Zakład produkcyjny jest tworem żywym, nieprzewidywalnie zmiennym, a często bardzo złożonym i zaawansowanym technologicznie. Aby okiełznać procesy oraz zmiany zachodzące na terenie placówki wymagana jest wytężona praca umysłowa oraz fizyczna wielu osób pracowników zakładu. Zdarza się jednak, iż nawet pomimo zarządzania przez wykwalifikowany personel oraz zastosowania nowoczesnych technik zabezpieczeń technologicznych nie wszystkie czynniki wpływające na pracę całej instalacji możliwe są do przewidzenia. Warto zwrócić więc uwagę na nadrzędny system analiz pracy urządzeń, a także całkowitej wydajności systemu. Informacje zgromadzone przez taki system na przestrzeni tygodni, miesięcy, lat dają możliwość analizy przestojów maszyn, ich przyczyn, a także pozwalają zapobiec oraz zredukować ich ilość, co w efekcie zwiększa wydajność produkcyjną całego zakładu oraz nakierowuje na najsłabsze ogniwa cyklu produkcyjnego, których wzmocnienie zaowocuje usprawnionym działaniem całego zakładu. Możliwości takie daje Downtime Monitor moduł systemu wizualizacyjnego WinCC firmy Siemens służący do rejestrowania zachowań urządzeń oraz generowania parametrów wydajnościowych procesu produkcyjnego. WinCC/DowntimeMonitor jest komponentem inteligentnej fabryki i jest wykorzystywany do monitorowania sprawności oraz wydajności urządzeń, podsystemów oraz kompletnych linii produkcyjnych. Połączone elementy poddane nadzorowi traktowane są, jako urządzenia. System zarządzania danymi statusowymi urządzeń WinCC/Downtime Monitor umożliwia detekcję oraz centralną analizę przestojów maszyn oraz linii montażowych. System oblicza parametry jakościowe dla konkretnej jednostki, urządzenia czy linii technologicznej. Zmienne procesowe odczytywane są bezpośrednio z WinCC i łączone są ze stosownymi funkcjami analitycznymi. Moduł umożliwia kalkulację wielu predefiniowanych algorytmów jakościowo-wydajnościowych, m.in. OEE (Overall Equipment Efficiency), MTBF (Mean Time Between Failures), MTBA (Mean Time Between Assist), MTTA (Mean Time To Assists), MTTR (Mean Time To Repair), wskaźniki wydajności, jakości, opóźnień, czasu produkcji, a także mnóstwo innych tzw. kluczowych wskaźników wydajności KPI (Key Performance Indicator), które szerzej zostaną omówione w dalszej części poniższej publikacji. W ten sposób urządzenia produkcyjne mogą być definiowane indywidualnie przez zakład przemysłowy. Główną zaleta zastosowania systemu nadzorującego jest całkowita transparentność obiektu oraz urządzeń, jako podstawa optymalizacji pracy zakładu, co oznacza - zapobieganie zakłóceniom, opóźnieniom oraz zwiększenie dostępności. Dodatkowymi zaletami są: - możliwość kalkulacji parametrów specyficznych(kpi), które są bazą do dalszych decyzji związanych z eliminacją kosztownych usterek, - integracja odpowiednich elementów prezentacji graficznej (kontrolek) na ekranach procesowych WinCC, - możliwość zastosowania systemu od pojedynczych urządzeń po kompletne jednostki produkcyjne, - prezentacja wyników poprzez sieć lokalną bądź Internet dzięki opcji WinCC/WebNavigator, - lokalizacja przyczyn spadków prędkości produkcji oraz jakości. Analiza przyczyn błędów dostarcza informacji na temat częstotliwości oraz czasu trwania przestojów urządzeń bądź zakładu. Odpowiednie wskaźniki jakościowe (KPI) mogą łatwo zostać umieszczone na ekranach procesowych wizualizacji WinCC(rys. 1). Doradztwo techniczne: simatic.pl@siemens.com 1
Rys. 1. Kontrolka prezentująca wyniki obliczeń współczynników KPI. WinCC/Downtime Monitor umożliwia również stworzenie modelu czasowego dla urządzeń produkcyjnych dający pogląd na czas produkcji, przestojów czy przerw konserwacyjnych. Poprzez kalendarz zmianowy (shift calendar) w analizie zostają również uwzględnione okresy pracy oraz przerw w produkcji. Wszelkie dane statusowe zakładu niezbędne do analiz, parametryzowane są w drzewie przyczynowym (reason tree) dającym szczegółowy pogląd na przyczynę występujących zdarzeń. Zgromadzone dane dostarczają informacji o wydajności poszczególnych urządzeń oraz całego zakładu produkcyjnego. Przejrzystość danych umożliwia szybką reakcję na usterki oraz daje sposobność przedsięwzięcia odpowiednich środków w