Obiettivo: massima produttività
Scoprite come i sistemi di controllo ridondanti e non ridondanti possono aiutarvi ad ottenere la massima disponibilità.
Art Pietrzyk, TUV FSExp and Brian Root, Redundancy Marketing Manager, Process Initiative, Rockwell Automation; e Paul Gruhn, P.E., CFSE, Training Manager, ICS Triplex
Molti ingegneri ritengono che la ridondanza rappresenti l’unico metodo per ottenere una Maggiore disponibilità. Tuttavia, la ridondanza comporta un aumento del numero di componenti e, di conseguenza, anche del numero di potenziali guasti. La ridondanza, quindi, se applicata impropriamente, può addirittura determinare la diminuzione della disponibilità del sistema. Gli ingegneri devono prendere in considerazione metodi alternativi?
La disponibilità rappresenta la probabilità che un sistema funzioni correttamente. Spesso il termine alta disponibilità viene usato per indicare anche la produttività, incluse affidabilità e manutenibilità. L’affidabilità rappresenta la probabilità che un dispositivo funzioni nel modo previsto durante un periodo di tempo specifico, solitamente denominato durata. Ma i sistemi più affidabili e solidi non sempre sono anche i più disponibili. Per essere disponibile, un sistema deve consentire di ricercare facilmente i guasti e deve essere semplice da modificare e da riparare durante tutta la sua vita. In altre parole, deve essere “manutenibile”.
Impatto della manutenibilità sulla disponibilità
Fondamentali per la manutenibilità sono un personale di manutenzione qualificato e le caratteristiche fisiche. È necesario essere in grado di rimuovere, sostituire e aggiungere moduli o componenti nel sistema senza interrompere il funzionamento e senza eseguire attività di ricablaggio o riprogrammazione. Tra le caratteristiche della tecnologia di controllo che hanno migliorato la manutenibilità ricordiamo:
• Aggiunta o rimozione di moduli sotto tensione.
• Aggiunta di I/O online.
• Modifiche online e download parziali.
• Soft-switching del processore per la comunicazione produttore/consumatore .
• Diagnostica interna per il rilevamento guasti.
• Diagnostica dei problemi dei circuito elettrici.
• Risposta ai guasti configurabile: mantenimento ultimo stato o spegnimento.
• HART e altre tecnologie fieldbus con diagnostica di sensore e attuatore.
• Diagnostica macchine intrinseca o intelligente.
• Aggiunta di sensori, I/O e tag online senza interruzione.
HART e altri dispositivi fieldbus comunicano con sensori, strumenti e attuatori più intelligenti e forniscono le loro información diagnostiche. Le funzionalità di diagnostica, insieme agli altri dati di processo forniti dai dispositivi, si integrano al software che visualizza allarmi preventivi e información di calibrazione o modello, semplificando la sostituzione e la gestione del magazzino ricambi. Altre innovazioni, ad esempio il controllo basato sullo stato e le routine di diagnostica intelligenti, hanno aumentato la capacità del controllore di rilevare, comunicare e descrivere i problemi dei macchinari.
Ridondanza, Fault Tolerance
La ridondanza o fault tolerance potrebbe essere richiesta per le applicazioni critiche. Ridondanza significa duplicazione o triplicazione di apparecchiature che devono funzionare senza interruzione in caso di guasto dell’apparecchiatura principale. Fault tolerance è la capacità del sistema di tollerare i guasti e continuare a funzionare correttamente. I componenti ridondanti richiesti per l’elevata disponibilità includono:
• UPS (Uninterrupted Power Supply, gruppo di continuità). È importante per fornire alimentazione continua. I problemi di alimentazione possono causare comportamenti imprevisti durante la gestione di apparecchiature basate su microprocessore. Quindi, il sistema di controllo è affidabile quanto l’energia erogata per alimentarlo. È fondamentale collegare l’UPS al controllore primario che filtra i picchi di tensione e minimizza i tempi di ripristino del sistema quando viene ristabilita l’alimentazione.
• Alimentatori ridondanti.
• Componenti ridondanti. Chassis, processori, moduli I/O, sensori e attuatori, PC/interfaccia operatore, reti, cavi, server, database. Dispositivi di campo ridondanti
Per determinare se sono necessari moduli I/O ridondanti per ottenere una Maggiore disponibilità, considerare sensori e dispositivi finali. L’affidabilità e la diagnostica di sensori e attuatori sono minori rispetto a quelle del risolutore logico. Gli ingegneri spesso implementano la ridondanza nei componenti di ingresso monitorando la stessa variabile di processo con due sensori collegati a due moduli I/O.
