Monitoring procesów przemysłowych - co można monitorować i jak działa nadzór nad procesem?

Monitoring procesów przemysłowych polega na pozyskiwaniu informacji o stanie maszyn, urządzeń i przebiegu procesu, a następnie ich prezentowaniu, analizowaniu lub archiwizowaniu. Dzięki temu operator może sprawdzić nie tylko, czy urządzenie pracuje, ale również jakie są jego bieżące parametry, czy pojawiła się blokada lub alarm oraz co wydarzyło się wcześniej. 

Monitoring jest częścią szerszego środowiska automatyki, ale nie należy utożsamiać tych pojęć. W praktycznym ujęciu monitoring odpowiada przede wszystkim za obserwację i dostęp do danych, natomiast sterowanie wykorzystuje informacje z procesu do wpływania na jego dalszy przebieg.

Co można monitorować w procesie przemysłowym?

Zakres monitorowanych informacji zależy od rodzaju instalacji oraz od tego, czego operator lub system sterowania potrzebuje do oceny bieżącego stanu procesu.

Nie zawsze chodzi o wartość liczbową. Informacją może być zarówno temperatura elementu maszyny, jak i potwierdzenie ruchu taśmy, obecności materiału czy wystąpienia określonego stanu urządzenia. Przykładowe informacje wykorzystywane w monitoringu to:

Oferta czujników Elektrometalu pokazuje, że źródłem danych mogą być urządzenia realizujące bardzo różne funkcje: od pomiaru temperatury części maszyn, przez kontrolę ruchu taśmy przenośnikowej, po detekcję obecności urobku. Monitoring zaczyna się więc tam, gdzie powstaje informacja o rzeczywistym stanie procesu.

Jak działa monitoring procesu?

W uproszczeniu przepływ informacji można przedstawić następująco:

proces → czujnik lub urządzenie → sterownik i transmisja danych → system nadrzędny → wizualizacja → archiwum lub reakcja operatora

Czujnik lub inne urządzenie rejestruje określony stan. Informacja może następnie trafić do sterownika, a stamtąd do systemu wizualizacji lub nadrzędnej aplikacji zbierającej dane z wielu elementów instalacji. W bardziej rozbudowanych układach operator nie obserwuje pojedynczego sygnału, lecz cały fragment procesu wraz z zależnościami pomiędzy urządzeniami.

Przykładem jest ELSAPView, który umożliwia prezentowanie graficznego schematu ciągów przenośników, ich pracy, stanów blokad oraz parametrów wejść i wyjść związanych z poszczególnymi przenośnikami. System pozwala również na jednoczesną pracę wielu stanowisk wizualizacyjnych.

Czujniki jako źródło danych o procesie

Czujniki są jednym z podstawowych źródeł informacji wykorzystywanych przez systemy sterowania i monitoringu. Różnią się jednak zarówno tym, co mierzą lub wykrywają, jak i sposobem przekazywania informacji do urządzenia nadrzędnego.

Przykładem jest EM-DCT-10, czyli dwustanowy czujnik temperatury przeznaczony do pomiaru temperatury części maszyn. Informacja o przekroczeniu ustawionego progu jest przekazywana za pomocą dwustanowego wyjścia urządzenia. Inaczej działa EM-ACT-10. Urządzenie również służy do pomiaru temperatury części maszyn, jednak informacje do jednostki nadrzędnej przekazuje przez interfejs RS485 wykorzystujący MODBUS ASCII. Opcjonalnie może być wykorzystywane także dwustanowe wyjście przekaźnikowe.

Jeszcze innego rodzaju dane dostarcza CRI-97/1, przeznaczony do kontroli ruchu taśmy przenośnika taśmowego przy współpracy z urządzeniem mikroprocesorowym lokalnym UML. Z kolei COU-22 wykrywa obecność urobku na taśmie przenośnikowej. W zależności od wykonania może współpracować m.in. z systemem sterowania przenośnika albo systemami sygnalizacji i blokad, takimi jak ELSAP-05 czy UGS-10.

Pokazuje to, że wartość monitoringu nie wynika z samej liczby rejestrowanych parametrów. Kluczowe jest dobranie takich danych, które rzeczywiście opisują stan konkretnej maszyny lub procesu.

