Aktualizować czy migrować? Modernizacja systemu automatyki

Nowy sterownik RX3i firmy Emerson ma dokładnie takie same wymiary jak dotychczasowe systemy 90–30 i jest kompatybilny zarówno ze starszymi, jak i nowszymi modułami I/O. | Źródło: Emerson

Jeśli system automatyki przemysłowej jest przestarzały, nie ma innego wyjścia, jak tylko go zaktualizować lub wymienić na nowy. W modernizacji takiej pomocne okażą się nowoczesne sterowniki PLC i kontrolery PAC. I choć przynosi ona mierzalne korzyści, rodzi też wyzwania, których należy być świadomym.

Duża część użytkowników mobilnych urządzeń elektronicznych jest przyzwyczajona do ich regularnej wymiany. Nawet w przypadku droższych dóbr, takich jak telewizory z dużym ekranem, najtańszym i najprostszym sposobem ich dostosowania do naszych potrzeb, jest zwyczajna wymiana starego na nowe. Z wymianą urządzeń i systemów automatyki przemysłowej jest jednak inaczej.

Urządzenia przemysłowe mogą funkcjonować bez zarzutu przez dziesiątki lat. W razie awarii wiele mechanicznych komponentów można bowiem bez problemu poddać renowacji lub wymienić. Środki automatyki i oprogramowanie do automatyzacji zintegrowane z owymi urządzeniami jest już trudniejsze w utrzymaniu, co z czasem prowadzi do wzrostu liczby nieplanowanych przestojów, a w końcu – do wyłączenia systemu z użytkowania.

W takiej sytuacji ich użytkownicy mają do wyboru jedną z dwóch opcji – wymianę lub aktualizację i integrację systemu. Oba rozwiązania są trudne, czasochłonne i drogie. Dlatego niektórzy producenci opracowali nowe modele sterowników i platform automatyki wyposażone w tzw. ścieżkę integracyjną. Rozwiązanie to ułatwia modernizację systemu, chroniąc jednocześnie pozostałe zasoby przedsiębiorstwa.

Kiedy dokonać zmian?

Przemysłowy system automatyki nawet przy sporej dostępności części zamiennych oraz właściwej obsłudze i konserwacji będzie poprawnie funkcjonował jedynie przez określony czas. Za jego wymianą lub modernizacją przemawiać będzie m.in. niska dostępność lub brak dostępności komponentów, długie, częste przestoje, zmniejszona efektywność działania, utrata umiejętności jego obsługi i konserwacji, stagnacja pracowników oraz wzrost zagrożeń cybernetycznych.

Oczywistą przesłanką do przeprowadzenia zmian w systemie jest niedostępność części zamiennych. I nie chodzi jedynie o specjalistyczny sprzęt przemysłowy – to samo może dotyczyć elementów komputera PC, systemów operacyjnych, pakietów oprogramowania do konfiguracji czy sterowników.

Starzejące się systemy automatyki są także dużo bardziej podatne na błędy, a te prowadzą do awarii i wzrostu liczby nieplanowanych przestojów. Jednak nawet jeśli system pozornie pracuje bez zarzutu, może już nie osiągać szczytów swojej wydajności. Trudniej w nim także wdrożyć rozwiązania umożliwiające wzrost produktywności, takie jak wizualizacja, zdalny monitoring czy zaawansowane sterowanie optymalizacją wyników.

Motorem zmian będą także dwa czynniki związane z zasobami ludzkimi. Pierwszy dotyczy utraty umiejętności obsługi systemu na skutek wymiany pokoleniowej kadry. Pracownicy odchodzący na emeryturę zabierają ze sobą wiedzę na temat systemu, nie przekazując jej młodszemu personelowi. To zaś zniechęca ich następców: młodzi ludzie chcą bowiem pracować z nowoczesnymi systemami i unikają tych stanowisk, na których będą skazani na obsługę przestarzałych rozwiązań.

To jednak nie koniec: systemy starszego typu projektowane jeszcze w czasach, gdy łączność sieciowa nie była czymś oczywistym, są bardziej podatne na cyberataki, narażając na szwank procesy zachodzące w zakładzie.

Niekiedy systemy takie określane są mianem „klasycznych” – podobnie jak 50-letnie samoloty czy samochody o sporej wartości muzealnej. W przeciwieństwie do tych ostatnich są jednak regularnie użytkowane. A takie użytkowanie stanowi zamknięte koło nieefektywności, wysokich kosztów i zmarnowanego wysiłku. Stąd należy zbadać, zdefiniować i uzgodnić sposób ich modernizacji, zanim staną się prawdziwym utrapieniem.

