Dołącz do czytelników
Brak wyników

Rola sieci komunikacyjnych w procesie monitorowania i diagnostyki maszyn (cz. 2)

Artykuł | 14 grudnia 2020 | NR 6
0 67

W pierwszej części artykułu omówiono zróżnicowanie sieci lokalnych wykorzystywanych do nadzoru stanu technicznego maszyn i urządzeń. Komponenty wchodzące w skład takiej sieci mogą być uzależnione od stopnia krytyczności maszyn, których ruch ma być wspomagany z pomocą takich rozwiązań sieciowych. Pokazano przykłady zastosowania sieci do aplikacji dla maszyn krytycznych w energetyce. Na zakończenie omówiono sieci o ograniczonej funkcjonalności diagnostycznej, o której to w pierwszej kolejności decyduje fakt stosowania lub też nie procesorów komunikacyjnych, a jeśli są one stosowane – to stopień zaawansowania ich konstrukcji.

 

W niniejszej części omówiono stosunkowo nowe narzędzie, jakim jest detekcja anomalii, które może być wykorzystywane zarówno do detekcji anomalii w procesie, jak i w odniesieniu do stanu technicznego majątku produkcyjnego. Taka programowa detekcja anomalii wymaga wykorzystania sieci komunikacyjnych.

Wszystkie wcześniej omawiane rodzaje sieci komunikacyjnych były sieciami klasy LAN. Natomiast w przypadku rozwiązań korporacyjnych niezbędne jest także wykorzystywanie sieci klasy WAN, które w dalszej kolejności wymagają interfejsowania z sieciami dedykowanymi innej funkcjonalności. Pokazano sposób takiego interfejsowania między sieciami wykorzystywanymi do identyfikacji potrzeby przeprowadzenia prac mających na celu poprawę stanu technicznego majątku produkcyjnego a sieciami pracującymi bezpośrednio na rzecz utrzymania ruchu i zajmującymi się zarządzaniem realizacją tych prac.

W przypadku niektórych sposobów nadzoru stanu technicznego możliwe jest wykorzystywanie wspólnych sieci, tzn. takich które realizują zarówno pomiary procesowe jak i te prowadzone na rzecz oceny stanu technicznego. Sieci wielofunkcjonalne wymagają zapewnienia odpowiedniego stopnia bezpieczeństwa cybernetycznego. Problematyka ta posiada coraz większe znaczenie w związku z wdrażaniem Internetu Przemysłowego, który także jest intensywnie wykorzystywany w zadaniach na rzecz wspomagania szeroko rozumianego utrzymania ruchu.

 

ROLA SIECI KOMUNIKACYJNYCH W PROCESIE DETEKCJI ANOMALII

Nie w każdym przypadku, dysponując pomiarami wskazującymi na znaczące odchylenie od normy gromadzonych wyników pomiarów, możliwe jest sformułowanie jednoznacznej diagnozy mówiącej o rodzaju rozwijającego się uszkodzenia maszyny. W takiej sytuacji można jedynie powiedzieć, że jej stan wskazuje na jakąś anomalię. Jej rozpoznawanie może nastąpić w sposób intuicyjny, bazując na danych gromadzonych w DCS-ie, bądź też w systemie nadzoru stanu technicznego. Natomiast w celu ich jednoznacznego rozpoznawania wykorzystywane są specjalne systemy. Nie posiadają one ambicji prowadzenia diagnostyki maszyn w rozumieniu [1], a ukierunkowane są na wykrywanie anomalii.

