Can Control Panels Self-Heal? A Look at Smart Fault Design

แผงควบคุมสามารถซ่อมแซมตัวเองได้หรือไม่? วิศวกรรมระบบที่ทนทานต่อความขัดข้องได้อย่างชาญฉลาดยิ่งขึ้น

แผงควบคุมแบบซ่อมแซมตัวเองไม่สามารถซ่อมแซมฮาร์ดแวร์ที่ขัดข้องทางกายภาพได้ แต่ระบบวินิจฉัยสมัยใหม่ การออกแบบแบบโมดูลาร์ ระบบสำรอง และระบบอัจฉริยะที่เอดจ์สามารถ...

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อแผงควบคุมอุตสาหกรรมตรวจพบความขัดข้องที่กำลังก่อตัว ก่อนที่ผู้ปฏิบัติงานจะสังเกตเห็นปัญหาที่แสดงออกอย่างชัดเจน

ไดรฟ์มอเตอร์อาจเริ่มดึงกระแสไฟฟ้าอย่างไม่สม่ำเสมอ โมดูลจ่ายไฟอาจเริ่มทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่าปกติ ข้อผิดพลาดด้านการสื่อสารอาจเกิดขึ้นเป็นระยะระหว่างอุปกรณ์ควบคุม

ในระบบแบบดั้งเดิม เงื่อนไขเหล่านี้มักกลายเป็นปัญหาด้านการบำรุงรักษาก็ต่อเมื่อเกิดสัญญาณเตือน การตัดการทำงาน หรือการหยุดระบบแล้ว

สถาปัตยกรรมระบบควบคุมที่ชาญฉลาดยิ่งขึ้นสามารถตอบสนองได้เร็วกว่า

ระบบเหล่านี้สามารถตรวจจับสภาวะผิดปกติ แยกความขัดข้องที่เลือกไว้ โอนฟังก์ชันไปยังอุปกรณ์สำรอง และให้ข้อมูลการวินิจฉัยโดยละเอียดแก่เจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุง

แนวคิดนี้บางครั้งเรียกว่า ตู้ควบคุมแบบฟื้นฟูตัวเอง

ไม่ควรตีความคำนี้ตามตัวอักษร ตู้ควบคุมไม่สามารถซ่อมคอนแทคเตอร์ที่เสียหาย ขั้วต่อที่ไหม้ หรือไดรฟ์ที่ขัดข้องได้ด้วยตัวเอง

สิ่งที่ระบบนี้ทำได้คือการตรวจจับความขัดข้องบางประเภทและใช้กลยุทธ์การกู้คืนที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเพื่อจำกัดผลกระทบต่อการผลิต

ตู้ควบคุมอุตสาหกรรมที่มีส่วนประกอบระบบอัตโนมัติแบบโมดูลาร์สำหรับการออกแบบระบบควบคุมที่ทนต่อความขัดข้อง

รูปที่ 1 ตู้ควบคุมอุตสาหกรรมแบบโมดูลาร์เป็นพื้นฐานสำหรับการวินิจฉัย การแยกส่วน และการเปลี่ยนส่วนประกอบอย่างเป็นระบบ

จุดอ่อนมักไม่ได้อยู่ที่เครื่องจักร

ตู้ควบคุมประสานการทำงานของอุปกรณ์อุตสาหกรรมสมัยใหม่เป็นส่วนใหญ่

PLC แหล่งจ่ายไฟ รีเลย์ ไดรฟ์ โมดูลสื่อสาร และอุปกรณ์ I/O ทำงานร่วมกันเพื่อรักษาลำดับการทำงานที่คาดการณ์ได้

ดังนั้น ความขัดข้องของส่วนประกอบขนาดเล็กเพียงชิ้นเดียวอาจส่งผลกระทบต่อกระบวนการที่มีขนาดใหญ่กว่ามาก

รีเลย์ที่เสียหายอาจทำให้มอเตอร์สตาร์ตไม่ทำงาน แหล่งจ่ายไฟที่ขัดข้องอาจทำให้วงจรควบคุมหลายวงจรหยุดทำงานพร้อมกัน ปัญหาด้านการสื่อสารอาจทำให้อุปกรณ์ที่ยังทำงานได้ตามปกติไม่พร้อมใช้งานสำหรับตัวควบคุม

กลยุทธ์การบำรุงรักษาแบบดั้งเดิมจัดการความเสี่ยงเหล่านี้ผ่านการตรวจสอบ ชิ้นส่วนสำรอง การเปลี่ยนชิ้นส่วนเชิงป้องกัน และการแทรกแซงของผู้ปฏิบัติงาน

แนวทางปฏิบัติเหล่านั้นยังคงจำเป็น

ข้อจำกัดอยู่ที่เวลาในการตอบสนอง

เมื่อการตรวจจับความขัดข้องอาศัยหลักจากการที่เครื่องจักรหยุดทำงานหรือผู้ปฏิบัติงานมองเห็นสัญญาณเตือน กระบวนการก็ได้เข้าสู่สภาวะการทำงานที่ผิดปกติแล้ว

การออกแบบระบบควบคุมสมัยใหม่มุ่งตรวจจับการเสื่อมสภาพให้ได้ก่อนถึงจุดนั้นมากขึ้นเรื่อย ๆ

ความหมายที่แท้จริงของระบบฟื้นฟูตัวเอง

ในแง่วิศวกรรม ระบบฟื้นฟูตัวเองควรเข้าใจว่าเป็นการผสานรวมระหว่างการตรวจจับความขัดข้อง การแยกความขัดข้อง และการกู้คืนโดยอัตโนมัติ

สถาปัตยกรรมที่ใช้งานได้จริงอาจทำหน้าที่หลายอย่าง

ประการแรก ระบบจะตรวจจับสัญญาณหรือสภาวะการทำงานที่ผิดปกติ

ประการที่สอง ลอจิกการวินิจฉัยจะระบุว่าอุปกรณ์ วงจร หรือพื้นที่กระบวนการใดได้รับผลกระทบ

ประการที่สาม ระบบควบคุมจะแยกฟังก์ชันที่ได้รับผลกระทบออก เมื่อสถาปัตยกรรมเอื้อให้ทำได้

ท้ายที่สุด ฮาร์ดแวร์สำรองหรือเส้นทางควบคุมสำรองอาจช่วยให้กระบวนการบางส่วนดำเนินต่อไปได้จนกว่าฝ่ายซ่อมบำรุงจะเข้าดำเนินการ

ผู้ปฏิบัติงานยังคงได้รับสัญญาณเตือน บันทึกเหตุการณ์ และข้อมูลการวินิจฉัย

วัตถุประสงค์ไม่ใช่การกำจัดความขัดข้อง แต่คือการป้องกันไม่ให้ความขัดข้องแต่ละจุดกลายเป็นการหยุดชะงักทั่วทั้งโรงงานโดยอัตโนมัติ

สถาปัตยกรรมแบบโมดูลาร์ทำให้การแยกจุดขัดข้องเป็นไปได้จริง

พฤติกรรมที่ทนทานต่อความขัดข้องเริ่มต้นจากการออกแบบทางกายภาพ

แผงควบคุมที่สร้างเป็นชุดประกอบไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนาเพียงชุดเดียวจะแยกตรวจสอบได้ยากเมื่อชิ้นส่วนเกิดขัดข้อง

สถาปัตยกรรมแบบโมดูลาร์สร้างขอบเขตการทำงานที่ชัดเจนยิ่งขึ้น

ระบบจ่ายไฟ การควบคุม การสื่อสาร ไดรฟ์ และ I/O สามารถแบ่งออกเป็นส่วนที่ระบุได้ชัดเจน พร้อมการป้องกันและการเข้าถึงข้อมูลวินิจฉัยที่เหมาะสม

