APROL – dla stopniowej migracji

"Poprawiliśmy niezawodność procesów przetwórczych oraz jakość wyrobów. Teraz możemy szybciej i elastyczniej reagować na zmiany rynkowe," mówi Günther Schätzle, kierownik działu technologii produkcji w firmie CHT R. BEITLICH. Powyższe osiągnięto unowocześniając za pomocą technologii B&R stanowiska przetwórcze w najważniejszym zakładzie produkcyjnym firmy, znajdującym się w Dusslingen w Niemczech.

"Rozwiązania w rodzaju APROL firmy B&R cieszą się szczególnym powodzeniem wśród firm średniej wielkości, takich jak CHT," dodaje Günther Schätzle. "Jest tak, bo ograniczają do minimum ryzyko związane z migracjami systemowymi." W przeciwieństwie do innych rozwiązań sterowania procesami, APROL nie jest linią przeznaczoną tylko dla wielkiego przemysłu, który korzysta z kompleksowo zautomatyzowanych systemów pracujących na recepturach. Była to dobra wiadomość dla CHT, bowiem w jej przypadku kwestia migracji systemu stawała się coraz bardziej pilna.

CHT rozpoczęła działalność jako dostawca chemii dla włókiennictwa i od tamtego czasu rozwinęła ją o chemię specjalistyczną dla włókiennictwa, czyszczenia tekstyliów, chemię budowlaną oraz chemię wysokiej wydajności. Nastawiony na potrzeby klientów rozwój produktów w firmie nadal poszerza asortyment, który już w chwili obecnej jest szeroki. Większość przychodów CHT generowana jest z oferty bardzo złożonych produktów wytwarzanych głównie w zakładach produkcyjno-logistycznych w Dusslingen.

Pracuje tam 68 stanowisk przetwórczych, w tym 10 systemów zasilania wyższego rzędu, 40 zbiorników mieszających oraz 14 reaktorów chemicznych. Wiele stanowisk pełni szereg funkcji jednocześnie, mogąc wytwarzać do 100 różnych produktów.

"Coraz lepiej zdawaliśmy sobie sprawę z tego, że nasze budowane od lat systemy sterowania, interfejsów człowiek-maszyna oraz gromadzenia danych eksploatacyjnych nie będą wkrótce mogły sprostać rosnącym wymaganiom względem jakości produktów, zapewniania jakości, niezawodności procesów technologicznych i przepisów BHP," mówi Günther Schätzle, zdradzając powody dla których CHT przystąpiła do realizacji migracji na początku 2011 r. "Ponadto, technologia stawała się przestarzała i uniemożliwiała nam realizację nowych zamówień."

Na przykład - montaż nowego zaworu i jego oddanie do eksploatacji trwały trzy dni. Coraz częstsze usterki i awarie spowodowane przebiegiem urządzeń oraz narastające trudności w dostawach części zamiennych tym bardziej przemawiały za sensownością migracji.

Określono cel jako wymianę systemów sterowania, interfejsów HMI i gromadzenia danych, które stały się przestarzałe, nieelastyczne i zbyt podatne na awarie, na technologie najwyższej klasy. "Całkowita automatyzacja wszystkiego, co się dało, nie była tu priorytetem," uzupełnia Günther Schätzle. "Byłoby to projektem zbyt skomplikowanym, zważywszy na obecność wielofunkcyjnych stanowisk przetwórczych."

CHT powołała zespół biegłych celem kompleksowej oceny trzech różnych systemów sterowania procesami, a także rozwiązań w zakresie sterowania i HMI od dwóch oferentów. Do oceny posłużono się wyczerpująca macierzą ściśle określonych kryteriów. W końcu najlepszym wyborem okazała się oferta B&R.

Günther Schätzle jasno widział uzasadnienie tego wyboru. "Jedną z decydujących kwestii była zgodność systemu APROL z koncepcją stopniowej migracji, w przeciwieństwie do innych, bardzo znanych i powszechnie stosowanych systemów, które oceniliśmy. APROL pozwolił nam stopniowo przenosić stanowiska produkcyjne do nowego systemu kontroli procesów, bez wyłączania starych układów."

