Dokumentacja i systemy jakości

Transkrypt

1 Po co standardy w automatyce przemysłowej? Iwona Kochańska

2 Automatyka przemysłowa Automatyka przemysłowa zajmuje się automatyzacją procesów wytwarzania i procesów technologicznych Obecnie w automatyce przemysłowej wykorzystywanych jest wiele protokołów i standardów Sterowniki PLC, PAC, a nawet moduły wejść/wyjść rozproszonych komunikują się często w innych protokołach, np. Modbus TCP, Modbus RTU, PROFIBUS, PROFINET, DF1, Ethernet/IP, CAN Integracja sieci przemysłowych na obiekcie daje duże korzyści, jednak dopiero od pewnego czasu istnieje właściwy sprzęt, aby to zrealizować

3 Standardy zamknięte czy otwarte? Pierwsze rozwiązania rozproszonych systemów zarządzania oraz sterowników programowalnych (PLC) systemy zamknięte. Jeden producent: o modułów wejść/wyjść, o sterowników, o stacji technicznych i operacyjnych, o Magistral Pojedyncze urządzenia mało inteligentne (przekazywanie sygnałów analogowych i cyfrowych między wejściami a wyjściami) Otwieranie się systemów: o Pojawienie się inteligentnych urządzeń z obsługą komunikacji cyfrowej o Komercyjne technologie do PAC i PLC

4 Standardy zamknięte czy otwarte? Standardy zamknięte: "ogród otoczony murem (opis podejścia firmy Apple), gdzie urządzenia i oprogramowanie są ze sobą zintegrowane ponieważ istnieje tylko jeden ogrodnik. Zalety: o łatwość obsługi o bezpieczeństwo Standardy otwarte: urządzenia i programowanie pochodzą od wielu producentów i integracja jest osiągana poprzez standardy lub prace niestandardowe. Zaleta: niższy koszt

5 Standardy zamknięte czy otwarte? (3) Otwartość może prowadzić do chaosu (kontrolowanie procesu i współdzielonych plików przez różnych producentów) Połączenia cyfrowe do komunikacji pomiędzy urządzeniami zewnętrznymi oraz systemami kontroli powinny być otwarte i regulowane przez standardy komunikacyjne. Standardy te powinny trzymać się tylko komunikacji, i nie ingerować w to, co dzieje sie wewnątrz układu sterowania lub indywidualnych urządzeń. Przykład: USB

6 Rozproszone systemy sterowania Distributed Control System (DCS) odpowiada za sterowanie procesem przemysłowym i wizualizację procesu przemysłowego, które odbywają się za pomocą sieci komputerowych Ethernet oraz przemysłowych sieci komputerowych takich jak Modbus, Profibus, CAN, CANopen, EtherCat i inne. Podział ze względu na przepływ informacji między klientem a serwerem: o Podsystem produkcji o Podsystem zarządzania

7 Rozproszone systemy sterowania Podsystem produkcji o Jednostka nadrzędna (serwer) odczytuje dane ze warstwy produkcyjnej lub procesowej (stacji procesowych procesu technologicznego): Układy sterowania CNC (Computer Numerical Control) Programowalne układy PLC (Programmable Logic Controller) Programowalne sterowniki automatyki PAC (Programmable Automation Controller) Przemysłowe komputery IPC (Industrial PC) Czujniki Elementy wykonawcze automatyki Inne urządzenia automatyki przemsłowej pracujące w miejscowej sieci komputerowej fieldbus o Informacje pozyskane z tych urządzeń gromadzone są w przemysłowej bazie danych, która staje się częścią składową informacji opisującą funkcjonalność przedsiębiorstwa. o Podstawowe zadanie to sterowanie urządzeniami w celu realizacji zadań procesu technologicznego oraz zbierania informacji, na podstawie których system informatyczny będzie odpowiednio zarządzany w procesie podejmowania decyzji

