Prípadové štúdie efektívneho generovania údajov z výrobnej haly

Každý, kto chce realizovať projekty digitalizácie na úrovni výrobných hál, ako je riadenie spotreby energie, monitorovanie stavu alebo presadenie koncepcie preventívnej údržby, pozná výzvy: Kde získam komplexné a presné údaje? Ako udržať náklady na úpravu infraštruktúry na primeranej úrovni? V prvom rade sa zameriava na riadiace systémy strojov a zariadení. Ich siete sú zvyčajne samostatné, aby sa zaručila bezpečnosť a funkčná spoľahlivosť. Ak by sa však dalo pristupovať k údajom, ktoré sú už v prístroji, výrazne by to posunulo projekty digitalizácie dopredu. V tejto súvislosti zohráva sieť ako celok ústrednú úlohu. Ak sa totiž plánuje tak, aby sa šetrili zdroje a zároveň sa dosiahli ciele, a ak sa optimalizuje tak, aby sa splnili požiadavky všetkých rozhodujúcich úrovní spoločnosti, ziskovému projektu digitalizácie nestojí nič v ceste. Dostávajú siete takýto význam?

Aký je súčasný stav v priemyselných závodoch? Pri koncepcii riadenia a sietí v strojoch a zariadeniach sa pozornosť venuje predovšetkým implementácii požadovaných funkcií. Prevažuje myslenie podľa konfigurácie PLC, napríklad pri použití siete PROFINET. Moduly I/O, potrebné prevádzkové a signalizačné systémy, skenery alebo dokonca kamery sú funkčne pripojené podľa miestnych podmienok a uložené v konfigurácii PLC. Infraštruktúra sa preto vyberá na základe PROFINET certifikátu, pričom sa kladie dôraz aj na cenu a výrobcu. Zaťaženie siete, plánovanie šírky pásma a výkonnostné špecifikácie infraštruktúry sa neberú do úvahy. V zásade na tomto prístupe nie je nič zlé, pretože sa prihliada na bezpečnosť, funkčnosť a stabilitu. Nezohľadňujú sa však digitalizačné plány prevádzkovateľa, ktoré si žiadajú ďalšie výrobné údaje z príslušného výrobného procesu (obr. 1).

Chýbajúci dialóg medzi výrobcom a prevádzkovateľom stroja
V súčasnosti výrobca strojov v koncepcii svojej siete úplne vylučuje digitalizačné priania prevádzkovateľa. Zohľadňuje predovšetkým funkčnosť, a preto navrhuje sieť len pre jednu aplikáciu. Pritom sa riadi napríklad platnými PROFINET smernicami  a dodržiava požadované parametre kvality, napríklad parametre PI (PROFIBUS & PROFINET International). Robí to preto, lebo mu chýbajú akékoľvek informácie o požadovaných dodatočných údajoch alebo dokonca o pripravovaných digitalizačných projektoch . Málokedy je to opísané v špecifikácii alebo sa to oznamuje iným spôsobom. Je to veľký nedostatok a nezriedka prekážka úspechu projektov digitalizácie, pretože zdroj údajov "sieť strojov" zostáva ukrytý.

Ďalší problém spočíva v praktickej skúsenosti, že dodatočná prevádzka spôsobená acyklickou TCP/IP komunikáciou  môže náhle spôsobiť nereprodukovateľné poruchy, ktorým by sa zvyčajne dalo čeliť rozdelením a oddelením. V dôsledku toho sa nevedome uzatvárajú dôležité zdroje údajov, čo sa dá kompenzovať len použitím ďalších zdrojov a nákladov - druhej siete a ďalších senzorov (obr. 2).

Prípadová štúdia energetického manažmentu
Je nesporné, že priemysel 4.0 je v súčasnosti požiadavkou. Keďže skúsenosti ukázali, že sieť strojov a zariadení sa z už opísaných dôvodov nepovažuje za priamy zdroj údajov, údaje sa získavajú dvoma ďalšími možnými spôsobmi. Prvým a veľmi bežným spôsobom je procesný obraz PLC. Okrem toho, že tieto údaje často pozostávajú z prepojení, získavajú sa s časovým oneskorením a vyžadujú si ďalšie programátorské úsilie, PLC často požadované údaje vôbec neposkytuje. Takúto skúsenosť získala jedna spoločnosť pri zbere údajov o spotrebe energie. Takéto údaje sú potrebné tak v oblasti údržby, kde sa prostredníctvom rozdielu medzi skutočne spotrebovaným prúdom a menovitým prúdom spotrebičov vytvára mapa opotrebenia, ako aj v oblasti environmentálneho a energetického manažmentu, ktorý chce predchádzať nákladným špičkám v zaťažení. V tomto prípade bola nainštalovaná samostatná sieť s ďalšími snímačmi v podobe meračov spotreby (obr. 3). Namiesto využitia existujúcich zdrojov sa uskutočnili dodatočné investície.

