Тема с обложки: Связь Предприятия и Производства: автоматизация на новом уровне

Вы действительно считали, что роботы и высокоскоростные системы автоматизации оборудования это очень здорово? Подождите, пока не увидите следующий уровень автоматизации производства!

Корпорация Mitsubishi Electric (MELCO) пригласила журналистов со всей Европы и автора этой статьи из Северной Америки на эксклюзивные, полностью открытые экскурсии по нескольким японским высокоавтоматизированным предприятиям. В этой статье описываются увиденные нами современные системы автоматизации и то, как японские инженеры работают над связью производства с корпоративной сетью предприятия.

Любое производство мирового уровня является единой системой, состоящей из множества элементов. До появления компьютеров цеховой уровень и уровень управления предприятием были связаны бумажными документами и, по мере того как различные части предприятия компьютеризировались, изолированность этих частей становилась очевидна. Если быть более точным, предприятие и производство росли, однако коммуникации между ними развивались не так быстро, оставляя огромный пробел.

Как говорит Сатоши Такеда, менеджер по маркетингу контроллеров завода Нагоя компании MELCO, состояние существующих заводских сетей говорит об очевидной разобщенности систем управления предприятия, обслуживаемых IT-департаментом, и систем управления производством на цеховом уровне.

Исторически, процесс интеграции информационных систем предприятия проходил независимо от интеграции автоматизированных систем управления технологическими процессами. На уровне предприятия построение сети заключалось в создании IT-подразделениями большой интрасети персональных компьютеров и рабочих станций. Внутренние сети имеют прямой выход в Internet через тщательно настроенные и поддерживаемые файерволы.

С другой стороны, на уровне цеха отдельные автоматизированные установки работают независимо, обмениваясь информацией и сигналами управления через многочисленные сетевые протоколы. Поэтому сейчас актуальной задачей инженеров автоматизации предприятия является интеграция отдельных островков автоматизации и внутренней сети компании.

Современные системы АСУТП на производствах компаний мирового уровня очень четко структурно организованы. Пример – пивоваренный завод Asahi Breweries’ Suita Brewery в Осаке, Япония. Как и большинство производственных участков, сеть системы автоматизации пивоварни на этом предприятии так же разделена на отдельные уровни.

На самом низком уровне каждая установка работает как отдельная производственная единица и имеет свои собственные аналоговые и дискретные датчики контроля параметров процесса, например, температуры. Показания этих датчиков являются отправной точкой для контуров управления программируемых логических контроллеров (ПЛК). ПЛК выдает сигналы управления исполнительными механизмами (например, включить или выключить нагреватели). Это полевой уровень, который на Asahi Brewery реализован на базе сетевого протокола CC-Link.

На следующем уровне используется сеть Ethernet для связи отдельных ПЛК с системой диспетчерского контроля и сбора данных (SCADA). Главная функция SCADA – сбор данных о ходе протекания производственных процессов, необходимых для скоординированного управления отдельными производственными участками и контроля всего процесса с целью определения отклонений, требующих вмешательства человека.

Архитектура системы автоматизации пивоваренного завода Asahi

На производствах мирового класса применяется многоуровневая организация промышленных сетей, обеспечивающая стабильное выполнение технологических процессов. Источник: Control Engineering

Если необходима помощь оператора, SCADA-система передает по беспроводной связи предупреждение и рекомендации. «Мы полностью перешли на беспроводную технологию, так как не хотели, чтобы наши специалисты были привязаны к проводным линиям, – говорит Ютака Хенми, менеджер технического департамента Suita Brewery. – Каждый техник имеет мобильный телефон, по которому может поступить вызов SCADA-системы, также способной отправить текстовое сообщение с детальным описанием возникшей проблемы и инструкциями по ее решению"

Кроме того, каждый сотовый телефон имеет связь с системой глобального позиционирования (GPS). «Так как специалистов, обслуживающих такую большую территорию очень мало, необходимо отслеживать местонахождение каждого работника и в любое время обмениваться с ним информацией, – говорит Хенми. – Будучи непосредственно связанным через GPS со SCADA-системой, служащий уверен, что не остается в одиночестве даже в самой удаленной части предприятия."

Следующий уровень

В то время как в системах автоматизации технологических процессов мирового класса отдельные островки автоматики объединены с помощью SCADA-систем, организация связи с уровнем управления предприятием все еще проблематична. Сложности, согласно Такеде, вызваны тем, что существующие системы управления производством (MES) используют классическую "межсетевую" архитектуру. Чтобы получать доступ к важным данным, руководство должно вручную создавать запросы к базам данных SQL, собирающим и архивирующим информацию.

Такие системы сталкиваются со значительными трудностями, если технологические процессы расширяются, и объем данных растет. При этом также растет стоимость обслуживания и развития межсетевой архитектуры. Необходимо пройти слишком много уровней коммуникаций, что усложняет процесс интеграции необработанных данных систем управления в серверные процедуры. В результате – руководство предприятия действует со значительной временной задержкой.

Завод Нагоя стал пионером в использовании системы интеграции данных «e-Factory», заполняющей пробел с модулем связи MES-системы. Этот программный продукт связан по Ethernet, как с корпоративной сетью, так и с полевыми промышленными сетями. Программа подключается к шине ПЛК контроллера Mitsubishi Q, имеет прямой доступ к данным контроллера, собирает данные в реальном времени и выгружает в базу MES-системы, где они становятся доступными приложениям MES, приводящим в соответствие производственные операции и цели предприятия.

Например, SCADA-система может скоординировать скорости поточных линий компонентов A и B со скоростью сборочной линии, где происходит сборка деталей А и B в изделие C, увеличивая производительность и снижая объем незавершенной продукции. Что происходит, когда поступает большой заказ? Руководство хочет увеличить скорость всех трех линий, но, не имея необходимой информации о текущем состоянии цеха, не в состоянии определить, можно ли это сделать.

Система e-Factory обеспечивает прозрачность в реальном времени, таким образом, что менеджмент компании может увидеть, работает ли предприятие на 80 % своей производительности, и увеличить ее, скажем, до 90 %, тем самым, обеспечивая выполнения заказов клиентов без задержки доставки.

При отсутствии такой прозрачности, предприятие не может быстро реагировать на изменение потребностей заказчиков без организации дорогостоящего склада готовой продукции. Запасы произведенной продукции являются неактивным методом инвестиции, увеличивающим базу при расчете очень важного для акционеров показателя рентабельности инвестиций.

Поэтому неудивительно, что руководство больших компаний мирового уровня, таких как Mitsubishi и Asahi, так заинтересовано в максимальной автоматизации выполняемых операций. Объединение системы планирования и управления ресурсами предприятия (ERP) и системы управления производством (MES) c системами автоматизации цехового уровня в реальном времени позволяет повысить коммерческую эффективность, грамотно использовать ресурсы и быстрее реагировать на изменение условий рынка.