Do vodárenství, cementáren, papírenství a dalších odvětví procesního průmyslu vstupuje digitalizace. Stejně jako v diskrétní výrobě přináší nové příležitosti – a nové otázky. Jak nejlépe využít nové technologie? Proč začít s postupnou digitalizací všech kroků výrobního procesu právě teď? O konkrétních řešeních a podpoře, kterou Siemens v této oblasti poskytuje, hovoří Jan Kváč, produktový manažer obchodního úseku procesní automatizace.
Jaké jsou vlastně hlavní rozdíly mezi procesním a výrobním průmyslem?
Především v dynamice celého odvětví. Výrobní průmysl podléhá mnohem více tlaku na neustálé inovace, což vychází z požadavků zákazníků. Aplikace a projekty se zde plánují s životností pár let. V procesním průmyslu není tolik akcentována inovativnost a flexibilita, ale robustnost a spolehlivost řešení. Aplikace se zde vytvářejí pro horizont deseti, spíše patnácti let, po které bude provoz fungovat bez větších změn, ale je nutné po celou tuto dobu garantovat náhradní díly a servisní podporu.
I v procesním průmyslu se ale začínají prosazovat myšlenky konceptu Průmysl 4.0 a digitalizace, a to především v oblasti sběru dat a jejich vyhodnocování. Díky měření teploty, průtoku a tlaku média je možné predikovat náklady na údržbu a servis. Systém dnes dokáže chytrou kombinací a analýzou všech těchto údajů například zjistit, že dochází k zanášení ventilu a hrozí jeho ucpání. Pošle proto výstrahu údržbě, aby zajistila jeho opravu nebo výměnu dřív, než k poruše opravdu dojde. To šetří celému provozu obrovské náklady na řešení havarijních stavů, ke kterým díky včasnému upozornění vůbec nedojde.
Budoucností tohoto odvětví jsou podobné virtuální senzory, které vyhodnocují data algoritmicky na základě dlouhodobého monitoringu. Dokážou přinést cenné informace o stavu daného procesu a ušetřit spoustu času i peněz. Virtuální senzory přitom pracují na bázi softwarových aplikací, takže si vystačí s daným vybavením. Do dané technologie tak není zapotřebí instalace další měřicí techniky. Jsou plně integrované v aktuálně dostupném řídicím systému Simatic PCS 7 a v nové verzi 9 budou ještě vylepšené.
Říkáte v nové verzi 9, jaké jsou tedy novinky, které společnost Siemens v procesní automatizaci chystá pro rok 2017?
V druhé polovině letošního roku uvedeme na český trh nový řídicí a vizualizační systém pro procesní automatizaci Simatic PCS 7 ve verzi 9. Klíčovým vylepšením oproti dnešním verzím 8.1 a 8.2 je větší propojení s plánovacím a projektovým softwarem COMOS a další prohloubení spolupráce s platformou pro simulaci Simit. To znamená, že tzv. digitální dvojče, tedy simulace reálné výroby, začíná hrát důležitou roli i v procesním průmyslu.
Akorát zde je jeho tvorba mnohem náročnější než v průmyslu výrobním, pokud chceme u modelu dosáhnout chování blížící se 100% reálnému chování. Místo jednotlivých předmětů totiž vyrábíte látky různého skupenství a při simulaci je nezbytné počítat s jejich fyzikálním chováním a vlastnostmi. Tuto obtížnou a časově náročnou práci však naše řídicí systémy a simulační softwary uživatelům maximálně zjednodušují a zvyšují její efektivitu.
Jak konkrétně efektivitu zvyšují?
V konfiguračních nástrojích řídicího systému Simatic PCS 7 jsou přednastavené funkční bloky s knihovnou objektů v podobě grafických prvků, které stačí jen vybrat a konfigurovat. Stejné grafické prvky má ve své knihovně objektů i náš software pro simulaci Simit, takže pro věrnou kopii stačí jen vyexportovat kód, který vznikne v Simatic PCS 7, do Simitu. Simulační platforma Simit může být rozšířena i o předpřipravené simulační knihovny, které řeší simulaci zařízení a procesů v konkrétním průmyslovém odvětví – např. knihovny pro chemické procesy.
Jan Kváč, produktový manažer obchodního úseku procesní automatizace
Simatic PCS 7 je určen pouze pro procesní průmysl?
Ano, přesně tak. Je to řídicí systém speciálně určený pro zpracovatelský průmysl, například pro chemické procesy, cementárny a sklárny. Vylepšujeme jej už více než 20 let, od roku 1996. Stále zlepšujeme i jeho integraci s dalšími produkty. Původně byl Simatic PCS 7 vnímán jako systém pro velké podniky, ale dnes se využívá i u menších aplikací s menším počtem vstupů a výstupů. Díky atraktivní ceně a možnosti plné integrace, rozšiřování systému za chodu nebo redundanci pro zvýšení odolnosti vůči poruše je dostupný a atraktivní i pro zákazníky, kteří by o něm dříve neuvažovali.
