System integracji i optymalizacji mediów w przedsiębiorstwach produkcyjnych na przykładzie Browaru Warka

05 maja 2016 r.

Każdy produkt jest tworzony z uwzględnieniem kilku czynników, których głównymi są: jakość, koszt i czas. Ostra konkurencja wymusza na producentach podnoszenie jakości wyrobu, redukcję kosztów oraz skrócenie czasu dostawy wyrobu dla klienta. Obecnie funkcjonuje wiele sprawdzonych technik, których zastosowanie powoduje osiągnięcie powyższych celów: wprowadzenie nowoczesnych metod zarządzania, TQM, logistyka, reorganizacja i inne. Pomimo tego szuka się nowych działań mogących wpłynąć pozytywnie na finalny produkt.

Jednym z możliwych działań tego rodzaju jest zarządzanie mediami. Termin ten oznacza całość działań mających na celu optymalizację zużycia mediów (prąd, woda, para, gazy techniczne itp.), jak również optymalizację kosztów ponoszonych dla ich wytworzenia (zużycie maszyn, awarie, koszty osobowe). Działania te odnoszą się nie tylko do mediów produkcyjnych, ale również do socjalnych (ogrzewanie, oświetlenie, klimatyzacja, wentylacja itp.).

Zarząd Browaru w Warce, zdając sobie sprawę z korzyści wynikających z wprowadzenia kompleksowego zarządzania mediami, zdecydował się na wprowadzenie jednolitego systemu sterowania w obszarze mediów. Do stworzenia tego systemu wybrana została firma Mawos z jej autorskim systemem sterowania – mawomat, opartym o rozwiązania sprzętowe SIMATIC S7, programowe Step7 i wizualizacyjne WinCC firmy SIEMENS.

Stworzenie tak zaawansowanego systemu wymagało posiadania solidnej platformy programistycznej – taką jest system autorski stworzony przez firmę Mawos – mawomat. Wykorzystuje on rozwiązania firmy SIEMENS (Step7 i WinCC), które są doskonale znane w świecie automatyki.

Opiera się on na jednolitym podejściu do oprogramowania sterowników i wizualizacji. Polega to na używaniu zdefiniowanych obiektów odpowiadających funkcjonalnie elementom systemu sterowania. Mogą to być urządzenia (pompa, zawór, sprężarka, regulator, inne), jak i całe procesy (odsalanie, kaskada, kolejka, sekwencja, droga, inne). Obiekty te mają dokładnie zdefiniowane funkcje i wygląd graficzny. System posiada gotową bazę takich obiektów – najczęściej używanych w automatyce. W przypadkach szczególnych programiści firmy Mawos wraz z klientem mogą stworzyć nowe obiekty odpowiadające za różne funkcje sterowania.

Do tej pory system, mimo młodego wieku, został użyty już w kilku zakładach przemysłowych w Polsce i za granicą.

System ten jest zdolny obsłużyć większość współczesnych wymagań:

• aplikacje małe (oparte o sterowniki S7300),
• aplikacje duże (oparte o S7400),
• procesy przemysłowe (np. mieszanie, mycie, transfer, regulacje),
• procesy maszynowe (np. pasteryzator, kocioł).

Wysoki stopień standaryzacji wykonania oprogramowania i wizualizacji zmniejsza czas wykonywania aplikacji i generuje mniej błędów podczas jej powstawania. Przekłada się to na zmniejszenie kosztów jej powstawania.

Rysunek 1. Zależności między działami przed wprowadzeniem zarządzania mediami

System integracji i optymalizacji mediów wdrożono w obszarze następujących działów:

• Kotłownia (para),
• Maszynownia (chłód),
• Hydrofornia + oczyszczalnia (woda, ścieki, biogaz),
• równolegle do nowego systemu włączane były nowo powstałe elementy (wentylacja, klimatyzacja, oświetlenie).

Przed rozpoczęciem prac nad projektem działy te cechowało:

• Brak standardu w zakresie sterowania. Używane były do tego celu
• w rożnych częściach komputery, panele operatorskie, elementy na elewacji szafy.
• Brak rejestracji i archiwizacji danych procesowych.
• Brak standaryzacji wykonania instrukcji sterującej.
• Posiadanie przez każdy dział osobnej sterowni.
• Elementy sterowania były rozrzucone po całym zakładzie.
• System alarmów op na lampkach i buczkach umieszczonych w rożnych częściach zakładu.

