řídicí technika a systémy
Diagnostika v řídicích systémech Jaroslav Jančík, Jiří Vacátko
Článek poskytuje dnešní pohled z průmyslové praxe na obor technické diagnostiky se zaměřením na diagnostiku jako součást řídicích systémů odpovídajícím současnému pojetí. Jsou diskutovány přínosy diagnostiky a důvody, proč by měla být součástí (všech) řídicích systémů, ale (většinou) není.
1. Úvod Diagnostika, resp. technická diagnostika, je téma nejen široké, ale i hluboké. Zahrnuje různé metody, z nichž některé představují samostatné obory (např. vibrodiagnostika), lze ji pojímat jako komplexní matematický problém (analytické metody výpočtu spolehlivosti), souvisí s nejrůznějšími provozními aspekty (bezpečnost, efektivita). Existují k ní celé monografie a mnoho článků, pořádají se k ní konference a je vyučována jako soubor předmětů na vysokých školách. Článek se z této bohaté škály soustřeďuje – po uvedení nutného všeobecného základního přehledu – zejména na dvě vybrané oblasti: – technickou: diagnostika jako součást řídicích systémů, – obchodní: je-li diagnostika užitečná, proč je tak složité přesvědčit uživatele, aby ji zavedl? Z hlediska oblasti použití je předmětem zájmu především technická diagnostiku výrobních, popř. technologických zařízení (výrobní linky, elektrárny, teplárny apod.). Cílem je přispět alespoň zčásti k racionální diskusi na dané téma mezi všemi zde zainteresovanými, uživateli i dodavateli.
2. Co je to diagnostika? Na začátek je vhodné uvést alespoň základní „definice“ a pojmy, jak jsou použity dále v článku. Diagnostika je obor zabývající se metodami a prostředky vhodnými ke zjišťování stavu, vlastností a parametrů objektů. Totéž slovo se používá i k označení samotného procesu „zjišťování stavu, vlastností a parametrů objektu“. Význam je zpravidla zřejmý z kontextu. V technické diagnostice jsou diagnostikovanými objekty stroje, zařízení, přístroje a jiné technické systémy, např. části řízeného technologického zařízení či bloky řídicího systému. Technický stav těchto systémů se zpravidla zjišťuje nedestruktivními metodami a bez demontáže. Obvyklé také je, že příslušné stavy se zjišťují nepřímými metodami – měřením projevů takového stavu (poškození ložiska lze zjistit např. frekvenční analýzou jeho akustické emise). Diagnostická veličina nese informaci o technickém stavu objektu. Její hodnota
62
může být přímo měřena, získávána z jiných systémů nebo zadávána operátorem. Diagnóza je vyhodnocení provozuschopnosti technického objektu, tj. jeho okamžitého technického stavu. Diagnóza se stanovuje na základě hodnot diagnostických veličin (problémem je vztah n : m pro příčiny a důsledky). Aby bylo možné diagnózu stanovit, je třeba provést minimálně dva úkony: − detekovat (i vznikající) poruchy (tj. co je nebo může být špatně), − lokalizovat poruchy (tj. kde je to špatně). Je vhodné a výhodné, aby po diagnóze vznikající poruchy následovala také prognóza, tj. kvalifikovaný odhad vývoje poruchy do budoucna, neboli z druhé strany – odhad zbývající doby provozuschopnosti. Technický stav sledovaného objektu je jeho schopnost vykonávat požadované funkce za stanovených podmínek užívání; objekt je buď v bezvadném (tj. plně provozuschopném), provozuschopném (tj. provozovatelný s omezeními), nebo v poruchovém stavu. Diagnostické prostředky jsou technická zařízení a počítačové programy a s nimi související postupy určené ke stanovení diagnózy. Diagnostickým systémem se nazývá souhrn diagnostických prostředků, jejich obsluhy a sledovaného objektu. Technickou diagnostiku lze členit podle mnoha různých kritérií. Jde-li o diagnostiku výrobních zařízení, je vhodné např. členění uvedené a stručně diskutované ve vloženém textu na str. 65.