celu zwiększenia dostępności maszyn. Dane statusowe przesyłane ze sterownika PLC przydzielane są w systemie do kategorii czasowych oraz grupowanie w grupy zdarzeń. Informacje przetwarzane są w projekcie wedle zdefiniowanych procedur. Wyniki analiz oraz obliczeń łatwo jest przedstawić na ekranach procesowych WinCC poprzez predefiniowane kontrolki. Przetworzone dane dla jednej lub wielu jednostek sprzętowych mogą zostać łatwo oraz transparentnie zaprezentowane w postaci: diagramu Gantta lub Pareto histogramu trendu lub tabeli Diaram Gantta (rys. 2) przedstawia informacje o pracy urządzeń zebrane na przestrzeni zdefiniowanego przez użytkownika zakresu czasu. Dane historyczne ilustrujące wskaźniki wydajności, okresy przestojów czy jakości produkcji dzięki kontrolce KPI mogą zostać zaprezentowane w postaci odpowiedniego diagramu bądź wykresu. Wszelkie zmiany stanu maszyn bądź linii produkcyjnej rejestrowane są przez WinCC/DowntimeMonitor, a następnie Doradztwo techniczne: simatic.pl@siemens.com 2
ze wszelkimi niezbędnymi szczegółami mogą zostać zaprezentowane w postaci tabelarycznej z możliwością dodawania komentarzy użytkownika w trybie Runtime. Dane końcowe mogą być przetworzone przez WinCC oraz opcje systemu, a następnie udostępnione końcowym odbiorcom zdalnie poprzez sieć. Rys. 2. Diaram Gantta przedstawiający przebieg pracy urządzeń. System SIMATIC WinCC/DowntimeMonitor może być zainstalowany na samodzielnej stacji WinCC, WinCC Server bądź Client z projektem i składa się zarówno z narzędzia inżynierskiego jak i interfejsu użytkownika Runtime. Wszelkie operacje inżynieryjne przeprowadzane są przy pomocy interfejsu graficznego dostępnego z poziomu WinCC Explorer. System posiada własne kontrolki ActiveX, służące wyświetlaniu informacji w trybie RT, obliczaniu parametrów wydajnościowo-jakościowych, a także prezentowaniu zgromadzonych informacji na przestrzeni wybranego przedziału czasowego. Zarejestrowane dane przechowywane są w bazach danych on-line(aktualnie modyfikowana baza RT) i mogą zostać przeniesione do baz danych off-line(archiwum). Podstawowy pakiet składa się z części projektowej oraz oprogramowania RT z licencją na 5 jednostek - urządzeń(equipment units). Pozostałe licencje umożliwiają obsługę do 25, 50, 100 lub 200 jednostek. Celem tej publikacji jest zapoznanie użytkownika z podstawową funkcjonalnością pakietu WinCC/DowntimeMonitor poprzez poszczególne szczeble konfiguracyjne. Użytkownik przeprowadzony zostanie przez konfigurację bazy danych, stworzenie modelu czasowego, definicję urządzeń zakładowych, uzupełnienie drzewa oraz tabeli przyczynowej, a także opis liczników, algorytmów oraz konfigurację cyklicznej ich generacji. Etapem końcowym będzie uruchomienie aplikacji Runtime oraz parametryzacja dedykowanych Doradztwo techniczne: simatic.pl@siemens.com 3
kontrolek ActiveX, a także przegląd ustawień zaawansowanych oraz narzędzi diagnostycznych. Opcję WinCC/DowntimeMonitor należy zainstalować z osobnej płytki instalacyjnej (wersja demonstracyjna dostępna jest na zapytanie w biurach regionalnych Siemens lub pod adresem e-mail: simatic.pl@siemens.com) na stacji, która posiada już instalację WinCC v7.0. Najnowsza oraz zalecana wersja to v7.0 SP1 HF4. Podczas instalacji użytkownik zostanie zapytany czy instalacja powinna objąć pakiet kliencki czy serwerowy. Dla instalacji standalone powinna zastać wybrana opcja druga nie ma możliwości zainstalowania obu wersji na jednym systemie operacyjnym. Po zakończonym procesie instalacyjnym w WinCC Explorer powinna pokazać się dodatkowa pozycja PI_Option, która po rozwinięciu zawiera trzy opcje: Downtime Monitor (interfejs konfiguracyjny systemu), Administrative Tools (konfiguracja bazy danych) oraz Information Center (pliki pomocy w wersji HTML). Dodatkowo w Graphics Designer możemy zaobserwować dodatkowe kontrolki ActiveX dedykowane prezentacji danych przetworzonych przez WinCC/DTM w trybie RT. Natomiast w User Administration dodane zostały dodatkowe uprawnienia dla użytkowników WinCC/DTM.