Inwestycje w kluczowe dla działania przedsiębiorstw przemysłowych systemy sterowania nie należą do łatwych. Trudno się temu dziwić, jeżeli system ma odpowiadać np. za sterowanie kotłami lub instalacjami pobocznymi w elektrowni czy sterowanie odpowiedzialnymi instalacjami do uzdatniania wody. W takich branżach, jak: energetyka, chemia, gazownictwo czy instalacje wodnokanalizacyjne inwestycje bardzo często wpływają na jakość i bezpieczeństwo życia milionów ludzi. Z tego powodu warto przyjrzeć się istotnym czynnikom mającym finalnie zapewnić inwestującej firmie realizację założonych celów projektowych, przy jednoczesnym zachowaniu optymalnych kosztów posiadania systemu w trakcie eksploatacji.

Efektywność inwestycji w DCS
    Przeanalizujmy na początek inwestycję w odpowiedzialne technologie DCS (Distributed Control System) wspierające pracę elektrowni. Patrząc na rozkład czynników wpływających na ostateczny koszt energii elektrycznej transferowanej do sieci, poza aspektami kapitałowymi można wyróżnić jeszcze dwa inne obszary (rys. 1). Jednym z nich jest efektywność pracy instalacji (sprawność), którą mierzymy poprzez poziom uzysku wypracowanego z materiałów wejściowych (węgla, koksu, wody, wiatru itd.), wydajność instalacji oraz koszty zużycia mediów wymaganych do produkcji. Zdolność rozwiązania DCS do spełnienia wymagań zdefi niowanych powyżej świadczy o funkcjonalnym dopasowaniu systemu do potrzeb biznesowych i operacyjnych odbiorcy. Po drugiej stronie widzimy obszar kosztów operacyjnych i kosztów utrzymania ruchu instalacji, których znaczącą część stanowią całkowite koszty posiadania systemów (TCO – Total Cost of Ownership).
    TCO, według definicji stworzonej przez grupę analityczną Gartner, stanowi koszt pozyskania, instalowania, użytkowania, utrzymywania i w końcu pozbycia się aktywów w firmie w ciągu określonego czasu. Przełóżmy to na konkretne przykłady realizacji inwestycji w systemy sterowania procesami ciągłymi. Pierwszym czynnikiem mającym wpływ na TCO jest koszt pozyskania (zakupu) danego rozwiązania. Na tym etapie warto sprawdzić, czy proponowane rozwiązanie spełnia wymogi zapisane w specyfikacji technicznej zawartej w wymaganiach użytkownika (relacja koszt – funkcjonalność). Warto również zwrócić uwagę, czy funkcjonalność rozwiązania będzie umożliwiała jego szybkie wdrożenie i elastyczną rozbudowę, co może znacząco wpłynąć na koszt użytkowania systemu.

Funkcjonalność i szybkość wdrożenia
    Z naszego doświadczenia wynika, że jednym z narzędzi, które pozwalają na szybkie uruchomienie systemu, są gotowe bloki funkcyjne realizujące zaawansowaną logikę sterującą. Zilustrujmy to na przykładzie funkcjonalności rozwiązania Proficy Process Systems (zwanego dalej PPS). Czas tworzenia aplikacji znacząco skraca się w momencie, gdy możemy wykorzystać gotowe funkcje logiczne sterowania procesem wbudowane w system. Napędy jedno- i dwukierunkowe (wykorzystywane w zaworach, pompach, taśmociągach itp.), miksery z różnymi prędkościami obrotu, przepływomierze czy czujniki pomiarowe to najczęściej występujące w instalacji elementy, które wymagają zautomatyzowania. Obsługa tych urządzeń realizowana jest poprzez gotowe bloki, które zapewniają obsługę stanu pracy czy wyłączenia oraz czuwają nad stanami przejściowymi – uruchomienia i zatrzymywania. Blok to nie tylko algorytm sterowania, to również elementy graficzne. Widok wizualizacji urządzenia i jego stacyjka pozwalają na wyświetlanie szczegółów pracy elementu, zmianę stanu czy przejście w tryb pracy ręcznej lub serwisowej, specjalne mechanizmy zapewniają wymianę danych pomiędzy stacją procesową, konsolą operatorską użytkownika czy serwerem danych historycznych. Ponadto możliwość definiowania własnych bloków funkcyjnych, zawierających algorytmy sterowania urządzeń, wraz z elementami graficznymi pozwala na szybkie zaprogramowanie złożonego procesu. Ważnym aspektem dopasowania systemu do potrzeb instalacji jest również szybkość procesorów w kontrolerach sterujących. Dobrze jest zabezpieczyć się przed koniecznością wymiany procesorów na szybsze w trakcie eksploatacji, inwestując w „szybkie” rozwiązanie już na samym początku.