3. S čím a jak diagnostika souvisí? Diagnostické systémy (které jsou málokdy levné) nejsou téměř nikdy instalovány pro diagnostiku samotnou. Většinou fungují jako podpůrný nástroj využívaný také dalšími systémy nebo procesy při provozu a správě technologických zařízení. Nejčastěji jsou s diagnostikou „spojovány“ pojmy: − spolehlivost, − bezpečnost, − údržba. Diagnostika a spolehlivost spolu těsně souvisejí díky velké pozornosti věnované všemi výrobci kvalitě (jakosti) jejich výrobků. Tato kvalita je podmíněna spolehlivostí výrobního zařízení, čili jeho schopností správně a bez poruch fungovat po celou po-
třebnou dobu. Nespolehlivé výrobní zařízení generuje nepředvídatelné ztráty jak nedostatečnou kvalitou až výpadky výroby, tak dodatečnými náklady na opravy a v případě havárie i potenciálními následnými škodami na majetku či zdraví nebo životech lidí. Technická diagnostika zde zjišťováním technického stavu pomáhá určit (nebo alespoň odhadnout), nakolik je provozované zařízení ještě spolehlivé. Prostřednictvím dodržování kvality výroby má tedy diagnostika vliv i na systémy řízení jakosti (normy řady ISO 9001 apod.). Diagnostika a bezpečnost souvisejí způsobem již naznačeným v předchozím odstavci: náhlé poruchy nespolehlivého technologické zařízení mohou být příčinou úrazu nebo materiálních škod. Funkční diagnostika umožňuje předcházet vzniku poruch, popř. zamezit eskalaci již vzniklé poruchy (a omezit rozsah škod), čímž má přímý vliv na bezpečnost provozu. Diagnostika a údržba spolu souvisejí v míře dané použitým systémem údržby daného zařízení. Protože jde o obšírnou problematiku, z uvedených souvislostí asi nejtěsněji spjatou se systémy řízení, je jí věnován zvláštní vložený text na str. 63. Rozdělení systémů údržby podle následnosti a způsobu prováděných opatření v něm použité je pravděpodobně všeobecně známé (pomiňme pro jednoduchost možné mezivarianty), zde je však navíc dáno do souvislosti s dia gnostikou. Z charakteristik čtyř základních systémů uvedených na str. 63 vyplývá, že právě prediktivní/proaktivní údržba realizovaná na základě výsledků dokonalé diagnostiky prováděné v režimu on-line (on-line diagnostika), která pomáhá udržovat technologické zařízení ve spolehlivém a trvale bezvadném stavu, je ekonomicky efektivní a zamezuje ztrátám a škodám. Informace o technickém stavu technologického zařízení jsou také podstatným předpokladem dobré informovanosti o disponibilitě zdrojů, která umožňuje racionálně rozhodovat o jejich využití – to znamená dosah až na manažerskou úroveň rozhodování! Je nutné ale mít stále na paměti, že prediktivní údržba, má-li fungovat, je kontinuální proces. V uvedeném smyslu lze brát za jednoznačně platný „bonmot“, že „Dobře vyřešená prediktivní údržba je zdrojem zisku“ (to zprostředkovaně platí i o diagnostice). A naopak praxe ukazuje, že nárůst počtu malých ad hoc opravných zásahů v daném časovém intervalu je varovným příznakem blízkého velkého výpadku.
AUTOMA 2/2008
řídicí technika a systémy 4. Z čeho se diagnostický systém skládá? Přestože v předchozí kapitole byla pro jednoduchost popsána souvislost diagnostiky a dalších uvedených oblastí jako víceméně přímá a jednoznačná, v praxi tomu tak bohužel není. Diagnostický systém se neskládá jen z čidla určité fyzikální veličiny, měřicího řetězce a zobrazovače naměřené hodnoty. Naměřené údaje obvykle vstupují do mnoha více či méně složitých algoritmů („diagnostických testů“), které je na základě diagnostických modelů zpracovávají a vyvozují z nich diagnostické závěry (diagnózy a prognózy). V jednodušších případech jde např. o sledování statistických ukazatelů souborů naměřených údajů (průměr, směrodatná odchylka atd.) a porovnávání jejich hodnot se zadanými mezemi, ve složitějších případech
může jít o zpracování aktuálních i historických údajů při použití soustav diferenciálních rovnic a v nejsložitějších případech až o algoritmy tvořené s použitím metod umělé inteligence (neuronové sítě, genetické algoritmy, fuzzy logika, expertní systémy). Tato část diagnostického systému je (analogicky se situací u řídicích systémů) realizována programovými prostředky. Programové prostředky navazují (stejně jako u řídicích systémů) na technické prostředky diagnostiky, jimiž jsou snímače, měřicí a vyhodnocovací jednotky a zobrazovací (vizualizační) systém. Od čidel a na ně navazujících převodníků měřicího signálu jsou zpravidla požadovány velká přesnost a stabilita. Podobně jsou kladeny vysoké požadavky na měřicí karty (co do rozlišení a stability), naproti tomu ale obvykle není třeba měřit zvlášť rychle. Speciální (resp. jiné než u ří-