Biegli z CHT docenili niezależność od platformy Windows. Technologia sterowania procesami i HMI opracowywane przez B&R opierają się o system Linux, zaś budowa samego systemu sterowania jest niezwykle przejrzysta i intuicyjna.

Drobiazgowo podzielona oferta produktów z zakresu sterowania i HMI, oferowanych przez B&R, umożliwiła CHT dopasowanie wydajności sterowników PLC w każdym systemie do stawianych mu wymagań, a także wyposażenie systemów w szereg modułów I/O oraz własne urządzenia HMI. Właśnie ze względu na taką elastyczność rozwiązania CHT postanowiło wybrać B&R, również jako dostawcę systemu sterowania i HMI.

"Według nas, zaletą zaoferowanego rozwiązania jest możliwość odzwierciedlenia rzeczywistej budowy systemu bezpośrednio w technologii sterowania i HMI. To pozwala z kolei wdrożyć projekt stopniowej migracji w sposób idealny pod względem sprzętowym," tłumaczy Günther Schätzle. Dodaje przy tym: "Argumentem za wyborem jednego dostawcy wszystkich systemów jest również brak problemów z interfejsami między nimi i komunikacją danych."

Günther Schätzle przyznaje, że wybór rozwiązania oferowanego przez jednego z wielkich niemieckich dostawców systemów sterowania również pozwoliłoby wyposażyć każde stanowisko przetwórcze we własny sterownik. "Jednakże, można byłoby to zrobić tylko metodą swoistego obejścia lub z pomocą sterownika PLC na warstwie programowej, co było wykluczone," wyjaśnia.

Kierownik CHT dostrzega bardzo niewiele przeszkód w zmianie dostawcy systemów sterowania procesami i technologii sterowania. "Musielibyśmy i tak przepisać lwią część własnego oprogramowania, bo nie używamy połowy kodu jaki opracowaliśmy przez wszystkie lata. Stąd ponowne wykorzystanie oprogramowania byłoby właściwie niemożliwe."

Natomiast, pod względem kosztów Günther Schätzle prawie nie widzi różnicy pomiędzy ocenianymi rozwiązaniami. "Oczywiście występowały znaczne różnice pomiędzy ofertami od integratorów systemów" mówi Günther Schätzle. "Z tym, że kosztorysy odnośnych systemów sterowania procesami nie różniły się o więcej niż 20 procent". Jest to prawdopodobnie związane rozproszoną architekturą stanowisk wytwórczych, którą można wiernie odwzorować rozproszoną strukturą systemu sterowania procesami.

Wybierając oferenta firma CHT nie kierowała się wyłącznie kryterium ceny. Ważniejsze było, aby integrator chciał i był w stanie sprostać wymaganiom producenta chemii specjalnej, a zwłaszcza dostosować rozwiązania do dodatkowych zmian pojawiających się na etapie realizacji projektu. Z pięciu integratorów systemów do fazy oceny wybrano firmę Erler.

"Angażując się w przedmiotowy projekt, dobrze znaliśmy zakres i kompleksowość związanych z nim prac. Ponieważ w ogóle nie znaliśmy systemu APROL, mieliśmy drobne wątpliwości czy podoła on wyzwaniu" wyjaśnia Alois Erler. "Jednak w trakcie realizacji projektu nasze wątpliwości rozwiały się błyskawicznie."

Również proces migracji przebiegał sprawniej niż oczekiwano, co Erler potwierdza słowami: "W porównaniu z innymi systemami sterowania procesami APROL ma bardzo otwartą architekturę, dzięki czemu możemy bardzo szybko reagować na nowe wymagania klientów, nawet na etapie realizacji projektu. Bardzo przyjemnie zaskoczyła nas łatwość połączenia z istniejącym już systemem. Wszystko poszło niezwykle sprawnie."

