Použití technologické databáze Wonderware IndustrialSQL Server v a. s. Bonatrans

Použití technologické databáze Wonderware IndustrialSQL Server v a. s. Bonatrans

Článek volně navazuje na představení nové verze relační databáze reálného času Wonderware IndustrialSQL Server 8.0. v čísle 8-9/2002 tohoto časopisu [1]. Formou případové studie popisuje způsob použití a přínosy této výkonné „tovární“ databáze ve společnosti Bonatrans a. s., Bohumín, jejímž hlavním programem je výroba železničních dvojkolí.

Popis aplikace byl poskytnut tvůrcem celého řešení – ostravskou firmou ELDAT a. s., která patří mezi dlouholeté systémové integrátory firmy Wonderware v našem regionu.

Informace o dalších vybraných aplikacích realizovaných s databází IndustrialSQL Server v ČR nebo SR a o jejich přínosech pro koncové uživatele lze nalézt např. ve [2] a [3].

ELDAT a. s.

Společnost ELDAT a. s. byla založena v roce 1992. Zaměřuje se zejména na kompletní dodávky elektrických zařízení a systémů kontroly a řízení technologických procesů od projektu, přes dodávku, montáž, školení a tvorbu programového vybavení až po komplexní vyzkoušení a záruční a pozáruční servis.

Společnost ELDAT nabízí také speciální služby v oblastech kvalifikovaných metod číslicové regulace, identifikace řízených soustav, dynamické optimalizace nastavení regulačních okruhů a snižování energetické náročnosti tepelných procesů s uplatněním statických i dynamických modelů řízení.

Popis technologie – kovárna náprav v Bonatransu a. s.

Výchozím materiálem pro výrobu železničních náprav jsou předvalky od vnějších dodavatelů. Předvalky jsou ohřívány v krokové peci a vykovávány ve tvarových kovadlech kovacího lisu. Po vykování jsou nápravy dopraveny k pálicímu stroji, kde jsou upraveny na požadovanou délku a následně jsou na jejich čela vyraženy číslo tavby a další potřebné identifikační znaky. Poté se nápravy tepelně zpracovávají v krokové žíhací peci. Náprava může projít žíhací pecí i několikrát při použití různých druhů tepelného zpracování s následným kalením a rovnáním.

Aplikace databáze IndustrialSQL Server je použita v úseku technologie s označením „Žíhací pece“, který zahrnuje dopravu náprav a vlastní žíhací pece.

K dopravě náprav v úseku žíhacích pecí slouží vstupní chladník, válečkové dopravníky na vstupu pecí vybavené stavitelnými zarážkami a tlačkami a výstupní valník navazující na rovnačku, kalicí nádrž a výstupní chladník. Po označení ve značkovači je náprava automaticky identifikována a postupuje přes chladníky a válečkové dopravníky na vstup žíhacích pecí. Nápravy přijaté na vstupní chladník mimo značkovač (k opakovanému tepelnému zpracování) jsou evidovány operátorem podle pozice na chladníku a místa určení (žíhací pec 1 nebo 2). Do cílové pece jsou nápravy vkládány automaticky s taktem odpovídajícím technologickému předpisu platnému pro danou nápravu.

Žíhací pec kovárny náprav je rozdělena do čtyř zón. Je vybavena 24 hořáky pracujícími v režimu on-off. Regulována je teplota v jednotlivých zónách, tlak médií vstupujících do procesu spalování, tlak v peci a činnost okruhů předehřevu spalovacího vzduchu. Podélnou dopravu materiálu v peci zabezpečuje hydraulicky ovládaný krokovací mechanismus. Hořáky v zónách i v peci jako celku jsou řízeny algoritmem splňujícím podmínku automatického nového zapálení hořáku po výpadku i vyloučení zapalování dvou hořáků současně a zajišťujícím koordinaci cyklu zapalování hořáků v peci a zóně spolu s korekcí podélné a příčné asymetrie ohřevu materiálu v zónách při nefunkčním hořáku.

Systém řízení

4.1 Úloha systému řízení
Úlohou systému řízení je automatizovat řízení dopravy a ohřevu materiálu na základě detailních technologických předpisů tepelného zpracování náprav v žíhacích pecích (DTP) a zajistit vyhodnocení a dokladování míry shody mezi požadovaným a skutečným průběhem technologického procesu.