(rys. 3) Rys.3. Uprawnienia użytkownika Downtime Monitor. Poza tymi bezpośrednio widocznymi zmianami w interfejsie WinCC, podczas instalacji opcji WinCC/DTM zostały zainstalowane również m.in. przykładowy projekt, który wykorzystamy do prezentacji możliwości systemu, a także narzędzie diagnostyczne Log Viewer oraz system ustawień zaawansowanych Management Console. Pracę z WinCC/DTM zacznijmy od uruchomienia przykładowego projektu, który poza skryptami generującymi pseudo-losowe statusy urządzeń oraz symulacją zliczania produkowanych elementów jest w zasadzie pustym projektem WinCC. Jeśli nie wskazano innej niż standardowa ścieżki instalacyjnej projekt powinien znajdować się w następującej lokalizacji: C:\Program Files\Siemens\WinCC\SIT\Documentation\Resources. Uruchamiamy znajdujący się tam plik PI-Option_Getting_Started.exe i wskazujemy gdzie wypakowany ma zostać projekt. Po otwarciu projektu nie zapomnijmy o standardowej zmianie nazwy stacji roboczej w WinCC Explorer -> Computer -> Properties -> Properties -> Computer Name -> Use Local Computer Name. Po tej operacji wymagany jest restart WinCC w celu zaaplikowania zmian. Wykorzystanie projektu z symulacją zachowań urządzeń znacznie ułatwi testową konfigurację systemu. Na zawartym w projekcie ekranie procesowym widnieją dwie kontrolki WinCC OnlineTableControl, prezentujące dane DTM oraz PCM(Process Monitor moduł obecnie niedostępny). Interesująca nas tabela DTM przedstawia aktualny status urządzenia, które dodamy do projektu, a także ilość wyprodukowanych przez nie elementów dobrych oraz tych odrzuconych na etapie kontroli jakości. Doradztwo techniczne: simatic.pl@siemens.com 4
Założenie projektu DTM oraz konfiguracja bazy danych Pierwszym krokiem w konfiguracji WinCC/DTM jest założenie projektu oraz parametryzacja bazy danych SQL, w której będą zapisywane dane procesowe. Wykonujemy to klikając prawym klawiszem w AdministrativeTools -> Open Project Administrative Tool(rys. 4). Otwarty zostanie Project Manager. Z paska menu wybieramy pierwszą aktywną ikonę (New Project). Poprzez kilka kroków Wizard przeprowadzi nas przez konfigurację. Tworzymy nowy standardowy projekt, następnie w oknie parametryzacji bazy danych wybieramy odpowiednie atrybuty bazy ilość baz danych (ilość segmentów bazy danych SQL, jakie będą przechowywane na dysku twardym komputera - domyślnie dwa), przedział czasu, jaki będzie pokrywać każda z baz (maksymalnie 365 dni) oraz jej rozmiar wskazując poglądowy rozmiar projektu oraz na ile zmian będzie pracować DTM (8/24, 16/24 lub 24/24) system sam dobierze wymagany rozmiar bazy na dysku (można ustawić ten parametr również ręcznie). W ostatnim etapie konfiguracji możemy wskazać folder automatycznej archiwizacji - równoległa akwizycja bazy danych online (aktualne dane RT) bezpośrednio do bazy offline (dane archiwalne). Fizycznie baza danych online oraz offline znajduje się w folderze instalacyjnym MS SQL Server (domyślnie C:\Program Files\Microsoft SQL Server\MSSQL.1\MSSQL\DATA\), natomiast automatyczna baza offline w skonfigurowanej przez użytkownika lokalizacji. Nazwa bazy danych online: DBNAME_ONLINE_x, gdzie DBNAME to losowo wygenerowany kod bazy danych (nazwa ta możliwa jest do określenia przez użytkownika w konfiguracji zaawansowanej) a x to indeks bazy. Dla każdego projektu zawsze jest tworzona jedna baza danych więcej niż skonfigurowana, aby wykonać przesunięcie ostatniej bazy danych online do bazy offline (rys. 5). Nazwa bazy offline: DBNAME_StartDate_EndDate, gdzie StartDate oraz EndDate definiują początek i koniec okresu pokrytego przez bazę danych. W celu konfiguracji ilości baz danych offline innej niż 1 - należy wybrać na początku kreatora konfigurację zaawansowaną. Kończymy pracę kreatora tworzenie projektu oraz systemu baz danych może potrwać kilka minut. Rys. 4. Konfiguracja bazy danych. Doradztwo techniczne: simatic.pl@siemens.com 5