Elastyczność rozbudowy i otwartość
    Kolejnym aspektem, który często nie jest brany pod uwagę na etapie zakupu systemu, jest elastyczność jego rozbudowy. Po wdrożeniu systemu, podczas jego eksploatacji, która często trwa 10-15 lat, a nawet dłużej, pojawiają się nowe potrzeby użytkowników. Wynikają one ze zmiany części technologii, z zapotrzebowania na informację umożliwiającą analizę efektywności procesu i z konieczności integracji z nadrzędnym systemem ERP, który jest odpowiedzialny za procesy biznesowe w organizacji. W tak długim cyklu życia przydatną funkcjonalnością systemu jest jego zdolność do zarządzania wersjami aplikacji, tak aby każda zmiana w systemie była automatycznie rejestrowana i dokumentowana. Warto w tej sytuacji weryfikować koszty np. udostępnienia protokołów komunikacyjnych pozwalających na odczyt kluczowych danych procesowych z bazy danych już na etapie zakupu. Elastyczność systemu jest rozumiana również jako możliwość konfiguracji systemu do pracy w różnych architekturach. Instalacje mają swój unikatowy charakter. Jedne wymagają jedynie lokalnego sterowania, inne są rozproszonymi systemami obejmującymi wiele oddalonych wysp pomiarowych objętych centralnym sterowaniem. PPS pozwala na dostosowanie architektury systemu do wymogów instalacji, równocześnie proces konfiguracji systemu może być wykonany przez firmę integratorską wdrażającą system po wcześniejszym przeszkoleniu.
    System sterowania bardzo często wymaga integracji z już istniejącymi urządzeniami, a wtedy bardzo ważnym aspektem jest jego otwartość w warstwie obsługiwanych protokołów komunikacyjnych. PPS oferuje szeroką gamę modułów komunikacyjnych pozwalających na integrację wielu różnorodnych urządzeń bez dodatkowych, często drogich licencji. Wśród nich są m.in. obsługa protokołów Profibus, DeviceNet, Genius, Hart, Fieldbus Fundation, Modbus RTU/TCP, EGD i innych. PPS równie dobrze może pełnić rolę serwera danych systemu, umożliwiając dostęp do bieżących danych procesowych oraz historycznych poprzez uniwersalne mechanizmy wymiany, takie jak OPC Data, OPC Alarm&Event, OLEDB (SQL), Modbus TCP. Rozwiązanie PPS pozwala na szybkie przygotowanie raportów w znanym wszystkim programie Office Excel, udostępnianie danych do systemów MES/ERP oraz zdalny podgląd procesu z poziomu przeglądarki internetowej. Te wszystkie czynniki „techniczne” znacząco wpływają na koszt eksploatacji, będący jedną z istotniejszych składowych TCO.

Koszty awarii i utrzymania ruchu
    Jednym z kolejnych kluczowych elementów TCO systemu zilustrowanym na diagramie są koszty awarii oraz koszty utrzymania ruchu. Tutaj powinniśmy zwrócić uwagę na możliwość poprawy wskaźnika up-time (dostępności instalacji) oraz wskaźnika mówiącego o awaryjności urządzeń, czyli MTBF (Mean Time Between Failure). Wraz ze wzrostem wartości wskaźnika up-time przy jednoczesnym wydłużaniu czasu MTBF koszty systemu maleją. Jeżeli natomiast dochodzi do pewnego ryzyka awarii, warto, aby rozwiązanie dawało możliwość wymiany modułów „na ruchu” oraz szybkiej rekonfiguracji i postawienia systemu z powrotem na nogi. Każdy z nas doskonale zdaje sobie sprawę, jakie mogą być konsekwencje zatrzymania instalacji choćby na godzinę.

Koszty szkoleń
    Szkolenia są bardzo ważnym elementem w długofalowym planie rozwoju kompetencji personelu. Warto już na starcie określić sobie, jakie kompetencje chcemy utrzymywać i nabywać w ramach organizacji, aby we współpracy z firmami integratorskimi minimalizować koszty i skracać czas wszelkiego rodzaju modernizacji systemu. Podsumowując, widać, że inwestycje w zaawansowane technologie sterowania wymagają odpowiedzialnego i świadomego podejścia na etapie wyboru dostawcy. Bardzo przydatne jest tutaj takie narzędzie, jak analiza całkowitych kosztów posiadania (TCO), która pozwoli odpowiedzieć na poniższe pytania. Który system będzie „najtańszy” w całym cyklu życia instalacji? Kiedy optymalnie zmodernizować lub wymienić instalację, aby zminimalizować straty?

Autor: Michał Januszek, Jarosław Gracel, ASTOR Sp. z o.o.

Artykuł został opublikowany w magazynie "Chemia Przemysłowa" nr 5/2011

Źródło fot. www.sxc.hu