Systém řízení zajišťuje zejména:

• řízení technologického zařízení na základě parametrů zadaných obsluhou nebo získaných z databáze,
• správu technologických předpisů charakterizujících podmínky výrobních operací,
• aplikaci těchto předpisů na přímé řízení technologického procesu,
• archivaci skutečného průběhu technologického procesu a operací s výrobky,
• vyhodnocení skutečného průběhu technologických operací ve vztahu k danému technologickému postupu,
• dokladování průběhu zpracování jednotlivých výrobků podle požadavků zákazníků ve vazbě na normy řady ISO 9000:2000.

Podle realizovaných funkcí lze systém řízení rozdělit do tří úrovní – základní, operativní a výrobní.

4.2 Základní úroveň řízení
Základní úroveň řízení je realizována automaty Siemens Simatic S7, které zajišťují řízení dopravy před a za pecemi, stabilizaci teplotního režimu a řízení podélné dopravy v peci. Komunikace mezi programovatelnými automaty a operativní úrovní řízení je realizována po síti Profibus-DP. Na straně operativní úrovně řízení zajišťuje komunikaci dvojice komunikačních serverů Wonderware I/O Server instalovaných na jednotlivých operátorských pracovištích a pracujících v režimu tzv. horké zálohy.

4.3 Operativní úroveň řízení
Na operativní úrovni, kde se obsluha stýká s technologickým procesem, sleduje řídicí systém pohyb náprav v úseku dopravy a žíhacích pecí. Každá náprava si nese informaci o tom, jakým technologickým postupem má být zpracována. Požadované hodnoty řízených veličin technologického uzlu (teploty zón, doba pobytu, krok a perioda vsádky atd.) jsou automaticky modifikovány na základě DTP. Veškeré informace o technologickém procesu jsou přitom dostupné na počítačích operátorů pecí v prostředí vizualizačních systémů InTouch, přičemž jednotlivé stanice jsou k počítači s databází IndustrialSQL Server připojeny rychlým Ethernetem (Fast Ethernet).

Na operativní úrovni řízení se nachází i pracoviště mistra pecí, který má také přístup k veškerým technologickým datům prostřednictvím systému InTouch, avšak s omezenou možností přímých zásahů do řízení technologie.

Operátor pecí zadává charakteristické údaje zpracovávané skupiny náprav (číslo tavby, jakost, obsah ekvivalentního uhlíku, kovací postup, druh tepelného zpracování). Na základě těchto údajů jsou v databázi IndustrialSQL Server vyhledány žádané hodnoty technologických veličin obsažené v DTP (teploty zón, doba pobytu výrobku, krok a perioda sázení, teplota kalicí lázně a doba kalení atd.). Operátorská stanice umožňuje evidovat současně až dvanáct skupin zpracovávaných náprav.

Fyzické oddělení technologické a podnikové počítačové sítě zajišťuje počítač s databází IndustrialSQL Server. Databáze je provozována v prostředí operačního systému Microsoft Windows 2000 Server (obr. 1).

IndustrialSQL Server primárně zpracovává naměřená data z úseku žíhacích pecí doplněná dalšími potřebnými údaji. Specificky se zaznamenávají data o tepelném zpracování až na úroveň jednotlivých výrobků. Ukládají se i události popisující operace s výrobky (evidence, postup tepelného zpracování, sledování pohybu).

V databázi IndustrialSQL Server jsou rovněž spravovány postupy zpracování náprav v žíhacích pecích (DTP). Podoba a obsah tabulek jsou podřízeny potřebám automatizovaného předávání DTP pro řízení ohřevu v žíhací peci a pro kalení. Databáze zahrnuje tabulky DTP pro ohřev na kalicí teplotu, kalení, popouštění, žíhání a tabulky rozměrů, hmotnosti náprav a postupu vkládání.

4.4 Výrobní úroveň řízení
Výrobní úroveň řízení představují stávající počítače podnikové sítě s klientskými aplikacemi určenými pro přístup k databázi IndustrialSQL Server. Vytvořený systém technologům umožňuje snadno zadávat technologické postupy (DTP) a zpětně sledovat a vyhodnocovat skutečný průběh výroby.