แนวทางนี้มอบข้อได้เปรียบด้านการปฏิบัติการหลายประการ

ความขัดข้องมักเชื่อมโยงกับพื้นที่การทำงานที่เล็กลงได้ เจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุงจึงสามารถระบุฮาร์ดแวร์ที่ได้รับผลกระทบได้รวดเร็วยิ่งขึ้น และการเปลี่ยนชิ้นส่วนก็เป็นระบบมากขึ้น

ความเป็นโมดูลาร์ยังสนับสนุนกลยุทธ์การจัดการอะไหล่ให้เป็นมาตรฐาน

แทนที่จะตรวจสอบปัญหาของทุกชิ้นส่วนจนถึงระดับแผงวงจร ช่างเทคนิคสามารถเปลี่ยนโมดูลที่กำหนดไว้และกู้คืนการให้บริการตามขั้นตอนการบำรุงรักษาที่จัดทำไว้

ฮาร์ดแวร์ที่สับเปลี่ยนขณะมีไฟได้สามารถปรับปรุงแนวทางนี้ได้ หากแพลตฟอร์มควบคุมและการใช้งานนั้นรองรับการเปลี่ยนภายใต้สภาวะที่มีไฟ

อย่างไรก็ตาม ไม่ควรสันนิษฐานว่าการสับเปลี่ยนขณะมีไฟทำได้ เพียงเพราะระบบเป็นแบบโมดูลาร์

คอนโทรลเลอร์ แพลตฟอร์ม I/O การออกแบบระบบไฟฟ้า และขั้นตอนด้านความปลอดภัยต้องรองรับการดำเนินการนี้อย่างชัดเจน

สำหรับระบบที่สร้างขึ้นโดยใช้ฮาร์ดแวร์ควบคุมแบบเปลี่ยนแทนได้ โมดูล I/O ที่จัดหมวดหมู่อย่างชัดเจนยังช่วยให้การบำรุงรักษาตลอดอายุการใช้งานและการวางแผนอะไหล่ง่ายขึ้น

การตรวจสอบเชิงคาดการณ์มองหาการเปลี่ยนแปลงก่อนเกิดความขัดข้อง

กลยุทธ์ควบคุมที่จัดการตนเองได้จำเป็นต้องมีข้อมูลเกี่ยวกับสภาพของอุปกรณ์

นี่คือจุดที่การตรวจจับด้วย IIoT และการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์มีความสำคัญ

ระบบตรวจสอบสมัยใหม่สามารถติดตามโหลดไฟฟ้า อุณหภูมิ การสั่นสะเทือน คุณภาพการสื่อสาร และตัวแปรการทำงานอื่น ๆ

การวัดเพียงครั้งเดียวอาจไม่บ่งชี้ถึงปัญหา

แนวโน้มมักมีประโยชน์มากกว่า

จุดต่อสายที่มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องอาจบ่งชี้ถึงสภาวะทางไฟฟ้าที่จำเป็นต้องตรวจสอบ

มอเตอร์ที่แสดงแนวโน้มการสั่นสะเทือนเพิ่มขึ้นอาจต้องได้รับการตรวจสอบทางกลก่อนที่สภาพดังกล่าวจะนำไปสู่การหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผน

ความไม่สมดุลของกระแสไฟฟ้าที่เกิดซ้ำยังสามารถเป็นหลักฐานการวินิจฉัยที่มีประโยชน์ได้ เมื่อประเมินภายใต้บริบททางไฟฟ้าและทางกลที่ถูกต้อง

เอดจ์คอมพิวติ้งช่วยให้การวิเคราะห์บางส่วนเกิดขึ้นใกล้กับเครื่องจักร

แทนที่จะส่งค่าการวัดดิบทั้งหมดไปยังเซิร์ฟเวอร์ระยะไกล อุปกรณ์เอดจ์สามารถประเมินสัญญาณที่เลือกไว้ภายในเครื่องและสร้างเหตุการณ์เมื่อพบเงื่อนไขที่กำหนด

วิธีนี้ช่วยลดความหน่วงในการตอบสนองและจำกัดการรับส่งข้อมูลที่ไม่จำเป็น

การวิเคราะห์วินิจฉัยต้องอธิบายมากกว่าแค่ “ขัดข้อง”

ตัวบ่งชี้ความขัดข้องทั่วไปมีประโยชน์จำกัดเมื่อการผลิตหยุดลงแล้ว

การวิเคราะห์วินิจฉัยที่มีประสิทธิภาพควรระบุจุดที่เกิดปัญหาและให้บริบทเพียงพอแก่เจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุงเพื่อสืบหาสาเหตุ

ตัวควบคุมสมัยใหม่และอุปกรณ์อัจฉริยะสามารถเปิดเผยข้อมูลการวินิจฉัยระดับส่วนประกอบผ่านเครือข่ายควบคุม

จากนั้นชั้น HMI หรือ SCADA สามารถแสดงข้อมูลสัญญาณเตือนที่เฉพาะเจาะจงยิ่งขึ้น

แทนที่จะแจ้งเพียงข้อขัดข้องทั่วไปของไดรฟ์ ระบบอาจระบุว่าไดรฟ์ใดเป็นผู้สร้างสัญญาณเตือน และบันทึกค่าการทำงานที่เกี่ยวข้อง

เหตุการณ์ย้อนหลังยังช่วยให้วิศวกรระบุได้ว่าเกิดอะไรขึ้นทันทีก่อนการตัดการทำงาน

เรื่องนี้มีความสำคัญเป็นพิเศษเมื่อข้อขัดข้องเริ่มต้นหนึ่งรายการทำให้เกิดสัญญาณเตือนรองหลายรายการ

สัญญาณเตือนแรกที่มองเห็นบนหน้าจออาจไม่ใช่สาเหตุรากของปัญหา

ลำดับเหตุการณ์ที่มีการประทับเวลาอย่างถูกต้องช่วยให้วิศวกรสร้างลำดับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นขึ้นใหม่ได้

การแยกข้อขัดข้องช่วยป้องกันไม่ให้ปัญหาหนึ่งแพร่กระจาย

การตรวจจับเพียงอย่างเดียวไม่ได้ทำให้ระบบทนทานต่อข้อขัดข้อง

สถาปัตยกรรมต้องกำหนดด้วยว่าจะเกิดอะไรขึ้นหลังจากตรวจพบข้อขัดข้อง

ในบางแอปพลิเคชัน โมดูลที่ได้รับผลกระทบอาจถูกนำออกจากลำดับการทำงานในเชิงตรรกะ

ในบางกรณี กระบวนการอาจถ่ายโอนไปยังอุปกรณ์สำรอง

แหล่งจ่ายไฟ เส้นทางเครือข่าย ตัวควบคุม อินเทอร์เฟซการสื่อสาร และอุปกรณ์กระบวนการ ล้วนใช้ความซ้ำซ้อนได้เมื่อแอปพลิเคชันมีเหตุผลเพียงพอที่จะรองรับความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้น

ความซ้ำซ้อนไม่ได้ก่อให้เกิดประโยชน์โดยอัตโนมัติ

ระบบซ้ำซ้อนที่ออกแบบมาไม่ดีอาจทำให้เกิดโหมดความขัดข้องเพิ่มเติม และทำให้การตรวจสอบแก้ไขปัญหายากขึ้น

