Басқару панельдері өздігінен қалпына келе ала ма? Ақауларға төзімді ақылды жүйелерді жобалау

Өнеркәсіптік басқару панелі оператор көзге көрінетін мәселені байқамай тұрып, дамып келе жатқан ақауды анықтағанда не болады?

Қозғалтқыш жетегі реттелмеген ток тарта бастауы мүмкін. Қуат модулі әдеттегіден қаттырақ қыза бастауы мүмкін. Басқару құрылғылары арасында байланыс қателері ара-тұра пайда болуы мүмкін.

Дәстүрлі жүйеде бұл жағдайлар көбіне дабыл, ажырату немесе тоқтату орын алғаннан кейін ғана техникалық қызмет көрсету мәселесіне айналады.

Неғұрлым интеллектуалды басқару архитектуралары ертерек әрекет ете алады.

Олар қалыптан тыс жағдайларды анықтап, таңдалған ақауларды оқшаулап, функцияларды резервтік жабдыққа ауыстырып, техникалық қызмет көрсету қызметкерлеріне егжей-тегжейлі диагностикалық ақпарат бере алады.

Бұл ұғым кейде өзін-өзі қалпына келтіретін басқару панелі деп сипатталады.

Бұл терминді тура мағынасында түсінбеу керек. Басқару панелі зақымдалған контакторды, күйіп кеткен клемманы немесе істен шыққан жетекті өздігінен жөндей алмайды.

Ол белгілі бір ақауларды танып, олардың өндіріске әсерін шектеу үшін алдын ала анықталған қалпына келтіру стратегияларын қолдана алады.

1-сурет. Модульдік өнеркәсіптік басқару панельдері диагностикаға, оқшаулауға және компоненттерді жүйелі түрде ауыстыруға негіз болады.

Әлсіз нүкте көбіне машинаның өзі емес

Басқару панельдері заманауи өнеркәсіптік жабдықтың едәуір бөлігін үйлестіреді.

PLC контроллерлері, қуат көздері, релелер, жетектер, байланыс модульдері және енгізу/шығару құрылғылары болжамды жұмыс ретін сақтау үшін бірлесіп жұмыс істейді.

Сондықтан бір шағын компоненттің істен шығуы әлдеқайда ауқымды процеске әсер етуі мүмкін.

Зақымдалған реле қозғалтқыштың іске қосылуына кедергі келтіруі мүмкін. Істен шыққан қуат көзі бірнеше басқару тізбегін бір мезетте ажыратуы мүмкін. Байланыс ақауы қалыпты жұмыс істеп тұрған жабдықты контроллер үшін қолжетімсіз етуі мүмкін.

Дәстүрлі техникалық қызмет көрсету стратегиялары бұл тәуекелдерді тексерулер, қосалқы бөлшектер, алдын ала ауыстыру және оператордың араласуы арқылы азайтады.

Бұл тәжірибелер әлі де қажет.

Шектеу — әрекет ету уақыты.

Ақауды анықтау негізінен машинаның тоқтауына немесе оператордың дабылды көруіне тәуелді болса, процесс әлдеқашан қалыптан тыс жұмыс күйіне өткен болады.

Заманауи басқару жобаларында ақау деңгейіне жетпей тұрып, нашарлауды анықтауға көбірек көңіл бөлінеді.

Өзін-өзі қалпына келтіру шын мәнінде нені білдіреді

Инженерлік тұрғыдан алғанда, өзін-өзі қалпына келтіруді ақауды анықтау, ақауды оқшаулау және автоматты қалпына келтірудің үйлесімі ретінде түсінген дұрысырақ.

Практикалық архитектура бірнеше функцияны орындай алады.

Біріншіден, жүйе қалыптан тыс сигналды немесе жұмыс жағдайын анықтайды.

Екіншіден, диагностикалық логика қай құрылғының, тізбектің немесе процесс аймағының зардап шеккенін анықтайды.

Үшіншіден, басқару жүйесі архитектура мүмкіндік беретін жерде ақаудан зардап шеккен функцияны оқшаулайды.

