Automaatio Automaatio käytettävyyden tehostajana Prosessiautomaatio kehittyy ja tarjoaa uusia ratkaisuja kehittää tuotantolaitoksen toimintaa. Automaatiolla ja instrumentoinnilla on keskeinen rooli prosessilaitoksen toiminnassa, ja sen toimintoja voidaan tarkastella tuotannon, kunnossapidon ja riskien hallinnan näkökulmista. Erityisesti käyttövarmuuden parantamiseen voidaan haluttaessa panostaa. Mitä uutta on tarjolla, ja kuinka se vaikuttaa laitoksen toimintaan? S u o m e n A u t o m a at i o s e u r a r y , K u n n o s s a p i t o t o i m i k u n ta Jari Kanasaari, Rautaruukki Oyj Heikki Kangas, Stora Enso Oyj Pertti Kukkola, Efora Oy Jari Manninen, Neste Oil Oyj Arto Marttinen, Collaxion Oy Martti Hakonen, Kunnossapitoyhdistys Promaint ry P rosessiautomaation laitteet ovat olleet useita vuosikymmeniä likimain samannäköisiä. Sisäisesti ne ovat uudistuneet ohjelmoitaviksi, ja niissä on kaksisuuntainen tiedonsiirtovalmius. Prosessiarvojen ohella laitteet seuraavat omaa toimintaansa ja toimintaympäristöään, ja yhä useammassa laitteessa on myös itsediagnostiikan lisäksi prosessidiagnostiikkaa. Uusimpina kenttälaiteratkaisuina ovat yleistyneet monikanavaiset tai monimuuttujamittaukset sekä langaton kenttäautomaatio. Nämä uudet tekniikat vaikuttavat myös kenttäinstrumentoinnin kustannusrakenteeseen, sillä mittauspiirien hinnat alenevat. Kustannussäästöt saavutetaan pienemmällä määrällä kaapelointia, kenttäkoteloita, kytkentäpisteitä ja varsinaisen laiteasennuksen ulkopuolista kenttäasennusta. Prosessinohjauksen kenttälaitteiden laitemäärä pysyttelee ennallaan, mutta käyttövarmuutta parantavia sekä kone- ja henkilöturvallisuutta parantavia laitteita (TLJ) ja lisäksi tärkeimpiä prosessilaitteita suojaavia mittauksia hankitaan enemmän. Automaatiojärjestelmät ovat laajentuneet käsittämään ohjelmistot kenttälaitteiden sekä sähkökäyttöjen ja taajuusmuuttajien toimintakunnon seurantaan. Myös laitekonfiguraation muutokset voidaan suorittaa järjestelmän työasemilta, ja kaikkien laitteiden käyttöparametrit ovat tallessa tietokannassa. Edellä esitetty on saatavilla, mutta laajaalainen ratkaisu edellyttää täydellistä uusintaa tai uusinvestointia. Vanhaa automaatiota uudistettaessa aiheuttaa ennalleen jätetty osuus toiminnallisia rajauksia. Investoinneissa kannattaa pitää järki mukana, sillä yli-instrumentointi laskee käytettävyyttä. Lisäksi kannattaa pitää mielessä, että yksinkertaisimpien laitteiden toiminnan seuranta saattaa edellyttää vikaantumisherkkiä erikoisvarusteita. Tästä on esimerkkinä sulkuventtiili; kannattaako siihen laittaa vikaherkät rajat vai uskoako ohjausta? Näkökulmat jatkuvaan kehittämiseen Tuotannon näkökulmasta tuotantotehokkuuden parantaminen toiminta-asteen ja laadun paranemisen kautta on keskeinen kehittämisen kohde. Prosessisuunnittelussa mitoitetaan prosessin osat, koneet ja laitteet vastaamaan tuotannon toiminnallisia tavoitteita. Ihmiset ajavat tuotantoa tuotannon ohjaus- ja automaatiojärjestelmien tukemana. Käyttöolosuhdetietoja