Wymienione powyżej cechy skutkowały:

• Trudnościami w obsłudze urządzeń i instalacji, zwłaszcza przez nowych pracowników lub pracowników z innych działów.
• Brakiem możliwości optymalizacji czy ustalenia przyczyny awarii (brak rejestracji danych procesowych).
• Koniecznością utrzymywania dużego magazynu części zamiennych (różne standardy).
• Różnymi standardami dokumentacji technicznej, konieczność uczenia się każdej z nich.
• Długą drogą przepływu informacji i trudności w komunikacji pomiędzy działami oraz ze służbami technicznymi.
• W przypadku konieczności wprowadzenia zmian w programach sterujących pełne uzależnienie od dostawcy (brak wykorzystania własnych inżynierów).
• Długim czasem reakcji na stany awaryjne.
• Koniecznością poświęcania znacznej ilości czasu na obchody wszystkich elementów systemu.
• Przerostem zatrudnienia.
• Brakiem raportów okresowych i zestawień automatycznie generowanych.

Fot. Nowa sterowania mediów

Po przeprowadzeniu wstępnej analizy potrzeb oraz sprawdzeniu możliwości ingerencji w poszczególne elementy systemu przyszedł czas na wdrożenie, które przebiegło dwutorowo. Browar dokonał zmian strukturalnych tworząc jeden dział odpowiedzialny za media, zaadaptował stare i niewykorzystane pomieszczenia na nową centralną sterownię oraz na pomieszczenie na nowe szafy elektryczne, dokonał zakupu niezbędnego wyposażenia. Lokalizacja nowego pomieszczenia została tak pomyślana, aby niejako „pod ręką” miało służby techniczne Browaru.

Osoby oddelegowane przez Browar oraz firma Mawos przystąpiły do wykonania centralnego systemu sterowania mediami. Prace polegały na:

• Wykorzystaniu doświadczenia kierowników i pracowników działu oraz firmy Mawos do ustalenia algorytmów działania poszczególnych maszyn. Okazało się, iż osoby odpowiedzialne za poszczególne maszyny mają mnóstwo pomysłów na usprawnienie ich pracy, które często były zupełnie inne niż rozwiązania dotychczas stosowane.
• Nowe pomysły dotyczyły nie tylko urządzeń czy ich grup, ale także oddziaływania między stacjami. Projekt ten był niepowtarzalną okazją do przetestowania i zaimplementowania autorskich rozwiązań opracowanych wspólnie przez inżynierów Browaru odpowiedzialnych za media i specjalistów firmy Mawos.
• Ustaleniu algorytmów dla rożnych maszyn i ujednoliceniu dokumentacji. W tym celu opracowano standard opisu funkcyjnego dostosowany do potrzeb Browaru. Na podstawie tych algorytmów rozpoczęto wykonywanie zmian w szafach oraz tworzenie nowego oprogramowania.
• Ustaleniu wymagań co do programowej i wizualizacyjnej obsługi urządzenia. Polegało to na wyspecyfikowaniu wszystkich funkcji, które dane urządzenie powinno posiadać (tryby pracy, opóźnienia załączania/wyłączania, filtry, zliczanie czasu pracy, zwłoki, itp.). Praca ta bazowała na doświadczeniach automatyków mających kontakt z różnorodnym oprogramowaniem i zebraniu dobrych rozwiązań, które mogłyby być użyte w nowym systemie. Na podstawie tego zbioru zostały stworzone jednolite klasy obiektów używane w całym zakładzie.
• Ustaleniu procedury testowania „na sucho” oprogramowania. W testach uczestniczyli, oprócz inżynierów odpowiedzialnych za media, operatorzy i automatycy, którzy jeszcze przed uruchomieniem poznawali nowy system. Proces zajmował większość czasu na każdym etapie prac, procentował jednak z nawiązką podczas późniejszego uruchomienia. Jeszcze w trakcie testów pojawiały się nowe pomysły optymalizacyjne, których przydatność z łatwością można było w tej fazie ocenić. Testy te miały ogromne znaczenie przy implementacji oprogramowania na obiekcie. Dzięki zaangażowaniu w testowanie wszystkich związanych z działem osób (kierownicy, operatorzy) nawet duże i skomplikowane stacje (hydrofornia, oczyszczalnia) były uruchamiane w nowym systemie bez przestoju i bez późniejszych poprawek. Obecność operatorów przy testach i znajomość wykonanych wcześniej opisów funkcyjnych powodowały, iż stacje te po uruchomieniu znajdowały się od razu pod fachową obsługą.
• Doposażeniu lub wymianie na standardowe moduły sterowania poszczególnych fragmentów zakładu. Praca ta wymagała dokładnej inwentaryzacji szaf sterowniczych oraz elementów użytych do sterowania. Na tym etapie nieodzowna była wiedza operatorów i automatyków, gdyż w niektórych – starszych układach – dokumentacja była niekompletna. Wymianie uległy starsze typy aparatury sterownikowej oraz zakupiono nowe elementy opomiarowania.
• Równolegle na podstawie opisów funkcyjnych powstawały kolejne fragmenty oprogramowania i wizualizacji. Każdy nowy program był testowany „na sucho”, dopiero po pozytywnym przejściu takiego uruchamiano go na obiekcie.
• Dostawa i uruchomienie serwerowego systemu wizualizacji i archiwizacji pracującego w oparciu o strukturę serwer-klient.
• W oparciu o istniejącą infrastrukturę sieciową wykonano połączenia pomiędzy sterownikiem a serwerem oraz między serwerem a stacjami klienckimi (6 szt.).
• Uruchomienie archiwizacji danych procesowych oraz przedstawienie ich w postaci konfigurowanych trendów.
• Wykonanie systemu alarmów.
• Wykonanie aplikacji pobierającej dane z bazy danych archiwalnej i generującej raporty w sposób dostosowany do wymogów Browaru. Są to raporty zdefiniowane (zmianowe, dobowe, miesięczne za wybrane media) oraz swobodnie konfigurowalne przez użytkownika. Format raportów był omawiany w gronie kierowników wszystkich działów, tak aby uwzględnić potrzeby całego zakładu. Dane do nich są zbierane z ponad 80 urządzeń (przepływomierze, czujniki temperatury i ciśnienia) z częstotliwością 1 sek.