Základní systémy údržby a diagnostika Údržba po chybě (corrective) – nic se nediagnostikuje a poruchy se prostě odstraňují poté, co nastanou. Výhodou (byť obvykle draze zaplacenou) jsou nulové paušální náklady na údržbu, nevýhodou značné náklady na provedení opravy a většinou i značné ztráty ve výrobě (výpadek výroby je nepředvídatelný, neboť okamžik poruchy ani doba trvání odstávky zařízení nejsou předem známy). Velkým nebezpečím je i možnost havárií s dopadem na bezpečnost. Poznamenejme, že v současnosti se takto ke svým výrobním prostředkům chová snad jen minoritní část podniků. Údržba preventivní (preventive) – zde již probíhají plánované prohlídky, testy a popř. výměny zařízení (plánované s pevnou periodou počínaje okamžikem instalace anebo podle skutečného využití, např. počtu tzv. motohodin apod.). Pokud je takový plán dobře sestaven, tj. bere-li ohled na reálné průměrné doby života komponent, takovýto způsob údržby celkem spolehlivě předchází poruchám a eliminuje hlavní nevýhody předchozí varianty – výpadky ve výrobě a ohrožení bezpečnosti. Nicméně z hlediska ekonomické efektivity jsou zde rezervy, neboť díly se nevyměňují na základě jejich skutečného stavu, ale podle plánu, a mohou být tedy „vyhazovány“ ještě funkční komponenty. Výpadky výroby jsou zde ovšem také – periodické, kratší a plánované – a navíc nově přibývají náklady na vykonávání údržby (zpravidla však nižší než v předchozím případě). Jde o variantu v současné době pravděpodobně nejpoužívanější. Údržba prediktivní (predictive) – zde se již uplatňují jak diagnostika off-line, tak (ve značné míře) i diagnostika on-line a pracovníci údržby se s použitím jejich metod snaží co nejpřesněji predikovat blížící se poruchy. V optimálním případě se výměny či opravy vykonávají těsně před předpokládanou poruchou – ne dříve a ne později. Je-li to možné, lze naopak upravit výrobní proces tak, aby se prodloužila doba života některé kritické komponenty. To obojí vede k maximalizaci doby uplynuvší do údržbového zásahu. Zdá se tedy, že jsou odstraněny nebo alespoň redukovány všechny nedostatky předchozích variant – k poruchám by nemělo docházet, výpadky výroby jsou zkráceny jen na dobu výměny či opravy a lze je s velkou přesností plánovat, náklady na opravy a testy jsou menší (existují trvalé záznamy stavu zařízení a opravuje se jen jeho nejmenší nutná část). Nicméně nic není zadarmo, ani dokonalá údržba. Aby toto všechno fungovalo, je třeba mít funkční diagnostické prostředky, což znamená jak investiční náklady (na jejich pořízení a zprovoznění se stávajícím technologickým zařízením, popř. řídicím systémem), tak fixní náklady na jejich provoz a údržbu (i když relativně malé). Podstatným prvkem funkčního prediktivního (ale i preventivního) systému údržby je dobrý plánovací nástroj, obvykle jako součást systému ERP (např. modul PM v systému SAP). V souhrnu je prediktivní údržba moderním, velmi efektivním nástrojem, který však není výrobci vyžadován a používán tak často, jak by si zasloužil. Údržba proaktivní (proactive) – jde de facto o stejný přístup jako u prediktivní údržby, ovšem s tím rozdílem, že diagnostika je nedílnou součástí technologického zařízení a řídicího systému již ve fázi projektu, tj. veškerá technika je již od instalace a spuštění provozována pod dohledem diagnostických prostředků. Podstatným rozdílem oproti prediktivní variantě je tedy „jen“ skutečnost, že provozovatel si uvědomil užitečnost diagnostiky předem, a tím se mu podařilo do jisté míry snížit náklady na její pořízení (vytvořit ucelený systém s ohledem na existenci všech komponent včetně diagnostiky je vždy levnější, než něco následně dodělávat).
AUTOMA 2/2008
dicího systému) požadavky jsou kladeny i na zpracování dat a způsob jejich prezentace.
5. Jak může vypadat diagnostický systém? Diagnostický systém lze realizovat v zásadě dvěma způsoby (viz členění ad 2 a 6 ve vloženém textu na str. 65), a to jako: − speciální systém pro diagnostiku, − diagnostický podsystém v rámci řídicího systému (s variantou ve formě autodiagnostiky řídicího systému). Speciální systém pro diagnostiku je nezávislý na řídicím systému. K měření potřebných provozních veličin tudíž vyžaduje separátní měřicí řetězce, obvykle v podobě speciálních snímačů instalovaných paralelně ke snímačům použitým pro účely řízení (i když není vyloučeno částečné sdílení naměřených údajů mezi diagnostickým a řídicím systémem, zejména formou přenosu dat). Dále mohou být pro speciální diagnostická měření (vibrodiagnostika, termodiagnostika, tribodia gnostika atd.) instalovány speciální diagnostické prostředky, které nemívají analogii v řídicím systému. Je zřejmé, že