ดังนั้นจึงจำเป็นต้องออกแบบกลยุทธ์การกู้คืนให้ทำงานร่วมกับกลยุทธ์การตรวจจับข้อขัดข้อง

ลำดับการตรวจจับข้อขัดข้อง การแยกข้อขัดข้อง และการกู้คืนแบบซ้ำซ้อนในอุตสาหกรรมโดยอัตโนมัติ

รูปที่ 2. ลำดับการทำงานที่ทนทานต่อข้อขัดข้องจะตรวจพบสภาวะผิดปกติ แยกฟังก์ชันที่ได้รับผลกระทบ และถ่ายโอนการทำงานเมื่อมีความซ้ำซ้อน

ไดรฟ์ขัดข้องแสดงให้เห็นว่าแนวคิดนี้ทำงานอย่างไร

ลองพิจารณาสายการบรรจุขวดที่ใช้ไดรฟ์ปรับความถี่เพื่อควบคุมความเร็วสายพานลำเลียง

ไดรฟ์ตัวหนึ่งเริ่มแสดงพฤติกรรมกระแสไฟฟ้าที่ผิดปกติและมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น

ในสถาปัตยกรรมแบบทั่วไป ไดรฟ์อาจทำงานต่อไปจนกว่าฟังก์ชันป้องกันจะสั่งตัดการทำงาน

สายพานลำเลียงหยุดทำงาน

จากนั้นฝ่ายซ่อมบำรุงจะเริ่มตรวจสอบส่วนที่ขัดข้อง ขณะที่การผลิตยังคงหยุดชะงัก

สถาปัตยกรรมที่ทนทานต่อข้อขัดข้องมากกว่าอาจตอบสนองแตกต่างออกไป

ระบบตรวจติดตามสภาพจะตรวจพบรูปแบบทางไฟฟ้าและความร้อนที่ผิดปกติก่อน

ระบบควบคุมจะสร้างคำเตือนด้านการซ่อมบำรุงก่อนที่กระบวนการจะถึงเงื่อนไขตัดการทำงาน

หากแอปพลิเคชันมีไดรฟ์สำรองที่ออกแบบไว้โดยเฉพาะ หรือมีเส้นทางกลไกสำรอง ฟังก์ชันที่ได้รับผลกระทบก็สามารถถ่ายโอนไปทำงานตามตรรกะที่กำหนดไว้ล่วงหน้าได้

ไดรฟ์เดิมจะถูกแยกออก และฝ่ายซ่อมบำรุงจะได้รับข้อมูลข้อขัดข้องโดยละเอียด

การผลิตอาจดำเนินต่อไปด้วยกำลังการผลิตเต็มที่หรือลดลง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการออกแบบกระบวนการ

ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นข้อจำกัดที่สำคัญ

ระบบควบคุมไม่สามารถสร้างความซ้ำซ้อนที่ไม่ได้ออกแบบไว้ในเครื่องจักรตั้งแต่แรก

การกู้คืนโดยอัตโนมัติจะทำได้ก็ต่อเมื่อสถาปัตยกรรมด้านไฟฟ้า กลไก และซอฟต์แวร์มีเส้นทางทางเลือกไว้

เมื่อมีการควบคุมความเร็วแบบแปรผัน สถาปัตยกรรม VFD และไดรฟ์ AC ที่เหมาะสมสามารถเป็นส่วนหนึ่งของกลยุทธ์การบำรุงรักษาและการทำระบบสำรองที่ครอบคลุมยิ่งขึ้น

การสื่อสารเป็นส่วนหนึ่งของสถาปัตยกรรมการกู้คืน

การวินิจฉัยสมัยใหม่พึ่งพาเครือข่ายสื่อสารอุตสาหกรรมเป็นอย่างมาก

คอนโทรลเลอร์ต้องการข้อมูลสถานะจากไดรฟ์, I/O ระยะไกล, อุปกรณ์ป้องกัน และส่วนประกอบอัจฉริยะอื่น ๆ

EtherNet/IP, PROFINET และโปรโตคอลอุตสาหกรรมอื่น ๆ สามารถให้ข้อมูลวินิจฉัยนี้ได้ เมื่ออุปกรณ์รองรับ

อย่างไรก็ตาม การใช้โปรโตคอลอีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรมไม่ได้ทำให้เครือข่ายทนทานต่อความขัดข้องโดยอัตโนมัติ

ความยืดหยุ่นขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรมเครือข่าย

สวิตช์แบบจัดการได้ เส้นทางสำรอง ความสามารถของคอนโทรลเลอร์ โทโพโลยี และกลไกการกู้คืน ล้วนมีอิทธิพลต่อสิ่งที่จะเกิดขึ้นหลังการสื่อสารขัดข้อง

ดังนั้น วิศวกรควรแยกคำถามออกเป็นสองข้อ

อุปกรณ์สามารถรายงานความขัดข้องได้หรือไม่

เครือข่ายยังคงทำงานต่อได้หรือไม่หลังเกิดความขัดข้อง

สิ่งเหล่านี้เกี่ยวข้องกัน แต่เป็นความสามารถที่แตกต่างกันในทางเทคนิค

ความปลอดภัยและการกู้คืนอัตโนมัติต้องมีขอบเขตที่ชัดเจน

การกู้คืนอัตโนมัติต้องไม่ลบล้างฟังก์ชันความปลอดภัยของเครื่องจักรหรือกระบวนการ

ความขัดข้องบางประเภทควรส่งผลให้เกิดการหยุดทำงานแบบควบคุม แทนที่จะทำงานต่อโดยอัตโนมัติ

ระบบหยุดฉุกเฉิน อินเตอร์ล็อกนิรภัย หรือสภาวะทางไฟฟ้าที่เป็นอันตราย ไม่สามารถถูกข้ามได้เพียงเพราะต้องการรักษาการผลิตให้ดำเนินต่อไป

ตรรกะการกู้คืนต้องแยกแยะระหว่างความขัดข้องที่ยังอนุญาตให้ทำงานต่อได้ กับความขัดข้องที่กำหนดให้อุปกรณ์เข้าสู่สถานะปลอดภัย

เรื่องนี้สำคัญเป็นพิเศษเมื่อมีเส้นทางควบคุมแบบสำรองเข้ามาเกี่ยวข้อง

วิศวกรจำเป็นต้องทราบว่าสัญญาณใดเป็นของระบบอัตโนมัติมาตรฐาน และสัญญาณใดเป็นของสถาปัตยกรรมที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัย

ดังนั้น แนวคิดการซ่อมแซมตัวเองจึงทำงานได้ดีที่สุดเมื่อมีการออกแบบการกักกันความขัดข้องตามโซนการทำงานและโซนความปลอดภัยที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน

แฝดดิจิทัลเพิ่มชั้นการทดสอบ

แฝดดิจิทัลช่วยขยายการออกแบบให้ทนทานต่อความขัดข้องให้ครอบคลุมมากกว่าแผงควบคุมทางกายภาพ

การนำเสนอระบบควบคุมแบบเสมือนช่วยให้วิศวกรศึกษาลำดับการทำงานก่อนนำการเปลี่ยนแปลงไปใช้กับอุปกรณ์ที่ทำงานจริง

สามารถใส่เงื่อนไขความขัดข้องลงในแบบจำลองเพื่อศึกษาว่าตรรกะควบคุมตอบสนองอย่างไร

วิศวกรสามารถประเมินได้ว่าสัญญาณเตือนที่ถูกต้องปรากฏขึ้นหรือไม่ ระบบสำรองถ่ายโอนได้อย่างถูกต้องหรือไม่ และเกิดปฏิสัมพันธ์ที่ไม่ได้ตั้งใจในกระบวนการหรือไม่