ja erilaisia prosessin toiminnan (kunnonvalvonnan) mittareita käytetään myös sen asian toteamiseen, että laite on huonosti mitoitettu toimintopaikan vaatimuksiin. Tämä tulee usein vastaan Kuva 1. Jokaiselle tuotantolaitoksen laitteelle ja komponentille voidaan rakentaa malli, jonka mukaisesti sen pitäisi toimia eri elinkaaren vaiheissa. Kuva: Andritz. Promaint 5 • 2012 45 KÄYTTÄJÄT Tuotantopäällikkö Kunnossapitopäällikkö MES/OEE B MUUT MITTAUKSET • Kalibrointi A • Havainnot • Värähtely • Lämpökuvaukset • Öljyanalysit • Ympäristömittaukset • Energiamittaukset • Osaprosessimittaukset Työtilaus LUOTETTAVUUSILMOITUSTAULU • RONA (vaatii tiedon ulkopuolelta) • OEE • Ajoaika % • K unnossapitokustannukset • Kunnossapidon käyttöaste • Kunnossapidon tehokkuus • Drill Down Capabilities OEE D FMEA-mallit Luotettavuus black box Luotettavuusraportit Kunnossapitojärjestelmä data Ty ötilauspyyntö Työtilaukset C Maximo SAP Varaosatilaukset KÄYTTÄJÄT • Kunnossapito • Työnsuunnittelu Kiiretyöt • Työnjohto © Zero säätöpiireissä huonona toimintana (esim. ajetaan usein ylärajaa vasten). Huonosti tai jopa väärin mitoitetut laitteet saattavat aiheuttaa prosessin elinkaaren aikana merkittäviä ylimääräisiä kustannuksia (energia, raaka-ainehukka, kapasiteettihukka, laatuhäiriöt…). Keskeinen asia on myös säätöjen suunnittelu tuotannon kannalta mahdollisimman optimaaliseksi. Jotta paremmalla prosessi- ja säätösuunnittelulla sekä laitemitoituksella voidaan todella parantaa tuotantotehokkuutta, pitää prosessin käyttöolosuhdetietoja, kunnonvalvonnan tietoja sekä suunnittelu/mitoitustietoa pystyä yhdistelmään sopivalla tavalla ja määritellä sitä varten tarkoituksenmukaiset kehittämistoimenpiteet ja -prosessit. Aikajänne tämän tyyppisen tiedon hyödyntämiselle on useista kuukausista muutamiin vuosiin. Kunnossapidon näkökulmasta keskeinen kehittämisen kohde on käyttövarmuuden parantaminen. Keskeisenä siihen liittyy kunnossapitotoiminnan ohjauksen parempi hallinta. Sitä tarkastellaan tässä artikkelissa E KÄYTTÄJÄT • Kunnossapito • Operaattori • Työnjohto (tuot.) • Työnjohto (kupi) F Kuva 2. Periaatekuva monitasoisesta tietoinformaatiokentästä. (Lähteet: G. Cheever 2008, CoMo-seminaari, Ramentor 2012, Reliability Engine). tarkemmin vielä erikseen. Kunnonvalvontatiedot mahdollistavat mittaavan kunnossapidon. Aikajänne ennakkohuoltotoiminnan suunnittelemisella on tyypillisesti vuositasolla, mutta mittavan kunnossapidon osalta Lisää käyttövarmuutta! reagointi kunnonvalvonnan tietoihin tapahtuu tuntien tai päivien tasolla. Riskien hallinnan näkökulmasta keskeiset asiat ovat henkilö- ja ympäristöturvallisuuden varmentaminen ja tuotan- Meillä on kokonaisuus hallussa PMC Polarteknik Service tarjoaa kokonaisvaltaista ammattitaitoista palvelua asiakaslähtöisestä suunnittelusta räätälöityyn toteutukseen. Meiltä hydrauliikan asennukset ja käyttöönotot, ennakkohuollot, sylinteri- ja komponenttihuollot, käyttövarmuus ja energiatehokkuus analysoinnit, modernisoinnit, korjaus- ja varaosapalvelut. PMC