Migracja czy aktualizacja?

W trakcie analizy dostępnych metod modernizacji przestarzałego systemu automatyki należy uwzględnić zarówno jego fizyczne komponenty, jak i oprogramowanie. Wymiana tzw. hardware’u jest prosta koncepcyjnie, natomiast nierzadko trudna w realizacji – choćby ze względu na ograniczenia techniczne w miejscu instalacji. Modernizacja oprogramowania jest trudniejsza, zwłaszcza jeśli dotyczy równolegle funkcji sterowania, wizualizacji i komunikacji. Co więc wybrać: migrację czy aktualizację? Mimo że pojęcia te niekiedy są stosowane zamiennie, istnieje między nimi spora różnica.

Generalnie migracja polega na usunięciu istniejącego sprzętu i oprogramowania i zastąpieniu ich nowymi rozwiązaniami. Wymaga więc sporych nakładów projektowych związanych m.in. z koniecznością dodania nowych funkcjonalności. Niekiedy migracje przeprowadzane są też 1:1, tak aby z wykorzystaniem oprogramowania i ustalonych procedur odtworzyć funkcjonalności starego systemu w nowym.

Z kolei aktualizacja systemu zakłada gruntowną analizę jego struktury i funkcjonalności przy wykorzystaniu nowoczesnych środków i metod. Częściej przybiera też formę ewolucji zachodzącej w kontrolowanym tempie niż rewolucji, czyli całościowej modyfikacji całego systemu.

Konstruktywna, dobrze przemyślana aktualizacja będzie w większości przypadków lepszym rozwiązaniem niż migracja. Umożliwia bowiem modernizację istniejącego sprzętu, oprogramowania i komponentów sieciowych, tak aby stworzyć z nich nowoczesne platformy zdolne do bezpośredniej obsługi istniejącego kodu – i to przy minimalnym wysiłku ze strony systemu i użytkownika. Taka aktualizacja jest szybka, nie niesie ze sobą zbędnego ryzyka, a dodatkowo zwiększa trwałość systemu w czasie, otwierając drogę do przeprowadzania kolejnych aktualizacji.


Nie bójmy się modernizacji

Pewien producent samochodów postanowił przeprowadzić aktualizację systemu obejmującą wdrożenie 150 falowników i modernizację 32 węzłów I/O. Termin prac wyznaczono na długi weekend. W rzeczywistości zajęły one sześć godzin, łącznie z konwersją dotychczasowego protokołu komunikacyjnego I/O na zdalne wejścia/wyjścia sieci Profinet. Rezultat zachęcił zespół do opracowania strategii regularnej aktualizacji starszych sterowników w czasie przerw obiadowych, co pozwoliło wykorzystać dłuższe przestoje na inne czynności serwisowe. Efektem modernizacji było stworzenie nowoczesnej platformy sprzętowej i programistycznej, zapewniającej większe bezpieczeństwo cybernetyczne zakładu.


Cztery problemy z aktualizacją

Mimo że użytkowanie przestarzałego systemu nie należy do przyjemności, także jego aktualizacja może przysporzyć użytkownikom określonych problemów. Zaprojektowanie sprawnie funkcjonującego systemu automatyki wymaga bowiem skoordynowanego wysiłku kilku zespołów specjalistów, w tym ekspertów z dziedziny mechaniki, projektantów układów elektrycznych, programistów i instalatorów. Podobnych umiejętności wymaga także aktualizacja systemu, z tym że trzeba także wziąć pod uwagę konieczność bardzo precyzyjnej koordynacji działań na miejscu, aby zminimalizować wpływ modernizacji na pracę zakładu.

Aktualizacja systemu sterowania niesie ze sobą cztery podstawowe wyzwania:

■ komplikacje na etapie montażu,

■ konieczność adaptacji okablowania,

■ skutki konwersji kodu źródłowego,

■ przestoje spowodowane powyższymi problemami.

Na obecny system sterowania składają się zwykle szafy sterownicze o określonej, ograniczonej pojemności. Nowe komponenty automatyki są z reguły mniejsze i wymagają efektywniejszego chłodzenia niż ich poprzednicy, co może rodzić problemy z dostosowaniem szafy. Inne są projektowane tak, aby zajmować dokładnie tyle samo przestrzeni, co znacznie ogranicza czas przestoju zakładu w trakcie modernizacji systemu.