Ақырында, артық аппараттық құрал немесе балама басқару жолы техникалық қызмет көрсету араласқанға дейін процестің бір бөлігін ұстап тұруы мүмкін.

Оператор әлі де дабылдарды, журналдарды және диагностикалық ақпаратты алады.

Мақсат — істен шығуларды жою емес. Жекелеген әрбір ақаудың автоматты түрде бүкіл зауыттың тоқтауына айналуына жол бермеу.

Модульдік архитектура ақауды оқшаулауды іс жүзінде мүмкін етеді

Ақауға төзімді жұмыс физикалық жобалаудан басталады.

Бір-бірімен тығыз байланысқан біртұтас электрлік жинақ ретінде жасалған панель компонент істен шыққанда ақауды оқшаулауды қиындатады.

Модульдік архитектура функционалдық шекараларды айқынырақ қалыптастырады.

Электр қуатын тарату, басқару, байланыс, жетектер және енгізу/шығару жүйелері тиісті қорғаныс пен диагностикаға қолжетімділігі бар, анық ажыратылатын секцияларға бөлінуі мүмкін.

Бұл пайдалану тұрғысынан бірнеше артықшылық береді.

Ақауды көбіне кішірек функционалдық аймақпен байланыстыруға болады. Техникалық қызмет көрсету персоналы зақымдалған жабдықты тезірек анықтап, ауыстыруды неғұрлым жүйелі түрде орындай алады.

Модульдік құрылым қосалқы бөлшектердің стандартталған стратегияларын да қолдайды.

Әрбір компонентті тақша деңгейіне дейін ақауларын іздеудің орнына, техникалық мамандар анықталған модульдерді ауыстырып, белгіленген техникалық қызмет көрсету процедурасына сәйкес қызметті қалпына келтіре алады.

Ток көзін ажыратпай ауыстырылатын жабдық басқарудың нақты платформасы мен қолданбасы кернеу астында ауыстыруды қолдайтын жағдайда бұл тәсілді жақсарта алады.

Алайда жүйе модульдік болғандықтан ғана, ток көзін ажыратпай ауыстыру мүмкіндігін ешқашан әдепкіде бар деп санауға болмайды.

Контроллер, енгізу/шығару платформасы, электрлік жоба және қауіпсіздік процедурасы мұны нақты қолдауы керек.

Ауыстырылатын басқару жабдығына негізделген жүйелер үшін санаттары анық көрсетілген енгізу/шығару модульдері қызмет ету мерзімі бойындағы техникалық қызмет көрсетуді және қосалқы бөлшектерді жоспарлауды да жеңілдете алады.

Болжамды мониторинг істен шығуға дейінгі өзгерістерді іздейді

Өзін-өзі басқаратын басқару стратегиясына жабдықтың күйі туралы ақпарат қажет.

Дәл осы жерде IIoT сенсорлары мен болжамды техникалық қызмет көрсету маңызды бола бастайды.

Заманауи мониторинг жүйелері электр жүктемесін, температураны, дірілді, байланыс сапасын және басқа жұмыс параметрлерін бақылай алады.

Бір ғана өлшем ақауды көрсетпеуі мүмкін.

Көбіне үрдіс пайдалырақ.

Температурасы біртіндеп көтеріліп жатқан клеммалық қосылым тексеруді қажет ететін электрлік жағдайды көрсетуі мүмкін.

Діріл деңгейі біртіндеп артып келе жатқан қозғалтқыш жағдай жоспардан тыс тоқтауға әкелмей тұрып, механикалық тексеруді қажет етуі мүмкін.

Дұрыс электрлік және механикалық контексте бағаланған қайталанатын ток теңгерімсіздігі де пайдалы диагностикалық дәлел бере алады.

Шеткі есептеу талдаудың бір бөлігін машинаға жақын жерде орындауға мүмкіндік береді.

Әрбір бастапқы өлшемді қашықтағы серверге жіберудің орнына, шеткі құрылғы таңдалған сигналдарды жергілікті жерде бағалап, анықталған шарттар орындалғанда оқиғалар жасай алады.

Бұл әрекет ету кідірісін азайтып, қажетсіз деректер трафигін шектей алады.

