Maximale Produktivität erreichen
Wie redundante und nichtredundante Methoden Ihre Steuerungssysteme hoch verfügbar machen können.
von Art Pietrzyk, TUV FSExp und Brian Root, Redundancy Marketing Manager, Process Initiative bei Rockwell Automation sowie Paul Gruhn, P.E., CFSE, Training Manager bei ICS Triplex
Viele Ingenieure sehen in der Redundanz die einzige Möglichkeit zur Steigerung der Verfügbarkeit. Redundanz bedeutet aber auch mehr Bauteile und damit zwangsläufig auch mehr mögliche Fehlerquellen. Deshalb kann sich mehr Redundanz unter Umständen sogar nachteilig auf die Systemverfügbarkeit auswirken. Sollten Ingenieure also nach alternativen Methoden Ausschau halten?
Verfügbarkeit ist nichts anderes als die Wahrscheinlichkeit, dass ein System erfolgreich arbeitet. Vielerorts wird der Begriff Hochverfügbarkeit mit Produktivität, Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit gleichgesetzt. Zuverlässigkeit wiederum ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein System seine gewünschte Funktion auch über einen definierten Einsatzzeitraum – oft als”Mission Time” bezeichnet – hinaus ausführt.
Allerdings kann auch ein noch so robustes und zuverlässiges System Defizite in Sachen Verfügbarkeit aufweisen. Ein hoch verfügbares System muss so beschaffen sein, dass Störungen einfach beseitigt werden können und Modifikationen und Reparaturen während der Einsatzzeit einfach durchzuführen sind. Anders ausgedrückt muss es eine hohe Wartungsfreundlichkeit aufweisen.
Wie wirkt sich die Wartungsfreundlichkeit auf die Verfügbarkeit aus?
Für die Wartungsfreundlichkeit ist qualifiziertes Wartungspersonal ebenso entscheidend wie die mechanischen Charakteristika. Es sollte zum Beispiel möglich sein, Module oder Bauteile des Systems zu entfernen, auszutauschen oder hinzuzufügen, ohne den Betrieb zu unterbrechen und ohne dass eine Neuverkabelung oder Umprogrammierung erforderlich ist. Als wartungsfreundlich hat sich Steuerungstechnik erwiesen, die mit folgenden Features aufwartet:
• Möglichkeit zum Ein- oder Ausbauen von Modulen ohne Abschalten der Stromversorgung.
• Online-Hinzufügen von E/A.
• Online-Bearbeitung und partielle Downloads.
• Soft-Switching der prozessorseitigen Hersteller/Konsumenten-Kommunikation.
• Interne Diagnosen zur Störungserkennung.
• Diagnosen zum Aufdecken von Problemen an Schaltungen im Feld.
• Konfigurierbare Reaktion auf Störungen: Beibehalten des letzten Betriebszustands oder Abschaltung.
• HART- und andere Feldbustechnologien mit Sensor -und Aktordiagnose.
• Selbstlernfähigkeit oder integrierte Maschinendiagnose.
• Hinzufügen von Sensoren, E/A und Tags online und ohne Betriebsunterbrechung.
HART- und andere Feldbusgeräte kommunizieren mit intelligenteren Sensoren, Instrumenten und Aktoren und besitzen selbst Fähigkeiten zur Gerätediagnose. Zusammen mit weiteren Prozessdaten, die diese Geräte bereitstellen, wird die Diagnose-Funktionalität mit Software zusammengeführt, die Vorab-Alarme, Kalibrierfunktionen und Modellinformationen liefert, um den Geräteaustausch und die Bestandsverwaltung zu vereinfachen. Weitere Innovationen wie die zustandsbasierte Steuerung und selbstlernende Diagnoseroutinen verbessern die Fähigkeit der Steuerungen, Maschinenprobleme zu erkennen, zu beschreiben und zu melden.
Redundanz und Fehlertoleranz
Redundanz oder Fehlertoleranz können in kritischen Anwendungen erforderlich sein. Unter Redundanz versteht man das doppelte oder dreifache Vorhalten von Geräten. So kann das System ohne Unterbrechung in Betrieb bleiben, wenn das primäre Equipment bei laufendem Betrieb ausfallen sollte. Der Begriff Fehlertoleranz wiederum bezeichnet die Fähigkeit eines Systems, auch beim Auftreten von Störungen ordnungsgemäß weiterzuarbeiten. Für eine hohe Verfügbarkeit werden unter anderem folgende redundante Komponenten benötigt:
• Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV): Hohe Priorität hat die ununterbrochene Verfügbarkeit der Stromversorgung. Hier auftretende Fehler können das Verhalten der in Betrieb befindlichen Mikroprozessorsysteme auf unabsehbare Weise beeinflussen. Jedes Steuerungssystem ist deshalb immer nur so zuverlässig wie seine Stromversorgung.
Wichtig ist vor allem, den Ausgang der USV an die primäre Steuerung anzuschließen. Dieser filtert Spannungsspitzen aus und minimiert die Erholzeit des Systems, nachdem die reguläre Versorgung wieder hergestellt ist.