Nawet jeśli dostępna przestrzeń umożliwia montaż nowych komponentów, problemem może okazać się ich okablowanie. Dostępne kable okazują się często trudne w relokacji i wrażliwe na uszkodzenia mechaniczne, a dodatkowo mogą być źle oznaczone, co utrudnia orientację w ich plątaninie. Konieczne może więc się okazać położenie nowego okablowania, co wymaga wiele pracy i niesie ze sobą konieczność sprawdzenia poprawności działania każdej pętli sterowania. Dlatego najlepszym rozwiązaniem będzie zachowanie starego okablowania i wykorzystanie modułów wejść/wyjść do konfiguracji nowych połączeń.

Wielką niewiadomą jest także tłumaczenie kodu źródłowego na potrzeby aktualizacji. Wymaga to bowiem sporo wysiłku ze strony programisty, a jednocześnie niesie ze sobą sporo niebezpieczeństw, a niekiedy i konieczność ponownego sprawdzenia poprawności działania całego systemu, podobnie jak w przypadku pierwszego uruchomienia. Co więcej, w trakcie translacji może się okazać, że określenie definicji funkcji jest niemożliwe, a dostępny kod źródłowy jest źle opisany.

W tłumaczeniu mogą pomóc narzędzia do konwersji kodu, które umożliwiają wykonanie aktualizacji programu za pomocą jednego kliknięcia. Nie zmienia to jednak faktu, że działanie przetłumaczonego kodu można sprawdzić dopiero po podłączeniu urządzeń i uruchomieniu systemu. Problemy, które wówczas wystąpią, mogą zaś znacznie wydłużyć czas przestoju zakładu.

Pięć korzyści z modernizacji systemu

Mimo że należy mieć świadomość trudności, które mogą wystąpić podczas aktualizacji systemu, zalety takiej modernizacji zdecydowanie przemawiają na jej korzyść. Nowsze platformy automatyki cechują się bowiem znacznie wyższą wydajnością, bezpieczeństwem i dostępnością niż ich przestarzali kuzyni – a wszystko za sprawą nowoczesnych sterowników (ramka).

Do najważniejszych zalet modernizacji systemu sterowania należą:

■ wzrost produktywności zakładu,

■ ograniczenie kosztów eksploatacyjnych,

■ wzrost doświadczenia personelu,

■ wyższe bezpieczeństwo cybernetyczne,

■ nowe informacje, lepszy wgląd w pracę systemu.

Wszystkie te korzyści wynikają bezpośrednio z zalet dostępnych dziś na rynku procesorów, oprogramowania oraz architektury systemów, która projektowana jest tak, by zapewnić redundancję i szerokie możliwości rozbudowy, niedostępne w przypadku starszych platform (rysunek). Nowoczesny sprzęt, oprogramowanie i sieci są także bardziej niezawodne i łatwiej dostępne, co ogranicza koszty ich utrzymania.

Co więcej, współczesne narzędzia i standardy są także łatwiejsze w użytkowaniu i bardziej elastyczne niż ich poprzednicy. Nie oznacza to jednak, że należy rezygnować ze szkoleń z obsługi nowej platformy.

Dużo trudniejsze do ilościowej oceny, ale nie mniej ważne, są także nowe informacje dostępne w ramach zmodernizowanej platformy sterowania. Zaawansowane funkcje diagnostyczne zapewniają użytkownikom możliwość lepszej obsługi systemów, szybszej identyfikacji problemów i efektywniejszego usuwania usterek. Natomiast rozbudowane funkcje łączności i komunikacji ułatwiają analizę danych, mobilną i zdalną wizualizację pracy, a także zwiększenie efektywności realizowanych procesów.

Każdy system automatyki przemysłowej musi kiedyś przejść modernizację. Przed jej przeprowadzeniem należy porównać rosnące koszty i ryzyko związane z funkcjonowaniem starego systemu z prognozowanymi wydatkami i trudnościami jego modernizacji. Nie od razu trzeba się też decydować na najdroższą i najbardziej ryzykowną opcję totalnej migracji, w ramach której wymianie podlega cały sprzęt i oprogramowanie. Niektóre platformy zawierają ścieżkę aktualizacyjną, która ułatwia szybkie przeprowadzenie aktualizacji i wyposażenie systemu w rozszerzone funkcjonalności, takie jak zdalny dostęp, a jednocześnie minimalizuje ryzyko z tym związane i zapewnia możliwość łatwej aktualizacji w przyszłości.


Vibhoosh Gupta jest specjalistą ds. portfolio w Dziale Rozwiązań do Automatyzacji Maszyn firmy Emerson.