Diagnostika v řídicích systémech
1. Úvod
Diagnostika, resp. technická diagnostika, je téma nejen široké, ale i hluboké. Zahrnu- je různé metody, z nichž některé představují samostatné obory (např. vibrodiagnostika), lze ji pojímat jako komplexní matematický problém (analytické metody výpočtu spoleh- livosti), souvisí s nejrůznějšími provozními aspekty (bezpečnost, efektivita). Existují k ní celé monografie a mnoho článků, pořádají se k ní konference a je vyučována jako soubor předmětů na vysokých školách.
Článek se z této bohaté škály soustřeďu- je – po uvedení nutného všeobecného zá- kladního přehledu – zejména na dvě vybra- né oblasti:
– technickou: diagnostika jako součást řídi- cích systémů,
– obchodní: je-li diagnostika užitečná, proč je tak složité přesvědčit uživatele, aby ji zavedl?
Z hlediska oblasti použití je předmětem zájmu především technická diagnostiku vý- robních, popř. technologických zařízení (vý- robní linky, elektrárny, teplárny apod.). Cílem je přispět alespoň zčásti k racionální diskusi na dané téma mezi všemi zde zainteresova- nými, uživateli i dodavateli.
2. Co je to diagnostika?
Na začátek je vhodné uvést alespoň zá- kladní „definice“ a pojmy, jak jsou použity dále v článku.
Diagnostika je obor zabývající se meto- dami a prostředky vhodnými ke zjišťování stavu, vlastností a parametrů objektů. Totéž slovo se používá i k označení samotného pro- cesu „zjišťování stavu, vlastností a parametrů objektu“. Význam je zpravidla zřejmý z kon- textu. V technické diagnostice jsou diagnos- tikovanými objekty stroje, zařízení, přístroje a jiné technické systémy, např. části řízené- ho technologického zařízení či bloky řídicí- ho systému. Technický stav těchto systémů se zpravidla zjišťuje nedestruktivními metodami a bez demontáže. Obvyklé také je, že přísluš- né stavy se zjišťují nepřímými metodami – měřením projevů takového stavu (poškození ložiska lze zjistit např. frekvenční analýzou jeho akustické emise).
Diagnostická veličina nese informaci o technickém stavu objektu. Její hodnota
může být přímo měřena, získávána z jiných systémů nebo zadávána operátorem.
Diagnóza je vyhodnocení provozuschop- nosti technického objektu, tj. jeho okamžité- ho technického stavu. Diagnóza se stanovu- je na základě hodnot diagnostických veličin (problémem je vztah n : m pro příčiny a dů- sledky). Aby bylo možné diagnózu stanovit, je třeba provést minimálně dva úkony:
− detekovat (i vznikající) poruchy (tj. co je nebo může být špatně),
− lokalizovat poruchy (tj. kde je to špatně).
Je vhodné a výhodné, aby po diagnóze vznikající poruchy následovala také prognó- za, tj. kvalifikovaný odhad vývoje poruchy do budoucna, neboli z druhé strany – odhad zbývající doby provozuschopnosti.
Technický stav sledovaného objektu je jeho schopnost vykonávat požadované funk- ce za stanovených podmínek užívání; objekt je buď v bezvadném (tj. plně provozuschop- ném), provozuschopném (tj. provozovatelný s omezeními), nebo v poruchovém stavu.
Diagnostické prostředky jsou technická zařízení a počítačové programy a s nimi sou- visející postupy určené ke stanovení dia- gnózy.
Diagnostickým systémem se nazývá sou- hrn diagnostických prostředků, jejich obslu- hy a sledovaného objektu.
Technickou diagnostiku lze členit podle mnoha různých kritérií. Jde-li o diagnostiku výrobních zařízení, je vhodné např. členění uvedené a stručně diskutované ve vloženém textu na str. 65.
3. S čím a jak diagnostika souvisí?
Diagnostické systémy (které jsou málo- kdy levné) nejsou téměř nikdy instalovány pro diagnostiku samotnou. Většinou fungují jako podpůrný nástroj využívaný také další- mi systémy nebo procesy při provozu a sprá- vě technologických zařízení. Nejčastěji jsou s diagnostikou „spojovány“ pojmy:
− spolehlivost,
− bezpečnost,
− údržba.
Diagnostika a spolehlivost spolu těsně souvisejí díky velké pozornosti věnované všemi výrobci kvalitě (jakosti) jejich výrob- ků. Tato kvalita je podmíněna spolehlivos- tí výrobního zařízení, čili jeho schopností správně a bez poruch fungovat po celou po-
třebnou dobu. Nespolehlivé výrobní zařízení generuje nepředvídatelné ztráty jak nedosta- tečnou kvalitou až výpadky výroby, tak do- datečnými náklady na opravy a v případě havárie i potenciálními následnými škoda- mi na majetku či zdraví nebo životech lidí.
Technická diagnostika zde zjišťováním tech- nického stavu pomáhá určit (nebo alespoň odhadnout), nakolik je provozované zaří- zení ještě spolehlivé. Prostřednictvím dodr- žování kvality výroby má tedy diagnostika vliv i na systémy řízení jakosti (normy řady ISO 9001 apod.).