takto pojatý diagnostický systém bude velmi výkonný a bude pracovat i při odstaveném řídicím systému, ale současně bude drahý a náročný na instalaci i údržbu. Je tedy v plné šíři opodstatněný jen ve specifických případech např. nebezpečné (chemický průmysl) či strategické výroby (elektrická energie), popř. u velmi nákladných zařízení. Je důvodné předpokládat, že takovýto systém bude součástí projektu celého technologického zařízení (zejména dodatečná montáž paralelní sady čidel je natolik složitá a zasahující do provozu, že je téměř nemožné ji realizovat na dosavadních zařízeních). Příkladem provozní diagnostiky uvedeného typu je systém pro diagnostiku sekundárního okruhu v jaderné elektrárně Temelín realizovaný pod označením ASPPD ETE firmou ZAT Easy Control Systems, která je nyní součástí společnosti ZAT a. s. (obr. 1). Diagnostika jako součást řídicího systému využívá měřidla určená primárně pro účely řízení, s výhodou i pro diagnostiku, a diagnostické algoritmy jsou v procesorových modulech (CPU) řídicích systémů prováděny paralelně vedle algoritmů řídicích. V takovém případě jsou výhodné univerzální výkonné CPU se standardními operačními systémy (OS/9, Linux), používané např. v systému ZAT 2000 MP, které umožňují doprogramovat a spouštět „libovolné“ uživatelské algoritmy, včetně diagnostických. Navazující vizualizační prostředky (monitorovací PC s běžícím vizualizačním programem typu InTouch, ControlWeb nebo Reliance) obsahují jak zobrazení určená ke sledování a ovládání řízeného technologického zařízení, tak specializovaná zobrazení pro diagnostiku. Výhodou této varianty je několikanásobné využití instalovaných technických prostředků, přímé sdílení dat mezi řídicími a diagnostickými algoritmy
63
řídicí technika a systémy a dostupnost diagnostických informací o technologickém zařízení na stejném místě, odkud je toto zařízení sledováno a řízeno. Jedna nevýhoda je zřejmá – jestliže nebude v provozu určitá část řídicího systému, nebude fungovat ani příslušná část diagnostiky. Také je třeba při návrhu takto kombinovaného systému uvažovat o tom, jaké má jedna nebo druhá část požadavky na dílčí komponenty, a obě tyto skupiny požadavků je třeba maximalizovat (tzn. že lze dojít k potřebě rychlého měření pro regulaci a zároveň přesného měření pro diagnostiku: řešením mohou být dvě měřidla jako v předchozí variantě specializovaného diagnostického systému). Je také zřejmé, že v „čisté“ podobě „paralelní“ varianty nemají místo již zmíněné speciální diagnostické prostředky. Diagnostika jako součást řídicího systému může mít také specifickou podobu. Nemusí vždy primárně jít o diagnostiku řízeného technologického zařízení, ale může jít o diagnostiku „pouze“ vlastního řídicího systému (tzv. autodiagnostika). V takovém případě jsou dia gnosticky sledovány některé nebo všechny komponenty řídicího systému: technické prostředky (procesorové a měřicí karty, napájecí zdroje, komunikační kanály atd.) i programové vybavení (operační systém, exekutiva reálného času, výpočetní moduly, komunikační procesy atd.). Rozsah a hloubka diagnostiky jsou obvykle dány zejména naléhavostí požadavků na spolehlivost a bezpečnost chodu řídicího systému. Typickými představiteli řídicích systémů s velkými požadavky na diagnostiku jsou řídicí systémy podle normy IEC 61508 s úrovněmi SIL 3 a 4, popř. systémy kategorií „A“ a „B“ podle členění v jaderné energetice. Autodiagnostika má ale význam i u „běžných“ úloh – jak jinak např. má provozovatel poznat, že životnost řídicího systému bude brzy vyčerpána, a že je třeba investovat do jeho rekonstrukce (i když je třeba brát v úvahu také životní cyklus daného typu řídicího systému a o jeho výměně rozhodovat na základě kombinace požadavků z obou stran)? V praxi lze nalézt uvedené varianty spíše v rozličných kombinacích, protože: − zodpovědný výrobce řídicího systému (zde ve smyslu „stavebnice“) dává jeho uživateli k dispozici alespoň základní prostředky pro identifikaci stavů (provozních i nežádoucích) komponent systému (technických i programových), v současné době mj. prostřednictvím standardního webového rozhraní, − zodpovědný projektant začlení do svého projektu řídicího systému (zde ve smyslu konkrétní „sestavy“) jak možnosti sledování stavu prvků řídicího systému, tak i algoritmy vyhodnocení provozních měření, popř. doplňující „diagnostická“ měření; to vše následně pomáhá jak ve fázi instalace a uvádění do provozu, tak při řešení nestandardních provozních událostí, − zodpovědný provozovatel požaduje při objednávce výrobního zařízení nejen špičkové funkce řídicího systému, ale i relevantní diagnostické výstupy.
