Niezawodne, bezprzewodowe technologie ułatwiają sterowanie i monitorowanie. Eksperci tłumaczą, w jaki sposób oraz dlaczego stosowanie rozwiązań mobilnych pomaga w branży automatyki i sterowania.
Mobilne sterowanie i monitorowanie integrowane jest z automatyką, sterowaniem oraz innymi systemami w fabryce. Poniżej znajdują się odpowiedzi ekspertów na pytania związane z bezprzewodową automatyką i sterowaniem.
Eksperci udzielający odpowiedzi:
➡️ Daniel E. Capano, członek organizacji CWSP, CWNA, GROL, przedstawiciel firmy Diversified Technical Services,
➡️ Robert Jardel, inżynier automatyk, oraz John G. Neil, serwisant i monter – przedstawiciele firmy Garvey Corp.,
➡️ Travis Cox, dyrektor firmy Inductive Automation,
➡️ Barbora Plaminkova, dyrektor sprzedaży w firmie mySCADA Technlogies.
Redakcja: Proszę podać przynajmniej jeden przykład zastosowania technologii mobilnych (mobilne komputery przemysłowe, tablety, smartfony) do sterowania i monitorowania.
Capano: Firma The Stamford Water Pollution Control Authority (SWPCA), mająca siedzibę w mieście Stamford, w stanie Connecticut, rozważa wykorzystanie tabletów w celu umożliwienia mobilnego monitorowania operacji w zakładzie. Oczywiście będzie to realizowane w sposób bezprzewodowy, a po rozbudowaniu sieci bezprzewodowej nastąpi również unowocześnienie systemu sterowania procesem i zbierania danych (SCADA).
Jardel: Firma Garvey wykorzystuje technologie mobilne w swojej placówce. Niecały rok temu zostałem zaangażowany do pomocy firmie Garvey w tworzeniu systemu sterowania. W przeszłości monterzy i technicy pozyskiwali informacje manualnie, podczas testów produktu. Informacje te przekazywane były pomiędzy różnymi działami. Zdarzało się, że ich dostarczenie było sprawą pilną, co jeszcze bardziej komplikowało proces. Pracownicy firmy Garvey musieli chodzić często do sterowni, żeby zmienić ustawienia napędu typu VFD (Variable-Frequency Drive), po czym wracali do maszyny w celu nadzorowania procesu. Jeżeli prędkość była nieodpowiednia, musieli z powrotem wrócić do sterowni. Rozwiązanie tego problemu było proste – należało przeprogramować jednostkę PLC i wręczyć pracownikom iPady. Teraz pracownicy mogą zmieniać prędkość napędu VFD w sposób zdalny, stojąc przy maszynie. To, co było wcześniej zajęciem dla dwóch osób, teraz może być wykonywane przez jednego technika, a czas potrzebny na wykonanie tego zadania skrócił się o 90%. Liczy się nie tylko łatwość obsługi. Gdy prędkość zostanie odpowiednio dopasowana, za pomocą jednego kliknięcia informacja ta jest dostępna w sieci Garvey dla każdego, włącznie z działami: inżynieryjnym, ofertowania i sprzedaży.
Neil: Z tak przyjaznym dla użytkownika systemem pracującym w firmie Garvey dokumentacja niezbędna do poprawy dokładności działania maszyn jest teraz łatwo dostępna.
Cox: Dobrym przykładem mobilności jest aplikacja obsługująca pola golfowe, stadiony sportowe, ośrodki wypoczynkowe, parki itd., dzięki której można monitorować systemy nawadniające i pompy oraz nimi sterować. W tym wypadku wszystkie dane są dostarczane bezprzewodowo, a urządzenia znajdują się z dala od sterownika PLC. Jednostka ta komunikuje się za pomocą sieci komórkowej z systemem centralnym, a jedynym urządzeniem umożliwiającym operatorowi dostęp do obiektu jest telefon komórkowy. Za pomocą tej aplikacji można monitorować status, ustawiać alarmy, śledzić zmiany historyczne itd. Widzimy, że wielu użytkowników wykorzystuje mobilność do monitorowania urządzeń i prowadzenia czynności serwisowych.
Innym przykładem jest rozwiązywanie problemów technicznych w przedsiębiorstwie przemysłowym. Znamy klientów, którzy używają swoich smartfonów nie tylko po to, by pozyskać dane z maszyny, ale żeby komunikować się z innymi osobami i udostępniać nagrania wideo z procesu. Zwykle takie aplikacje są używane do przekazywania informacji tylko do odczytu, a nie do sterowania (ze względu na kwestie związane z bezpieczeństwem).
Plaminkova: Oprogramowanie mobilne może być wykorzystywane na wiele sposobów. Wizualizacja procesów w elektrowni wodnej (rys. 1) daje możliwość kontroli produkcji z dowolnego miejsca, a to pozwala oszczędzić koszty. Nikt nie musi być obecny na miejscu. Jeżeli pojawią się problemy, system automatycznie powiadomi nas SMS-em/e-mailem wysłanym na tablet, a operator, menedżer czy właściciel od razu się dowiedzą o istnieniu problemu. Rozwiązanie to pozwala również zaoszczędzić czas, gdyż nie są konieczne regularne kontrole. Wcześniej właściciel wspomnianej elektrowni wodnej był zmuszony jeździć na obiekt, aby sprawdzać, czy pracuje ona prawidłowo.