Monitoring a wizualizacja - jaka jest różnica?

Monitoring oznacza pozyskiwanie i obserwowanie informacji o procesie. Wizualizacja jest sposobem przedstawienia tych informacji operatorowi.

W prostym układzie wystarczający może być pojedynczy odczyt lub sygnał. Przy większej liczbie urządzeń dane muszą zostać uporządkowane tak, aby operator mógł szybko rozpoznać stan instalacji. Dlatego systemy wizualizacyjne mogą prezentować m.in.:

• schemat technologiczny,
• stan pracy urządzeń,
• stany czujników,
• wejścia i wyjścia,
• alarmy i blokady,
• dane historyczne,
• obraz z monitoringu wizyjnego.

ELSAPView umożliwia m.in. prezentację pracy przenośników taśmowych i zgrzebłowych, stanów systemów blokad, parametrów wejść i wyjść oraz obrazu z kamer systemu monitoringu wizyjnego Elektrometalu.

Więcej rozwiązań tego typu znajduje się w kategorii Wizualizacja.

Dlaczego archiwizacja danych jest ważna?

Monitoring bieżący odpowiada na pytanie: co dzieje się teraz?
Archiwum pozwala natomiast sprawdzić: co działo się wcześniej?

Ma to znaczenie m.in. podczas analizy zatrzymania urządzenia, wystąpienia blokady lub innego nietypowego zdarzenia. Zapis historii umożliwia odtworzenie kolejności zdarzeń i zestawienie ich z innymi informacjami pochodzącymi z systemu. Przykładem rozwiązania realizującego takie funkcje jest MineEye 2.0, czyli nadrzędny system zbierający i przechowujący dane, umożliwiający ich dalszą analizę.

MineEye 2.0 umożliwia m.in.:

• raportowanie czasu pracy urządzeń,
• raportowanie alarmów i blokad,
• filtrowanie i personalizowanie raportów,
• archiwizację stanów sterowników, wystąpień blokad i działań użytkowników,
• zapisywanie raportów do plików PDF.

Dane historyczne uzupełniają więc obraz bieżącej pracy urządzeń i pozwalają analizować wcześniejszy przebieg procesu.

Monitoring, alarmy i blokady

Samo wyświetlanie dużej liczby parametrów nie wystarcza. System powinien również umożliwiać operatorowi szybkie rozpoznanie sytuacji wymagającej uwagi. Dlatego w środowisku monitoringu istotne są informacje o zmianach stanu, alarmach oraz blokadach. MineEye 2.0 umożliwia raportowanie alarmów i blokad pochodzących z urządzeń oraz sygnalizację wystąpienia blokady. ELSAPView prezentuje natomiast m.in. stany systemów blokad i dane z wejść związanych z danym przenośnikiem. Monitoring nie zastępuje właściwie zaprojektowanych zabezpieczeń ani logiki sterowania. Zapewnia jednak operatorowi dostęp do informacji potrzebnych do rozpoznania stanu systemu i podjęcia dalszych działań.

Monitoring a sterowanie

Monitoring i sterowanie są ze sobą ściśle powiązane, ale pełnią inne funkcje. Czujnik może dostarczyć informację o określonym stanie. Ta sama informacja może zostać:

1. pokazana operatorowi,

2. zapisana w systemie,

3. wykorzystana przez sterownik do realizacji określonej funkcji.

Dobrym przykładem połączenia tych obszarów jest system automatyzacji ELSAP-05. ELSAP-05 jest konfigurowalnym i programowalnym systemem przeznaczonym m.in. do sterowania przenośnikami taśmowymi, pompowniami oraz transportem z wykorzystaniem kolejek. W zależności od aplikacji może współpracować z ELSAPView, umożliwiającym monitoring, sterowanie i archiwizowanie procesów z poziomu komputera.

Jak systemy przekazują między sobą dane?

