10 20:43

Mnoho řídicích systémů ze 70. let minulého století je stále ještě v provozu. Jaká by tedy měla být vaše očekávání, pokud jde o životnost zařízení?

V rámci uživatelské skupiny dodavatele řídicích systémů nedávno jeden z přednášejících prezentoval technologickou cestovní mapu a uvedl, že jeho firma navrhuje své systémy s předpokládanou životností nejméně 30 let. Je to možné a je to vůbec dobrý nápad? Snažíte-li se určit, jaká bude praktická životnost řídicího systému, možná budete muset počkat několik let. Mnoho raných systémů nebo přinejmenším součásti těchto systémů stále běží a nevypadá to, že by se měly k odchodu. S ohledem na tuto skutečnost – jaká by tedy měla být vaše očekávání? Začněme určením, co vlastně myslíme řídicím systémem. Pokud jde o typický zpracovatelský závod, automatizaci tvoří provozní zařízení připojená k I/O kartám, které jsou spojeny s centrálním řídicím prvkem.

Tento řídicí prvek komunikuje s pracovníky, datovými sklady a dalšími IT systémy prostřednictvím rozhraní člověk stroj (HMI). Obvykle jsou v provozu nainstalovány také další menší funkce vzdáleného řízení, ale většina je tak či onak připojena k hlavnímu centrálnímu řídicímu prvku. Jen těžko byste dnes našli nějaká původní rozhraní HMI nainstalovaná v 70., 80., a dokonce v 90. letech, která by byla stále v provozu. Terminály obsluhy, diskové jednotky, zdroje napájení, klávesnice, obrazovky CRT atd. často obsahovaly mechanické nebo elektrické verze operačního systému Microsoft Windows, na nichž systémy běžely, jsou nyní již zastaralé. Na druhou stranu provozní zařízení, provozní kabeláž, I/O desky a hlavní procesory mohou přetrvat a také přetrvávají po dlouhou dobu. Když hovoříme o zařízení s dlouhou životností, jsou to právě tyto součásti, které do tohoto výčtu patří. Samozřejmě zcela nepřežil žádný starý systém.

Většina platforem DCS, které považujeme za klasické, jsou ve skutečnosti systémy druhé generace. Jen málo zařízení první generace je ve skutečnosti v provozu, protože výrobci nevyvinuli metody pro ochranu před korozí a opotřebením obvodových desek a kabeláže. V počátcích byl také technický vývoj velmi rychlý. „První generace skončila z důvodu technologického pokroku,“ říká Ken Keiser, marketingový manažer pro platformu PCS7 společnosti Siemens. „Nebyl důvod zachovávat staré zařízení, když zde bylo k dispozici tolik nových věcí, které dokázaly více. Jakmile jsme se dostali ke druhé generaci, uživatelé už byli schopni modernizovat postupně a zachovávat systémy v provozu.“

Obchodní případ

Hlavní motivací pro zachování starých systémů v provozu jsou náklady. K výměně zařízení, které je v provozu, nedochází tak často. „Pokud operátoři závodu chtějí přejít ze starého na nový řídicí systém, musejí k tomu mít skutečně pádný důvod,“ vysvětluje Hesh Kagan, architekt portfolia technologických inovací společnosti Invensys Operations Management. „Je mnoho způsobů, jak zachovat starý systém v chodu, ledaže byste prokázali, že v případě přechodu na nový systém získáte větší hodnotu než se starým systémem. Rozhodnutí o modernizaci musí být založeno na hodnotách. Určité díly jsou spíše určeny jako spotřební, jsou komerčně dostupné a mění se s technologiemi. Jiné díly jsou z hlediska hardwaru robustnější. Základní architektura, podstata systému, je navržena pro velmi dlouhou životnost.“

Jak to tedy vypadá v praxi? Jaká část těchto starých zařízení je stále v provozu? „Máme velkou základnu zařízení, která byla instalována v 70. letech minulého století,“ uvádí Jason Urso, viceprezident pro technologie společnosti Honeywell Process Solutions. „Velkou část stále tvoří TDC2000. Kromě toho máme v průmyslu mimořádně velkou instalovanou základnu zařízení TDC3000 v řádu 16 až 18 miliard dolarů, která byla vestavěna v 80. a 90. letech. Samozřejmě že prvky tohoto systému byly modernizovány, ale stále je dnes v provozu využívána značná část hlavní infrastruktury řízení a I/O. Víme, že zákazníci raději nechávají tuto řídicí infrastrukturu v provozu a nijak svou činnost nenarušují.“ Společnost Honeywell není jediná, která udržuje v chodu velký počet starších systémů. Stále jich mnoho běží, např. od firem Fischer & Porter, Bailey, Moore Products a dalších.