Rys. 5. Przykładowa konfiguracja baz danych dwie bazy danych online oraz dwie offline Dodatkowo istnieje możliwość tworzenia kopii zapasowej baz danych offline z poziomu Project Manager poprzez opcję Tools -> Archiving manager -> Import/Export. Definiowanie urządzeń Kolejnym krokiem w konfiguracji WinCC/DTM jest zdefiniowanie urządzeń, które system będzie monitorować. Opis urządzenia jest dwustopniowy w pierwszym kroku określamy typ urządzenia (zabieg grupowania jednostek), natomiast w drugim etapie charakteryzujemy konkretną jednostkę. Po otwarciu konfiguratora WinCC/DTM przez dwukrotne kliknięcie opcji Downtime Monitor w drzewku PI_Option w WinCC Explorer, przechodzimy w panel General Registry znajdujący się w lewej części okna, a następnie przechodzimy w pozycję Equipement Types. Klikając prawym przyciskiem myszy w obszar roboczy w prawej części ekranu i wybierając z menu podręcznego opcję New Equipement Type definiujemy grupę urządzeń (rys. 6), przykładowo o nazwie Urządzenia centralne. Następnie przechodząc w panel Equipment klikamy w drzewo Equipment Model prawym przyciskiem myszy i wybieramy opcję New Equipment Unit. Wprowadzając nazwę(np. Jednostka główna ) i ewentualny opis zdefiniowaliśmy jednostkę, którą będziemy monitorować. Doradztwo techniczne: simatic.pl@siemens.com 6
Rys. 6. Definicja typów urządzeń. Tworzenie modelu czasowego oraz kalendarza zmian pracy Model czasowy jest zbiorem kategorii czasowych zdefiniowanych dla konkretnego zakładu produkcyjnego, przykładowo: planowany czas produkcji, przestój nieplanowany, opóźnienia, etc. Innymi słowy model czasowy klasyfikuje różne czasy produkcji oraz przestoje. W przykładowym projekcie stworzymy następujące kategorie: Czasy Produkcji Planowany czas produkcji Rzeczywisty czas produkcji Czas produkcji - prędkość maksymalna Przestoje Planowany przestój Nieplanowany przestój Spadek prędkości produkcji W panelu Time Model dodajemy odpowiednie kategorie czasowe, aby uzyskać model jak na rys. 7. Domyślnie w systemie stworzony jest prosty model czasowy. Doradztwo techniczne: simatic.pl@siemens.com 7
Rys. 7. Model czasowy systemu. Właściwości modelu czasowego zostaną wykorzystane w dalszym etapie konfiguracji projektu. Kolejnym krokiem konfiguracji systemu jest zdefiniowanie kalendarza zmian pracy. Przy użyciu powyższych elementów użytkownik ma możliwość zdefiniowania szeroko pojętych kategorii czasowych. WinCC/DTM pozwala dodatkowo skonfigurować precyzyjny kalendarz pracy dla każdej z monitorowanych jednostek. Główną funkcją kalendarza zmian pracy jest określenie wszelkich z góry założonych okresów pracujących oraz niepracujących (np. przerwy, święta, wakacje, etc.), które mają wpływ na urządzenie (np. zatrzymanie maszyny). Kalendarz generowany jest przez połączenie rozmaitych jednostek czasowych takich jak: czas pracy, typ zmiany, dni robocze, okresy przerw, itd. Konfigurator kalendarza uruchamiamy klikając ikonę Shift Calendar znajdującą się w górnym pasku menu, a następnie w oknie Set Calendar klikamy przycisk Add, uruchomiony zostanie automatyczny kreator, który krok po kroku przeprowadzi nas przez parametryzację kalendarza. Bazową jednostką czasu w kalendarzu jest czas pracy (Working Time). Definiuje on nienakładające się na siebie okresy czasu, nie dłuższe niż 24h. Przerwy w pracy mogą być tutaj również uwzględnione. Spróbujmy, zgodnie z komendami Wizarda, spreparować następujące czasy pracy: Rano: 9:00 14:00 z przerwą poranną: 11:00 11:15 Popołudnie: 14:00 18:00 z przerwą popołudniową: 16:00 16:15 Noc: 20:30 5:50 z przerwami: 22:30 22:45, 0:30 1:30 oraz 3:30 3:45 Postój: 9:00 18:00 z przerwa: 9:00 18:00 (symulacja całego dnia bez pracy). Doradztwo techniczne: simatic.pl@siemens.com 8
Rys. 8. Kalendarz zmianowy. Utworzone okresy pracy obejmujące maksymalnie 24h są w kolejnym kroku bazą do utworzenia typu zmiany (Shift Template). Typy zmian są sekwencją czasów pracy. Mogą one obejmować zarówno czasy pracy, które rozpoczęły się dnia poprzedniego, jak i te, które zakończą się dnia następnego maksymalny czas trwania zmiany to 48h. Przy pomocy kreatora stwórzmy, więc trzy następujące zmiany składające się z odpowiednich okresów pracy: Zmiana dzienna: Rano + Popołudnie Zmiana nocna: Noc Przerwa: Postój Kolejnym etapem jest stworzenie szablonu dnia roboczego (Working Day Template), który będzie składał się z u przednio skonfigurowanych zmian pracy. W tym kroku skonfigurujmy następujące dwa wzorce dnia pracy łączące w sobie odpowiednie zmiany pracy: Dzień roboczy: Zmiana dzienna + zmiana nocna Dzień wolny: Przerwa. Następny szczebel konfiguracji to definicja okresu pracy (Period