docMONITORING MASZYN I LINII PRODUKCYJNYCH W
download 
Reklamacja Transkrypt
MONITORING MASZYN I LINII PRODUKCYJNYCH W
IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006 MONITORING MASZYN I LINII PRODUKCYJNYCH W KOMPUTEROWYM WSPOMAGANIU PRODUKCJI MONITORING MASZYN I LINII PRODUKCYJNYCH W KOMPUTEROWYM WSPOMAGANIU PRODUKCJI Piotr WO NIAK1, Paweł NASKR T2, Waldemar BOJANOWSKI3, P.P.P Technical, Nowa Sól 1. Wst p. W dzisiejszych czasach zarz dzanie przedsi biorstwem lub produkcj do swojego prawidłowego i optymalnego funkcjonowania potrzebuje szeregu istotnych danych. Dane te s zwi zane z dost pno ci jak i stanem maszyn i urz dze znajduj cych si w danej firmie. Zbieranie na bie co tego typu danych umo liwiaj nowoczesne przemysłowe systemy informatyczne. Pierwsze przypadki zastosowania informatyki w zarz dzaniu przedsi biorstwem miały miejsce w latach sze dziesi tych. Koszt zakupu i eksploatacji stosowanych wówczas systemów i zwi zane z nimi wymagania natury technicznej ograniczały zasi g ich wykorzystania do du ych firm. Uzyskiwane informacje dotyczyły jedynie zdarze przeszłych, i z tego powodu nie mogły by wykorzystywane do bie cego zarz dzania firm czy te produkcj . Przełom nast pił w latach 80-tych, gdy pojawiły si mikrokomputery, spadły ceny sprz tu i zmniejszyły si wymagania zwi zane z jego eksploatacj . Poziom funkcjonalno ci dost pnego oprogramowania umo liwił uzyskiwanie realnych danych w sferze planowania działalno ci gospodarczej, a nie jak dotychczas tylko automatyzacj powtarzalnych czynno ci administracyjnych. Technologia komputerowego wspomagania zarz dzania stała si ogólnie dost pna. [1] Stopie zło ono ci współczesnych systemów wspomagaj cych zarz dzanie przedsi biorstwem lub produkcj zale y od liczby obejmowanych dziedzin tematycznych, liczby spełnianych funkcji i stopnia zautomatyzowania procesu decyzyjnego. Podstawowymi funkcjami systemu informatycznego zarz dzania s : • ewidencjonowanie danych planistycznych, • planowanie i prognozowanie, • kontrola (ustalenie odchyle od norm, zada , planu), • wieloprzekrojowa analiza, wspomaganie podejmowania decyzji, • sterowanie i monitoring, • sprawozdawczo . Jedn z tych funkcji, jak spełniaj w dzisiejszych czasach systemy informatyczne w zarz dzaniu produkcj , jest: sterowanie i monitoring. Czym jest sterowanie i monitoring? STEROWANIE jest to inaczej regulacja, która polega na takim oddziaływaniu na obiekt sterowany, za pomoc sygnałów wej ciowych, aby jego sygnały wyj ciowe osi gn ły po dan warto . MONITORING - oznacza regularne jako ciowe i ilo ciowe pomiary zjawiska lub obecno ci substancji, przeprowadzane przez z góry okre lony czas. 1 mgr in . in . 3 in . 2 129 IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urz dzenia odlewnicze Oprogramowanie komputerowe do sterowania i monitoringu produkcji pozwala obserwowa na panelu operatorskim lub ekranie monitora cały proces wytwarzania produktu, tak e na bie co ledzi prac maszyn oraz ich parametrów. Najwa niejsz cech tych systemów jest bie ca automatyczna analiza warunków niedopuszczalnych i szybkie dostarczenie tych informacji, w postaci alarmów, osobom bezpo rednio zaanga owanym w produkcj . Ze wzgl du na wysokie wymagania niezawodno ciowe stawiane systemom komputerowej obsługi procesów technologicznych i eksperymentów badawczych oraz systemom zarz dzania informacj procesow , s one zaliczane do grupy zastosowa specjalnych. Systemy takie, powszechnie okre lane jako SCADA, składaj si z elementów odpowiedzialnych za kontakt z procesem oraz elementów odpowiedzialnych za wizualizacj , przetwarzanie i archiwizacj informacji procesowej (stacje i panele operatorskie) [2]. 