L’importanza della progettazione
Spesso, è possibile raggiungere un livello di disponibilità accettabile tramite la progettazione, compresi controllore, interfaccia operatore e sistema informativo. Il progettista deve essere disposto ad accettare il fatto che tutti i componente possono guastarsi e progettare l’impianto in base a tale presupposto. L’apparecchiatura o l’impianto può essere progettato in modo da continuare a funzionare se la machina subisce un guasto. Spesso tale approccio è denominato progettazione distribuita modulare e coinvolge le seguenti aree:
• Architetture di controllo distribuite.
• Progettazione di controllo distribuita con linea indipendente, zone, ecc.
• Interfaccia operatore distribuita.
• Database distribuiti.
Nelle operazioni di processi batch e continui, la conformità allo standard S88 aiuta a realizzare la disponibilità consentendo di portare le ricette e le procedure a vari impianti, apparecchiature e linee.
L’interfaccia operatore è fondamentale per il processo o il funzionamento. Se i dati sono critici, è necessario garantirne la protezione durante la distribuzione affinché non vadano persi, ad esempio quando un server non è disponibile. Uno dei metodi più economici consiste nel memorizzare i dati più resentí nei controllori. Utilizzate le comunicazioni ridondanti o fault-tolerant se la rete non è affidabile. È possibile includere ring Ethernet, con o senza supporti ridondanti. Le reti possono essere configurate con percorsi ridondanti utilizzando switch o router.
Non solo componente ridondanti
Sebbene la ridondanza sia il metodo tradizionale per ottenere un’elevata disponibilità, non è il solo metodo per raggiungere questo obiettivo. Anche un sistema senza componenti ridondanti può essere ad alta disponibilità.
Per ulteriori informazioni, inviare un’e-mail al seguente indirizzo: info_at@ra.rockwell.com ref: Redundancy
| Manutenzione predittiva: un valido aiuto L’obiettivo del programma CbM (Condition-based Maintenance) è quello di aumentare l’affidabilità e la disponibilità dei macchinari, riducendo al minimo i tempi di fermo, la mano d’opera e i costi di riparazione. È possibile seguire un programma CbM con tempi di fermo pianificati, impiegando mano d’opera e materiali basati sullo stato generale dei macchinari. I risultati possono essere eccezionali, così come i risparmi. Il programma CbM offre numerosi vantaggi, tra cui maggiore efficienza globale delle apparecchiature (OEE, Overall Equipment Effectiveness), riduzione del tempo medio di riparazione (MTTR), aumento della redditività operativa (RONA, Return on Net Assets), riduzione dei tempo di fermo non pianificati e pianificati e taglio dei costi dei ricambi. Sono disponibili tre tipi di servizi di condition monitoring: • Vibration Analysis misura le variazioni dell’intensità delle vibrazioni delle apparecchiature meccaniche quando le condizioni delle macchine cominciano a peggiorare. • Oil Analysis rileva l’eventuale contaminazione o decomposizione dell’olio che indica l’usura della macchina. • Infrared Thermography rileva le variazioni delle temperature apparenti nelle apparecchiature elettriche, meccaniche, di infrastruttura e di processo. Vibration Analysis è sicuramente lo strumento CbM più conosciuto. Rileva i livelli di vibrazione delle apparecchiature interessate da fattori quali disallineamento, sbilanciamento, allentamento, eccentricità, cuscinetti difettosi, risonanza, problema elettrici e forze aerodinamiche/idrauliche. L’obiettivo è quello di identificare le variazioni delle condizioni di una macchina che indicano un potenziale guasto. I servizi di condition monitoring di Rockwell Automation forniscono soluzioni personalizzate per aiutarvi a implementare il vostro programma CbM. Un tecnico può recarsi presso il vostro stabilimento per raccogliere e analizzare i dati dell’apparecchiatura utilizzata oppure Rockwell Automation può istruirvi sulle procedure di raccolta e analisi dei dati. Per ulteriori informazioni, visitate l’indirizzo www.rockwellautomation.com/go/tjcm |
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