64
ActiveFactory (tabulky, historie, analýza)
Smonitor (tabulky, časové průběhy, zobrazení, výstrahy, historie)
archiv dat ASPPD (MS SQL)
úložiště výstrah a hlášení (Alarm Server – AS)
zpracování archivovaných dat (Data Trigger – DT)
klient InSQL (DS Read)
test (i)
klient archivace dat (Data Client – DC)
archiv dat z obou bloků (InSQL)
úložiště aktuálních dat (Data Server – DS) konfigurátor (PVConfig) driver měřicích ústředen (ASNT)
driver měřicích ústředen (Valvelifting)
měřicí ústředny Peekel
přenos dat do blokové dozorny (Wesclient)
přenos dat do/z vibrodiagnostiky (Vibrocopy atd.)
bloková dozorna
Obr. 1. Schéma systému ASPPD ETE provozní diagnostiky sekundárního okruhu v jaderné elektrárně Temelín (zdroj: ZAT)
U diagnostických systémů je z pohledu požadavků provozovatele kladen důraz zejména na jejich spolehlivost. Důležitými kritérii jsou však také náklady (typy, cena a počet snímačů), popř. neinvazivnost (funkce diagnostického systému by neměly mít vliv na provoz technologického zařízení) a dostatečné pokrytí (tj. správná volba dílčích metod a jejich kombinace do funkčního celku sledujícího všechny relevantní diagnostické hodnoty a stavy). Co však provozovatel opravdu od diagnostiky očekává? A co naopak vyžaduje diagnostický systém od provozovatele? A proč, když je to tak úžasné, to zákazníci nechtějí?!
− může prediktivně plánovat údržbu, protože ví, kdy je co třeba udělat, − periody údržby mají optimální délku, protože vycházejí z odůvodněné predikce, − lze optimálně využít pracovní kapacitu a kvalifikaci údržbářů, − optimální využití životnosti komponent znamená menší náklady na jejich pořizování, − velmi pravděpodobně nedojde k neočekávaným ani zbytečným výpadkům výroby, − velmi pravděpodobně nedojde k haváriím s dopadem na bezpečnost či životní prostředí, − může reálně plánovat využití svých zdrojů, protože předem ví, kdy budou v provozu a kdy v opravě, − jestliže bude mít funkční systém zjišťování požadavků svých zákazníků v budoucím čase, velmi pravděpodobně je uspokojí (zde již je vazba na diagnostiku hodně nepřímá). Z uvedeného souhrnu dopadů fungující diagnostiky na provozně důležité činnosti a jevy a základní vzájemné souvislosti je patrné, že diagnostika a její používání (tedy řídicí úroveň těsně nad řízením procesů) mají dopad až na nejvyšší úrovně řízení podniku (ERP, CRM). Co by osvícený provozovatel neměl očekávat, je, že toho všeho dosáhne zadarmo. Diagnostika obvykle není levná záležitost. Je nutné porovnávat nejen náklady a přímé přínosy (viz shora), ale také náklady a potenciální negativní dopady (včetně vícenákladů) v případě, kdy diagnostika není zavedena (jiným pohledem může být např. „matice“ rizik a pravděpodobností). Tím se dostáváme k otázce z druhé strany.
6.2 Co očekává provozovatel?
6.3 Co to vyžaduje od provozovatele?
Odpověď by mohla znít: „Znalost skutečného stavu technologického zařízení.“ Ta ale provozovatele nezajímá tak, jako důsledky této znalosti:
Vedle toho, že uvedené pozitivní dopady nejsou zadarmo, tj. že je nutné na začátku něco investovat, jsou zde i další finanční a nefinanční podmínky a požadavky. Ty vy-
Výsledkem jsou v ideálním případě řídicí systémy s větším či menším podílem diagnostických funkcí, jak to např. ukazují [5], [6]. Speciálním případem je diagnostika na dálku (tzv. dálková, remote). Byla zmíněna v textu o členění diagnostických systémů na str. XX (ad 3). Jejím specifickým rysem je de facto pouze přenos (diagnostických) informací z místa provozování technologického zařízení do místa jejich vyhodnocení. Typickými problémy, s nimiž se v takovém případě lze setkat, jsou (ne)dostupnost spojení, (ne)bezpečnost přenosu dat (u řídicích systémů jaderných elektráren např. zpravidla není dovolen jakýkoliv přístup k datům zvenku) a omezení funkcí (většinou není dovoleno technologické zařízení na dálku ovládat).
