Как подготовить предприятие к комплексной автоматизации: чек-лист главного инженера

Автоматизация предприятия редко начинается с выбора ПЛК, датчиков или программной платформы. Основные проблемы часто обнаруживаются раньше — когда выясняется, что оборудование описано не полностью, схемы устарели, а данные о производстве находятся в разных системах.

Комплексная автоматизация затрагивает технологическое оборудование, КИПиА, электроснабжение, системы управления, диспетчеризацию и IT-инфраструктуру. Поэтому до проектирования нужно собрать исходные данные и согласовать требования всех подразделений, которые будут работать с системой.

Ошибки на этом этапе приводят к переделкам во время реализации. Приходится менять архитектуру, корректировать состав оборудования, прокладывать дополнительные линии связи или пересматривать отдельные решения.

Ниже собраны основные вопросы, которые стоит проверить главному инженеру перед запуском проекта.

Что означает «предприятие готово к комплексной автоматизации»

Готовность к автоматизации определяется не количеством современного оборудования. Важно понимать, какие задачи должна решить система, в каком состоянии находится существующая инфраструктура и какие ограничения есть у производства.

Перед проектированием стоит проверить следующие пункты.

1. Понятны цели автоматизации. Определены задачи, ради которых запускается проект: сокращение простоев, снижение количества ручных операций, контроль качества, повышение производительности, учет ресурсов или объединение разрозненных систем.
2. Описаны основные технологические процессы. Выделены критичные участки, узкие места, ручные операции и параметры, которые требуют постоянного контроля.
3. Собраны актуальные данные об оборудовании. Известны производители, модели, срок эксплуатации, техническое состояние, интерфейсы и возможность подключения оборудования к новой системе.
4. Проверены КИПиА и средства автоматики. Понятно, какие параметры измеряются, какие датчики установлены и каких данных сейчас не хватает для управления процессом.
5. Изучена действующая система управления. Определены используемые ПЛК, SCADA, шкафы автоматики, операторские станции, промышленные сети и протоколы обмена.
6. Определены требования к интеграции. Понятно, какие системы должны обмениваться данными и какие интерфейсы потребуются для их объединения.
7. Проверена инженерная инфраструктура. Оценены электроснабжение, резервное питание, серверная инфраструктура, сети, кабельные трассы, помещения и условия эксплуатации оборудования.
8. Учтены надежность и информационная безопасность. Определены требования к резервированию, доступу пользователей, сегментации сети, резервному копированию и восстановлению системы.
9. Назначены ответственные специалисты. В проект вовлечены технологи, энергетики, КИПиА, IT, эксплуатационный персонал и другие специалисты, чьи требования влияют на систему.
10. Определены критерии результата. Зафиксировано, по каким показателям предприятие будет оценивать эффект от автоматизации.

Если по нескольким пунктам нет точных ответов, перед проектированием стоит провести обследование. Оно позволит собрать исходные данные и определить реальные границы проекта.

1. Определить цели проекта

До выбора оборудования нужно сформулировать задачи будущей системы.

Главному инженеру стоит ответить на несколько вопросов:

• Какие проблемы производства должна решить автоматизация?
• Какие участки требуют наибольшего внимания?
• Нужно ли сократить простои?
• Какие ручные операции следует исключить или уменьшить?
• Требуется ли улучшить контроль качества?
• Нужно ли контролировать расход электроэнергии, сырья или других ресурсов?
• Какие данные нужны руководителям и инженерным службам?
• Нужно ли объединить существующие системы управления?

Цель должна быть связана с конкретной задачей производства. Само внедрение новой АСУ ТП не дает измеримого эффекта, если неизвестно, какие показатели необходимо улучшить.

После определения целей формируют требования к системе и только затем переходят к выбору архитектуры и оборудования.

2. Провести аудит технологических процессов

Автоматизировать процесс, устройство которого предприятие само описывает неточно, сложно. Поэтому перед проектированием нужно проверить, как производство работает фактически.

В ходе аудита изучают:

• основные технологические цепочки;
• критичные операции;
• ручные действия персонала;
• участки с частыми отклонениями;
• узкие места;
• параметры, которые сейчас контролируются вручную;
• аварийные режимы и порядок реакции персонала.

Отдельно стоит обсудить с технологами планы развития производства. Если в ближайшие годы планируется расширение линии или установка нового оборудования, это учитывают в архитектуре заранее.

Полезно задать технологу несколько практических вопросов: где чаще возникают отклонения, какие операции занимают больше времени, какие параметры приходится проверять вручную и какие данные нужны для оценки качества продукции.

Ответы помогают определить участки, где автоматизация решает конкретную производственную проблему.

3. Провести инвентаризацию оборудования

Перед проектированием нужно точно знать, с каким оборудованием предстоит работать.

Собирают сведения:

• о составе оборудования;
• производителях и моделях;
• годе выпуска;
• техническом состоянии;
• сроке эксплуатации;
• установленных контроллерах и датчиках;
• интерфейсах связи;
• возможностях интеграции;
• наличии документации;
• критичности оборудования для производства.

Возраст оборудования сам по себе не является основанием для замены. Исправный станок или агрегат можно сохранить, если он соответствует технологическим требованиям и его удается надежно подключить к новой системе.

Решение о замене принимают после оценки технического состояния, надежности, доступности комплектующих и стоимости дальнейшей эксплуатации.

4. Проверить КИПиА и контрольно-измерительные приборы

Автоматическая система принимает решения на основе данных от датчиков и измерительных приборов. Если эти данные неточные или неполные, качество управления будет ограничено.