Rysunek 2. Struktura systemu integracji i optymalizacji mediów w Browarze Warka

Na chwilę obecną system składa się z kilkunastu sterowników S7 firmy Siemens, pary serwerów redundantnych oraz 6 stacji operatorskich (w tym jednej inżynierskiej). Należy podkreślić iż wdrożenia kolejnych fragmentów dokonywały dwie lub trzy jednocześnie pracujące grupy.

Wypracowane procedury testowania oprogramowania – w tym nowych rozwiązań – pokazywały skuteczność ich zastosowania. Wybierane do implementacji zostały najlepsze pomysły (kaskady urządzeń, kaskady regulatorów, układy pompowe, przełączenia czasowe, i inne ) tak aby urządzenia zużywały mniej energii. Po uruchomieniu na obiekcie dokonywano jedynie drobnych korekt w nastawach regulatorów, czasach zwłok.

Dzięki bardzo dobrej współpracy firmy Mawos z inżynierami i pracownikami Browaru odpowiedzialnymi za media oraz dobrej organizacji pracy całość prac zamknięto w ciągu 5 miesięcy. Przez ten czas zmodernizowano większą część zakładu od strony mediów. System ten jest systemem otwartym i obecnie myśli się o dalszym jego rozszerzaniu (powietrze, CO₂, transport ścieków). Należy podkreślić niespotykanie wysokie zaangażowanie wszystkich pracowników nowego działu we wdrożenie systemu.

Zalety wprowadzania systemu integracji, optymalizacji mediów zaczęto poznawać od momentu jego wdrożenia. Jednolite przedstawienie graficzne wszystkich elementów i danych procesowych oraz wprowadzenie opisów funkcyjnych uporządkowało wiedzę o nich w szerszym kontekście (np. wpływ pracy pomp na hydroforni na proces chłodzenia wody lodowej).

Rysunek 3. Zależności między działami po wprowadzeniu zarządzania mediami

Od momentu startu systemu pojawiło się kilkadziesiąt pomysłów racjonalizatorskich, z których większość została wdrożona. Pomysły te, co należy podkreślić, pochodzą głównie od inżynierów odpowiedzialnych za media i od operatorów, a i są takie, które pochodzą od samej dyrekcji. System integracji, jak sama nazwa mówi, wymusił większe zaangażowanie wszystkich zainteresowanych w udoskonalanie sterowania.

System wyeliminował niedoskonałości opisywane wcześniej, zwłaszcza informacja o stanach awaryjnych, obecnie bardzo precyzyjna wsparta komunikatami wysyłanymi poprzez SMS powoduje, iż każda z potencjalnych awarii w systemie mediów jest usuwana zanim wygeneruje jakiekolwiek straty. Wprowadzenie standardu zastosowanych elementów zmniejszyło zapasy magazynowe, wykonanie jednolitych co do formy opisów funkcyjnych każdej stacji technologicznej zwiększyło świadomość operatorów na temat pracy systemu i możliwości oddziaływania na niego.

Struktura systemu integracji i optymalizacji mediów w Browarze Warka.

Maciej Przegaliński MAWOS

  Mawos Sp. z o.o.
ul. Rokicińska 299/301, 92-614 Łódź
tel +48 42 689 24 00
fax +48 42 689 24 01
info@mawos.com.pl
www.mawos.com.pl