Диагностика «Ақау» дегеннен де көп нәрсені түсіндіруі керек

Өндіріс тоқтап қалған кезде жалпы ақау индикаторының пайдасы шектеулі.

Тиімді диагностика ақаудың қай жерде болғанын анықтап, техникалық қызмет көрсету персоналына оны зерттеуге жеткілікті контекст ұсынуы керек.

Заманауи контроллерлер мен интеллектуалды құрылғылар басқару желісі арқылы компонент деңгейіндегі диагностикалық ақпаратты ұсына алады.

Содан кейін HMI немесе SCADA қабаты нақтырақ дабыл ақпаратын көрсете алады.

Жүйе тек жалпы жетек ақауы туралы хабарлаудың орнына, дабылды қай жетек жасағанын анықтап, оған қатысты жұмыс мәндерін тіркей алады.

Тарихи оқиғалар инженерлерге ажыратуға дейін бірден не болғанын анықтауға да көмектеседі.

Бұл бір бастапқы ақау бірнеше қайталама дабыл тудырған кезде ерекше маңызды.

Экранда көрінген алғашқы дабыл негізгі себеп болмауы мүмкін.

Дұрыс уақыт белгіленген оқиғалар реттілігі инженерлерге болған жағдайды қайта құруға көмектеседі.

Ақауды оқшаулау бір мәселенің таралуына жол бермейді

Анықтаудың өзі ақауларға төзімділікті қамтамасыз етпейді.

Архитектура ақау анықталғаннан кейін не болатынын да белгілеуі керек.

Кейбір қолданбаларда зардап шеккен модульді жұмыс реттілігінен логикалық түрде алып тастауға болады.

Басқа жағдайларда процесс резервтік жабдыққа ауысуы мүмкін.

Қолданба қосымша күрделілікті ақтаған жағдайда, қуат көздері, желі жолдары, контроллерлер, байланыс интерфейстері және технологиялық жабдықтың барлығы резервтелуі мүмкін.

Резервтілік әрдайым пайдалы бола бермейді.

Нашар жобаланған резервтік жүйе қосымша істен шығу түрлерін енгізіп, ақауды іздеуді қиындатуы мүмкін.

Сондықтан қалпына келтіру стратегиясы ақауды анықтау стратегиясымен бірге жобалануы керек.

2-сурет. Ақауларға төзімді реттілік қалыптан тыс жағдайды анықтап, зардап шеккен функцияны оқшаулайды және резервтілік бар жерде жұмысты ауыстырады.

Жетектің істен шығуы тұжырымдаманың қалай жұмыс істейтінін көрсетеді

Конвейер жылдамдығын реттеу үшін жиілік түрлендіргіш жетектер пайдаланылатын құю желісін қарастырайық.

Жетектердің бірінде токтың қалыптан тыс өзгеруі және температураның жоғарылауы байқала бастайды.

Кәдімгі архитектурада жетек қорғаныс функциялары ажырату сигналын бергенге дейін жұмысын жалғастыруы мүмкін.

Конвейер тоқтайды.

Содан кейін техникалық қызмет көрсету бөлімі өндіріс тоқтап тұрған кезде істен шыққан бөліктегі ақауды іздеуді бастайды.

Ақауларға төзімдірек архитектура басқаша әрекет етуі мүмкін.

Жағдайды бақылау жүйесі алдымен қалыптан тыс электрлік және жылулық сипаттарды анықтайды.

Процесс ажырату жағдайына жетпей тұрып, басқару жүйесі техникалық қызмет көрсету туралы ескерту жасайды.

Егер қолданбада арнайы жобаланған резервтік жетек немесе резервтелген механикалық жол болса, онда зардап шеккен функция алдын ала белгіленген логикаға сәйкес ауыстырылуы мүмкін.

Бастапқы жетек оқшауланады, ал техникалық қызмет көрсету бөлімі ақау туралы толық ақпарат алады.

Процестің құрылымына байланысты өндіріс толық немесе төмендетілген қуатпен жалғасуы мүмкін.

Бұл мысал маңызды шектеуді көрсетеді.