8 Rozproszone systemy sterowania Źródło: R. Kwiecień, Komputerowe systemy automatyki przemysłowej, Helion

9 Rozproszone systemy sterowania Podsystem zarządzania główną rolę pełnią jednostki nadzorcze (stacja operatorska, inżynierska oraz diagnostyczna), należące do najwyższych warstw zarządzania produkcją. Na podstawie danych zgromadzonych w przemysłowej bazie danych oraz ich analizy techonologiczno-ekonomicznej podejmowane sa decyzje o odpowiednim odzwierciedleniu funkcjonowania układów sterujących procesem technologicznym. W skład tego podsystemu wchodzą: o o Warstwa biznesowa wspomaganie zarządzania Planowanie zasobów przedsiębiorstwa ERP (Enterprise Resource Planning) Analizy i produkcji SAP (Systems Analysis and Product) Zarządzania relacjami z klientami CRM (Customer Relationship Management) Zarządzania łańcuchem dostaw SCM ( Supply Chain Management) Zarządzanie cyklem życia produktu PLM (Product Lifecycle Management) Informacji geograficznej GIS (Graphical Information System) Warstwa operacyjna wykonanie planów operacyjnych na podstawie informacji otrzymanych z procesu technologicznego; systemy wizualizacji i nadzoru produkcji System sterowania i akwizycji danych SCADA/HMI (Supervisory control and data acquisition / Human Machine Interface) System realizacji produkcji MES (Manufacturing Execution Systems)

10 Rozproszone systemy sterowania Podsystem produkcji i podsystem zarządzania nie mają charakteru monolitycznego. Tworzą mniej lub bardziej wyspecjalizowane systemy informatyczne dostosowane do realiów procesu technologicznego. Ustalenie granic między warstwami związanymi z bezpośrednią kontrolą i nadzorem nad procesem przemysłowym oraz dystrybucją danych jest niemal zawsze kwestią dyskusyjną, jednak takie podejście pozwala na projektowanie, testowanie i kontrolę calego komputerowego systemu sterowania procesem technologicznym

11 Planowanie zasobów przedsiębiorstwa ERP Stowarzyszenie sterowania produkcją i zapasami APICS (The Association for Operations management): MRP II Standard System, 1989 Systemy ERP pracują w najwyższej warstwie modelu infrasturktury rozproszonych informatycznych systemów sterowania i są zaliczane do klasy zintegrowanych systemów informatycznych Funkcjonalność przedsiębiorstwa: o Planowanie biznesowe (Business Planning) o Bilansowanie produkcji i sprzedaży (Sales and Operation Planning SOP) o Zarządzanie popytem (Demand Management DEM) o Harmonogramowanie planu produkcji (Master Production Scheduling MPS) o Planowanie potrzeb materiałowych (Material Requirements Planning MRP) o Wspomaganie zarządzania strukturami materiałowymi (Bill of Material Subsystem)

12 Planowanie zasobów przedsiębiorstwa ERP Funkcjonalność przedsiębiorstwa c.d.: o Ewidencja magazynowa (Inventory Transaction Subsystem INV) o Sterowanie zleceniami (Schedule Receipts Subsystem SRS) o Sterowanie produkcją (Shop Floor Control SFC) o Planowanie zdolności produkcyjnych (Capacity Requirements Planning CRP) o Sterowanie stanowiskami roboczymi (Input/Output Control) o Zaopatrzenie (Purchasing PUR) o Planowanie zasobów dystrybucyjnych (Distribution Resource Planning DRP) o Narzędzia i pomoce warsztatowe (Tooling) o Planowanie finansowe (Financial Planning Interface) o Symulacje (Simulation) o Pomiar wyników (Performance Measurement)

13 System realizacji produkcji MES Dzięki funkcjonalności systemu MES można: o uzyskać natychmiastowy sygnał zwrotny o stopniu wykonania produkcji, o podejmować na bieżąco właściwe decyzje i reagować na bieżąco na nieprawidłowości pojawiające się w czasie procesu produkcyjnego. o Pozyskane dane z procesu produkcyjnego pozwalają na analizę kluczowych wskaźników efektywności na produkcji i uzyskanie prawdziwego obrazu wykorzystania zdolności produkcyjnych