Diagnostika a bezpečnost souvisejí způso- bem již naznačeným v předchozím odstavci:
náhlé poruchy nespolehlivého technologické zařízení mohou být příčinou úrazu nebo ma- teriálních škod. Funkční diagnostika umož- ňuje předcházet vzniku poruch, popř. zame- zit eskalaci již vzniklé poruchy (a omezit rozsah škod), čímž má přímý vliv na bez- pečnost provozu.
Diagnostika a údržba spolu souvisejí v míře dané použitým systémem údržby da- ného zařízení. Protože jde o obšírnou proble- matiku, z uvedených souvislostí asi nejtěs- něji spjatou se systémy řízení, je jí věnován zvláštní vložený text na str. 63. Rozdělení systémů údržby podle následnosti a způso- bu prováděných opatření v něm použité je pravděpodobně všeobecně známé (pomiň- me pro jednoduchost možné mezivarianty), zde je však navíc dáno do souvislosti s dia- gnostikou.
Z charakteristik čtyř základních systémů uvedených na str. 63 vyplývá, že právě pre- diktivní/proaktivní údržba realizovaná na zá- kladě výsledků dokonalé diagnostiky prová- děné v režimu on-line (on-line diagnostika), která pomáhá udržovat technologické zaří- zení ve spolehlivém a trvale bezvadném sta- vu, je ekonomicky efektivní a zamezuje ztrá- tám a škodám.
Informace o technickém stavu technolo- gického zařízení jsou také podstatným před- pokladem dobré informovanosti o disponibili- tě zdrojů, která umožňuje racionálně rozhodo- vat o jejich využití – to znamená dosah až na manažerskou úroveň rozhodování! Je nutné ale mít stále na paměti, že prediktivní údržba, má-li fungovat, je kontinuální proces.
V uvedeném smyslu lze brát za jedno- značně platný „bonmot“, že „Dobře vyřeše- ná prediktivní údržba je zdrojem zisku“ (to zprostředkovaně platí i o diagnostice). A na- opak praxe ukazuje, že nárůst počtu malých ad hoc opravných zásahů v daném časovém intervalu je varovným příznakem blízkého velkého výpadku.
Článek poskytuje dnešní pohled z průmyslové praxe na obor technické diagnostiky se zaměřením na diagnostiku jako součást řídicích systémů odpovídajícím současnému po- jetí. Jsou diskutovány přínosy diagnostiky a důvody, proč by měla být součástí (všech) řídicích systémů, ale (většinou) není.
Jaroslav Jančík, Jiří Vacátko
4. Z čeho se diagnostický systém skládá?
Přestože v předchozí kapitole byla pro jednoduchost popsána souvislost diagnos- tiky a dalších uvedených oblastí jako více- méně přímá a jednoznačná, v praxi tomu tak bohužel není.
Diagnostický systém se neskládá jen z či- dla určité fyzikální veličiny, měřicího řetěz- ce a zobrazovače naměřené hodnoty. Namě- řené údaje obvykle vstupují do mnoha více či méně složitých algoritmů („diagnostic- kých testů“), které je na základě diagnostic- kých modelů zpracovávají a vyvozují z nich diagnostické závěry (diagnózy a prognózy).
V jednodušších případech jde např. o sledo- vání statistických ukazatelů souborů namě- řených údajů (průměr, směrodatná odchyl- ka atd.) a porovnávání jejich hodnot se za- danými mezemi, ve složitějších případech
může jít o zpracování aktuálních i historic- kých údajů při použití soustav diferenciál- ních rovnic a v nejsložitějších případech až o algoritmy tvořené s použitím metod umělé inteligence (neuronové sítě, genetické algo- ritmy, fuzzy logika, expertní systémy). Tato část diagnostického systému je (analogicky se situací u řídicích systémů) realizována pro- gramovými prostředky.
Programové prostředky navazují (stejně jako u řídicích systémů) na technické pro- středky diagnostiky, jimiž jsou snímače, mě- řicí a vyhodnocovací jednotky a zobrazovací (vizualizační) systém. Od čidel a na ně na- vazujících převodníků měřicího signálu jsou zpravidla požadovány velká přesnost a stabi- lita. Podobně jsou kladeny vysoké požadav- ky na měřicí karty (co do rozlišení a stabili- ty), naproti tomu ale obvykle není třeba měřit zvlášť rychle. Speciální (resp. jiné než u ří-
dicího systému) požadavky jsou kladeny i na zpracování dat a způsob jejich prezentace.
5. Jak může vypadat diagnostický systém?
Diagnostický systém lze realizovat v zá- sadě dvěma způsoby (viz členění ad 2 a 6 ve vloženém textu na str. 65), a to jako:
− speciální systém pro diagnostiku,
− diagnostický podsystém v rámci řídicího systému (s variantou ve formě autodia- gnostiky řídicího systému).