Redakcja: Jakie są (lub były) uzyskane albo oczekiwane korzyści?
Capano: Uważa się, że wykorzystanie urządzeń mobilnych zmniejsza koszty przynajmniej o połowę dzięki ograniczeniu ilości poświęcanego czasu. Możliwość przechowywania danych na temat produkcji i utrzymania ruchu (O&M) na wewnętrznym serwerze, dostępnych z dowolnego miejsca, a następnie lokalizacja części zamiennych, to jedne z metod, jakie można wykorzystać w celu optymalizacji kosztów. Uważa się również, że umożliwi to operatorom monitorowanie i ewentualnie sterowanie procesami fabryki w czasie rzeczywistym, pozwalając na szybką odpowiedź na jakiekolwiek nieprawidłowości lub awarie z dowolnego miejsca. Funkcje związane z bezpieczeństwem i kontrolą dostępu będą realizowane z poziomu urządzenia przenośnego.
Jardel: John Neil pracował ze mną przez kilka dni nad projektem dotyczącym mobilności. Niestety, prezentacja systemu przed zarządem i działem sprzedaży nie poszła dobrze za pierwszym razem. Sceptyczne podejście do projektu znalazło swoje odzwierciedlenie w sfomułowaniach typu: „Nie naprawiajcie tego, co nie jest zepsute”, „Zawsze robiliśmy to w ten sposób”, oraz „Ile to ma kosztować?”. W końcu projekt został zatwierdzony, a po krótkim czasie technicy Garvey rozpoczęli pracę nad projektem. W ciągu kilku dni reszta załogi inżynierskiej dołączyła do projektu, a już po kilku tygodniach pracownicy działu sprzedaży próbowali zaoferować to rozwiązanie klientom jako część pakietu standardowego.
Neil: W okresie długoterminowym spodziewamy się wykorzystać mobilnie działający system do zwiększenia efektywności procesów naszych klientów, jak również do poprawy powtarzalności i dokładności linii produkcyjnych maszyn pakujących.
Cox: Najważniejszą korzyścią jest tzw. podejście BYOD (Bring Your Own Device – przynieś swoje własne urządzenie). Każda osoba posiadająca smartfon ma zagwarantowany szybki wgląd w dane.
Plaminkova: Jak wspomniano, najważniejszymi korzyściami są oszczędność czasu i pieniędzy oraz możliwość sterowania produkcją z dowolnego miejsca. Przykładowo, gdy elektrownia słoneczna jest przeciążona, automatycznie się wyłącza. Jeżeli to nastąpi, produkcja energii zostaje wstrzymana do momentu pojawienia się odpowiedniej osoby w placówce w celu sprawdzenia sytuacji. Takie opóźnienie nie wystąpi przy wykorzystaniu technologii mobilnych, ponieważ system natychmiast powiadomi operatora o incydencie.
Redakcja: Czy te urządzenia powinny być zintegrowane z istniejącą automatyką i sterowaniem, czy też wymiana informacji powinna zachodzić w inny sposób?
Capano: Wspomniane urządzenia mogą być wbudowane w działający system wewnątrz fabryki za pomocą nowej lub istniejącej infrastruktury bezprzewodowej opartej na standardach otwartych. Na zewnątrz fabryki jedyną możliwością jest połączenie komórkowe, ponieważ każde Wi-Fi pozwoli na połączenie typu VPN z fabryką.
Jardel: Całkowicie się zgadzam. Możliwość mobilnego sterowania sprawia, że każdy proces wymagający dotychczas obecności operatora staje się bardziej płynny. Panel sterowania nie zawsze jest ulokowany w dostępnym miejscu, co sprawia, że technologia mobilna jest niezwykle przydatna. Zwrot z inwestycji (ROI) w takim przypadku mierzony jest w tygodniach lub miesiącach. Końcowy użytkownik płaci za urządzenie HMI pracujące w sieci i czas pracy inżynierów potrzebny do ustawienia systemu. Szacunki te zakładają istnienie już w fabryce nowoczesnych systemów sterowania; w przypadku starszych systemów trzeba się liczyć z koniecznością włożenia nieco więcej pracy.
Cox: Z powodów bezpieczeństwa rozwiązania te powinny się komunikować za pomocą pośredniczącego oprogramowania komunikacyjnego – middleware (np. MQTT – Message Queue Telemetry Transport). Nie powinny one komunikować się bezpośrednio z systemami sterowania i automatyką, zwłaszcza gdy chcemy wykorzystać dane z dowolnego miejsca, a nie tylko z obszaru fabryki.
Plaminkova: Technologia mobilna została już zintegrowana z branżą automatyki przemysłowej i domowej. Istnieje możliwość monitorowania i sterowania produkcją; obserwujmy trendy na rynku i postępujmy zgodnie z nimi, aby prześcignąć konkurencję.