Jen málo z nich bude přesně ve stejném stavu jako v době jejich instalace, ale některé prvky mohou být klidně původní. Udržování těchto systémů v chodu je náročné a vyžaduje odhodlání ze strany OEM, ať už jde o stejnou společnost, jako je to v případě společnosti Honeywell, nebo se jejich vlastník změnil. Například společnost Moore je nyní součástí společnosti Siemens a firma Bailey je nyní součástí společnosti ABB. Jednou z prostých skutečností je to, že některé z komponent na úrovni systémových desek, které byly běžné na počátku 80. let, kdy byly tyto systémy navrhovány, se dnes již nevyrábějí. Výrobci musejí být tvořiví při vytváření funkčních ekvivalentů s využitím nových komponent. Nové náhradní desky, které vkládáte do vašeho systému APACS, nemusí vypadat přesně jako ty staré. Možná mají na sobě mnohem méně součástek, ale vejdou se do stejného slotu a vykonávají stejnou funkci.

Investovánído minulosti?

To však před poskytovatele systémů staví dilema. Vždy, když se musí zabývat rekonstruováním desky nebo součásti systému z důvodu zastarání součástek, vynořují se otázky, zda je to nutné a jestli není čas uživatele navést na něco modernějšího. „Můžete to tak dělat jen do doby, než se začnete ptát, kolik ještě budete investovat do tohoto produktu,“ připomíná Keiser. Společnost Siemens stále dodává zařízení pro staré systémy společnosti Moore Products, ale v některých případech se snaží zákazníky přesvědčit ke zvážení její současné nabídky – platformy PCS7.

„Provádíme například modernizaci karet řídicího prvku v systému APACS,“ pokračuje Keiser. „Ale v určitém okamžiku se zeptáte – budeme nadále investovat do výzkumu a vývoje pro toto staré zařízení, anebo budeme investovat do migrační cesty, abychom mohli snadno přejít na platformu PCS7? Náklady na vývoj této cesty mohou být stejné jako náklady na vývoj nového řídicího prvku s novými čipy pro starý systém. Stejně tak můžete investovat do únikové strategie (exit strategy) pro každého. Investovali jsme do systému APACS, ale investujeme i do únikové strategie.“

Vytvoření únikové strategie zahrnuje nalezení způsobů, jak zvýšit výkon a spolehlivost systému a zároveň minimalizovat objem nového hardwaru a změn kabeláže. Při doporučování migrační strategie se dodavatelé budou snažit o zachování co největšího podílu ze stávající infrastruktury, jak je to jen možné. Uživatelé jsou neradi nuceni k modernizacím jen proto, že se původní výrobce rozhodl ukončit podporu.

Je dlouhá životnost žádoucí?

Nedošlo snad k dostatečnému množství technologickým vylepšení od doby, kdy tyto systémy byly instalovány? Neochuzuje vás udržování starého systému o nové možnosti, jako je inteligentní přístrojová technika a programy správy výrobních prostředků? Něco z toho je pravda, ale výrobci systémů našli cesty, jak tento problém zmírnit. Většina zdokonalení se dotýká nebo přímo patří do vrstvy HMI, takže jeho modernizace přináší mnoho vylepšení, včetně:

• integrace s IT sítěmi na úrovni podniku,

• strategií pro počítačovou bezpečnost,

• správy alarmů,

• sběru dat a datových skladů,

• operátorských pracovních stanic,

• propracované grafiky displeje obsluhy.