Definition). W naszym przypadku może być to charakterystyka pracy w całym tygodniu. Stwórzmy zatem okres Tydzień roboczy składający się z 7 szablonów dni 5 dni roboczych + 2 dni wolne(weekend). Etapem końcowym jest wprowadzenie do rocznego kalendarza pracy zakładu (Faktory Calendar) dni szczególnych np. świąt narodowych oraz określenie czy nasz zakład będzie w te dni pracował czy też nie. Zgodnie z przykładem poniżej dodajmy do kalendarza następujące pozycje: Nazwa kalendarza: Standardowy kalendarz pracy Nowy Rok 01.01.2012 (Postój) Walentynki 14.02.2012 (Praca) Wielkanoc 04.08.2012 (Postój) Święto Pracy 1.05.2012 (Postój) Haloween 31.10.2012 (Praca) Wigilia 24.12.2012 (Postój) Doradztwo techniczne: simatic.pl@siemens.com 9
Po wykonaniu powyższych kroków pozostaje wskazać, na jakiej bazie ma zostać wygenerowany grafik na cały rok pracy (Shift Calendar Rule Definition). W konfiguratorze wybieramy New i w polu ID otwartego okienka Shift Rule Definition wpisujemy nazwę: Reguła_1 (tygodniowy). W obszarze Generate base on wskazujemy okres (Period) Tydzień roboczy, natomiast w polu Factory Calendar wskazujemy wcześniej utworzony Standardowy kalendarz pracy. Parametr Start ustawiamy na 1.01.2012, a ilość okresów na 52. Ostatni krok to wygenerowanie kalendarza i nadanie mu nazwy(shift Calendar Definition). Klikamy w pole New i wprowadzamy nazwę kalendarza: Kalendarz 2012, a także wskazujemy regułę na podstawie, której zostanie wygenerowany finalny kalendarz pracy zakładu. Po zamknięciu kreatora wyświetli się okno, w którym należy wskazać kalendarz pracy SHC Browser. Zaznaczamy utworzony kalendarz i zatwierdzamy OK. Kalendarz 2012 został teraz zatwierdzony jako domyślny kalendarz na rok 2012 dla naszego zakładu. Specyfikacja drzewa przyczynowego oraz tabeli stanów Drzewo przyczynowe (Reason Tree) ma na celu klasyfikację okresów produktywnych oraz bezproduktywnych urządzeń w strukturze drzewa. Wszelkie możliwe stany urządzeń mogą zostać wyświetlone dla konkretnej jednostki. WinCC/DTM pozwala użytkownikowi stworzyć drzewo przyczynowe do trzech stopni zagnieżdżenia. Każdy kolejny stopień reprezentuje wyższą klasę szczegółów od poprzedniego, np: kategoria czasu: nieplanowany przestój -> przyczyna: usterka -> szczegółowa przyczyna: usterka elektryczna Aby utworzyć wspomnianą strukturę potrzebne będzie zdefiniowanie kilku rodzin stanów (State Families) grupujących podobne stany urządzeń (np. usterki, opóźnienia, etc) oraz listę stanów maszyny (Machine State List) zawierającą opis wszelkich możliwych statusów, jakie może przyjąć konkretne urządzenie. W dalszym stopniu konfiguracji rodziny stanów W naszym przykładowym projekcie zdefiniujmy następujące rodziny stanów: usterka, konserwacja, konfiguracja, opóźnienie. W tym celu przechodzimy w znany już panel General Registry i w zakładce States Families wpisujemy wymienione grupy. Następnie przechodzimy w zakładkę Machine State List, klikając prawym klawiszem myszy w obszar roboczy po prawej stronie ekranu wybieramy opcję New Machine State. W oknie konfiguracyjnym wpisujemy nazwę, a tekże klasyfikujemy stan urządzenia. Powtarzając tą czynność wielokrotnie stwórzmy listę stanów jednostki jak pokazano na rys. 9. Rys. 9. Tabela stanów urządzenia. Doradztwo techniczne: simatic.pl@siemens.com 10
Pozostaje jeszcze określić nazwy zagnieżdżonych kategorii drzewa przyczynowego. Wykonujemy to przechodząc w zakładkę Levels. Nazwijmy te dodatkowe stopnie informacyjne: Przyczyna oraz Szczegółowa przyczyna. W kolejnym kroku określimy strukturę naszego drzewa przyczynowego. Drzewo takie jest hierarchiczną reprezentacją wszelkich zdarzeń, jakie mają miejsce dla konkretnego typu urządzeń w zakresie produkcji oraz przestojów. W tym celu przechodzimy do panelu Reason Trees gdzie (po lewej stronie ekranu) dodajemy drzewo oraz wskazujemy grupę urządzeń jakie będzie ono charakteryzować (automatycznie dodane zostaną do drzewa bazowe elementy uprzednio skonfigurowanego modelu czasowego), a następnie tworzymy jego strukturę w części roboczej po prawej stronie ekranu. Stwórzmy strukturę drzewa zgodnie z hierarchią przedstawioną na rys. 10. Rys. 10. Struktura drzewa przyczynowego. Na podstawie drzewa przyczynowego możemy teraz automatycznie wygenerować tabelę wszelkich możliwych stanów grupy urządzeń, która będzie bezpośrednio powiązana z wartościami mierzonymi przesyłanymi z jednostki przez sterownik PLC do zmiennych WinCC. Aby automatycznie wygenerować tabelę stanów klikamy prawym przyciskiem myszy w utworzone drzewo przyczynowe i wybieramy opcję New State Transition Table, wpisujemy nazwę, przykładowo Tabela Stanów. W pierwszej kolumnie tabeli stanów (Raw Value) Doradztwo techniczne: simatic.pl@siemens.com 11