วิธีนี้มีประโยชน์เป็นพิเศษเมื่อระบบตรรกะการกู้คืนมีความซับซ้อน

การทดสอบความขัดข้องที่อาจเกิดขึ้นได้ทุกกรณีกับอุปกรณ์การผลิตที่กำลังทำงานอาจทำได้ยากหรือไม่ปลอดภัย

สภาพแวดล้อมการจำลองเป็นอีกวิธีหนึ่งในการตรวจสอบพฤติกรรมก่อนการติดตั้งใช้งาน

การจำลองแฝดดิจิทัลเพื่อทดสอบการกู้คืนจากความขัดข้องของแผงควบคุมอุตสาหกรรม

รูปที่ 3 การจำลองแบบดิจิทัลช่วยให้วิศวกรประเมินลำดับความขัดข้องและตรรกะการกู้คืนได้ ก่อนที่การเปลี่ยนแปลงจะถูกนำไปใช้กับอุปกรณ์ที่กำลังทำงานจริง

Edge Intelligence กำลังขยายการตัดสินใจภายในพื้นที่

อีกพัฒนาการหนึ่งคือความสามารถในการประมวลผลที่เพิ่มขึ้น ซึ่งพร้อมใช้งานโดยตรงที่เครื่องจักร

สถาปัตยกรรมการควบคุมแบบดั้งเดิมมักส่งงานวิเคราะห์ระดับสูงไปยังเซิร์ฟเวอร์ส่วนกลาง

แพลตฟอร์มเอดจ์ช่วยให้การวินิจฉัยบางส่วนยังคงดำเนินการภายในระบบได้

สิ่งนี้มีประโยชน์สำหรับงานที่ต้องตัดสินใจเกี่ยวกับความขัดข้องอย่างรวดเร็ว หรือไม่สามารถรับประกันการเชื่อมต่อคลาวด์อย่างต่อเนื่องได้

การวิเคราะห์ภายในระบบสามารถระบุรูปแบบที่ผิดปกติและส่งเฉพาะเหตุการณ์ที่เกี่ยวข้องไปยังระบบกำกับดูแลหรือระบบระดับองค์กร

PLC ยังคงทำหน้าที่ควบคุมแบบกำหนดผลลัพธ์ได้แน่นอน

ชั้นการวิเคราะห์จะให้ข้อมูลเพิ่มเติมซึ่งอาจส่งผลต่อการตัดสินใจด้านการบำรุงรักษาหรือตรรกะการกู้คืนที่กำหนดไว้ล่วงหน้า

การแยกฟังก์ชันเหล่านั้นให้ชัดเจนเป็นสิ่งสำคัญ

การควบคุมเครื่องจักรไม่ควรพึ่งพาโมเดลวิเคราะห์ที่ไม่โปร่งใส ซึ่งไม่สามารถตรวจสอบยืนยันพฤติกรรมได้

คำถามที่วิศวกรควรถามระหว่างการออกแบบตู้ควบคุม

ตู้ควบคุมที่ทนทานต่อความขัดข้องเริ่มต้นจากคำถามด้านการออกแบบ ไม่ใช่ฟีเจอร์ซอฟต์แวร์

วิศวกรควรพิจารณาว่าโซนความขัดข้องแต่ละส่วนถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจนภายในสถาปัตยกรรมไฟฟ้าหรือไม่

อุปกรณ์ควรระบุได้ว่าความขัดข้องใดสามารถแยกออกได้โดยไม่ต้องหยุดเครื่องจักรทั้งหมด

อุปกรณ์ควรให้ข้อมูลป้อนกลับด้านการวินิจฉัยที่เพียงพอต่อกลยุทธ์การบำรุงรักษา

ควรทบทวนฟังก์ชันสำคัญเพื่อพิจารณาว่าความซ้ำซ้อนมีความเหมาะสมทั้งในด้านเทคนิคและเศรษฐศาสตร์หรือไม่

ทีมออกแบบควรตัดสินใจด้วยว่าตัวแปรสภาพใดจำเป็นต้องได้รับการตรวจติดตามอย่างต่อเนื่อง นอกเหนือจากชั่วโมงการทำงานเพียงอย่างเดียว

การวินิจฉัยระยะไกลอาจมีประโยชน์ แต่ต้องพิจารณาความปลอดภัยเครือข่ายและอำนาจในการปฏิบัติงานตั้งแต่เริ่มต้น

ควรทดสอบตรรกะการกู้คืนกับสถานการณ์ความขัดข้องที่สมจริงด้วย ไม่ใช่ทดสอบเฉพาะลำดับการทำงานปกติ

เป้าหมายคือการเสื่อมสภาพที่ควบคุมได้ ไม่ใช่ตู้ที่ไม่มีวันพัง

อุปกรณ์อุตสาหกรรมยังคงเกิดความขัดข้องต่อไป

ชิ้นส่วนย่อมเสื่อมตามอายุ การเชื่อมต่อเสื่อมสภาพ เครือข่ายสูญเสียการสื่อสาร ไดรฟ์ตัดการทำงาน และแหล่งจ่ายไฟมาถึงจุดสิ้นสุดอายุการใช้งาน

ดังนั้น เป้าหมายทางวิศวกรรมจึงไม่ใช่ตู้ควบคุมที่ไม่มีวันขัดข้อง ซึ่งเป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้

เป้าหมายที่ดีกว่าคือการเสื่อมสภาพอย่างราบรื่น

ระบบควรตรวจพบการเสื่อมสภาพตั้งแต่เนิ่น ๆ เมื่อทำได้

เมื่อเกิดความขัดข้อง ผลกระทบควรถูกจำกัดอยู่ภายในขอบเขตเท่าที่สถาปัตยกรรมจะเอื้ออำนวย

ผู้ปฏิบัติงานควรได้รับข้อมูลวินิจฉัยที่เป็นประโยชน์ แทนที่จะได้รับสัญญาณเตือนทั่วไป

กระบวนการสำคัญควรถ่ายโอนไปยังฟังก์ชันสำรองที่ออกแบบไว้เมื่อเหมาะสม

บุคลากรฝ่ายบำรุงรักษาควรได้รับข้อมูลเพียงพอที่จะซ่อมแซมฮาร์ดแวร์ที่ได้รับผลกระทบได้โดยไม่ต้องตรวจสอบค้นหาที่ไม่จำเป็น

นี่คือความหมายในทางปฏิบัติของตู้ควบคุมแบบซ่อมแซมตัวเอง

ระบบนี้ไม่ได้ซ่อมแซมตัวเอง

ระบบนี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อทำความเข้าใจสภาพของตนเองให้มากขึ้น ตอบสนองอย่างชาญฉลาดต่อความขัดข้องที่คาดการณ์ได้ และคงการทำงานที่ปลอดภัยไว้ให้มากที่สุดจนกว่าบุคลากรจะสามารถซ่อมแซมทางกายภาพได้

เกี่ยวกับผู้เขียน

โต๊ะบรรณาธิการ PLC Pro Tech | การวิเคราะห์ระบบอุตสาหกรรม

ทีมบรรณาธิการครอบคลุมระบบ PLC เครือข่ายอุตสาหกรรม การปกป้องเครื่องจักร ไดรฟ์ การตรวจติดตามสภาพ และการบำรุงรักษาตลอดวงจรชีวิตในงานกระบวนการผลิตและการผลิต

แผงควบคุมสามารถซ่อมแซมตัวเองได้หรือไม่? วิศวกรรมระบบที่ทนทานต่อความขัดข้องได้อย่างชาญฉลาดยิ่งขึ้น

แผงควบคุมแบบซ่อมแซมตัวเองไม่สามารถซ่อมแซมฮาร์ดแวร์ที่ขัดข้องทางกายภาพได้ แต่ระบบวินิจฉัยสมัยใหม่ การออกแบบแบบโมดูลาร์ ระบบสำรอง และระบบอัจฉริยะที่เอดจ์สามารถตรวจจับ แยกส่วน และกู้คืนจากข้อขัดข้องต่...