Zároveň je však v podstatě zablokováno vše, co by vyžadovalo vylepšení na úrovni I/O. To znamená, že budete muset najít kreativní způsob, jak tento problém vyřešit, nebo vytvořit prostředky pro modernizaci. Řekněme například, že chcete implementovat program správy výrobních prostředků využívající protokol HART a další funkce inteligentních senzorů. Když máte obyčejné analogové I/O, co můžete dělat? „Realizujeme mnoho projektů správy výrobních prostředků u starých zařízení,“ podotýká Urso. „Náš přístup je takový, že využíváme hardwarový multiplexer protokolu HART, který lze instalovat poměrně snadno v řídicí nebo přístrojové místnosti a který separuje signály překračující parametry kabeláže 4–20 mA. S hardwarovým multiplexerem a naším softwarem pro správu výrobních prostředků jsou tito zákazníci připraveni provozovat program správy výrobních prostředků.“

Urso nicméně zdůrazňuje, že správa výrobních prostředků není to, co se většina zákazníků chystá doplnit. Většinou jsou na seznamu modernizací jiné položky s vyšší prioritou. „Zákazníci se soustředí na dvě oblasti,“ pokračuje. „U starších systémů je první otázkou, kterou dostáváme: ‚Rádi bychom zachovali veškerou infrastrukturu řízení a I/O, ale potřebujeme z našich operací vymáčknout trochu větší výrobní kapacitu, nebo snížit náklady na energii. Můžeme zavést pokročilé řízení procesů (Advanced Process Control – APC)?‘“ Je důležité mít most mezi staršími systémy a pokročilými aplikacemi, které generují významné přínosy.

„Druhou oblastí zájmu je rozhraní HMI. Vědí, že 30 % abnormálních situací je způsobeno lidskou chybou. Je to v situacích, kdy osoba nemá správné informace pro provedení dobrého rozhodnutí nebo se dopustila neúmyslné chyby. Zákazníci pevně věří, že dokážeme zajistit zvýšení výrobní kapacity a značně snížit neplánované ztráty pomocí vylepšení HMI a zavedením funkcí, jako jsou procedurální operace pro automatizaci některých z těchto manuálních postupů. Jakmile jsou tyto dva okruhy pokryty, většinou se začnou zajímat o správu výrobních prostředků.“

Nový nákup starého systému

Zatímco některé staré platformy byly svými dodavateli zcela opuštěny, některé jsou stále podporovány. Někteří dodavatelé stále mohou dodat zcela novou verzi starší platformy, ale nemusí se jim do toho chtít. Keiser říká, že se s těmito otázkami musí stále potýkat. „Pokud zde je zákazník, který má systém APACS a chce rozšířit závod, dokážeme mu vyhovět, ale zároveň mu vysvětlíme všechny jeho další možnosti,“ informuje.

„Jestliže chtějí přidat kotel se slovy, že ‚toto je první a přidáme ještě 10 v průběhu příštích 20 let‘, důrazně jim doporučíme, aby již systém APACS opustili. Za tímto účelem by měli zvolit systém PCS7. Domníváme se, že z hlediska dlouhodobé strategie růstu je to pro ně lepší přístup. Nebudeme prodávat systém APACS pro čistírnu odpadních vod s denní kapacitou 1,2 milionu m3, která má být postavena na zelené louce zítra.“

Pohled do budoucna

Vydrží nové, dnes instalované systémy stejně dlouho jako klasické systémy? Očekává se, že ano, a možná ještě déle. Kagan se domnívá, že se strategie navrhování systémů během let rozvinula: „V současné době by se měl řídicí systém navrhovat tak, aby bylo možno jej dále modernizovat a migrovat na novou technologii. Měl by vydržet věčně, vzhledem k tomu, že jádro, jeho základ, se stává stále více otevřené a založené na standardech.

Jednotlivé díly se mohou opotřebovat a vymění se, ale nahrazují je díly, které dokážou se starými díly spolupracovat. Rozdíly mezi námi jakožto výrobci systémů se ukazují v tom, jak to dokážeme provést a zůstat přitom věrní architektonickým zásadám umožňujícím integraci a vzájemnou spolupráci dílů s tím, jak se v průběhu času mění. Postup vpřed by měl nyní být mnohem příjemnější, než tomu bylo v minulosti.“

Ce

Peter Welander je redaktor zaměřený na zpracovatelský průmysl. Kontaktujte jej na adrese peter.welander@reedbusiness.com.

Autor: Peter Welander, Control Engineering