Polarteknik Oy Ab Mestarintie 6, 01730 Vantaa puh. +358 (0)20 770 9700 fax +358 (0)20 770 9701 [email protected] www.pmcpolarteknik.com 46 16447_Promaint_Service_150x105_082012.indd Promaint 5 • 2012 1 KUNNOSSAPITOJÄRJESTELMÄ • Työtilauksen vapautus • Kiiretyöilmoitukset • Käyttäjätunnukset • Resurssointi • Työtunnit • Työsuunnitelmat • Suunnittelu ja aikataulutus • Varastot • Laitelistat 22.8.2012 17:27:21 to-omaisuuden (investointien) suojaaminen vaurioilta. Iso osa kunnonvalvonnan mittareista on alun perin kehitetty juuri erilaisten suojaustoimenpiteiden kannalta. Lukitukset ovat tyypillisiä suojaustoimenpiteitä. Esimerkiksi isoissa pyörivissä koneissa lukituksen vasteaika kunnonvalvonnan vikaviestiin saattaa olla millisekunteja ja sekunteja. Siksi nämä toimenpiteet yleensä suunnitellaan (ja usein lainsäädäntökin sitä vaatii) automaation toteutuksen yhteydessä toimimaan automaattisesti. Kenttätiedot parantamaan käyttövarmuutta Sana käyttövarmuus saa teollisuudessa aina sydämen sykkimään ja sekä kokemusta että näkemystä tuntuu löytyvän kaikilta. Siihen sisältyy myös suuria intohimoja, ”vain minun tapani on oikea”-periaatteella. Käyttövarmuus määritellään käytettävyyden ja sen osatekijöiden luotettavuus, kunnossapidettävyys ja huoltovarmuuden ter- meillä. Kuva 2 esittää tilannetta, jossa kenttätietoja kerätään eri järjestelmistä. Tässä artikkelissa ei käsitellä tarkemmin kunnossapidettävyyttä ja huoltovarmuutta. Ne ovat iso osa käytettävyyden huomioimista suunnitteluvaiheessa ja ansaitsevat oman artikkelin. Kunnonvalvonnan tiedot [A] ovat ehkä yleisimpiä kerättäviä tietoja, mutta harmittavan usein niitä ei yhdistetä muihin järjestelmiin. Ne jäävät irrallisiksi tiedoiksi vain mittaajille tai mittauksia seuraaville online-mittauksissa. Aikojen saatossa asetetut hälytysrajat poikivat hälytyksiä, joita sitten poistetaan, kun ehditään. Automaatiojärjestelmät mittaavat ja ohjaavat suurta määrää koneita ja laitteita [B]. Usein operaattori on ihmeissään, kun järjestelmä suoltaa hälytystä hälytyksen perään. Mikä niistä on oikea ja mikä seuraus oikeasta, siinäpä kysymys, johon moni haluaisi vastauksen. Ongelmana on usein mittauksen trendi, jota ei osata tulkita oikein. Se kertoo jo hyvissä ajoin, mitä tulee tapahtumaan, jos prosessia ajetaan edelleen samalla tavalla. Tässä vaiheessa toinen tieto yhdistettynä prosessin tilaan selkeyttäisi kuvaa tulevaisuudesta. Automaatiojärjestelmä voidaan valjastaa seuraamaan prosessin osakokonaisuuttakin [C]. Sitä voidaan seurata laskennallisesti mm. osakokonaisuuden käyttövarmuusmallin avulla tai muunlaisten prosessin toiminnan poikkeamamallien avulla. Automaatiojärjestelmän [B] omien sisäisten ja muiden mahdollisten mittaustietojen [A] perusteella voidaan tarkastella toimintapisteen poikkeamia ja seurata prosessin toiminnallista kuntoa (esimerkiksi lämmönvaihtimien likaantumisia, putkistojen tukkeutumisia ja jopa mittaustarkkuuden pysyvyyttä). Vastaavasti, kun mittausten A, B ja C tiedot viedään erilliseen