widnieje wartość statusowa przesyłane bezpośrednio ze sterownika. Przy generacji tabeli, parametr ten ustawiony jest dla każdego ze stanów na wartość domyślną. Klikając dwukrotnie w każdą z poszczególnych wartości statusowych możemy zmienić je na dowolne wartości, jakie zostały zdefiniowane, jako statusy dla urządzeń w systemie sterownia. Skrypt symulujący statusy urządzenia zaimplementowany w przykładowym projekcie (wartości transferowane są do zmiennej wewnętrznej Main-Unit_Status) generuje następujące wartości, powiązane z odpowiednim stanem urządzenia: 0, 110, 120, 121, 210, 220, 221, 222, 230, 310, 320, 321, 322, 330, 331, 332, 410, 420. Powiązania wartości statusowych przedstawione są na rys. 11 poniżej. Rys. 11. Tabela stanów urządzenia. Liczniki Parametrem uzupełniającym charakterystykę pracy jednostki są liczniki. Dostarczają one niezbędnych informacji do obliczeń jakościowych dotyczących urządzenia. Przykładowo, w projekcie uwzględnione będą dwa liczniki licznik elementów dobrych oraz wszystkich produktów wyprodukowanych przez nasze urządzenie. Wartości odczytywane są ze zmiennych WinCC, w tym celu przykładowy projekt symuluje dwie zmienne Main-Unit_Total- Items oraz Main-Unit_Good-Items. Aby zdefiniować liczniki przechodzimy w panel General Registry -> Counter. W obszarze roboczym dodajemy dwa liczniki: Wszystkie_Elementy oraz Dobre_Elementy. W celu powiązania liczników z odpowiednim urządzeniem, a następnie ze stosownymi zmiennymi WinCC przechodzimy w konfigurację jednostki Equipement -> <nazwa_urządzenia> -> Attributes Management. Atrybuty jednostki Fazą końcową konfiguracji naszej jednostki jest przypisanie do niej zdefiniowanych wcześniej atrybutów, tj. typ urządzenia, drzewo przyczynowe, tabela stanów, wartości statusowe, prędkość referencyjna, liczniki, kalendarz pracy. Zacznijmy od przypisania do jednostki właściwych jej liczników elementów wyprodukowanych. W tym celu przechodzimy w zakładkę Counters i dodajemy dwa zadeklarowane wcześniej nielimitowane liczniki, a także wskazujemy zmienne WinCC odpowiedzialne za dostarczenie im poprawnych wartości. Doradztwo techniczne: simatic.pl@siemens.com 12
Pozostałe atrybuty wskazujemy w zakładce General okna Equipment Attributes, czyli: Equipement Type: Urządzenia centralne Reason Tree: Główne drzewo przyczynowe State Transition Table: Tabela stanów Status Value: zmienna wewnętrzna WinCC Main-Unit_Status Shift Calendar: Kalendarz 2012 Prędkość referencyjna produkcji, np. 20 elementów na minutę. Algorytmy Po zdefiniowaniu parametrów jednostki możemy przejść do kolejnego etapu, mianowicie do konfiguracji algorytmów. W rozumieniu WinCC/DTM służą one do wyznaczania rozmaitych wskaźników statystycznych dotyczących monitorowanych urządzeń. Downtime monitor umożliwia kalkulację wielu algorytmów jakościowych oraz wydajnościowych. W przykładowym projekcie skonfigurujemy wskaźnik OEE (Overall Equipment Efficiency), określający całkowitą wydajność urządzenia. Zdefiniowany jest on wedle poniższej formuły: rys_12 W następnych krokach sparametryzujemy algorytm OEE w taki sposób, aby cyklicznie kalkulował efektywność naszego urządzenia jednostki głównej. Zacznijmy od zdefiniowania parametrów składowych wskaźnika OEE. Przechodzimy w panel Algorithms a następnie klikając w interesujące nas algorytmy wyzwalamy automatyczny kreator dla każdego z nich wybierając opcję New Algorithm. Pierwszy z algorytmów do Availability (dostępność urządzenia procentowa ilość czasu, podczas którego jednostka pracowała) zdefiniowany na rys_12, gdzie Operating Time = Rzeczywisty Czas Produkcji, natomiast Loading Time = Planowany Czas