6. Co diagnostický systém vyžaduje a co poskytuje? 6.1 Základní požadavky a otázky
AUTOMA 2/2008
řídicí technika a systémy Základní členění technické diagnostiky vybraných výrobních zařízení (typu výrobních linek, elektráren, tepláren apod.) 1. Podle vztahu k provozním stavům: Může jít o diagnostiku provozní (on-line) nebo servisní (off-line). Provozní diagnostika vyžaduje permanentní provoz potřebných diagnostických prostředků (snímačů, vyhodnocovacích jednotek) jako pevné součásti instalovaných řídicích, resp. diagnostických systémů. Mimo jiné umožňuje také archivovat provozní stavy pro následnou analýzu. Servisní diagnostika může využívat již instalované provozní měřicí řetězce (celé či jejich části – senzory, archivovaná naměřená data atd.), nebo je prováděna s použitím dodatečně a dočasně instalovaných diagnostických prostředků. Obě možnosti lze také kombinovat. Provozní stavy lze rovněž nahlížet jako fáze životního cyklu technologického zařízení a definovat povýrobní diagnostiku (Factory Acceptance Testing – FAT), diagnostiku po konečné montáži (při oživování a při finální kontrole; Site Acceptance Testing – SAT) a diagnostiku v průběhu provozní exploatace (servisní, kontrolně inspekční, monitorovací). 2. Podle zaměření: Diagnostikováno může být řízené technologické zařízení anebo samotný řídicí systém (toto členění souvisí také s ad 5). 3. Podle lokality: Diagnostický systém je primárně provozován místně, tj. s uživatelským rozhraním (vizualizací) umístěným „přímo“ u sledovaného objektu (např. turbíny), a je tak určen pro místní obsluhu nebo pracovníkům údržby. Je ale možné a užitečné zprostředkovat přenos diagnostických výstupů na dálku (remote), na tzv. vzdálené pracoviště (s použitím různých dostupných komunikačních kanálů a protokolů). Vzdáleným pracovištěm může být např. „centrální dispečink“ sloužící buď účelům provozovatele distribuovaných technologických celků, nebo jako prostředek „rozšířeného servisu“ dodavatele těchto technologických celků pro obsluhu většího počtu jeho zákazníků (opět viz ad 5). Specifickým případem je přístup na dálku k diagnostickým prostředkům řídicího systému, což je pro dodavatele tohoto systému velmi výhodné při výskytu problémů. 4. Podle kauzality: Jestliže diagnostický systém (jeho funkce) nastoupí v okamžiku poruchy (čili post factum, někdy až post festum), dokáže v nejlepším případě již pouze stanovit diagnózu, ale důsledky poruchy (škoda na materiálu nebo zařízení, ztráta času) již neodvrátí; zpravidla jde o diagnostiku off-line. Je-li naproti tomu instalován a v provozu diagnostický systém on-line, je zde potenciální možnost predikovat blížící se problém, což je primární předpoklad k jeho vyřešení nebo odvrácení. A ještě další pohled na časové následnosti – jestliže nastane určitý problémový stav, který obsluha nedokázala rozpoznat z naměřených údajů (nebyl a priori k dispozici dostatečně dobrý datový obraz takového stavu), lze analýzou uložených historických diagnostických dat zjistit, proč problém vznikl, a alespoň pro příště je zde šance se mu vyhnout (viz též ad 1). 5. Podle uživatele: Instalovaný diagnostický systém technologického zařízení může využít jak dodavatel (z důvodů servisu, hlídání provozní kázně provozovatelem, technické pomoci provozovateli), tak i provozovatel zařízení (prosté sledování stavu technologického zařízení, plánování údržby apod.). V případě diagnostického systému vlastního řídicího systému je nejprve uživatelem diagnostiky dodavatel řídicího systému, kterému zefektivňuje proces uvádění do provozu celého systému automatického řízení. V rutinním provozu diagnostika řídicího systému může sloužit i provozovateli řídicího systému k identifikaci a lokalizaci poruch a často je nástrojem poskytujícím dodavateli potřebné informace při záručním i pozáručním servisu (dodavatel si je může nechat zjistit pracovníkem údržby provozovatele nebo je mít on-line k dispozici – viz ad 3 – a na jejich základě se může rozhodnout, kdo a s jakými opravnými prostředky vyjede k odstranění poruchy). 6. Podle specializace: Diagnostika může být řešena separátními diagnostickými prostředky, které nemají přímou souvislost s řídicím systémem, nebo naopak může být součástí řídicího systému. plývají ze skutečnosti, že diagnostický systém nelze jen spustit. Je třeba jej také po celou dobu provozu Z příslušného technologického zařízení „udržovat v chodu“. Jinými slovy, jde o „nikdy nekončící proces“, který vyžaduje: − kvalifikované pracovní síly (technika bez znalých lidí nefunguje, resp. nepomáhá), − neustálé ukládání a vyhodnocování diagnostických dat, které mj. umožní neustále dolaďovat diagnostické algoritmy, − vždy aktualizovaný a adekvátní zásah na základě zjištěných diagnóz, které se neustále zpřesňují, − neustálé plánování a reagování na změny,
AUTOMA 2/2008
− neustálou údržbu vlastního diagnostického systému (čidla a měřicí aparatura, vyhodnocovací jednotky, aktualizace programového vybavení), − odůvodněné dodatečné investice (na základě diagnóz, změn technologie i řídicích systémů, změn legislativy), − účinné zapojení všech zúčastněných pracovníků do procesu udržování diagnostiky v chodu, včetně stálého aktivního kontaktu s výrobci komponent technologického zařízení a dodavateli řídicího a diagnostického systému, − zodpovědný manažerský přístup, tj. mít neustále na mysli zmíněné body.
Po sečtení uvedených trvalých provozních požadavků s nemalými náklady na pořízení diagnostiky se v dalším můžeme pokusit odpovědět na závěrečnou otázku, formulovanou ostatně již v úvodu.