Speciální systém pro diagnostiku je nezá- vislý na řídicím systému. K měření potřeb- ných provozních veličin tudíž vyžaduje sepa- rátní měřicí řetězce, obvykle v podobě spe- ciálních snímačů instalovaných paralelně ke snímačům použitým pro účely řízení (i když není vyloučeno částečné sdílení naměřených údajů mezi diagnostickým a řídicím systé- mem, zejména formou přenosu dat). Dále mohou být pro speciální diagnostická měření (vibrodiagnostika, termodiagnostika, tribodia- gnostika atd.) instalovány speciální diagnos- tické prostředky, které nemívají analogii v ří- dicím systému. Je zřejmé, že takto pojatý dia- gnostický systém bude velmi výkonný a bude pracovat i při odstaveném řídicím systému, ale současně bude drahý a náročný na insta- laci i údržbu. Je tedy v plné šíři opodstatněný jen ve specifických případech např. nebezpeč- né (chemický průmysl) či strategické výroby (elektrická energie), popř. u velmi nákladných zařízení. Je důvodné předpokládat, že tako- výto systém bude součástí projektu celého technologického zařízení (zejména dodatečná montáž paralelní sady čidel je natolik složitá a zasahující do provozu, že je téměř nemož- né ji realizovat na dosavadních zařízeních).
Příkladem provozní diagnostiky uvedeného typu je systém pro diagnostiku sekundární- ho okruhu v jaderné elektrárně Temelín rea- lizovaný pod označením ASPPD ETE firmou ZAT Easy Control Systems, která je nyní sou- částí společnosti ZAT a. s. (obr. 1).
Diagnostika jako součást řídicího systé- mu využívá měřidla určená primárně pro úče- ly řízení, s výhodou i pro diagnostiku, a di- agnostické algoritmy jsou v procesorových modulech (CPU) řídicích systémů provádě- ny paralelně vedle algoritmů řídicích. V ta- kovém případě jsou výhodné univerzální vý- konné CPU se standardními operačními systé- my (OS/9, Linux), používané např. v systému ZAT 2000 MP, které umožňují doprogramovat a spouštět „libovolné“ uživatelské algoritmy, včetně diagnostických. Navazující vizualizač- ní prostředky (monitorovací PC s běžícím vi- zualizačním programem typu InTouch, Con- trolWeb nebo Reliance) obsahují jak zobra- zení určená ke sledování a ovládání řízeného technologického zařízení, tak specializovaná zobrazení pro diagnostiku. Výhodou této va- rianty je několikanásobné využití instalova- ných technických prostředků, přímé sdílení dat mezi řídicími a diagnostickými algoritmy
Základní systémy údržby a diagnostika
Údržba po chybě (corrective) – nic se nediagnostikuje a poruchy se prostě odstraňu- jí poté, co nastanou. Výhodou (byť obvykle draze zaplacenou) jsou nulové paušální nákla- dy na údržbu, nevýhodou značné náklady na provedení opravy a většinou i značné ztráty ve výrobě (výpadek výroby je nepředvídatelný, neboť okamžik poruchy ani doba trvání odstáv- ky zařízení nejsou předem známy). Velkým nebezpečím je i možnost havárií s dopadem na bezpečnost. Poznamenejme, že v současnosti se takto ke svým výrobním prostředkům cho- vá snad jen minoritní část podniků.
Údržba preventivní (preventive) – zde již probíhají plánované prohlídky, testy a popř.
výměny zařízení (plánované s pevnou periodou počínaje okamžikem instalace anebo podle skutečného využití, např. počtu tzv. motohodin apod.). Pokud je takový plán dobře sesta- ven, tj. bere-li ohled na reálné průměrné doby života komponent, takovýto způsob údržby celkem spolehlivě předchází poruchám a eliminuje hlavní nevýhody předchozí varianty – výpadky ve výrobě a ohrožení bezpečnosti. Nicméně z hlediska ekonomické efektivity jsou zde rezervy, neboť díly se nevyměňují na základě jejich skutečného stavu, ale podle plánu, a mohou být tedy „vyhazovány“ ještě funkční komponenty. Výpadky výroby jsou zde ovšem také – periodické, kratší a plánované – a navíc nově přibývají náklady na vykonávání údrž- by (zpravidla však nižší než v předchozím případě). Jde o variantu v současné době prav- děpodobně nejpoužívanější.
Údržba prediktivní (predictive) – zde se již uplatňují jak diagnostika off-line, tak (ve značné míře) i diagnostika on-line a pracovníci údržby se s použitím jejich metod snaží co nejpřesněji predikovat blížící se poruchy. V optimálním případě se výměny či opravy vyko- návají těsně před předpokládanou poruchou – ne dříve a ne později. Je-li to možné, lze nao- pak upravit výrobní proces tak, aby se prodloužila doba života některé kritické komponenty.