Басқару жүйесі машинада бастапқыда қарастырылмаған резервтілікті жасай алмайды.

Автоматты қалпына келтіру электрлік, механикалық және бағдарламалық архитектура балама жол ұсынғанда ғана мүмкін болады.

Айнымалы жылдамдықты басқару қолданылатын жерлерде тиісті VFD және AC жетек архитектуралары кеңірек техникалық қызмет көрсету және резервтеу стратегиясының бір бөлігі бола алады.

Байланыс қалпына келтіру архитектурасының бір бөлігі болып табылады

Заманауи диагностика өнеркәсіптік байланыс желілеріне айтарлықтай тәуелді.

Контроллерлерге жетектерден, қашықтағы енгізу/шығару модульдерінен, қорғау құрылғыларынан және басқа да интеллектуалды компоненттерден күй туралы ақпарат қажет.

EtherNet/IP, PROFINET және басқа өнеркәсіптік протоколдар жабдық қолдаған жағдайда осындай диагностикалық көрінуді қамтамасыз ете алады.

Алайда өнеркәсіптік Ethernet протоколын пайдалану желіні автоматты түрде ақауға төзімді етпейді.

Тұрақтылық желі архитектурасына байланысты.

Басқарылатын коммутаторлар, резервтік жолдар, контроллер мүмкіндіктері, топология және қалпына келтіру тетіктері байланыс үзілгеннен кейін не болатынына әсер етеді.

Сондықтан инженерлер екі мәселені бөлек қарастыруы керек.

Құрылғы ақау туралы хабарлай ала ма?

Ақаудан кейін желі жұмысын жалғастыра ала ма?

Бұлар өзара байланысты болғанымен, техникалық тұрғыдан әртүрлі мүмкіндіктер.

Қауіпсіздік пен автоматты қалпына келтіру арасында нақты шекаралар қажет

Автоматты қалпына келтіру ешқашан машинаның немесе процестің қауіпсіздік функциясын басып озбауы тиіс.

Кейбір ақаулар автоматты түрде жалғастыруға емес, басқарылатын тоқтатуға әкелуі керек.

Төтенше тоқтату, қауіпсіздік блокировкасы немесе қауіпті электрлік жағдай өндірісті сақтау қажет болғандықтан жай ғана айналып өтілмеуі тиіс.

Қалпына келтіру логикасы жұмысты жалғастыруға мүмкіндік беретін ақаулар мен жабдықтың қауіпсіз күйге өтуін талап ететін ақауларды ажыратуы керек.

Бұл әсіресе резервтелген басқару арналары қолданылғанда маңызды.

Инженерлер қай сигналдардың стандартты автоматтандыруға, ал қайсысының қауіпсіздікке қатысты архитектураға жататынын білуі керек.

Сондықтан өзін-өзі қалпына келтіру тұжырымдамасы ақауларды оқшаулау нақты белгіленген функционалдық және қауіпсіздік аймақтары негізінде жобаланғанда тиімдірек іске асады.

Цифрлық егіздер сынақ деңгейін қосады

Цифрлық егіздер ақауға төзімді жобалауды физикалық панель шегінен тыс кеңейте алады.

Басқару жүйесінің виртуалды көрінісі инженерлерге өзгерістерді нақты жабдыққа енгізбес бұрын жұмыс реттілігін зерттеуге мүмкіндік береді.

Басқару логикасының реакциясын зерттеу үшін модельге ақау жағдайларын енгізуге болады.

Инженерлер тиісті дабылдардың шығатынын, резервтеудің дұрыс ауысатынын және процестер арасында күтпеген өзара әрекеттесулердің болатынын бағалай алады.

Бұл әсіресе қалпына келтіру логикасы күрделенгенде пайдалы.

Жұмыс істеп тұрған өндірістік жабдықта барлық ықтимал ақауларды сынау орынсыз немесе қауіпті болуы мүмкін.

Модельдеу ортасы енгізу алдында мінез-құлықты тексерудің тағы бір тәсілін ұсынады.

3-сурет. Цифрлық модельдеу инженерлерге өзгерістер нақты жабдыққа енгізілгенге дейін ақаулардың реттілігін және қалпына келтіру логикасын бағалауға көмектеседі.