2. Charakterystyka systemu SCADA. SCADA (ang. Supervisory Control and Data Aquisition) jest to oprogramowanie wykorzystywane do zbierania danych ze sterowanego procesu i przesyłaj ce je do centralnego komputera, w którym s wykorzystywane do zarz dzania i sterowania. Oprogramowanie SCADA cechuje si tzw. skalowalno ci , tj. mo liwo ci rozbudowy sprz towej i programowej bez konieczno ci dokonywania istotnych zmian w istniej cej strukturze (urz dze i programu). Do podstawowych funkcji oprogramowania SCADA nale : wizualizacja pracy procesu na obrazie synoptycznym, wybór i zadawanie parametrów technologicznych, sterowanie automatyczne, zdalne sterowanie w złami technologicznymi, zezwalanie na sterowanie remontowe, alarmowanie o awariach i przekroczeniach parametrów technologicznych z podpowiedziami dla operatora. [3] Systemy SCADA dost pne s jako gotowe rozwi zania, a nie jak wiekszo sytemów do zarzadzania produkcj pod k tem administracyjnym, które to opracowywane s pod konkretnego klienta i jego potrzeby. Oznacza to ich uniwersalno do współpracy i obsługi dowolnego procesu technologicznego. Przy stosowaniu sytemów typu SCADA wa ne jest, odpowiednie dopasowanie optymalnej sprz towej struktury automatyki jak i odpowiedniego skonfigurowania oprogramowania. Jako konfiguracji wpływa na realizm i jednoznaczno komputerowej wizualizacji procesu oraz na prawidłow odpowied systemu na zdarzenia wyst puj ce w kontrolowanym przez system procesie. 3. Funkcje sytemu technologicznego. umo liwiaj cego sterowanie i monitoring procesu 3.1 Synoptyka (wizualizacja) procesu. Najpraktyczniejszym i zarazem najbardziej jednoznacznym sposobem elektronicznej wizualizacji aktualnego stanu procesu jest wy wietlenie na ekranie panela operatorskiego lub ekranie monitora graficznej, animowanej mapy sygnałów na tle schematu technologicznego. W celu realistycznego przedstawienia procesu na ekranie monitora lub panelu operatorskiego stosuje si informacje w postaci koloru, trzeciego wymiaru, wiatłocienia a nawet rzeczywistych zdj poszczególnych maszyn lub urz dze . Podczas tworzenia aplikacji do wizualizacji danego procesu nale y pami ta , by tworzone ekrany były czytelne i jednoznaczne, ograniczaj c ilo wy wietlanych informacji do niezb dnego minimum. 130 Nowa Sól 08-09.06.2006 r IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006 MONITORING MASZYN I LINII PRODUKCYJNYCH W KOMPUTEROWYM WSPOMAGANIU PRODUKCJI Gotowe systemy typu SCADA posiadaj ju gotowe biblioteki symboli aparaturowych (rys.1) co znacznie upraszcza i przyspiesza proces tworzenia synoptyki procesowej. Rys. 1 Gotowe obiekty graficzne w bibliotece symboli 3.2 Obliczenia w procesach wizualizacji. W nowoczesnym systemie automatyki podstawowe informacje o procesie dostarczaj pomiary natomiast aplikacja SCADA znacz co wzbogaca t informacj . Przetwarzanie to, polega na wyznaczaniu warto ci zmiennych wyliczalnych na podstawie m.in. warto ci pochodz cych z pomiarów. Zastosowanie zmiennych wyliczalnych mo e przyczyni si do obni enia kosztów systemu automatyki, gdy pozwala na rezygnacj z niektórych pomiarów lub zast pienie ich pomiarami prostszymi. 3.3 Struktura skonfigurowanego sytemu. Obecny stan techniki transmisji danych umo liwia dowolne rozproszenie poszczególnych funkcji systemu. W wi kszo ci systemach automatyki wykonywanie pomiarów wykonywane jest przez komputer lub sterownik typu PLC, przetwarzanie oraz wizualizacja danych przez drugi komputer lub przystosowany do tego panel operatorski, natomiast cała archiwizacja danych mo e by wykonywana na serwerze (trzeci komputer). Przykład takiej realizacji jest przedstawiony na (rys.2). Powszechne jest stosowanie wielu stacji nadzoru operatorskiego, zorganizowanych hierarchicznie. 131 IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urz dzenia odlewnicze Rys. 2 Przykładowa struktura systemu 3.4 Listy zdarze (alarmy). W aplikacjach wizualizacyjnych alarmy słu do sygnalizowania niebezpiecznych stanów pracy urz dzenia. Ró nego rodzaju systemy typu SCADA umo liwiaj wy wietlanie dwóch typów alarmów - historycznych i bie cych (rys. 3). Pierwsze z nich s przechowywane do czasu ich skasowania, zostaj zapami tane nawet po znikni ciu przyczyn, które je wywołały. Druga grupa alarmów - alarmy bie ce s widoczne tylko w czasie, gdy trwaj stany je wywołuj ce. Ka dy z tych alarmów na li cie opisany jest charakterystycznymi parametrami takimi jak: • identyfikator, • typ zmiennej, • warto zmiennej w momencie wyst pienia alarmu, • data i czas wyst pienia zdarzenia. Bezpo rednia i szczegółowa analiza zdarze umo liwia operatorowi podejmowanie wła ciwych decyzji. 