ohjelmaan [D] ”black box”tyyppisessä ratkaisussa ja tiedot yhdistetään käyttövarmuusmalliin, saadaan lopputuloksena simuloitua luotettavuustietoa, jolla käyttövarmuutta voidaan edelleen parantaa. Kyseessä on eräänlainen hybridimalli, jossa jatkuva-aikaista tietoa tuotannosta ja käyttövarmuudesta on yhdistetty. Lopputuloksena saadaan päivittäisiä raportteja, joista selviää tulossa olevat ongelmat. Parhaimmillaan saadaan jopa työmääräin kunnossapitojärjestelmään. Seuraava vaihe tietojen yhdistämisessä olisinkin tuotannonohjausjärjestelmät [E]. Kun tieto lisätään black boxiin, voidaan tulevat toimenpiteet suunnitella suoritettavaksi hallitusti ja oikea-aikaisesti tuotantoa turhaan häiritsemättä. Kun lisätään kunnossapitojärjestelmän [F] tietoja samaan aikaan, saadaan alueen kaikki muut auki olevat kunnossapitotyöt tarkistettua ja ajoitettua suunniteltuun huoltoon. Mallinnetaan ja simuloidaan kuinka paljon hyvänsä, keskeinen asia on kuitenkin, miten tietoa käsitellään ja hyödynnetään. Samalla tiedolla on muitakin käyttökohteita, miksi emme hyödyntäisi sitä osittain tai kokonaan vaikka elinkaarenhallinnassa. Jokaiselle laitteelle ja komponentille voidaan rakentaa malli, jonka mukaisesti sen pitäisi toimia eri elinkaaren vaiheissa. Vertaamalla mittausta ja mallia voidaan havaita, missä ko. laitteen osalta ollaan. Prosessin vaikuttavat tekijät elinkaaren tilaan löytyvät monimuuttujaanalyysillä. Sen avulla voidaan sulkea pois prosessista aiheutuvat vaihtelut. Käynti ohjaamossa osoittaa, kuinka paljon tietoa operaattorin on hallittava. On tärkeä, että automaatio voi erottaa tärkeät ja vähemmän tärkeät asiat. Käytännössä esimerkiksi Keski-Euroopan kemianteollisuuden NAMUR-ryhmä on luonut värikoodit, jolla voidaan helpottaa operaattorin työtä. Eri värit kertovat, mitä kulloinkin tapahtuu ja mitä toimenpiteitä tarvitaan. Tärkeää olisi, että myös vanhemmat automaatiojärjestelmät pystyisivät antamaan muutakin tietoa kuin hälytykset, koska hälytyksen tapahtuessa ollaan jo myöhässä. Kehittäminen vaatii panostusta Tuotantolaitosten automaatio sisältää paljon mahdollisuuksia. Mikään toiminto ei kuitenkaan käynnisty itsestään, käytettävyy- den parantaminen vaatii aina aikaa, osaamista ja panostusta. Jo hankintavaiheessa kannattaa pitää mielessä, että hankintahinta on jotain muuta kuin elinkaarikustannus. Jatkuva systemaattinen kehittäminen on paras keino varmistaa menestyminen. Ilman oikein suoritettuja toimenpiteitä tuotantolaitos ei pysy kilpailukykyisenä. Tärkeää on muistaa, että kaikkea ei tarvitse keksiä ja kehittää itse. Aktiivinen seuranta ja verkostoituminen ohjaavat oikeisiin ratkaisuihin. venttiilihuolto.com www. Luotettavuutta ja turvallisuutta Prosessiautomaatio MTL Instruments Ltd:n automaatiokomponenteilla varmistat prosessiohjauksesi käytettävyyden ja toimivuuden häiriöittä vaativissakin olosuhteissa. Soveltuu niin teollisuusstandardin kuin ATEX-tilojen vaativiin sovellutuksiin! PL 69, 06151 Porvoo, puh. (019) 574 5700, www.malux.ﬁ Promaint 5 • 2012 47