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อแผงควบคุมอุตสาหกรรมตรวจพบความขัดข้องที่กำลังก่อตัว ก่อนที่ผู้ปฏิบัติงานจะสังเกตเห็นปัญหาที่แสดงออกอย่างชัดเจน

ไดรฟ์มอเตอร์อาจเริ่มดึงกระแสไฟฟ้าอย่างไม่สม่ำเสมอ โมดูลจ่ายไฟอาจเริ่มทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่าปกติ ข้อผิดพลาดด้านการสื่อสารอาจเกิดขึ้นเป็นระยะระหว่างอุปกรณ์ควบคุม

ในระบบแบบดั้งเดิม เงื่อนไขเหล่านี้มักกลายเป็นปัญหาด้านการบำรุงรักษาก็ต่อเมื่อเกิดสัญญาณเตือน การตัดการทำงาน หรือการหยุดระบบแล้ว

สถาปัตยกรรมระบบควบคุมที่ชาญฉลาดยิ่งขึ้นสามารถตอบสนองได้เร็วกว่า

ระบบเหล่านี้สามารถตรวจจับสภาวะผิดปกติ แยกความขัดข้องที่เลือกไว้ โอนฟังก์ชันไปยังอุปกรณ์สำรอง และให้ข้อมูลการวินิจฉัยโดยละเอียดแก่เจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุง

แนวคิดนี้บางครั้งเรียกว่า ตู้ควบคุมแบบฟื้นฟูตัวเอง

ไม่ควรตีความคำนี้ตามตัวอักษร ตู้ควบคุมไม่สามารถซ่อมคอนแทคเตอร์ที่เสียหาย ขั้วต่อที่ไหม้ หรือไดรฟ์ที่ขัดข้องได้ด้วยตัวเอง

สิ่งที่ระบบนี้ทำได้คือการตรวจจับความขัดข้องบางประเภทและใช้กลยุทธ์การกู้คืนที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเพื่อจำกัดผลกระทบต่อการผลิต

ตู้ควบคุมอุตสาหกรรมที่มีส่วนประกอบระบบอัตโนมัติแบบโมดูลาร์สำหรับการออกแบบระบบควบคุมที่ทนต่อความขัดข้อง

รูปที่ 1 ตู้ควบคุมอุตสาหกรรมแบบโมดูลาร์เป็นพื้นฐานสำหรับการวินิจฉัย การแยกส่วน และการเปลี่ยนส่วนประกอบอย่างเป็นระบบ

จุดอ่อนมักไม่ได้อยู่ที่เครื่องจักร

ตู้ควบคุมประสานการทำงานของอุปกรณ์อุตสาหกรรมสมัยใหม่เป็นส่วนใหญ่

PLC แหล่งจ่ายไฟ รีเลย์ ไดรฟ์ โมดูลสื่อสาร และอุปกรณ์ I/O ทำงานร่วมกันเพื่อรักษาลำดับการทำงานที่คาดการณ์ได้

ดังนั้น ความขัดข้องของส่วนประกอบขนาดเล็กเพียงชิ้นเดียวอาจส่งผลกระทบต่อกระบวนการที่มีขนาดใหญ่กว่ามาก

รีเลย์ที่เสียหายอาจทำให้มอเตอร์สตาร์ตไม่ทำงาน แหล่งจ่ายไฟที่ขัดข้องอาจทำให้วงจรควบคุมหลายวงจรหยุดทำงานพร้อมกัน ปัญหาด้านการสื่อสารอาจทำให้อุปกรณ์ที่ยังทำงานได้ตามปกติไม่พร้อมใช้งานสำหรับตัวควบคุม

กลยุทธ์การบำรุงรักษาแบบดั้งเดิมจัดการความเสี่ยงเหล่านี้ผ่านการตรวจสอบ ชิ้นส่วนสำรอง การเปลี่ยนชิ้นส่วนเชิงป้องกัน และการแทรกแซงของผู้ปฏิบัติงาน

แนวทางปฏิบัติเหล่านั้นยังคงจำเป็น

ข้อจำกัดอยู่ที่เวลาในการตอบสนอง

เมื่อการตรวจจับความขัดข้องอาศัยหลักจากการที่เครื่องจักรหยุดทำงานหรือผู้ปฏิบัติงานมองเห็นสัญญาณเตือน กระบวนการก็ได้เข้าสู่สภาวะการทำงานที่ผิดปกติแล้ว

การออกแบบระบบควบคุมสมัยใหม่มุ่งตรวจจับการเสื่อมสภาพให้ได้ก่อนถึงจุดนั้นมากขึ้นเรื่อย ๆ

ความหมายที่แท้จริงของระบบฟื้นฟูตัวเอง

ในแง่วิศวกรรม ระบบฟื้นฟูตัวเองควรเข้าใจว่าเป็นการผสานรวมระหว่างการตรวจจับความขัดข้อง การแยกความขัดข้อง และการกู้คืนโดยอัตโนมัติ

สถาปัตยกรรมที่ใช้งานได้จริงอาจทำหน้าที่หลายอย่าง

ประการแรก ระบบจะตรวจจับสัญญาณหรือสภาวะการทำงานที่ผิดปกติ

ประการที่สอง ลอจิกการวินิจฉัยจะระบุว่าอุปกรณ์ วงจร หรือพื้นที่กระบวนการใดได้รับผลกระทบ

ประการที่สาม ระบบควบคุมจะแยกฟังก์ชันที่ได้รับผลกระทบออก เมื่อสถาปัตยกรรมเอื้อให้ทำได้

ท้ายที่สุด ฮาร์ดแวร์สำรองหรือเส้นทางควบคุมสำรองอาจช่วยให้กระบวนการบางส่วนดำเนินต่อไปได้จนกว่าฝ่ายซ่อมบำรุงจะเข้าดำเนินการ

ผู้ปฏิบัติงานยังคงได้รับสัญญาณเตือน บันทึกเหตุการณ์ และข้อมูลการวินิจฉัย

วัตถุประสงค์ไม่ใช่การกำจัดความขัดข้อง แต่คือการป้องกันไม่ให้ความขัดข้องแต่ละจุดกลายเป็นการหยุดชะงักทั่วทั้งโรงงานโดยอัตโนมัติ

สถาปัตยกรรมแบบโมดูลาร์ทำให้การแยกจุดขัดข้องเป็นไปได้จริง

พฤติกรรมที่ทนทานต่อความขัดข้องเริ่มต้นจากการออกแบบทางกายภาพ

แผงควบคุมที่สร้างเป็นชุดประกอบไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนาเพียงชุดเดียวจะแยกตรวจสอบได้ยากเมื่อชิ้นส่วนเกิดขัดข้อง

สถาปัตยกรรมแบบโมดูลาร์สร้างขอบเขตการทำงานที่ชัดเจนยิ่งขึ้น

ระบบจ่ายไฟ การควบคุม การสื่อสาร ไดรฟ์ และ I/O สามารถแบ่งออกเป็นส่วนที่ระบุได้ชัดเจน พร้อมการป้องกันและการเข้าถึงข้อมูลวินิจฉัยที่เหมาะสม