132 Nowa Sól 08-09.06.2006 r IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006 MONITORING MASZYN I LINII PRODUKCYJNYCH W KOMPUTEROWYM WSPOMAGANIU PRODUKCJI Rys. 3 Okno do wy wietlania alarmów bie cych i historycznych. 3.5 Trendy. Trendy i grafy słupkowe (rys.4) umo liwiaj sprawniejsze i bardziej przejrzyste przekazanie informacji o relacji pomi dzy dwoma lub kilkoma wybranymi zmiennymi procesowymi. Pozwala to m.in. na lepsz diagnostyk procesu i wykrycie nieprawidłowo ci (np. oddziaływanie na siebie p tli regulacji). Nale y zadba o to, eby nazwa i identyfikator grupy były odpowiednie do jej charakteru i składu. Opracowanie składu grup jest po yteczne zarówno do obserwacji procesu w czasie rzeczywistym, jak i na etapie analiz po-procesowych oraz rearchiwizacji danych procesowych. [4] Rys. 4 Ekran do wy wietlania trendów 3.6 Archiwizacja danych. Przetworzone dane procesowe s okresowo archiwizowane (rejestrowane) w plikach dyskowych. Okres archiwizacji, wynosz cy typowo od 1 do 15 minut, powinien by dobrany do specyfiki procesu. Stosowanie krótkich okresów archiwizacji w procesach 133 IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urz dzenia odlewnicze wolnozmiennych powoduje powstawanie informacji nadmiarowej. Z kolei zbyt rzadka archiwizacja mo e prowadzi do bezpowrotnej utraty istotnych danych procesowych. Archiwum procesowe ma posta ci gu tablic zawieraj cych stany wszystkich zmiennych oraz sygnatury czasu pobrania próbek. Zapis archiwów realizowany jest najcz ciej przez specjalizowany komputer nazywany serwerem plików. [4] 4. Przykładowa aplikacja. W ramach planu inwestycyjnego, prowadzonego od dwóch lat przez jedn z renomowanych firm w Polsce z kapitałem zagranicznym, zajmuj cej si wytwarzaniem urz dze wentylacyjnych, zaistniała potrzeba zautomatyzowania procesu odlewania poszczególnych cz ci wentylatorów ze stopu aluminium. Celem modernizacji cz ci odlewni było zaprojektowanie i stworzenie aplikacji pozwalaj cej na cało ciowe sterowanie, kontrolowanie i monitorowanie dwóch procesów: • proces przygotowania (regeneracji) masy formierskiej, • proces przygotowania form odlewniczych. Pierwszy z tych procesów cało ciowo wykonywany jest na zespole maszyn takich jak: mieszarka, chłodziarka, sito obrotowe, przeno niki ta mowe, oraz zespół zbiorników, zwanym stacj przerobu masy formierskiej. Proces przygotowania form odlewniczych realizowany jest za pomoc automatycznej linii formierskiej. Proces przygotowania form składa si z nast puj cych czynno ci: • formowanie półformy dolnej i górnej, • wykonanie otworu wlewowego i przelewowego w górnej półformie, • zło enie formy, • transport formy na stanowisko zalewania, • chłodzenie zalanych metalem form, • wybijanie odlewu z formy, • rozdzielenie formy. Sterowanie powy ej wymienionymi procesami zostało wykonane na dwóch osobnych swobodnie programowalnych sterownikach PLC firmy GE Fanuc. Proces przygotowania masy został wykonany na sterowniku typu GE Fanuc 90-30. Natomiast proces sterowania lini formiersk wykorzystuje rozproszony układ o budowie modułowej jakim jest VersaPoint oraz układ centralny na bazie sterownika 90-30. Oba systemy za pomoc sieci ethernet poł czone s do panelu graficznego typu Quickpanel umieszczonego na głównym pulpicie sterowniczym. Panel jest wyposa ony w system operacyjny Windows CE oraz kolorowy 12 calowy, dotykowy ekran. Na panelu zainstalowane jest licencjonowane oprogramowanie umo liwiaj ce obsług aplikacji typu SCADA. Proces przygotowania masy formierskiej polega na transporcie za pomoc zespołu przeno ników ta mowych oraz przeno ników kubełkowych (elewatorów) masy zwrotnej do zbiorników głównych mieszarki. Podczas transportu masa zostaje poddana procesowi oczyszczania z kawałków metalu w sicie obrotowym. Nast pnie wykonywany jest pomiar temperatury masy, chłodzenie i nawil anie wst pne w chłodziarce fluidyzacyjnej. Ochłodzona masa trafia do zbiorników