Edge интеллектісі жергілікті шешім қабылдауды кеңейтуде

Тағы бір даму — өңдеу мүмкіндіктерінің тікелей машинаның өзінде артып келе жатқаны.

Дәстүрлі басқару архитектуралары көбіне жоғары деңгейлі аналитикалық тапсырмаларды орталықтандырылған серверлерге жібереді.

Edge платформалары таңдалған диагностиканы жергілікті жерде орындауға мүмкіндік береді.

Бұл ақаулар туралы шешімдер жылдам қабылдануы тиіс немесе бұлтпен үздіксіз байланысқа сену мүмкін емес қолданбалар үшін пайдалы болуы мүмкін.

Жергілікті аналитика қалыптан тыс үлгілерді анықтап, тек маңызды оқиғаларды бақылау немесе кәсіпорын жүйелеріне жібере алады.

PLC әлі де детерминистік басқаруды орындайды.

Аналитикалық қабат техникалық қызмет көрсету шешімдеріне немесе алдын ала анықталған қалпына келтіру логикасына әсер ете алатын қосымша ақпарат береді.

Бұл функцияларды бір-бірінен анық бөліп ұстау маңызды.

Машинаны басқару әрекетін тексеру мүмкін емес көмескі аналитикалық модельге тәуелді болмауы керек.

Панельді жобалау кезінде инженерлер қоюы тиіс сұрақтар

Ақауларға төзімді панель бағдарламалық мүмкіндіктен емес, жобалау сұрақтарынан басталады.

Инженерлер электрлік архитектура ішінде жеке ақау аймақтарының нақты анықталғанын анықтауы керек.

Олар толық машинаны тоқтатпай оқшаулауға болатын ақауларды анықтауы керек.

Құрылғылар техникалық қызмет көрсету стратегиясына жеткілікті диагностикалық кері байланыс беруі керек.

Маңызды функцияларды резервтеудің техникалық және экономикалық тұрғыдан негізді екенін анықтау үшін қайта қарау керек.

Жобалау тобы қарапайым жұмыс сағаттарынан бөлек, қай күй айнымалылары үздіксіз бақылауды қажет ететінін де шешуі керек.

Қашықтан диагностика пайдалы болуы мүмкін, бірақ желі қауіпсіздігі мен операциялық өкілеттіктерді басынан бастап ескеру қажет.

Қалпына келтіру логикасы тек қалыпты жұмыс реттіліктерімен шектелмей, шынайы ақау сценарийлеріне қатысты да тексерілуі керек.

Мақсат — бұзылмайтын панель емес, бақыланатын нашарлау

Өнеркәсіптік жабдық істен шығуын жалғастыра береді.

Компоненттер ескіреді. Қосылымдар нашарлайды. Желілер байланысты жоғалтады. Жетектер ажырайды. Қуат көздері қызмет ету мерзімінің соңына жетеді.

Сондықтан инженерлік мақсат — ешқашан істен шықпайтын мүмкін емес басқару панелін жасау емес.

Одан да дұрыс мақсат — жұмыстың біртіндеп нашарлауы.

Мүмкін болған жерде жүйе нашарлауды ерте анықтауы керек.

Ақау орын алған кезде, архитектура мүмкіндік берсе, оның әсері оқшауланған күйде қалуы керек.

Операторлар жалпы дабылдардың орнына пайдалы диагностикалық ақпарат алуы керек.

Қажет болған жағдайда маңызды процестер жобаланған резервтік функцияларға ауысуы керек.

Содан кейін техникалық қызмет көрсету персоналында қажетсіз тексерусіз ақауға ұшыраған жабдықты жөндеуге жеткілікті ақпарат болуы керек.

Бұл — өзін-өзі қалпына келтіретін басқару панелінің практикалық мәні.

Ол өзін-өзі жөндемейді.

Ол өз күйі туралы көбірек түсінуге, болжамды ақауларға ақылды түрде әрекет етуге және адамдар физикалық жөндеуді аяқтағанға дейін қауіпсіз жұмысын барынша сақтауға арналған.