Pierwszy etap migracji zrealizowano pod koniec roku 2011 na niezwykle złożonym stanowisku pilotażowym wyposażonym w około 360 cyfrowych i 20 analogowych kanałów I/O. Kolejne stanowiska produkcyjne migrowano w tempie niemalże jednego na tydzień. Do końca drugiego kwartału 2013 roku została zakończona migracja do systemu APROL wszystkich 68 stanowisk w Dusslingen. Następnie ostatecznie wyłączono stare systemy. Nowe rozwiązanie dla CHT obejmuje: 46 jednostek HMI Power Panel, prawie 70 sterowników X20 oraz około 14.000 i 1.000 analogowych kanałów I/O X20, a także szereg stanowisk nadzoru zmianowego połączonych siecią VNC. System jest wyposażony w dwa serwery wykonywania programów, jeden serwer technologiczny oraz serwer VNC z systemem gwarantującym ciągłość działania według koncepcji "Disaster Recovery". Redundantna sieć produkcyjna oparta na Linuksie komunikuje się z urządzeniami na platformie Windows w sieci firmowej za pomocą ściśle określonego interfejsu.

"Wprowadziliśmy nawet zdublowaną redundancję," oświadcza Günther Schätzle. Każdy komponent stanowiska podłączony jest do dwóch systemów magistralnych, tj. magistrali operatora i magistrali procesu. Mogą one zastępować się wzajemnie w razie potrzeby. Ponadto, każde ze stanowisk wyposażono w dwa porty, mogące pełnić funkcje zapasowe wobec siebie. Jest to zgodne z wymogiem wysokiej dostępności stanowisk.

Jeszcze w trakcie migracji stało się jasne, że CHT zyskuje coś więcej niż tylko wymianę starego systemu na nowy. "System APROL jest znacznie bardziej elastyczny. Dlatego np. możemy zainstalować nowy zawór i oddać go do ruchu w czasie kilku godzin, a nie dni. Wszystkie zmiany oprogramowania można w razie błędu wycofać dosłownie za kliknięciem myszy."

Analizy sekwencji technologicznych stały się znacznie łatwiejsze niż niegdyś. "Dzięki TrendViewer i AuditTrail odkryliśmy, że możemy analizować procesy, które przedtem były dla nas zupełnie niedostępne," wyjaśnia Schätzle. "APROL pozwala nam analizować współzależności między procesami w czasie rzeczywistym i tym samym da się natychmiast wprowadzać optymalizację technologii. Dzięki dziennikom danych technologicznych można wyśledzić przyczyny braków jakościowych w partiach i analizować je w późniejszym czasie."

CHT używa owych uzupełniających danych do analizy zużycia energii i ograniczania jej wielkości. "Możemy teraz regulować pojedynczo krytyczne parametry procesów, aby poprawić bezpieczeństwo stanowisk, zwłaszcza ze względu na procesy przetwórcze wymagające certyfikatów."

CHT zamierza wygenerować dodatkowe oszczędności metodą zarządzania energii, albowiem stał się jednym z pierwszych użytkowników nowej biblioteki EnMon dla APROL.

"Jesteśmy stuprocentowo zadowoleni z dotychczasowej realizacji migracji. Jej koszt nie osiągnął nawet połowy szacunku dla rozwiązania pełnej automatyzacji. Podejście stopniowe, równoległa praca APROL z systemami poprzednimi oraz routing danych za pomocą koncentratora danych – żadne z powyższych nie wpłynęło na naszą zdolność produkcji i nie doszło w ogóle do utraty danych," podsumowuje Schätzle z zadowoleniem. "System pozwala nam reagować szybciej i w bardziej elastyczny sposób na najnowsze trendy, a także ekonomicznie wprowadzać zmiany. Korzystne wyniki realizacji przekonały nas do migracji kolejnych zakładów produkcyjnych do systemu APROL."

APROL - for stepwise migration.pdf