6.4 Je-li diagnostika užitečná, proč je tak složité přesvědčit zákazníka, aby ji zavedl? Vzhledem ke složité spleti přínosů diagnostiky, souhrnných nákladů na ni a mnoha vnějších i vnitřních návazností, jak je naznačeno v dosavadním textu, lze jen těžko najít jednu univerzální odpověď. Zkusme tedy formulovat alespoň několik odpovědí dílčích (s poznámkou, že je zde řeč výhradně o těch zákaznících, kteří redukují své požadavky víceméně na nejnutnější základ; odpovědi se v žádném případě netýkají těch osvícených provozovatelů, kteří vidí dále než za konec záruční doby). Zde jsou: − abychom nezačali hned u zákazníka, je nutné spravedlivě uznat, že pro skutečný přínos takovýchto nadstavbových systémů jsou od dodavatele požadovány nejen značné znalosti a zkušenosti, ale také schopnost dobře vysvětlit zákazníkovi (uživateli) všechna pro a proti tak, aby jeho rozhodnutí bylo skutečně kvalifikované, − o peníze jde „vždy až na prvním místě“, takže důvodem k odmítnutí možnosti realizovat diagnostický systém je dosti často celková výše finančních nákladů na jeho pořízení a následný provoz, − jestliže ani peníze nejsou problém, je možné, že důvodem odmítnutí diagnostiky je uvědomění si objemu prací (a potřeby lidských zdrojů) nutných k udržení koupeného systému v chodu, a to po celou dobu provozního života technologického zařízení, − protože jde o svého druhu „pojištění“, je častým jevem, že provozovatel, který se ještě nedostal do větších problémů (nedošlo u něj k havárii s dalekosáhlými důsledky a výraznými finančními dopady), nepociťuje potřebu těmto problémům předcházet: heslem je „to se nám stát nemůže“; to je postoj poměrně dobře známý a je spojen i s tím, že taková „havarijní“ zkušenost je nepřenosná, − s naposled uvedeným souvisí, že firma si nedává do souvislostí náklady na zavedení diagnostiky s náklady na likvidaci škod (zvláště u chemických provozů vinou „dominového efektu“, často srovnatelnými s náklady na vybudování celé nové výrobní linky); klíčovými pojmy zde jsou spolehlivost, bezpečnost a pravděpodobnost, − někdy může být příčinou odmítnutí realizace diagnostického systému i to, že dodavatel řídicího a potenciálně i diagnostického systému narazí na odmítavé stanovisko dodavatele vlastního technologického zařízení, který instalaci dia gnostiky nejenže nevyžaduje, ale nechce ji ani podporovat,
65
řídicí technika a systémy − přestože pojem TCO (Total Cost of Ownership, čili celkové náklady na vlastnictví s významem „neplatím za něco, co si teď koupím, ale za něco, co budu ještě mnoho let používat“) je na významové úrovni obecně dobře znám, není podle všeho dostatečně uváděn do praxe a velmi často vítězí krátkodobé (tj. aktuální finanční) hledisko; pod heslem „cost cutting“ (snižování nákladů) se zapomíná, že (provozní) náklady nemají být redukovány na minimální, ale na optimální úroveň, kde optimem by mělo být tolik, kolik je zapotřebí pro „udržování výrobního zařízení v chodu po celou dobu jeho provozního života“. Pravděpodobně by bylo možné najít i další důvody, nicméně ty již uvedené se autorům na základě zkušeností z jejich praxe (v různých rolích: dodavatele, subdodavatele, konzultanta, pozorovatele, ale i zákazníka) jeví jako relevantní a důležité. K uvedenému výčtu „odpovědí“ lze navíc poznamenat, že ačkoliv se celý článek zabývá technickou diagnostikou, lze dojít k témuž závěru i v těch situacích, kdy je položena otázka, proč si zákazník odmítá koupit nějakou vyšší funkci, resp. přidanou hodnotu k základním vlastnostem dodávaného prostředku.
7. Závěr V článku se autoři snaží uvést problematiku technické diagnostiky do souvislostí jednak s řídicími systémy, jednak s potřebami a důsledky použití diagnostických systémů v oblasti spolehlivosti, bezpečnosti a údržby (resp. pozáručního servisu). Jejich znalosti i zkušenosti z praxe ukazují, že diagnostika a její použití ke zvýšení spolehlivosti a bezpečnosti provozovaných technologických zařízení je a bude velmi důležitou potenciální součástí dodávek řídicích systémů všeho druhu. V rámci úvah o dlouhodobé spolehlivosti a udržitelnosti provozu zákazníkova výrobního zařízení je zřetelný význam stálé péče o samotné technologické zařízení i o dodaný řídicí systém. Pravidelný pozáruční servis dodaných prostředků prováděný ve spolupráci s provozovatelem a s technickou podporou (auto)diagnostiky řídicího systému je prvním krokem k zavádění dalších diagnostických systémů. Literatura: [1] Kolektiv autorů: Sborník konference TD 2007 – Diagon 2007. UTB Zlín, 2007. [2] Kolektiv autorů: Sborník konference Energomatika 2007. IDG a T&P, Praha 2007.