Redakcja: Do jakiego stopnia oraz w jaki sposób mobilne monitorowanie i sterowanie powinno być zintegrowane z innymi systemami?
Capano: Mobilne monitorowanie i sterowanie powinno być dodatkiem do konwencjonalnego systemu sterowania, a nie jego zamiennikiem. Bezprzewodowość jest oczywistym nośnikiem dla takiej integracji.
Jardel: Zawsze istnieją obawy o bezpieczeństwo. Zdalne monitorowanie często wystawia użytkownika końcowego na pewne ryzyko. Można zastosować środki zabezpieczające, zawężając dostęp do niektórych informacji jedynie do kadry zarządzającej. Większość oprogramowania urządzeń HMI oferuje przyciski wyboru, które pozwalają na konfigurację tych ustawień za pomocą jednego kliknięcia. W dodatku dostęp może zostać ograniczony tylko do lokalnej sieci, co wiąże się z mniejszym ryzykiem.
Utrzymanie ruchu również znacznie zyskuje dzięki mobilnemu monitorowaniu. Operatorzy mogą mieć dostęp w czasie rzeczywistym do zainstalowanych urządzeń i sprzętu. Każdy przedsiębiorca wie, że maszyna zarabia wtedy, gdy pracuje. Gdy zaś nie pracuje, generuje jedynie straty. Wyobraźmy sobie sytuację, w której operator otrzymuje na swój telefon komórkowy informację, że czujnik nr 100 stracił połączenie. Operator udaje się niezwłocznie na miejsce i stwierdza, że został on uszkodzony przez wózek widłowy. W ciągu kilku minut czujnik zostaje wymieniony, a maszyna ponownie uruchomiona.
Cox: Zbieranie danych i monitorowanie to doskonałe zastosowanie dla systemów mobilnych. Ryzyko jest mniejsze, ponieważ taka informacja jest „tylko do odczytu”. Mimo korzyści związanych z dostępem do niezbędnych danych to jednak sterowanie przywodzi na myśl wiele obaw o bezpieczeństwo, zwłaszcza gdy korzysta się z danych w chmurze. Firmy muszą zapewnić odpowiednią infrastrukturę, aby mobilne sterowanie stało się możliwe.
Plaminkova: Użycie tabletów i urządzeń przenośnych jest bardzo powszechne w codziennym życiu. Wierzymy, że sterownie zakładami wytwarzającymi energię, zakładami produkcyjnymi lub innymi przedsiębiorstwami może być częścią życia codziennego dla każdego, kto chciałby spędzać mniej czasu w biurze lub fabryce, ale potrzebuje stałego wglądu w stan urządzeń oraz w cały proces produkcyjny.
Redakcja: Jakiej innej rady na temat integracji mobilnych systemów sterowania i monitorowania chcieliby Państwo udzielić czytelnikom?
Capano: Należy używać tylko urządzeń i systemów wykorzystujących otwarte standardy i unikać systemów indywidualnych, chyba że ma się zamiar zainstalować kompletny system danego producenta. W innym przypadku powinno się wybierać otwarte standardy, co w przyszłości pozwoli na rozszerzenie systemu i znaczne obniżenie kosztów. Systemy indywidualne oznaczają podwyższony koszt i większą złożoność.
Jardel: Każdemu inżynierowi automatykowi, który zamierza zaimplementować tę technologię, radziłbym, aby zrobił to w pełnym zakresie. Jesteśmy częścią generacji, która oczekuje informacji natychmiast. Będziemy musieli spełnić wymagania kolejnej fali menedżerów mających tę samą mentalność. Technologia ta będzie w nadchodzących latach regułą, a nie wyjątkiem. Przedstawiciele firm oferujących takie rozwiązania poświęcają wiele czasu na naukę o korzyściach płynących ze zdalnego monitorowania i sterowania, co pozwala w umiejętny sposób rozmawiać na ten temat z użytkownikiem końcowym, który dzięki temu może być bardziej zachęcony do użycia technologii mobilnych w fabryce. Warto dodać, że większość klientów nie zdaje sobie sprawy, iż taka technologia istnieje i że mogą ją zastosować w swojej firmie.
Cox: Najlepszą radą, jaką mogę dać, jest przestrzeganie zasady: „Po pierwsze, bezpieczeństwo”. Należy uważać, żeby nie wystawić się na niebezpieczeństwo podczas próby dostarczenia danych do znacznej liczby osób. Trzeba używać oprogramowania pośredniczącego (middleware) typu MQTT, które zapewnia stosowne bezpieczeństwo TLS (Transport Layer Security) i listę dostępów. Konieczne jest upewnienie się, że dane wysyłane są w większości przypadków jako dane „tylko do odczytu”. Nie rekomenduje się, aby urządzenia mobilne mogły bezpośrednio komunikować się z procesem produkcyjnym.
Plaminkova: Nie obawiajmy się korzystać z nowoczesnej technologii monitorowania i sterowania. Technologie te (aplikacje itp.) są już gotowe, więc wykorzystajmy ten fakt i bądźmy pionierami.
Mark T. Hoske jest redaktorem w CFE Media.