14 System realizacji produkcji MES Zarządzanie wykonaniem produkcji (Process Management) Zarządzanie wydajnością (Performance Analysis) Śledzenie i genealogia produkcji (Production Tracking and Genealogy) Zarządzanie jakością (Quality Management) Gromadzenie i akwizycja danych (Data Collection and Acquisition) Zarządzanie obiegiegiem dokumentów (Document Control) Zarządzanie alokacją zasobów ( Resource Allocation & Status) Zarządzanie zasobami ludzkimi (Labor Management) Rozsyłanie zadań produkcyjnych (Dispatching Production Units) Harmonogramowanie Produkcji ( Detailed Scheduling) Zarządzanie utrzymaniem ruchu

15 System sterowania i akwizycji danych SCADA/HMI Zadania: o Zbieranie aktualnych danych pochodzących z procesu o Wizualizacja stanu procesu o Sterowanie nadrzędne o Alarmowanie i rejestracja zdarzeń o Archiwizacja danych o Udostępnianie informacji o procesie w sieciach komputerowych Wystąpienie alarmu -> konieczność podjęcia działań powodujących zmniejszenie skutków alarmu. Ze względu na szybkość reakcji za działania te odpowiedzialne są układy znajdujące się jak najbliżej obiektu (sterowniki PLC lub moduły zabezpieczeniowe) Na parametry czasowe rejestracji zdarzeń mają wpływ: o Parametry wykorzystanych urządzeń, o Typy sieci przemysłowych o Budowa systemu automatyki

16 Przykładowe systemy SCADA

17 SCADA/HMI Urządzenia automatyki przemysłowej Linie montażowe i urządzenia do montażu Urządzenia kontrolno-pomiarowe: aparatura pomiarowa, czujniki, przetworniki, mierniki, wskaźniki, rejestratory, systemy wizyjne Urządzenia wykonawcze: zawory, silniki, napędy, przepustnice, pompy Urządzenia sterujące: sterowniki PLC/PAC, komputery przemysłowe, panele operatorskie Przemysłowe sieci komputerowe (systemy łączności)

18 Urządzenia sterujące sposoby sterowania Sterowanie lokalne panel operatorski umieszczony na urządzeniu Sterowanie zdalne urządzenie posiada wyprowadzone złącza serujące i interfejsy komunikacyjne o Sygnał sterujący (analogowy lub cyfrowy, prądowy lub napięciowy) o Komunikacja sieciowa (przewodowa lub bezprzewodowa)

19 Sterowniki PLC Programowalny sterownik logiczny (Programmable Logic Controller, PLC) - uniwersalne urządzenie mikroprocesorowe przeznaczone do sterowania pracą maszyny lub urządzenia technologicznego. o Musi zostać dopasowany do określonego obiektu sterowania poprzez wprowadzenie do jego pamięci pożądanego algorytmu działania o Posiada strukturę oprogramowania przystosowaną do wykonywania pętli regulacji Norma: Programmable Controlles (IEC 61131), Międzynarodowa Komisja Elektroniki o Informacje ogólne (w Polsce: PN-IEC :1996) o Sprzęt i wymagania testowe (w Polsce: PN-IEC :1996) o Języki programowania (w Polsce: PN-EN :1998) Języki graficzne: drabinkowy i FBD (diagram schematów blokowych) Języki tekstowe: asembler i structured text o Wytyczne użytkownika o Wymiana informacji

20 Sterowniki PAC Programowalny sterownik automatyki (Programmable Automation Controller, PAC) - uniwersalne urządzenie mikroprocesorowe łączące architekturę oprogramowania i konfigurację sprzętową sterownika PLC i komputera klasy PC: o Platforma sprzętowa podobna do PLC o Funkcjonalność komputera PC o Standardy przemysłowe: OPC i XML o Prostota wymiany informacji między urządzeniami różnych producentów o Oprogramowanie narzędziowe o Języki programowania: jak dla PLC + ANSI C!