To obojí vede k maximalizaci doby uplynuvší do údržbového zásahu. Zdá se tedy, že jsou odstraněny nebo alespoň redukovány všechny nedostatky předchozích variant – k poruchám by nemělo docházet, výpadky výroby jsou zkráceny jen na dobu výměny či opravy a lze je s velkou přesností plánovat, náklady na opravy a testy jsou menší (existují trvalé záznamy stavu zařízení a opravuje se jen jeho nejmenší nutná část). Nicméně nic není zadarmo, ani dokonalá údržba. Aby toto všechno fungovalo, je třeba mít funkční diagnostické prostředky, což znamená jak investiční náklady (na jejich pořízení a zprovoznění se stávajícím techno- logickým zařízením, popř. řídicím systémem), tak fixní náklady na jejich provoz a údržbu (i když relativně malé). Podstatným prvkem funkčního prediktivního (ale i preventivního) systému údržby je dobrý plánovací nástroj, obvykle jako součást systému ERP (např. modul PM v systému SAP). V souhrnu je prediktivní údržba moderním, velmi efektivním nástro- jem, který však není výrobci vyžadován a používán tak často, jak by si zasloužil.
Údržba proaktivní (proactive) – jde de facto o stejný přístup jako u prediktivní údržby, ovšem s tím rozdílem, že diagnostika je nedílnou součástí technologického zařízení a řídi- cího systému již ve fázi projektu, tj. veškerá technika je již od instalace a spuštění provozo- vána pod dohledem diagnostických prostředků. Podstatným rozdílem oproti prediktivní va- riantě je tedy „jen“ skutečnost, že provozovatel si uvědomil užitečnost diagnostiky předem, a tím se mu podařilo do jisté míry snížit náklady na její pořízení (vytvořit ucelený systém s ohledem na existenci všech komponent včetně diagnostiky je vždy levnější, než něco ná- sledně dodělávat).
a dostupnost diagnostických informací o tech- nologickém zařízení na stejném místě, odkud je toto zařízení sledováno a řízeno. Jedna ne- výhoda je zřejmá – jestliže nebude v provozu určitá část řídicího systému, nebude fungovat ani příslušná část diagnostiky. Také je třeba při návrhu takto kombinovaného systému uvažo- vat o tom, jaké má jedna nebo druhá část poža- davky na dílčí komponenty, a obě tyto skupiny požadavků je třeba maximalizovat (tzn. že lze dojít k potřebě rychlého měření pro regulaci a zároveň přesného měření pro diagnostiku: ře- šením mohou být dvě měřidla jako v předcho- zí variantě specializovaného diagnostického systému). Je také zřejmé, že v „čisté“ podobě
„paralelní“ varianty nemají místo již zmíněné speciální diagnostické prostředky.
Diagnostika jako součást řídicího systému může mít také specifickou podobu. Nemusí vždy primárně jít o diagnostiku řízeného tech- nologického zařízení, ale může jít o diagnos- tiku „pouze“ vlastního řídicího systému (tzv.
autodiagnostika). V takovém případě jsou dia- gnosticky sledovány některé nebo všechny komponenty řídicího systému: technické pro- středky (procesorové a měřicí karty, napájecí zdroje, komunikační kanály atd.) i programové vybavení (operační systém, exekutiva reálného času, výpočetní moduly, komunikační procesy atd.). Rozsah a hloubka diagnostiky jsou ob- vykle dány zejména naléhavostí požadavků na spolehlivost a bezpečnost chodu řídicího systé- mu. Typickými představiteli řídicích systémů s velkými požadavky na diagnostiku jsou řídicí systémy podle normy IEC 61508 s úrovněmi SIL 3 a 4, popř. systémy kategorií „A“ a „B“
podle členění v jaderné energetice. Autodia- gnostika má ale význam i u „běžných“ úloh – jak jinak např. má provozovatel poznat, že ži- votnost řídicího systému bude brzy vyčerpána, a že je třeba investovat do jeho rekonstrukce (i když je třeba brát v úvahu také životní cyk- lus daného typu řídicího systému a o jeho vý- měně rozhodovat na základě kombinace poža- davků z obou stran)?
V praxi lze nalézt uvedené varianty spíše v rozličných kombinacích, protože:
− zodpovědný výrobce řídicího systému (zde ve smyslu „stavebnice“) dává jeho uživateli k dispozici alespoň základní prostředky pro identifikaci stavů (provozních i nežádoucích) komponent systému (technických i progra- mových), v současné době mj. prostřednic- tvím standardního webového rozhraní,
− zodpovědný projektant začlení do svého projektu řídicího systému (zde ve smys- lu konkrétní „sestavy“) jak možnosti sle- dování stavu prvků řídicího systému, tak i algoritmy vyhodnocení provozních mě- ření, popř. doplňující „diagnostická“ mě- ření; to vše následně pomáhá jak ve fázi instalace a uvádění do provozu, tak při ře- šení nestandardních provozních událostí,
− zodpovědný provozovatel požaduje při ob- jednávce výrobního zařízení nejen špičko- vé funkce řídicího systému, ale i relevantní diagnostické výstupy.
Výsledkem jsou v ideálním případě řídicí systémy s větším či menším podílem diagnos- tických funkcí, jak to např. ukazují [5], [6].
Speciálním případem je diagnostika na dálku (tzv. dálková, remote). Byla zmíněna v textu o členění diagnostických systémů na str. XX (ad 3). Jejím specifickým rysem je de facto pouze přenos (diagnostických) informa- cí z místa provozování technologického zaří- zení do místa jejich vyhodnocení. Typickými problémy, s nimiž se v takovém případě lze setkat, jsou (ne)dostupnost spojení, (ne)bez- pečnost přenosu dat (u řídicích systémů jader- ných elektráren např. zpravidla není dovolen jakýkoliv přístup k datům zvenku) a omeze- ní funkcí (většinou není dovoleno technolo- gické zařízení na dálku ovládat).