• Redundante Stromversorgungen
• Redundante Komponenten: Dies betrifft Chassis, Prozessoren, E/A-Module, Sensoren, Aktoren, PCs, Mensch- Maschine-Schnittstellen (HMIs), Netzwerke, Medien, Server und Datenbanken. Um die Verfügbarkeit zu erhöhen, müssen redundante Feldgeräte ermitteln, ob redundante E/A-Module benötigt werden (z. B. Sensoren und Endgeräte). Zuverlässigkeit und Diagnosen von Sensoren und Aktoren liegen um eine ganze Größenordnung unter der des Logik-Solvers. Nicht selten sehen Ingenieure eine eingangsseitige Redundanz vor, indem sie ein und dieselbe Prozessgröße mit zwei Sensoren erfassen, die an zwei separate E/A-Module angeschlossen werden.
Die Bedeutung des Designs
In vielen Fällen lässt sich schon durch das Design, d. h. Steuerung, HMI und Informationssystem, ein hinreichendes Maß an Verfügbarkeit erreichen. Dabei muss sich der Entwickler allerdings der Tatsache bewusst sein, dass jedes Teil ausfallen kann, und sein System auf Grundlage dieser Erkenntnis entwerfen. Eine Anlage oder eine Fabrik kann so ausgelegt werden, dass der Betrieb weiterläuft, auch wenn eine Maschine ausfällt. Dieses oftmals als ‚modular dezentralisiertes Design‘ bezeichnete Konzept betrifft die folgenden Bereiche:
• Dezentrale Steuerungsarchitekturen,
• dezentrales Steuerungsdesign mit unabhängigen Linien, Zonen usw.,
• dezentrale HMI,
• dezentrale Datenbanken.
Bei kontinuierlichen und chargenorientierten Verarbeitungsprozessen trägt die Einhaltung des S88-Modells zu einer höheren Verfügbarkeit bei, indem es die Möglichkeit zum Übertragen von Rezepten oder Prozeduren auf verschiedene Anlagen, Produktionslinien und Fabriken bietet. Insbesondere die Bedienoberfläche ist für einen Prozess oder einen Ablauf kritisch. Sind die Daten entscheidend, sollten Vorkehrungen zur Vermeidung von Datenverlusten getroffen werden, wenn beispielsweise ein einzelner Server ausfällt. Zu den wirtschaftlichsten Methoden gehört es, einen Teil der neueren Daten in den Steuerungen selbst abzulegen. Wird ein Netzwerk als schwaches Glied der Kette ermittelt, sind redundante oder fehlertolerante Kommunikationseinrichtungen vorzusehen. Dabei kann es sich um Ethernet-Ringe mit oder ohne redundante Übertragungsmedien handeln. Zudem lassen sich Netzwerke mithilfe von Switches oder Routern mit redundanten Übertragungswegen ausstatten.
Mehr als redundante Komponenten
Obwohl Redundanz die traditionelle Möglichkeit zur Steigerung der Verfügbarkeit ist, muss man heute über redundante Komponenten hinausdenken. Denn auch ein System ohne redundante Komponenten kann durchaus hochverfügbar sein.
For more information, please e-mail us at: info_at@ra.rockwell.com with ref: Redundancy
| Vorbeugende Wartung kann hilfreich sein Ziel eines zustandsbasierten Wartungsprogramms (Condition-based Maintenance – CbM) ist es, die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Maschinen zu verbessern und die Stillstandszeiten, den Arbeitsaufwand und die Reparaturkosten zu minimieren. CbM kann darin bestehen, Stillstände, Arbeit und Material abhängig vom Zustand der Maschinen zu planen. Damit kann man überzeugende Ergebnisse und signifikante Kostenersparnisse erzielen. Ein CbM-Programm bietet zahlreiche Vorteile, die von der Gesamt-Anlageneffektivität (OEE) über eine reduzierte mittlere Reparaturzeit (MTTR) bis zu einer Verbesserung der Nettoanlagenrendite (RONA) reichen. Die Dauer der geplanten und ungeplanten Stillstände reduziert sich, und auch die Bevorratungskosten gehen zurück. Stellvertretend seien hier drei Arten der Zustandsüberwachung genannt: • Die Vibrationsanalyse misst Veränderungen der Vibrationsintensität mechanischer Anlagen bei sich verschlechterndem Maschinenzustand. • Die Ölzustandsanalyse erfasst Verunreinigungen oder Verschlechterungen des Öls. Dies kann auf Maschinenverschleiß hindeuten. • Die Infrarot-Thermografie erkennt Temperaturveränderungen an elektrischen und mechanischen Anlagenteilen sowie Infrastruktur- und Prozess-Equipment. Die Vibrationsanalyse dürfte das bekannteste CbM-Tool sein. Sie erfasst Schwingungen, die durch Fehljustierung, Unwucht, lose Verbindungen, Radialschlag, schadhafte Lager, Resonanzen, elektrische Probleme sowie aerodynamische oder hydraulische Kräfte verursacht werden können. Ziel ist in jedem Fall, Veränderungen am Maschinenzustand aufzudecken, die ein Indiz für potenzielle Fehler sein können. Die Condition Monitoring Services von Rockwell Automation bieten maßgeschneiderte Lösungen, die bei der Umsetzung des jeweiligen CbM-Programms helfen. Ein Vibrationsanalyst besucht Sie gern vor Ort, um Ihre Ausrüstungsdaten zu erfassen und auszuwerten. Sie können die Daten aber auch selbst einholen und analysieren – Rockwell Automation zeigt Ihnen wie. Weitere Informationen erhalten Sie auf www.rockwellautomation.com/go/tjcm |
Drucken der Seite
Worldwide Bitte kontaktieren Sie uns Sitemap Legal Notices