Produkcji. Kolejny faktor to Performance Rate (wskaźnik wydajności stosunek ilości rzeczywiście wyprodukowanych elementów do założonej teoretycznie ilości elementów, jaka powinna zostać wyprodukowana w danym okresie czasu). Zgodnie z podaną formułą Total Items Produced = licznik wyprodukowanych elementów (Wszystkie_elementy), Design Speed Operating Time = Rzeczywisty Czas Produkcji. Ostatni czynnik Quality Rate, to standardowy wskaźnik jakości czyli stosunek ilości poprawnie wyprodukowanych elementów do całkowitej ilości produktów. Istnieje również możliwość wprowadzania parametrów wskaźników jakościowych poprzez arkusz kalkulacyjne Excel. Doradztwo techniczne: simatic.pl@siemens.com 13
Krokiem finalnym jest uruchomienie kreatora dla algorytmu OEE i wskazanie w kolejnych krokach wcześniej zdefiniowanych parametrów. Kluczowy wskaźnik wydajności został skonfigurowany, aby jednak był on cyklicznie obliczany i w jakich odstępach czasu, musimy przejść jeszcze w panel Calculation i zadeklarować systemowi WinCC/DTM cykliczną kalkulację naszego algorytmu. Podobnie jak w pozostałych konfiguratorach posłuży nam do tego automatyczny Wizard. Klikamy w pole Calculations -> New Calculation. W kolejnych krokach wybieramy kalkulację cykliczną (minimalny okres kalkulacji dla skonfigurowanych algorytmów to 5 minut) oraz wskazujemy nasz algorytm OEE, a także jednostkę, dla której będzie on obliczał parametr wydajnościowy. Wizard zapyta również o Cluster, czyli okres czasu w jakim grupowane będą dane wyjściowe prezentowane w trybie Runtime, najczęściej możliwe jest to zgodnie z cyklem kalkulacji czyli co 5 minut (ctbyminutes, Duration: 5). Prezentacja danych w trybie RT Finalizacja ustawień WinCC/Downtime Monitor odbywa się przez ustawienie aktualnego schematu konfiguracyjnego, jako aktualny. Aby to uczynić klikamy pierwszą ikonę z górnego paska menu konfiguratora Set as Current. Projekt zostaje przypisany do WinCC. Aby wprowadzić zmiany do projektu DTM, należy kliknąć ikonę New Version, która teraz znajduje się na pierwszej pozycji paska menu. Po ostatecznym zatwierdzeniu konfiguracji możemy zamknąć edytor i przejść do WinCC Explorer. Zanim wstawimy kontrolki graficzne do prezentacji danych w trybie RT musimy utworzyć użytkownika, który będzie posiadał prawa dostępu do danych WinCC/DTM. W tym celu uruchomić należy moduł administracji użytkowników (User Administration) i utworzyć użytkownika oraz hasło. Grupę uprawnień dla użytkownika posiadającego prawa dostępu do danych determinuje przedrostek DTM. Uwaga! Pamiętajmy, aby dodać do projektu funkcję logowania użytkownika np. poprzez kombinację klawiszy skrótu w ustawieniach projektu -> Hot Keys. Jak tylko wszystkie powyższe czynności zostaną wykonane, możemy przejść do edytora graficznego i wstawić kontrolki WinCC/DTM, które umożliwią prezentację danych w trybie Runtime. Obiekty ActiveX znajdują się w standardowej grupie obiektów Controls. Każda z kontrolek posiada bardzo podobne elementy konfiguracji, przez które przeprowadza użytkownika krótki Wizard. Po umieszczeniu dowolnej z kontrolek DTM w obszarze roboczym Graphics Designer, kreator zostanie uruchomiony automatycznie. Można również go wywołać klikając prawym przyciskiem myszy w kontrolkę -> Configuration Dialog, bądź przez kliknięcie ikony różdżki w trybie RT. W pierwszym kroku zawsze należy wskazać źródło danych dla systemu w trybie roboczym. Standardowo jest to nasza aktualna baza danych online Online Archive. Kolejnym punktem wspólnym dla wszystkich kontrolek jest wybór urządzenia, dla którego dane mają zostać zaprezentowane, a także określenie przedziału czasowego, z którego mają zostać pobrane. Zakres czasu nie może wybiegać w przyszłość. Jeśli dane z wybranego okresu nie były zarejestrowane kontrolka poinformuje o niespójności danych po uruchomieniu tryby RT. System umożliwia również skonfigurowanie własnego filtra danych w celu przedstawienia jedynie informacji niezbędnych użytkownikowi. Rekordy danych zarejestrowanych przez system na podstawie przetworzonych informacji statusowych z systemu sterowania, można przedstawić w formie tabeli tekstowej poprzez wykorzystanie kontrolki ActiveX WinCC_DTM_TableView. Obiekt ten daje również możliwość prezentacji w tabeli aktualnych wartości liczników, a także dodawania komentarzy do każdego z rekordów również w trybie RT. Bardzo podobnie do powyższej wygląda konfiguracja kontrolki WinCC_DTM_GanttView. Jest to obiekt umożliwiający prezentację zarchiwizowanych stanów urządzenia w postaci graficznego diagramu Gantta. Ustawiając odpowiednie parametry wyświetlania, dane mogą Doradztwo techniczne: simatic.pl@siemens.com 14