6. Co diagnostický systém vyžaduje a co poskytuje?
6.1 Základní požadavky a otázky
U diagnostických systémů je z pohledu požadavků provozovatele kladen důraz ze- jména na jejich spolehlivost. Důležitými kri- térii jsou však také náklady (typy, cena a po- čet snímačů), popř. neinvazivnost (funkce diagnostického systému by neměly mít vliv na provoz technologického zařízení) a dosta- tečné pokrytí (tj. správná volba dílčích me- tod a jejich kombinace do funkčního celku sledujícího všechny relevantní diagnostické hodnoty a stavy).
Co však provozovatel opravdu od diagnos- tiky očekává? A co naopak vyžaduje diagnos- tický systém od provozovatele? A proč, když je to tak úžasné, to zákazníci nechtějí?!
6.2 Co očekává provozovatel?
Odpověď by mohla znít: „Znalost sku- tečného stavu technologického zařízení.“ Ta ale provozovatele nezajímá tak, jako důsled- ky této znalosti:
− může prediktivně plánovat údržbu, proto- že ví, kdy je co třeba udělat,
− periody údržby mají optimální délku, pro- tože vycházejí z odůvodněné predikce,
− lze optimálně využít pracovní kapacitu a kvalifikaci údržbářů,
− optimální využití životnosti komponent znamená menší náklady na jejich pořizo- vání,
− velmi pravděpodobně nedojde k neočeká- vaným ani zbytečným výpadkům výroby,
− velmi pravděpodobně nedojde k haváriím s dopadem na bezpečnost či životní pro- středí,
− může reálně plánovat využití svých zdro- jů, protože předem ví, kdy budou v provo- zu a kdy v opravě,
− jestliže bude mít funkční systém zjišťová- ní požadavků svých zákazníků v budou- cím čase, velmi pravděpodobně je uspo- kojí (zde již je vazba na diagnostiku hod- ně nepřímá).
Z uvedeného souhrnu dopadů fungují- cí diagnostiky na provozně důležité činnosti a jevy a základní vzájemné souvislosti je pa- trné, že diagnostika a její používání (tedy ří- dicí úroveň těsně nad řízením procesů) mají dopad až na nejvyšší úrovně řízení podniku (ERP, CRM).
Co by osvícený provozovatel neměl oče- kávat, je, že toho všeho dosáhne zadarmo.
Diagnostika obvykle není levná záležitost.
Je nutné porovnávat nejen náklady a přímé přínosy (viz shora), ale také náklady a po- tenciální negativní dopady (včetně vícenákla- dů) v případě, kdy diagnostika není zavede- na (jiným pohledem může být např. „matice“
rizik a pravděpodobností). Tím se dostáváme k otázce z druhé strany.
6.3 Co to vyžaduje od provozovatele?
Vedle toho, že uvedené pozitivní dopa- dy nejsou zadarmo, tj. že je nutné na začát- ku něco investovat, jsou zde i další finanční a nefinanční podmínky a požadavky. Ty vy- Obr. 1. Schéma systému ASPPD ETE provozní diagnostiky sekundárního okruhu v jaderné elektrárně Temelín (zdroj: ZAT)
přenos dat do blokové dozorny (Wesclient)
Smonitor (tabulky, časové průběhy, zobrazení, výstrahy, historie) ActiveFactory (tabulky, historie, analýza)
archiv dat ASPPD (MS SQL)
úložiště výstrah a hlášení (Alarm Server – AS) klient archivace dat (Data Client – DC)
test (i) klient InSQL (DS Read) archiv dat
z obou bloků (InSQL) zpracování
archivovaných dat
(Data Trigger – DT) úložiště aktuálních dat (Data Server – DS)
driver měřicích
ústředen (ASNT) driver měřicích ústředen (Valvelifting)
přenos dat do/z vibrodiagnostiky (Vibrocopy atd.)
konfigurátor (PVConfig)
měřicí ústředny Peekel bloková dozorna
plývají ze skutečnosti, že diagnostický sys- tém nelze jen spustit. Je třeba jej také po ce- lou dobu provozu Z příslušného technolo- gického zařízení „udržovat v chodu“. Jinými slovy, jde o „nikdy nekončící proces“, kte- rý vyžaduje:
− kvalifikované pracovní síly (technika bez znalých lidí nefunguje, resp. nepomáhá),
− neustálé ukládání a vyhodnocování dia- gnostických dat, které mj. umožní neustá- le dolaďovat diagnostické algoritmy,
− vždy aktualizovaný a adekvátní zásah na základě zjištěných diagnóz, které se neu- stále zpřesňují,
− neustálé plánování a reagování na změny,
Základní členění technické diagnostiky vybraných výrobních zařízení (typu výrobních linek, elektráren, tepláren apod.)