Monitoring większej instalacji wymaga komunikacji pomiędzy urządzeniami. W systemie ELSAP-05 do komunikacji pomiędzy modułami wykorzystywany jest standardowy protokół MODBUS. MineEye 2.0 może natomiast wymieniać dane z zewnętrznymi systemami. Wśród obsługiwanych mechanizmów importu i eksportu danych Elektrometal wskazuje:

• OPC UA,
• Modbus TCP/IP,
• WebAPI

System MineEye jest modułowy. Moduł MineEye - ELSAP-05 umożliwia monitorowanie i sterowanie systemem automatyzacji ELSAP-05, natomiast moduł MineEye - POWER obsługuje monitoring i sterowanie transformatorami, wyłącznikami stycznikowymi oraz silnikami ze zintegrowanymi przemiennikami częstotliwości. Dzięki temu dane pochodzące z różnych urządzeń mogą być prezentowane w jednym środowisku nadrzędnym.

Czy monitoring pozwala przewidzieć awarię?

Sam monitoring nie jest jeszcze systemem predictive maintenance. Monitoring dostarcza informacji o aktualnym stanie urządzenia oraz - jeżeli dane są archiwizowane - również o jego wcześniejszej pracy. Dopiero dalsza analiza takich danych może być wykorzystywana do oceny zmian stanu maszyny, diagnostyki czy bardziej zaawansowanego przewidywania potencjalnych problemów.

Można więc rozróżnić kilka poziomów wykorzystania danych: pomiar → monitoring → archiwizacja → analiza → predykcja

Nie każdy system musi realizować wszystkie te poziomy. Zakres funkcji powinien wynikać z potrzeb konkretnego procesu i urządzeń.

Monitoring w rozwiązaniach Elektrometalu

Oferta Elektrometalu obejmuje kilka warstw potrzebnych do budowy środowiska nadzoru nad procesem.

• Czujniki - dostarczają informacji o określonych stanach i parametrach urządzeń.
• Sterowanie i automatyka - obejmuje urządzenia i podzespoły pracujące w układach automatyki górniczej.
• Wizualizacja - obejmuje rozwiązania przeznaczone do prezentowania i obsługi danych, w tym MineEye 2.0 oraz wizualizację systemu ELSAP-05/P i UGS.
• MineEye 2.0 - stanowi przykład nadrzędnego systemu zbierającego i przechowującego dane.
• ELSAP-05 - pokazuje natomiast, w jaki sposób sterowanie, komunikacja, monitoring i wizualizacja mogą współpracować w ramach jednego środowiska automatyki.

W przypadku tych rozwiązań należy pamiętać, że Elektrometal opisuje ich zastosowanie przede wszystkim w warunkach górniczych i przy konkretnych systemach technologicznych.

FAQ

Co to jest monitoring procesów przemysłowych?

Monitoring procesów przemysłowych polega na zbieraniu i prezentowaniu informacji dotyczących pracy maszyn, urządzeń i przebiegu procesu. Dane mogą być również archiwizowane i wykorzystywane do późniejszej analizy.

Jakie parametry można monitorować?

W zależności od instalacji mogą to być m.in. temperatura, ruch, prędkość, obecność materiału, stany wejść i wyjść, czas pracy urządzeń oraz alarmy i blokady.

Czy monitoring i automatyka oznaczają to samo?

Nie. Monitoring koncentruje się na pozyskiwaniu i prezentowaniu informacji o procesie, natomiast automatyka obejmuje również sterowanie urządzeniami i realizowanie określonej logiki działania.

Czy monitoring może działać w czasie rzeczywistym?

Tak. Przykładowo MineEye 2.0 wykorzystuje dane bieżące do monitorowania procesów i jest przygotowany do równoczesnej pracy wielu użytkowników oraz synchronizacji danych.

Czy dane z monitoringu mogą być archiwizowane?

Tak. MineEye 2.0 umożliwia m.in. archiwizację zdarzeń, a ELSAPView przechowuje szczegółowe archiwum pracy systemu i odstawy.

Czy monitoring pozwala przewidzieć awarię?

Sam monitoring nie oznacza jeszcze przewidywania awarii. Dostarcza jednak danych bieżących i historycznych, które mogą być następnie wykorzystane do diagnostyki oraz bardziej zaawansowanej analizy stanu urządzenia.