Na této úrovni řízení se jako hlavní klientské prostředí pro přístup k datům uloženým v databázi IndustrialSQL Server používá běžný internetový prohlížeč. Přístup k datům je tak možný z libovolného počítače v intranetové síti společnosti Bonatrans.

Základní analýza dat se na klientských pracovištích provádí pomocí dynamicky generovaných formulářových sestav (obr. 2). Aplikační vrstva realizuje algoritmy pro analýzu výroby (čísla taveb, výrobků, postupy technologických operací, bilance), vyhodnocení kvality (porovnání DTP a skutečného průběhu tepelného zpracování), vyhodnocení spotřeby a měrné spotřeby pece pro specifikované podmínky, analýzu poruch technologie (profylaxe a údržba) a formalizaci souborových výstupů.

Pro rozšířenou analýzu a prezentaci dat (časové průběhy, výstražná hlášení) se využívají prvky ActiveX z rodiny klientských aplikací Wonderware ActiveFactory.

5. Přínosy zvoleného řešení

Zvolené řešení na bázi otevřené technologické databáze IndustrialSQL Server a klientských aplikací Wonderware ActiveFactory umožňuje všem zainteresovaným pracovníkům firmy Bonatrans vyhledávat a nacházet potřebná výrobní data tak, že mohou snáze porozumět komplexním vztahům a závislostem mezi hodnotami technologických veličin, výrobními podmínkami, událostmi při výrobě a kvalitativními ukazateli výroby za účelem dosažení co největší efektivity.

Zásadními přínosy implementace popsaného řešení jsou zejména:

• snadná správa technologických předpisů, které charakterizují podmínky výrobních operací, a jejich použití k přímému řízení technologického procesu,

• možnost dlouhodobě archivovat skutečný průběh technologických operací s možností snadno porovnávat skutečný průběh výroby s předepsaným technologickým postupem,

• možnost snadno doložit průběh zpracování konkrétního (jednotlivého) výrobku podle požadavků zákazníků ve vazbě na normy řady ISO 9000:2000.

Ve firmě Bonatrans jsou spolu s uvedenými žíhacími pecemi provozovány také karuselová pec pro ohřev špalků a tunelové pece pro tepelné zpracování vyválcovaných kol.

Vzhledem k úspěšné implementaci popsaného řešení řídicího systému úseku žíhacích pecích se předpokládá, že technologická síť operátorských stanic žíhacích pecí a databáze IndustrialSQL Server budou postupně rozšířeny i na tato technologická zařízení. Potom bude možné snadno implementovat stejné funkce ve vazbě na DTP a sběr technologických a transakčních údajů, jako tomu již je u žíhacích pecí.

V cílovém stavu by měly být sjednoceny i ostatní rekonstruované a nově budované technologické úseky na základně Wonderware FactorySuite, která zajistí snadný přístup ke všem technologickým procesům, včetně archivace dat o jejich skutečném průběhu.

6. Závěr

Na dalším konkrétním příkladu se prokazuje správnost koncepce firmy Wonderware, která vychází z toho, že důležitá rozhodnutí související s optimalizací výrobních procesů jsou velmi závislá na přesných a včasných informacích z výroby.

Správa technologických informací a jejich snadná dostupnost a věrohodnost se tak stávají klíčovými prvky při zvyšování efektivity a produktivity výroby.

Ke spolehlivosti a efektivitě toku dat a informací může značnou měrou přispět databáze Wonderware IndustrialSQL Server, která je osvědčeným a robustním řešením umožňujícím vybudovat technologický datový sklad jsoucí v současnosti nezbytnou součástí podnikové infrastruktury IT.

Internetové odkazy:
http://www.wonderware.com
http://www.pantek.cz
http://www.eldat.cz

Ing. Jiří Nikl,
Pantek (CS) s. r. o.

Pantek (CS) s. r. o.
Škroupova 957
Hradec Králové 2
tel.: 495 219 072-3, 495 211 405
fax: 495 215 574
http://www.pantek.cz