1. Podle vztahu k provozním stavům: Může jít o diagnostiku provozní (on-line) nebo servisní (off-line). Provozní diagnostika vyžaduje permanentní provoz potřebných diagnos- tických prostředků (snímačů, vyhodnocovacích jednotek) jako pevné součásti instalovaných řídicích, resp. diagnostických systémů. Mimo jiné umožňuje také archivovat provozní stavy pro následnou analýzu. Servisní diagnostika může využívat již instalované provozní měři- cí řetězce (celé či jejich části – senzory, archivovaná naměřená data atd.), nebo je provádě- na s použitím dodatečně a dočasně instalovaných diagnostických prostředků. Obě možnos- ti lze také kombinovat. Provozní stavy lze rovněž nahlížet jako fáze životního cyklu techno- logického zařízení a definovat povýrobní diagnostiku (Factory Acceptance Testing – FAT), diagnostiku po konečné montáži (při oživování a při finální kontrole; Site Acceptance Te- sting – SAT) a diagnostiku v průběhu provozní exploatace (servisní, kontrolně inspekční, monitorovací).
2. Podle zaměření: Diagnostikováno může být řízené technologické zařízení anebo sa- motný řídicí systém (toto členění souvisí také s ad 5).
3. Podle lokality: Diagnostický systém je primárně provozován místně, tj. s uživatelským rozhraním (vizualizací) umístěným „přímo“ u sledovaného objektu (např. turbíny), a je tak určen pro místní obsluhu nebo pracovníkům údržby. Je ale možné a užitečné zprostředkovat přenos diagnostických výstupů na dálku (remote), na tzv. vzdálené pracoviště (s použitím různých dostupných komunikačních kanálů a protokolů). Vzdáleným pracovištěm může být např. „centrální dispečink“ sloužící buď účelům provozovatele distribuovaných technologic- kých celků, nebo jako prostředek „rozšířeného servisu“ dodavatele těchto technologických celků pro obsluhu většího počtu jeho zákazníků (opět viz ad 5). Specifickým případem je přístup na dálku k diagnostickým prostředkům řídicího systému, což je pro dodavatele to- hoto systému velmi výhodné při výskytu problémů.
4. Podle kauzality: Jestliže diagnostický systém (jeho funkce) nastoupí v okamžiku po- ruchy (čili post factum, někdy až post festum), dokáže v nejlepším případě již pouze stano- vit diagnózu, ale důsledky poruchy (škoda na materiálu nebo zařízení, ztráta času) již ne- odvrátí; zpravidla jde o diagnostiku off-line. Je-li naproti tomu instalován a v provozu dia- gnostický systém on-line, je zde potenciální možnost predikovat blížící se problém, což je primární předpoklad k jeho vyřešení nebo odvrácení. A ještě další pohled na časové násled- nosti – jestliže nastane určitý problémový stav, který obsluha nedokázala rozpoznat z namě- řených údajů (nebyl a priori k dispozici dostatečně dobrý datový obraz takového stavu), lze analýzou uložených historických diagnostických dat zjistit, proč problém vznikl, a alespoň pro příště je zde šance se mu vyhnout (viz též ad 1).
5. Podle uživatele: Instalovaný diagnostický systém technologického zařízení může vy- užít jak dodavatel (z důvodů servisu, hlídání provozní kázně provozovatelem, technické po- moci provozovateli), tak i provozovatel zařízení (prosté sledování stavu technologického za- řízení, plánování údržby apod.). V případě diagnostického systému vlastního řídicího sys- tému je nejprve uživatelem diagnostiky dodavatel řídicího systému, kterému zefektivňuje proces uvádění do provozu celého systému automatického řízení. V rutinním provozu dia- gnostika řídicího systému může sloužit i provozovateli řídicího systému k identifikaci a lo- kalizaci poruch a často je nástrojem poskytujícím dodavateli potřebné informace při záruč- ním i pozáručním servisu (dodavatel si je může nechat zjistit pracovníkem údržby provozo- vatele nebo je mít on-line k dispozici – viz ad 3 – a na jejich základě se může rozhodnout, kdo a s jakými opravnými prostředky vyjede k odstranění poruchy).
6. Podle specializace: Diagnostika může být řešena separátními diagnostickými pro- středky, které nemají přímou souvislost s řídicím systémem, nebo naopak může být součás- tí řídicího systému.
− neustálou údržbu vlastního diagnostického systému (čidla a měřicí aparatura, vyhod- nocovací jednotky, aktualizace programo- vého vybavení),
− odůvodněné dodatečné investice (na zá- kladě diagnóz, změn technologie i řídicích systémů, změn legislativy),
− účinné zapojení všech zúčastněných pra- covníků do procesu udržování diagnostiky v chodu, včetně stálého aktivního kontaktu s výrobci komponent technologického za- řízení a dodavateli řídicího a diagnostické- ho systému,
− zodpovědný manažerský přístup, tj. mít ne- ustále na mysli zmíněné body.
Po sečtení uvedených trvalých provozních požadavků s nemalými náklady na pořízení diagnostiky se v dalším můžeme pokusit od- povědět na závěrečnou otázku, formulovanou ostatně již v úvodu.