zostać zaprezentowane w bardzo przejrzysty sposób, co znacznie ułatwi użytkownikowi wstępną analizę zebranych informacji. Drzewo statusowe znajdujące się w lewej części obszaru kontrolki, znacznie ułatwia poszukiwanie interesujących użytkownika przebiegów. Ostatnia z dostępnych kontrolek przeznaczonych do prezentacji danych WinCC/DTM to WinCC_DTM_KPIView. Panel ten pozwala przedstawić w rozmaitych formach graficznych (np. wykres słupkowy, trend czy diagram Pareto) wartości kalkulowanych przez system wskaźników jakościowych KPI oraz zdefiniowanych liczników. Ważnym etapem konfiguracji tej kontrolki jesy określenie zakresu czasu grupowania danych (Cluster). Parametr ten determinuje w jakich odstępach czasu kalkulacje zostaną wykonane, a co za tym idzie zaprezentowane na końcowym grafie. Każda z kontrolek dedykowanych modułowi WinCC/DTM ma możliwość konfiguracji online. Dodatkowo dwie ostatnie kontrolki mają możliwość bezpośredniej zmiany zakresu czasu prezentowanych parametrów poprzez ikonę paska menu Time Span. Po wstawieniu wybranych elementów do edytora graficznego, pozostaje zapisać ekran procesowy oraz uruchomić tryb Runtime. Po uruchomieniu systemy należy zalogować użytkownika posiadającego odpowiednie uprawnienia DTM. Przy pierwszym uruchomieniu dane mogą się nie wyświetlać ze względu na brak informacji zarejestrowanych przez system RT. Po wygenerowaniu przez system bądź symulator informacji oraz ustawieniu odpowiednich parametrów kontrolek dane powinny zostać zaprezentowane podobnie jak na przykładowym obrazie (rys. 13). Rys. 13. Prezentacja danych wynikowych. W razie jakichkolwiek problemów, każda z w/w kontrolek posiada zintegrowany system diagnostyczno-informacyjny, do którego użytkownik ma dostęp przez dwukrotne kliknięcie ikony znajdującej się w prawym dolnym rogu kontrolki. Bardziej szczegółowych danych diagnostycznych dostarcza system podglądu logowanych plików informacyjnych, do którego Doradztwo techniczne: simatic.pl@siemens.com 15
dostęp mamy z poziomu aplikacji LOGVIEWER.EXE znajdującej się w folderze instalacyjnym WinCC, standardowo: C:\Program Files\Siemens\WinCC\SIT\BIN. Podsumowanie W powyższej publikacji omówiony został opcjonalny moduł systemu WinCC Downtime Monitor. Opcja ta służy do monitorowania stanu urządzeń w zakładzie przemysłowym, rejestrowania ich przestojów, a także kalkulacji wskaźników jakościowo wydajnościowych umożliwiających szeroką analizę słabych punktów zakładu, co jest bazą do podjęcia działań w celu usprawnienia pracy poszczególnych urządzeń oraz całego systemu produkcyjnego. Przedstawione zostały możliwości narzędzia, funkcjonalność poszczególnych jego elementów, a także zaprezentowana została podstawowa konfiguracja, począwszy od założenia projektu, aż po uruchomienie przykładowego systemu monitorowania stanu urządzeń w trybie Runtime. Informacje zawarte w niniejszym artykule mogą okazać się bardzo przydatne na etapie projektowania konfiguracji lub modernizacji systemu sterowania oraz wizualizacji, a także dają solidne podstawy techniczne do samodzielnej konfiguracji systemu WinCC/Downtime Monitor. Szczegółowe informacje na temat systemu WinCC oraz WinCC/Downtime Monitor można znaleźć w systemowych plikach pomocy, a także w instrukcji obsługi - do pobrania ze stron suportowych Siemens (http://support.automation.siemens.com/ww/view/en/29781160). Wsparcie techniczne oraz bezpłatną wersję demonstracyjną modułu można otrzymać w regionalnych biurach sprzedaży Siemens lub pod adresem simatic.pl@siemens.com Dokumentacja przygotowana została w oparciu o WinCC v7.0 SP2 oraz WinCC/Downtime Monitor v7.0 SP1 UPD4 na platformie sytemu operacyjnego Windows XP SP3. Doradztwo techniczne: simatic.pl@siemens.com 16