Neznalosť skutočnej kapacity inštalovanej siete si vyžaduje dodatočné zdroje, pretože existujúce zdroje zostávajú nevyužité. Prostredníctvom profilu PROFINET "Profi-Drive" možno priamo z každého frekvenčného meniča určiť aktuálne hodnoty (spotreba súvisiaca s pohonom) a sprístupniť údaje v štandardizovanom formáte. Ak by sme o tom aktívne diskutovali s výrobcom zariadenia v počiatočnej fáze projektu, rýchlo by sa ukázalo, že sieť stroja vie a mala by tieto údaje poskytovať priamo.

Prípadová štúdia Condition monitoringu
Stroj potrebuje približne 100 ďalších snímačov na monitorovanie stavu, aby bolo možné určiť stupeň opotrebenia častí, ktoré sú vystavené vysokému dynamickému zaťaženiu. Aby sa nezaťažovala sieť strojov alebo z obavy pred zvýšeným zaťažením, bola vytvorená samostatná sieť. Keďže sa takmer vyčerpala investičná suma 200 000 EUR, počet snímačov sa znížil na 20; nakoniec sa integrovalo len 5 snímačov ako zdrojov údajov. Projekt digitalizácie sa preto realizoval "v úspornom režime" a nakoniec nemal plánovaný efekt: rozpočet sa dodržal! Ale bol dosiahnutý cieľ?

Sieť ako celok
Pri všetkých diskusiách o realizácii projektov digitalizácie sa vynecháva sieť. Je zahrnutá do výpočtu nákladov ako nevyhnutný dodatočný výdavok. Tento prístup sa musí zmeniť, ak sa nemá eliminovať účinok nákladov. Najmä v prípade zariadení "na zelenej lúke" sa musí pri projektoch digitalizácie klásť väčší dôraz na sieť, jej plánovanie a nakoniec aj na jej dizajn. Sieť je spojovacím prvkom medzi tým, kto požaduje údaje, a zdrojom údajov. Holistický pohľad, ktorý zohľadňuje najrôznejšie aplikácie, a tým aj potrebnú šírku pásma, je zárukou nepretržitej komunikácie a rozvoja najrôznejších primárnych zdrojov údajov. Sebestačné, izolované siete strojov a zariadení už nemajú v ére digitalizácie a súvisiacich projektov miesto. Siete sa musia otvárať plánovaným spôsobom bez toho, aby sa ohrozila bezpečnosť, stabilita a spoľahlivosť. Musia sa posudzovať oddelene od aplikácie, aby sa v nich odzrkadlili všetky záujmy IT a OT vrátane strojovej siete (obrázok 4). Výsledná otvorenosť umožňuje sprístupniť zdroje údajov, znížiť náklady a výrazne zvýšiť efektívnosť digitalizácie.

S cieľom uľahčiť takýto prístup v budúcnosti sa sieťoví špecialisti z Indu-Sol v súčasnosti intenzívne zaoberajú touto témou. V úzkej spolupráci s prevádzkovateľmi OT sietí  si dali za úlohu spojiť rôzne úrovne siete bez prekážok a bariér a ukázať "dátové poklady". Sieťoví špecialisti ako sprostredkovatelia projektu oboznámia inštalatéra s požiadavkami strojovej siete a spoločne s ním vypracujú potrebné štruktúry. Základom sú jasné pravidlá, ktoré spoločne definujú a implementujú IT a OT. Všetky špecifikácie musia byť plánované, kontrolované, monitorované a musia byť definované zodpovednosti. Potom je možné vyzdvihnúť skrytý "dátový poklad". Dôležitou súčasťou ziskových projektov digitalizácie je starostlivé využívanie zdrojov.

Autori: Karl-Heinz Richter, CEO (Marketing & Sales) Indu-Sol a Ellen-Christine Reiff, M. A. Redakcia ( www.rbsonline.de )