6.4 Je-li diagnostika užitečná, proč je tak složité přesvědčit zákazníka, aby ji zavedl?
Vzhledem ke složité spleti přínosů dia- gnostiky, souhrnných nákladů na ni a mnoha vnějších i vnitřních návazností, jak je nazna- čeno v dosavadním textu, lze jen těžko na- jít jednu univerzální odpověď. Zkusme tedy formulovat alespoň několik odpovědí dílčích (s poznámkou, že je zde řeč výhradně o těch zákaznících, kteří redukují své požadavky víceméně na nejnutnější základ; odpovědi se v žádném případě netýkají těch osvícených provozovatelů, kteří vidí dále než za konec záruční doby). Zde jsou:
− abychom nezačali hned u zákazníka, je nutné spravedlivě uznat, že pro skutečný přínos takovýchto nadstavbových systé- mů jsou od dodavatele požadovány ne- jen značné znalosti a zkušenosti, ale také schopnost dobře vysvětlit zákazníkovi (uživateli) všechna pro a proti tak, aby jeho rozhodnutí bylo skutečně kvalifiko- vané,
− o peníze jde „vždy až na prvním místě“, takže důvodem k odmítnutí možnosti rea- lizovat diagnostický systém je dosti často celková výše finančních nákladů na jeho pořízení a následný provoz,
− jestliže ani peníze nejsou problém, je mož- né, že důvodem odmítnutí diagnostiky je uvědomění si objemu prací (a potřeby lid- ských zdrojů) nutných k udržení koupeného systému v chodu, a to po celou dobu pro- vozního života technologického zařízení,
− protože jde o svého druhu „pojištění“, je častým jevem, že provozovatel, který se ještě nedostal do větších problémů (nedo- šlo u něj k havárii s dalekosáhlými důsled- ky a výraznými finančními dopady), nepo- ciťuje potřebu těmto problémům předchá- zet: heslem je „to se nám stát nemůže“; to je postoj poměrně dobře známý a je spojen i s tím, že taková „havarijní“ zkušenost je nepřenosná,
− s naposled uvedeným souvisí, že firma si nedává do souvislostí náklady na zavede- ní diagnostiky s náklady na likvidaci škod (zvláště u chemických provozů vinou „do- minového efektu“, často srovnatelnými s náklady na vybudování celé nové výrob- ní linky); klíčovými pojmy zde jsou spo- lehlivost, bezpečnost a pravděpodobnost,
− někdy může být příčinou odmítnutí re- alizace diagnostického systému i to, že dodavatel řídicího a potenciálně i dia- gnostického systému narazí na odmíta- vé stanovisko dodavatele vlastního tech- nologického zařízení, který instalaci dia- gnostiky nejenže nevyžaduje, ale nechce ji ani podporovat,
− přestože pojem TCO (Total Cost of Owner- ship, čili celkové náklady na vlastnictví s významem „neplatím za něco, co si teď koupím, ale za něco, co budu ještě mno- ho let používat“) je na významové úrovni obecně dobře znám, není podle všeho do- statečně uváděn do praxe a velmi často ví- tězí krátkodobé (tj. aktuální finanční) hle- disko; pod heslem „cost cutting“ (snižo- vání nákladů) se zapomíná, že (provozní) náklady nemají být redukovány na mini- mální, ale na optimální úroveň, kde opti- mem by mělo být tolik, kolik je zapotřebí pro „udržování výrobního zařízení v chodu po celou dobu jeho provozního života“.
Pravděpodobně by bylo možné najít i dal- ší důvody, nicméně ty již uvedené se autorům na základě zkušeností z jejich praxe (v růz- ných rolích: dodavatele, subdodavatele, kon- zultanta, pozorovatele, ale i zákazníka) jeví jako relevantní a důležité.
K uvedenému výčtu „odpovědí“ lze na- víc poznamenat, že ačkoliv se celý článek zabývá technickou diagnostikou, lze dojít k témuž závěru i v těch situacích, kdy je po- ložena otázka, proč si zákazník odmítá kou- pit nějakou vyšší funkci, resp. přidanou hod- notu k základním vlastnostem dodávaného prostředku.
7. Závěr
V článku se autoři snaží uvést problema- tiku technické diagnostiky do souvislostí jed- nak s řídicími systémy, jednak s potřebami a důsledky použití diagnostických systémů v oblasti spolehlivosti, bezpečnosti a údržby (resp. pozáručního servisu). Jejich znalosti i zkušenosti z praxe ukazují, že diagnostika a její použití ke zvýšení spolehlivosti a bez- pečnosti provozovaných technologických za- řízení je a bude velmi důležitou potenciální součástí dodávek řídicích systémů všeho dru- hu. V rámci úvah o dlouhodobé spolehlivos- ti a udržitelnosti provozu zákazníkova výrob- ního zařízení je zřetelný význam stálé péče o samotné technologické zařízení i o doda- ný řídicí systém. Pravidelný pozáruční ser- vis dodaných prostředků prováděný ve spo- lupráci s provozovatelem a s technickou pod- porou (auto)diagnostiky řídicího systému je prvním krokem k zavádění dalších diagnos- tických systémů.
Literatura:
[1] Kolektiv autorů: Sborník konference TD 2007 – Diagon 2007. UTB Zlín, 2007.