แนวทางนี้มอบข้อได้เปรียบด้านการปฏิบัติการหลายประการ

ความขัดข้องมักเชื่อมโยงกับพื้นที่การทำงานที่เล็กลงได้ เจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุงจึงสามารถระบุฮาร์ดแวร์ที่ได้รับผลกระทบได้รวดเร็วยิ่งขึ้น และการเปลี่ยนชิ้นส่วนก็เป็นระบบมากขึ้น

ความเป็นโมดูลาร์ยังสนับสนุนกลยุทธ์การจัดการอะไหล่ให้เป็นมาตรฐาน

แทนที่จะตรวจสอบปัญหาของทุกชิ้นส่วนจนถึงระดับแผงวงจร ช่างเทคนิคสามารถเปลี่ยนโมดูลที่กำหนดไว้และกู้คืนการให้บริการตามขั้นตอนการบำรุงรักษาที่จัดทำไว้

ฮาร์ดแวร์ที่สับเปลี่ยนขณะมีไฟได้สามารถปรับปรุงแนวทางนี้ได้ หากแพลตฟอร์มควบคุมและการใช้งานนั้นรองรับการเปลี่ยนภายใต้สภาวะที่มีไฟ

อย่างไรก็ตาม ไม่ควรสันนิษฐานว่าการสับเปลี่ยนขณะมีไฟทำได้ เพียงเพราะระบบเป็นแบบโมดูลาร์

คอนโทรลเลอร์ แพลตฟอร์ม I/O การออกแบบระบบไฟฟ้า และขั้นตอนด้านความปลอดภัยต้องรองรับการดำเนินการนี้อย่างชัดเจน

สำหรับระบบที่สร้างขึ้นโดยใช้ฮาร์ดแวร์ควบคุมแบบเปลี่ยนแทนได้ โมดูล I/O ที่จัดหมวดหมู่อย่างชัดเจนยังช่วยให้การบำรุงรักษาตลอดอายุการใช้งานและการวางแผนอะไหล่ง่ายขึ้น

การตรวจสอบเชิงคาดการณ์มองหาการเปลี่ยนแปลงก่อนเกิดความขัดข้อง

กลยุทธ์ควบคุมที่จัดการตนเองได้จำเป็นต้องมีข้อมูลเกี่ยวกับสภาพของอุปกรณ์

นี่คือจุดที่การตรวจจับด้วย IIoT และการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์มีความสำคัญ

ระบบตรวจสอบสมัยใหม่สามารถติดตามโหลดไฟฟ้า อุณหภูมิ การสั่นสะเทือน คุณภาพการสื่อสาร และตัวแปรการทำงานอื่น ๆ

การวัดเพียงครั้งเดียวอาจไม่บ่งชี้ถึงปัญหา

แนวโน้มมักมีประโยชน์มากกว่า

จุดต่อสายที่มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องอาจบ่งชี้ถึงสภาวะทางไฟฟ้าที่จำเป็นต้องตรวจสอบ

มอเตอร์ที่แสดงแนวโน้มการสั่นสะเทือนเพิ่มขึ้นอาจต้องได้รับการตรวจสอบทางกลก่อนที่สภาพดังกล่าวจะนำไปสู่การหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผน

ความไม่สมดุลของกระแสไฟฟ้าที่เกิดซ้ำยังสามารถเป็นหลักฐานการวินิจฉัยที่มีประโยชน์ได้ เมื่อประเมินภายใต้บริบททางไฟฟ้าและทางกลที่ถูกต้อง

เอดจ์คอมพิวติ้งช่วยให้การวิเคราะห์บางส่วนเกิดขึ้นใกล้กับเครื่องจักร

แทนที่จะส่งค่าการวัดดิบทั้งหมดไปยังเซิร์ฟเวอร์ระยะไกล อุปกรณ์เอดจ์สามารถประเมินสัญญาณที่เลือกไว้ภายในเครื่องและสร้างเหตุการณ์เมื่อพบเงื่อนไขที่กำหนด

วิธีนี้ช่วยลดความหน่วงในการตอบสนองและจำกัดการรับส่งข้อมูลที่ไม่จำเป็น

การวิเคราะห์วินิจฉัยต้องอธิบายมากกว่าแค่ “ขัดข้อง”

ตัวบ่งชี้ความขัดข้องทั่วไปมีประโยชน์จำกัดเมื่อการผลิตหยุดลงแล้ว

การวิเคราะห์วินิจฉัยที่มีประสิทธิภาพควรระบุจุดที่เกิดปัญหาและให้บริบทเพียงพอแก่เจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุงเพื่อสืบหาสาเหตุ

ตัวควบคุมสมัยใหม่และอุปกรณ์อัจฉริยะสามารถเปิดเผยข้อมูลการวินิจฉัยระดับส่วนประกอบผ่านเครือข่ายควบคุม

จากนั้นชั้น HMI หรือ SCADA สามารถแสดงข้อมูลสัญญาณเตือนที่เฉพาะเจาะจงยิ่งขึ้น

แทนที่จะแจ้งเพียงข้อขัดข้องทั่วไปของไดรฟ์ ระบบอาจระบุว่าไดรฟ์ใดเป็นผู้สร้างสัญญาณเตือน และบันทึกค่าการทำงานที่เกี่ยวข้อง

เหตุการณ์ย้อนหลังยังช่วยให้วิศวกรระบุได้ว่าเกิดอะไรขึ้นทันทีก่อนการตัดการทำงาน

เรื่องนี้มีความสำคัญเป็นพิเศษเมื่อข้อขัดข้องเริ่มต้นหนึ่งรายการทำให้เกิดสัญญาณเตือนรองหลายรายการ

สัญญาณเตือนแรกที่มองเห็นบนหน้าจออาจไม่ใช่สาเหตุรากของปัญหา

ลำดับเหตุการณ์ที่มีการประทับเวลาอย่างถูกต้องช่วยให้วิศวกรสร้างลำดับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นขึ้นใหม่ได้

การแยกข้อขัดข้องช่วยป้องกันไม่ให้ปัญหาหนึ่งแพร่กระจาย

การตรวจจับเพียงอย่างเดียวไม่ได้ทำให้ระบบทนทานต่อข้อขัดข้อง

สถาปัตยกรรมต้องกำหนดด้วยว่าจะเกิดอะไรขึ้นหลังจากตรวจพบข้อขัดข้อง

ในบางแอปพลิเคชัน โมดูลที่ได้รับผลกระทบอาจถูกนำออกจากลำดับการทำงานในเชิงตรรกะ

ในบางกรณี กระบวนการอาจถ่ายโอนไปยังอุปกรณ์สำรอง

แหล่งจ่ายไฟ เส้นทางเครือข่าย ตัวควบคุม อินเทอร์เฟซการสื่อสาร และอุปกรณ์กระบวนการ ล้วนใช้ความซ้ำซ้อนได้เมื่อแอปพลิเคชันมีเหตุผลเพียงพอที่จะรองรับความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้น

ความซ้ำซ้อนไม่ได้ก่อให้เกิดประโยชน์โดยอัตโนมัติ

ระบบซ้ำซ้อนที่ออกแบบมาไม่ดีอาจทำให้เกิดโหมดความขัดข้องเพิ่มเติม และทำให้การตรวจสอบแก้ไขปัญหายากขึ้น

ดังนั้นจึงจำเป็นต้องออกแบบกลยุทธ์การกู้คืนให้ทำงานร่วมกับกลยุทธ์การตรวจจับข้อขัดข้อง