[3] VDOLEČEK, F.: Spolehlivost a technická diagnostika. FSI VUT Brno, 2002; dostupné na http://autnt.fme.vutbr.cz/Lab/A1-731a/FSD. pdf [4] ČERNÝ, L.: Diagnostics and predictive maintenance in the technological processes. FEEC VUT Brno, 2004; dostupné na http://www. feec.vutbr.cz/EEICT/2004/sbornik/03-Doktorske_projekty/03-Kybernetika_a_automatizace/01-cernyl.pdf [5] VELHARTICKÝ, P.: Diagnostika systému řízení regulačních kazet jaderného reaktoru. In: Sborník konference ARaP 2007, FSI ČVUT, Praha, listopad 2007, ISBN 978-80-903844-1-5, s. 97–102. [6] PETELÍK, S. – ZOZULÁKOVÁ, I – NOVÁK, Z.: Diagnostika řídicího systému parní turbíny. Automa, 2008, roč. 14, č. 1, s. 20–22.
Ing. Jaroslav Jančík (jaroslav.jančí
[email protected]), Ing. Jiří Vacátko (
[email protected]), ZAT a. s. Článek je editovanou verzí stejnojmenného příspěvku předneseného na konferenci Automatizace, regulace a procesy – ARaP 2007, Praha, listopad 2007.
Výkonnostně a velikostně přizpůsobivé vizualizační systémy Jedním z nejdůležitějších faktorů v procesu návrhu, vývoje a uvedení produktu do prodeje je čas. V důsledku stále větších požadavků, které trh klade na výrobce, jsou zase oni nuceni zkracovat lhůty systémovým integrátorům a konstruktérům strojů. Zásadní otázkou je, jak až mohou být tyto lhůty na všech úrovních procesu zkráceny, aniž by byla ovlivněna kvalita konečného produktu nebo služby, které zákazník obdrží.
Stejně jako konektivita a modularita, je i přizpůsobitelnost z hlediska velikosti a výkonu jedním z významných aspektů, které musí každý konstruktér strojů a zařízení brát v úvahu při výběru vhodných komponent pro daný projekt. Díky přizpůsobivým systémům, použitelným pro stroje a zařízení různé funkce a velikosti, se mohou konstruktéři vyhnout mnohým problémům spojeným s instalacemi systémů vyvíjených na zakázku. I při tom však existují oblasti, kde mohou nastat komplikace. Jde např. o spolupráci s větším počtem prodejců automatizační techniky – především s těmi, kteří nabízejí vybavení pouze z jedné oblasti. To vede k nutnosti kombinovat a slaďovat v jednom zařízení či projektu komponenty od různých výrobců. Jednou z oblastí, kde je takováto situace naprosto zřejmá, je oblast komponent pro vizualizaci a ovládání stro-
66
jů, kde si operátoři, dispečeři i manažeři přejí, aby viděli stejný proces, avšak z různých úhlů pohledu, na různých úrovních a často i na odlišných hardwarových a softwarových platformách. Díky využití vlastností integrované architektury je společnost Rockwell Automation schopna nabídnout velikostně i výkonnostně přizpůsobitelné systémy pro vizualizaci založené na stejné univerzální technice bez ohledu na rozsah úlohy. Největší výhodou tohoto přístupu je skutečnost, že konstruktéři se musí seznámit pouze s jednou platformou, která bude využitelná pro nejrůznější stroje nebo zařízení – velké i malé. Výhody pro konstruktéry strojů nebo systémové integrátory jsou zřejmé. Nejenže nebude podstatně omezena variabilita komponent při konstrukci různých strojů, ale programátoři vytvářející vizualizační programy
získají také znatelně větší jistotu, protože budou pracovat v jednotném vývojovém prostředí. To může zmenšit pravděpodobnost omylu, ale nabízí se zde i možnost podstatně zrychlit všechny důležité procesy související s návrhem, výrobou i uvedením zařízení do prodeje. Navíc k provozu i údržbě může být využit tentýž vizualizační systém, což zvyšuje efektivitu stroje po celou dobu jeho technického života. Skupina výrobků určených pro vizualizaci od společnosti Rockwell Automation obsahuje ve svém typovém označení slovo View a zahrnuje operátorské panely různých velikostí a provedení PanelView, panelové počítače VersaView a vizualizační software FactoryTalk View. Kromě toho, že tato skupina výrobků obsahuje hardware různých velikostí i software s různým výkonem, je další nespornou předností, že přenáší koncepci integrované architektury i do těch nejmenších úloh. Základní myšlenku skupiny produktů View lze nejlépe vystihnout jako strategii „jednotných, plně integrovaných velikostně a výkonnostně přizpůsobitelných vizualizačních komponent v rámci celého výrobního podniku“.
AUTOMA 2/2008