głównych umieszczonych nad mieszark . Mieszarka wyposa ona jest w dwie wagi tensometryczne: waga masy zwrotnej i piasku, waga dodatków. W wadze masy zwrotnej zostaje wykonywane nawa enie masy zwrotnej, pomiar jej aktualnej temperatury i wilgotno ci oraz nawa enie piasku wie ego. W wadze małej wa ony jest składnik dodatków (bentonit lub mieszanka). Nawa one składniki wpadaj do mieszarki gdzie, nast puje mieszanie wszystkich dodatków oraz dozowanie wody. Po zako czonym okresie mieszania zregenerowan mas za pomoc przeno ników 134 Nowa Sól 08-09.06.2006 r IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006 MONITORING MASZYN I LINII PRODUKCYJNYCH W KOMPUTEROWYM WSPOMAGANIU PRODUKCJI ta mowych transportuje si w zale no ci od zapotrzebowania do zbiornika formierki linii automatycznej lub zbiornika formierni r cznej. Rys. 5 Ekran wizualizacyjny mieszarki Całym procesem operator mo ne sterowa za pomoc zainstalowanego panelu operatorskiego. Na poszczególnych ekranach panelu przedstawiony jest opisany proces technologiczny. Za pomoc systemu sterowania wykonywana jest kontrola prawidłowo ci pracy poszczególnych maszyn i urz dze bior cych udział w procesie. Na panelu znajduj si przyciski do zał czenia poszczególnych nap dów oraz przedstawiony w sposób graficzny ich aktualny stan pracy. Na jednym z ekranów panelu umieszczone s stany alarmowe. W procesie przygotowania masy najistotniejsz spraw jest, by przygotowywana masa posiadała okre lone parametry zgodne z wybran przez operatora receptur . Główne zało enia jakie zostały osi gni te przy modernizacji stacji przygotowania masy to: • uzyskanie okre lonych parametrów masy zgodnie z receptur . • skrócenie czasu przygotowania masy wie ej, • sterowanie całym procesem z jednego miejsca, • wizualizacja pracy poszczególnych maszyn bior cych udział w procesie, • szybka lokalizacja wył cze awaryjnych, • kontrola i informacja o wył czeniach remontowych, • rejestrowanie zu ytych materiałów do produkcji masy formierskiej, • obni enie energochłonno ci, • samokontrola stanów awaryjnych, • mo liwo wykonywania masy w trybie cyklicznym, • kontrola napełnienia zbiorników ze składnikami, • mo liwo modyfikacji receptur. 5. Podsumowanie. Dzi ki obiektywnej ocenie przebiegu procesu, mo liwa jest szybka diagnostyka nieprawidłowo ci technologicznych, awarii i ich przyczyn. Podnosi to zarówno bezpiecze stwo u ytkowania obiektu, jak te minimalizuje kosztowne przestoje. Bie ce 135 IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urz dzenia odlewnicze i po-procesowe statystyki trybologiczne pozwalaj na prognozowanie zu ycia aparatury oraz racjonalne planowanie remontów i zapasów cz ci zamiennych. Systemy receptur oraz automatycznego załadunku i dozowania zagwarantuj powtarzalno procesu. Zmiany jako ci surowców lub zaburzenia warunków procesu mog by niwelowane przez mechanizmy zaawansowanego sterowania, w tym poprzez algorytmy optymalizacyjne. Ci gła rejestracja przebiegu procesu, w tym sytuacji alarmowych, przekrocze technologicznych oraz awarii elementów systemu, wymusza na obsłudze zwi kszenie odpowiedzialno ci oraz popraw jako ci pracy. Mo liwo kształtowania uprawnie do ingerencji w proces poł czona ze zwi kszon liczb punktów nadzoru technologicznego, to tak e zwi kszenie bezpiecze stwa procesowego. Ingerencja w proces, realizowana z poziomu klimatyzowanego pomieszczenia, bez potrzeby docierania do miejsc odległych, trudnodost pnych i niebezpiecznych, zwi ksza komfort obsługi. Jednocze nie, naturalny i intuicyjny sposób dost pu do informacji procesowej nie wymaga długiego szkolenia ani szczególnych kwalifikacji informatycznych personelu obsługi, ułatwiaj c koncentracj szkolenia na problematyce procesowej. [5] 6. Literatura. 1. Abramowicz W. - „Zintegrowane systemy informatyczne”. 2. Rzepka M. – „Zintegrowane systemy zarz dzania produkcj ”. CHIP nr 11/96 3. Strona internetowa www.automatykaonline.pl 4. Szymczak S. – „Komputerowa obsługa procesów technologicznych”. 5. Chlebus E. – „Technika kombuterowa CAx w in ynierii produkcji”. 136 Nowa Sól 08-09.06.2006 r