ลำดับการตรวจจับข้อขัดข้อง การแยกข้อขัดข้อง และการกู้คืนแบบซ้ำซ้อนในอุตสาหกรรมโดยอัตโนมัติ

รูปที่ 2. ลำดับการทำงานที่ทนทานต่อข้อขัดข้องจะตรวจพบสภาวะผิดปกติ แยกฟังก์ชันที่ได้รับผลกระทบ และถ่ายโอนการทำงานเมื่อมีความซ้ำซ้อน

ไดรฟ์ขัดข้องแสดงให้เห็นว่าแนวคิดนี้ทำงานอย่างไร

ลองพิจารณาสายการบรรจุขวดที่ใช้ไดรฟ์ปรับความถี่เพื่อควบคุมความเร็วสายพานลำเลียง

ไดรฟ์ตัวหนึ่งเริ่มแสดงพฤติกรรมกระแสไฟฟ้าที่ผิดปกติและมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น

ในสถาปัตยกรรมแบบทั่วไป ไดรฟ์อาจทำงานต่อไปจนกว่าฟังก์ชันป้องกันจะสั่งตัดการทำงาน

สายพานลำเลียงหยุดทำงาน

จากนั้นฝ่ายซ่อมบำรุงจะเริ่มตรวจสอบส่วนที่ขัดข้อง ขณะที่การผลิตยังคงหยุดชะงัก

สถาปัตยกรรมที่ทนทานต่อข้อขัดข้องมากกว่าอาจตอบสนองแตกต่างออกไป

ระบบตรวจติดตามสภาพจะตรวจพบรูปแบบทางไฟฟ้าและความร้อนที่ผิดปกติก่อน

ระบบควบคุมจะสร้างคำเตือนด้านการซ่อมบำรุงก่อนที่กระบวนการจะถึงเงื่อนไขตัดการทำงาน

หากแอปพลิเคชันมีไดรฟ์สำรองที่ออกแบบไว้โดยเฉพาะ หรือมีเส้นทางกลไกสำรอง ฟังก์ชันที่ได้รับผลกระทบก็สามารถถ่ายโอนไปทำงานตามตรรกะที่กำหนดไว้ล่วงหน้าได้

ไดรฟ์เดิมจะถูกแยกออก และฝ่ายซ่อมบำรุงจะได้รับข้อมูลข้อขัดข้องโดยละเอียด

การผลิตอาจดำเนินต่อไปด้วยกำลังการผลิตเต็มที่หรือลดลง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการออกแบบกระบวนการ

ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นข้อจำกัดที่สำคัญ

ระบบควบคุมไม่สามารถสร้างความซ้ำซ้อนที่ไม่ได้ออกแบบไว้ในเครื่องจักรตั้งแต่แรก

การกู้คืนโดยอัตโนมัติจะทำได้ก็ต่อเมื่อสถาปัตยกรรมด้านไฟฟ้า กลไก และซอฟต์แวร์มีเส้นทางทางเลือกไว้

เมื่อมีการควบคุมความเร็วแบบแปรผัน สถาปัตยกรรม VFD และไดรฟ์ AC ที่เหมาะสมสามารถเป็นส่วนหนึ่งของกลยุทธ์การบำรุงรักษาและการทำระบบสำรองที่ครอบคลุมยิ่งขึ้น

การสื่อสารเป็นส่วนหนึ่งของสถาปัตยกรรมการกู้คืน

การวินิจฉัยสมัยใหม่พึ่งพาเครือข่ายสื่อสารอุตสาหกรรมเป็นอย่างมาก

คอนโทรลเลอร์ต้องการข้อมูลสถานะจากไดรฟ์, I/O ระยะไกล, อุปกรณ์ป้องกัน และส่วนประกอบอัจฉริยะอื่น ๆ

EtherNet/IP, PROFINET และโปรโตคอลอุตสาหกรรมอื่น ๆ สามารถให้ข้อมูลวินิจฉัยนี้ได้ เมื่ออุปกรณ์รองรับ

อย่างไรก็ตาม การใช้โปรโตคอลอีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรมไม่ได้ทำให้เครือข่ายทนทานต่อความขัดข้องโดยอัตโนมัติ

ความยืดหยุ่นขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรมเครือข่าย

สวิตช์แบบจัดการได้ เส้นทางสำรอง ความสามารถของคอนโทรลเลอร์ โทโพโลยี และกลไกการกู้คืน ล้วนมีอิทธิพลต่อสิ่งที่จะเกิดขึ้นหลังการสื่อสารขัดข้อง

ดังนั้น วิศวกรควรแยกคำถามออกเป็นสองข้อ

อุปกรณ์สามารถรายงานความขัดข้องได้หรือไม่

เครือข่ายยังคงทำงานต่อได้หรือไม่หลังเกิดความขัดข้อง

สิ่งเหล่านี้เกี่ยวข้องกัน แต่เป็นความสามารถที่แตกต่างกันในทางเทคนิค

ความปลอดภัยและการกู้คืนอัตโนมัติต้องมีขอบเขตที่ชัดเจน

การกู้คืนอัตโนมัติต้องไม่ลบล้างฟังก์ชันความปลอดภัยของเครื่องจักรหรือกระบวนการ

ความขัดข้องบางประเภทควรส่งผลให้เกิดการหยุดทำงานแบบควบคุม แทนที่จะทำงานต่อโดยอัตโนมัติ

ระบบหยุดฉุกเฉิน อินเตอร์ล็อกนิรภัย หรือสภาวะทางไฟฟ้าที่เป็นอันตราย ไม่สามารถถูกข้ามได้เพียงเพราะต้องการรักษาการผลิตให้ดำเนินต่อไป

ตรรกะการกู้คืนต้องแยกแยะระหว่างความขัดข้องที่ยังอนุญาตให้ทำงานต่อได้ กับความขัดข้องที่กำหนดให้อุปกรณ์เข้าสู่สถานะปลอดภัย

เรื่องนี้สำคัญเป็นพิเศษเมื่อมีเส้นทางควบคุมแบบสำรองเข้ามาเกี่ยวข้อง

วิศวกรจำเป็นต้องทราบว่าสัญญาณใดเป็นของระบบอัตโนมัติมาตรฐาน และสัญญาณใดเป็นของสถาปัตยกรรมที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัย

ดังนั้น แนวคิดการซ่อมแซมตัวเองจึงทำงานได้ดีที่สุดเมื่อมีการออกแบบการกักกันความขัดข้องตามโซนการทำงานและโซนความปลอดภัยที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน

แฝดดิจิทัลเพิ่มชั้นการทดสอบ

แฝดดิจิทัลช่วยขยายการออกแบบให้ทนทานต่อความขัดข้องให้ครอบคลุมมากกว่าแผงควบคุมทางกายภาพ

การนำเสนอระบบควบคุมแบบเสมือนช่วยให้วิศวกรศึกษาลำดับการทำงานก่อนนำการเปลี่ยนแปลงไปใช้กับอุปกรณ์ที่ทำงานจริง

สามารถใส่เงื่อนไขความขัดข้องลงในแบบจำลองเพื่อศึกษาว่าตรรกะควบคุมตอบสนองอย่างไร

วิศวกรสามารถประเมินได้ว่าสัญญาณเตือนที่ถูกต้องปรากฏขึ้นหรือไม่ ระบบสำรองถ่ายโอนได้อย่างถูกต้องหรือไม่ และเกิดปฏิสัมพันธ์ที่ไม่ได้ตั้งใจในกระบวนการหรือไม่