Перед проектированием проверяют:

• какие параметры измеряются;
• какие значения снимаются вручную;
• где установлены датчики;
• соответствуют ли приборы требованиям процесса;
• как организована поверка;
• какие сигналы поступают в систему управления;
• какие участки не имеют необходимого контроля.

Особое внимание уделяют зонам, где состояние оборудования невозможно оценить без присутствия сотрудника.

По результатам проверки может потребоваться модернизация КИПиА. Иногда для полноценной автоматизации достаточно добавить несколько измерительных каналов, а не менять всю систему.

5. Оценить существующую АСУ ТП и системы управления

На действующем предприятии автоматизация часто развивается постепенно. Поэтому рядом могут работать ПЛК разных поколений, несколько SCADA-систем и различные сетевые решения.

Перед модернизацией проверяют:

• программируемые логические контроллеры;
• SCADA-системы;
• шкафы автоматики;
• операторские станции;
• промышленные сети;
• протоколы обмена;
• резервирование;
• архивирование;
• существующие алгоритмы управления.

После этого определяют дальнейшую стратегию. Часть оборудования можно сохранить и интегрировать в новую систему. Если существующая архитектура не отвечает требованиям надежности или расширения, отдельные участки модернизируют или заменяют.

6. Проверить совместимость оборудования и систем

Оборудование разных производителей не всегда способно напрямую обмениваться данными. Различаться могут физические интерфейсы, протоколы, форматы данных и способы настройки.

При обследовании проверяют:

• производителей оборудования;
• используемые протоколы;
• интерфейсы;
• поколения контроллеров;
• нестандартные решения;
• ограничения программного обеспечения.

Заранее определяют, какие данные должны передаваться между системами. После этого выбирают способ сопряжения: прямое подключение, коммуникационный шлюз, промежуточный контроллер или другое решение.

Такой подход снижает риск ситуации, когда выбранное оборудование формально совместимо с системой, но не позволяет получить необходимые данные.

7. Оценить инфраструктуру предприятия

Новая система управления требует подготовленной инфраструктуры. Ее состояние проверяют до начала монтажных работ.

Необходимо оценить:

• электроснабжение;
• резервное питание;
• серверное оборудование;
• промышленные сети;
• каналы связи между участками;
• шкафы автоматики;
• кабельные трассы;
• заземление;
• климатические условия;
• помещения для операторов и серверного оборудования.

Отдельные ограничения способны существенно изменить проект. Если на участке нет свободных кабельных трасс, резервного питания или подходящего сетевого подключения, это учитывают еще до разработки рабочей документации.

8. Определить требования к диспетчеризации и данным

Автоматизация дает не только управление оборудованием. Она формирует массив производственных данных, который используется операторами, инженерными службами и руководителями.

Заранее определяют:

• какие параметры нужны оператору;
• какие данные нужны начальнику смены;
• что должен видеть главный инженер;
• какие значения требуется архивировать;
• какие отчеты нужно формировать;
• требуется ли интеграция с MES или ERP;
• какие данные должны передаваться в другие системы.

Не стоит собирать все доступные данные без цели. Для каждого параметра определяют назначение и способ дальнейшего использования.

9. Учесть промышленную и информационную безопасность

Вопросы безопасности закладывают в архитектуру до подключения оборудования к сети.

Необходимо определить:

• права пользователей;
• правила удаленного доступа;
• сегментацию промышленной сети;
• резервное копирование;
• порядок восстановления;
• требования к резервированию;
• защиту критичных компонентов;
• ответственность за эксплуатацию системы.

Безопасность касается не только программного обеспечения. Важны также настройки оборудования, организация доступа и действия персонала при отказах.

10. Подготовить техническое задание

Техническое задание фиксирует требования предприятия и границы проекта. Оно служит основой для проектирования, оценки работ и последующей приемки системы.

В ТЗ стоит определить:

• границы проекта;
• исходное состояние объекта;
• цели автоматизации;
• функциональные требования;
• требования к оборудованию;
• программное обеспечение;
• необходимые интеграции;
• протоколы и интерфейсы;
• резервирование;
• информационную безопасность;
• этапы внедрения;
• порядок испытаний;
• обучение персонала;
• состав исполнительной документации.

Четкое ТЗ помогает избежать разных трактовок результата и заранее определить ответственность участников проекта.

Ошибка 1. Начинать с выбора оборудования

Контроллер или SCADA-система не определяют задачи предприятия. Сначала формируют требования к автоматизации, затем выбирают технические средства.

Ошибка 2. Автоматизировать всё сразу

Одновременная модернизация всех участков усложняет проект и увеличивает нагрузку на производство. При крупных проектах разумно определить очередность работ и выделить критичные участки.

Ошибка 3. Не учитывать существующую инфраструктуру

Новое оборудование подключают к уже работающим сетям, системам управления и инженерным коммуникациям. Если не проверить их состояние заранее, проект придется корректировать уже во время реализации.

Ошибка 4. Оставлять персонал за рамками проекта

Операторы и специалисты эксплуатации знают особенности оборудования, которые не всегда отражены в документации. Их требования учитывают при разработке интерфейсов, алгоритмов и регламентов работы.

Ошибка 5. Не закладывать резервирование и развитие

Система, рассчитанная только на текущую конфигурацию производства, быстро сталкивается с ограничениями при расширении. При проектировании оставляют возможность добавлять оборудование, сигналы и рабочие места.

Ошибка 6. Недооценивать документацию

Без актуальных схем и описаний сложнее проводить монтаж, пусконаладку и последующее обслуживание. Исполнительную документацию формируют и актуализируют в рамках проекта.