[2] Kolektiv autorů: Sborník konference Energo- matika 2007. IDG a T&P, Praha 2007.
[3] VDOLEČEK, F.: Spolehlivost a technická diagnostika. FSI VUT Brno, 2002; dostupné na http://autnt.fme.vutbr.cz/Lab/A1-731a/FSD.
[4] ČERNÝ, L.: Diagnostics and predictive main- tenance in the technological processes. FEEC VUT Brno, 2004; dostupné na http://www.
feec.vutbr.cz/EEICT/2004/sbornik/03-Dok- torske_projekty/03-Kybernetika_a_automati- zace/01-cernyl.pdf
[5] VELHARTICKÝ, P.: Diagnostika systému řízení regulačních kazet jaderného reaktoru.
In: Sborník konference ARaP 2007, FSI ČVUT, Praha, listopad 2007, ISBN 978-80-903844-1-5, s. 97–102.
[6] PETELÍK, S. – ZOZULÁKOVÁ, I – NOVÁK, Z.: Diagnostika řídicího systému parní turbíny.
Automa, 2008, roč. 14, č. 1, s. 20–22.
Ing. Jaroslav Jančík (jaroslav.jančík@zat.cz), Ing. Jiří Vacátko (jiri.vacatko@zat.cz), ZAT a. s.
Článek je editovanou verzí stejnojmenného pří- spěvku předneseného na konferenci Automatizace, regulace a procesy – ARaP 2007, Praha, listopad 2007.
jů, kde si operátoři, dispečeři i manažeři pře- jí, aby viděli stejný proces, avšak z různých úhlů pohledu, na různých úrovních a čas- to i na odlišných hardwarových a softwaro- vých platformách.
Díky využití vlastností integrované archi- tektury je společnost Rockwell Automation schopna nabídnout velikostně i výkonnostně přizpůsobitelné systémy pro vizualizaci zalo- žené na stejné univerzální technice bez ohle- du na rozsah úlohy. Největší výhodou toho- to přístupu je skutečnost, že konstruktéři se musí seznámit pouze s jednou platformou, která bude využitelná pro nejrůznější stroje nebo zařízení – velké i malé.
Výhody pro konstruktéry strojů nebo sys- témové integrátory jsou zřejmé. Nejenže ne- bude podstatně omezena variabilita kompo- nent při konstrukci různých strojů, ale pro- gramátoři vytvářející vizualizační programy
Výkonnostně a velikostně přizpůsobivé vizualizační systémy
Stejně jako konektivita a modularita, je i přizpůsobitelnost z hlediska velikosti a vý- konu jedním z významných aspektů, kte- ré musí každý konstruktér strojů a zařízení brát v úvahu při výběru vhodných kompo- nent pro daný projekt. Díky přizpůsobivým systémům, použitelným pro stroje a zaříze- ní různé funkce a velikosti, se mohou kon- struktéři vyhnout mnohým problémům spo- jeným s instalacemi systémů vyvíjených na zakázku. I při tom však existují oblasti, kde mohou nastat komplikace. Jde např. o spo- lupráci s větším počtem prodejců automa- tizační techniky – především s těmi, kte- ří nabízejí vybavení pouze z jedné oblasti.
To vede k nutnosti kombinovat a slaďovat v jednom zařízení či projektu komponenty od různých výrobců. Jednou z oblastí, kde je takováto situace naprosto zřejmá, je oblast komponent pro vizualizaci a ovládání stro-
získají také znatelně větší jistotu, protože bu- dou pracovat v jednotném vývojovém prostře- dí. To může zmenšit pravděpodobnost omylu, ale nabízí se zde i možnost podstatně zrych- lit všechny důležité procesy související s ná- vrhem, výrobou i uvedením zařízení do pro- deje. Navíc k provozu i údržbě může být vy- užit tentýž vizualizační systém, což zvyšuje efektivitu stroje po celou dobu jeho technic- kého života.
Skupina výrobků určených pro vizualiza- ci od společnosti Rockwell Automation ob- sahuje ve svém typovém označení slovo View a zahrnuje operátorské panely různých veli- kostí a provedení PanelView, panelové počí- tače VersaView a vizualizační software Fac- toryTalk View. Kromě toho, že tato skupina výrobků obsahuje hardware různých velikostí i software s různým výkonem, je další nespor- nou předností, že přenáší koncepci integrova- né architektury i do těch nejmenších úloh. Zá- kladní myšlenku skupiny produktů View lze nejlépe vystihnout jako strategii „jednotných, plně integrovaných velikostně a výkonnostně přizpůsobitelných vizualizačních komponent v rámci celého výrobního podniku“.
Jedním z nejdůležitějších faktorů v procesu návrhu, vývoje a uvedení produktu do pro- deje je čas. V důsledku stále větších požadavků, které trh klade na výrobce, jsou zase oni nuceni zkracovat lhůty systémovým integrátorům a konstruktérům strojů. Zásadní otázkou je, jak až mohou být tyto lhůty na všech úrovních procesu zkráceny, aniž by byla ovlivněna kvalita konečného produktu nebo služby, které zákazník obdrží.