วิธีนี้มีประโยชน์เป็นพิเศษเมื่อระบบตรรกะการกู้คืนมีความซับซ้อน

การทดสอบความขัดข้องที่อาจเกิดขึ้นได้ทุกกรณีกับอุปกรณ์การผลิตที่กำลังทำงานอาจทำได้ยากหรือไม่ปลอดภัย

สภาพแวดล้อมการจำลองเป็นอีกวิธีหนึ่งในการตรวจสอบพฤติกรรมก่อนการติดตั้งใช้งาน

การจำลองแฝดดิจิทัลเพื่อทดสอบการกู้คืนจากความขัดข้องของแผงควบคุมอุตสาหกรรม

รูปที่ 3 การจำลองแบบดิจิทัลช่วยให้วิศวกรประเมินลำดับความขัดข้องและตรรกะการกู้คืนได้ ก่อนที่การเปลี่ยนแปลงจะถูกนำไปใช้กับอุปกรณ์ที่กำลังทำงานจริง

Edge Intelligence กำลังขยายการตัดสินใจภายในพื้นที่

อีกพัฒนาการหนึ่งคือความสามารถในการประมวลผลที่เพิ่มขึ้น ซึ่งพร้อมใช้งานโดยตรงที่เครื่องจักร

สถาปัตยกรรมการควบคุมแบบดั้งเดิมมักส่งงานวิเคราะห์ระดับสูงไปยังเซิร์ฟเวอร์ส่วนกลาง

แพลตฟอร์มเอดจ์ช่วยให้การวินิจฉัยบางส่วนยังคงดำเนินการภายในระบบได้

สิ่งนี้มีประโยชน์สำหรับงานที่ต้องตัดสินใจเกี่ยวกับความขัดข้องอย่างรวดเร็ว หรือไม่สามารถรับประกันการเชื่อมต่อคลาวด์อย่างต่อเนื่องได้

การวิเคราะห์ภายในระบบสามารถระบุรูปแบบที่ผิดปกติและส่งเฉพาะเหตุการณ์ที่เกี่ยวข้องไปยังระบบกำกับดูแลหรือระบบระดับองค์กร

PLC ยังคงทำหน้าที่ควบคุมแบบกำหนดผลลัพธ์ได้แน่นอน

ชั้นการวิเคราะห์จะให้ข้อมูลเพิ่มเติมซึ่งอาจส่งผลต่อการตัดสินใจด้านการบำรุงรักษาหรือตรรกะการกู้คืนที่กำหนดไว้ล่วงหน้า

การแยกฟังก์ชันเหล่านั้นให้ชัดเจนเป็นสิ่งสำคัญ

การควบคุมเครื่องจักรไม่ควรพึ่งพาโมเดลวิเคราะห์ที่ไม่โปร่งใส ซึ่งไม่สามารถตรวจสอบยืนยันพฤติกรรมได้

คำถามที่วิศวกรควรถามระหว่างการออกแบบตู้ควบคุม

ตู้ควบคุมที่ทนทานต่อความขัดข้องเริ่มต้นจากคำถามด้านการออกแบบ ไม่ใช่ฟีเจอร์ซอฟต์แวร์

วิศวกรควรพิจารณาว่าโซนความขัดข้องแต่ละส่วนถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจนภายในสถาปัตยกรรมไฟฟ้าหรือไม่

อุปกรณ์ควรระบุได้ว่าความขัดข้องใดสามารถแยกออกได้โดยไม่ต้องหยุดเครื่องจักรทั้งหมด

อุปกรณ์ควรให้ข้อมูลป้อนกลับด้านการวินิจฉัยที่เพียงพอต่อกลยุทธ์การบำรุงรักษา

ควรทบทวนฟังก์ชันสำคัญเพื่อพิจารณาว่าความซ้ำซ้อนมีความเหมาะสมทั้งในด้านเทคนิคและเศรษฐศาสตร์หรือไม่

ทีมออกแบบควรตัดสินใจด้วยว่าตัวแปรสภาพใดจำเป็นต้องได้รับการตรวจติดตามอย่างต่อเนื่อง นอกเหนือจากชั่วโมงการทำงานเพียงอย่างเดียว

การวินิจฉัยระยะไกลอาจมีประโยชน์ แต่ต้องพิจารณาความปลอดภัยเครือข่ายและอำนาจในการปฏิบัติงานตั้งแต่เริ่มต้น

ควรทดสอบตรรกะการกู้คืนกับสถานการณ์ความขัดข้องที่สมจริงด้วย ไม่ใช่ทดสอบเฉพาะลำดับการทำงานปกติ

เป้าหมายคือการเสื่อมสภาพที่ควบคุมได้ ไม่ใช่ตู้ที่ไม่มีวันพัง

อุปกรณ์อุตสาหกรรมยังคงเกิดความขัดข้องต่อไป

ชิ้นส่วนย่อมเสื่อมตามอายุ การเชื่อมต่อเสื่อมสภาพ เครือข่ายสูญเสียการสื่อสาร ไดรฟ์ตัดการทำงาน และแหล่งจ่ายไฟมาถึงจุดสิ้นสุดอายุการใช้งาน

ดังนั้น เป้าหมายทางวิศวกรรมจึงไม่ใช่ตู้ควบคุมที่ไม่มีวันขัดข้อง ซึ่งเป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้

เป้าหมายที่ดีกว่าคือการเสื่อมสภาพอย่างราบรื่น

ระบบควรตรวจพบการเสื่อมสภาพตั้งแต่เนิ่น ๆ เมื่อทำได้

เมื่อเกิดความขัดข้อง ผลกระทบควรถูกจำกัดอยู่ภายในขอบเขตเท่าที่สถาปัตยกรรมจะเอื้ออำนวย

ผู้ปฏิบัติงานควรได้รับข้อมูลวินิจฉัยที่เป็นประโยชน์ แทนที่จะได้รับสัญญาณเตือนทั่วไป

กระบวนการสำคัญควรถ่ายโอนไปยังฟังก์ชันสำรองที่ออกแบบไว้เมื่อเหมาะสม

บุคลากรฝ่ายบำรุงรักษาควรได้รับข้อมูลเพียงพอที่จะซ่อมแซมฮาร์ดแวร์ที่ได้รับผลกระทบได้โดยไม่ต้องตรวจสอบค้นหาที่ไม่จำเป็น

นี่คือความหมายในทางปฏิบัติของตู้ควบคุมแบบซ่อมแซมตัวเอง

ระบบนี้ไม่ได้ซ่อมแซมตัวเอง

ระบบนี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อทำความเข้าใจสภาพของตนเองให้มากขึ้น ตอบสนองอย่างชาญฉลาดต่อความขัดข้องที่คาดการณ์ได้ และคงการทำงานที่ปลอดภัยไว้ให้มากที่สุดจนกว่าบุคลากรจะสามารถซ่อมแซมทางกายภาพได้

เกี่ยวกับผู้เขียน

โต๊ะบรรณาธิการ PLC Pro Tech | การวิเคราะห์ระบบอุตสาหกรรม

ทีมบรรณาธิการครอบคลุมระบบ PLC เครือข่ายอุตสาหกรรม การปกป้องเครื่องจักร ไดรฟ์ การตรวจติดตามสภาพ และการบำรุงรักษาตลอดวงจรชีวิตในงานกระบวนการผลิตและการผลิต

แสดงความคิดเห็น

โปรดทราบว่าความคิดเห็นจะต้องได้รับการอนุมัติก่อนที่จะได้รับการเผยแพร่