Možnost nasadit Simatic PCS 7 i na malé aplikace se ještě více projeví v nově chystané verzi 9. Ta bude obsahovat nový procesor určený právě pro malé aplikace, stejně jako kompletně novou řadu vstupů a výstupů k decentrálním, cenově atraktivním periferiím. Přijdou i další hardwarové novinky a vylepšení.
Nová verze bude mít také plnou podporu Profinetu, který slouží jako komunikační standard ve výrobní automatizaci, ale v procesním průmyslu zatím není příliš rozšířený. Ve verzi 9 již bude možné provádět všechny změny v systému za chodu online i přes Profinet.
Jaké další výhody digitalizace procesní výroby přináší?
Konfigurace řídicího systému se díky digitalizaci posouvá směrem k tomu, aby byl řídicí program řídicích systémů tvořen zároveň s projektováním systému, a zkrátil se tak čas potřebný na realizaci. Kromě zkrácení času nabízí tato metoda i další přínosy, jako je zamezení dvojímu zadávání dat do systému, kdy stejná data zadáváte poprvé v projektových nástrojích a podruhé při konfiguraci řídicího systému. To je potenciál pro zanesení chyb do projektu. Dnes jsme schopni s nástroji COMOS nebo Automation Base vygenerovat nejen automatickou konfiguraci hardwaru řídicího systému na základě projektu pro rozváděč, ale je možné z projektových nástrojů vygenerovat obslužný software i pro zařízení, jako jsou ventily, motory, regulátory a měření nebo celé sekvence. V podstatě se tedy dá říci, že již projektant ve fázi projektování „nevědomky" programuje systém PCS 7.
Tyto výhody ocení především inženýrské firmy. Jak ale využijí výhody digitalizace samotní zákazníci?
Digitální dvojče reálného provozu mohou velmi efektivně využít i koncoví zákazníci pro školení obsluhy, ať již před zahájením provozu nové technologie nebo pak kdykoliv v průběhu životnosti pro nové operátory.
Využívají tuto možnost zákazníci v České republice?
Zatím příliš ne, protože český trh je hodně konzervativní a vůči novinkám opatrný. Ale doufám, že výhody tohoto systému již brzy objeví. S digitálním dvojčetem máme výborné zkušenosti především ze zahraničí, kde v náročných provozech šetří svým provozovatelům obrovské finanční částky.
Například v Norsku v Severním moři na ropných plošinách dnes většina zásahů do systému včetně školení obsluhy probíhá na digitálním modelu na pevnině. Odpadly tak náročné cesty inženýrů na moře, které dříve bývaly na denním pořádku. Podobné je to i s projekty pro energetiku, kdy jsou kolegové z naší centrály v Erlangenu schopni vytvořit digitální dvojče kompletní elektrárny, na kterém zkouší funkce řídicího systému a provádí školení obsluhy dlouho před uvedením do provozu.
Do budoucna bude také pravděpodobně pro některé provozy v petrochemickém průmyslu povinné pravidelné školení operátorů pro krizové situace. Pro ně by pak koncept digitálního a plně virtuálního dvojčete byl mnohem efektivnější variantou, než vytvářet speciální výukový stínový řídicí systém a trenažér.
V jakých zajímavých aplikacích jste systém Simatic PCS 7 v poslední době nasazovali?
Například ve sklárně v Kyjově, kde řídí provoz kmenárny a dvou sklářských van. Cementárny v Hranicích na Moravě a v Radotíně využívají Simatic PCS 7 pro řízení provozu celého závodu, navíc nasadily speciální knihovnu pro cementářství Cemat. Mohu jmenovat i řízení turbogenerátorů ve Vřesové, nebo naši aplikaci ve Spolchemii či v Setuze v Ústí nad Labem. Simatic PCS 7 je také úspěšně používán pro řízení turbín různých výkonů.
Hodí se i pro nasazení v čistírnách odpadních vod?
Máme řadu pozitivních referencí z celé Evropy, kde je tento systém s úspěchem nasazován. Simatic PCS 7 od společnosti Siemens řídí například nejmodernější velké městské čistírny v Berlíně, ve Varšavě, v Petrohradě nebo ve Vídni.
Jaké další řídicí systémy se v procesním průmyslu nejčastěji využívají?
Velmi oblíbený a úspěšný systém pro řízení v procesním průmyslu je Simatic S7-400. Má shodné jádro jako Simatic PCS 7 a ideálně splňuje požadavky procesního řízení, jako jsou online rozšiřování systému za chodu, online změny hardwarové konfigurace a softwaru, systémová redundance a bezpečnost dle IEC 61511. Je to osvědčený systém, který se neustále inovuje, aby vyhověl nejnovějším požadavkům trhu, a který bude v naší nabídce i po roce 2030.