 

Rys. 1. Struktura lokalnej sieci diagnostycznej wspomagającej nadzór stanu technicznego

 

Rys. 2. Struktura skaningowego system diagnostyki

 

Rys. 3. Typowa sieć LAN stacji inżynierskiej systemu monitorowania umożliwiająca wspomaganie diagnostyczne w zarządzaniu stanem technicznym monitorowanych maszyn

Systemy detekcji anomalii dzielą się na programowe oraz sprzętowe. Systemy sprzętowej detekcji anomalii mogą być stosowane dla agregatów napędzanych silnikami wykorzystującymi zasilanie prądem zmiennym [2]. W tym przypadku mogą być one włączone do sieci LAN, jak pokazano na rys. 1, rys. 2 (z wyłączeniem tego fragmentu sieci, który realizuje skaningową akwizycję danych) lub na rys. 3 (jeśli stacja operatorska bazuje na oprogramowaniu SYSTEM 1, to do pojedynczego serwera SYSTEM 1 można podłączyć do 100 monitorów AnomAlert). Ich zastosowanie może mieć także miejsce w sieci LAN zorganizowanej specjalnie dla monitorów AnomAlert. W tym przypadku może być wykorzystywane oprogramowanie ARTESIS MCM-SCADA umożliwiające obsługę w sieci do 200 takich monitorów. W [2] zamieszczono kilka przykładów rozpoznawania anomalii z pomocą rozwiązania sprzętowego.

 

Rys. 4. Rozwiązania systemowe umożliwiające wnioskowanie o ST, bazując na analizach widmowych prądów / napięć (SAD = Serwer Akwizycji Danych)

 

Monitory AnomAlert realizują akwizycję sygnałów elektrycznych (napięcia i prądy) oraz wykorzystują do rozpoznawania anomalii zaszytą w ich wnętrzu inteligencję. Natomiast w wielu przedsiębiorstwach są wykorzystywane zaawansowane sprzętowe zabezpieczenia elektryczne, z wyjściem buforowym, na którym są dostępne, spróbkowane z wystarczająco wysoką częstotliwością sygnały elektryczne, a więc stwarzające możliwość postprocessingu podobnego do realizowanego w monitorach AnomAlert. ARTESIS opracował specjalizowany system iMCM, [8], który umożliwia akwizycję danych z dużej grupy monitorów i zabezpieczeń silników elektrycznych (w tym m.in. M60 MPS, 469 MPS, 369 MPS, 339 MPS), a także generatorów (w tym m.in. G60 GPS). Wszystkie wymienione systemy zabezpieczeń mogą gromadzić dane dynamiczne dla prowadzonych pomiarów elektrycznych i posiadają wyjście sprzętowe umożliwiające link sieciowy do serwera akwizycji danych. W związku z tym, że zabezpieczenia te nie mają w swoim wnętrzu inteligencji dostępnej w monitorach AnomAlert, inteligencja ta została zaimplementowana w serwerze systemu iMCM. Na rys. 4 pokazano strukturę systemu, który może być zaimplementowany do diagnostyki agregatów z napędami elektrycznymi AC na bazie istniejącej już infrastruktury sieci przemysłowej. Po lewej stronie rysunku pokazano zbiór monitorów AnomAlert, a po prawej zbiór różnych zabezpieczeń elektrycznych z serii GE MULTILIN. Wszystkie one mogą być podłączone do sieci i być obsługiwane przez stosowne, znajdujące się w tej sieci, serwery posiadające oprogramowanie dostosowane do obsługi wymienionego sprzętu.

 

Rys. 5. Powiązania między sieciami typu LAN użytkowanymi na rzecz wspomagania procesu produkcyjnego i zarządzania majątkiem produkcyjnym

 

Systemy detekcji anomalii drogą programową wykorzystują wyłącznie dane gromadzone w DCS. Dane te są na ogół buforowane w komputerze odpowiedzialnym za gromadzenie historycznych danych procesowych oraz pomiarów dedykowanych ocenie stanu technicznego majątku produkcyjnego, tak jak to ukazano na rys. 5. Komputer ten został opisany na rysunku jako „historian”. Dysponując wiedzą a priori o rodzaju pomiarów, które mogą być użyteczne dla rozpoznawania anomalii dla różnego majątku produkcyjnego, a także dla różnych procesów produkcyjnych, dokonuje się selekcji wybranych pomiarów i ich transmisji do komputera buforowego dedykowanego bezpośrednio zadaniu rozpoznawania anomalii. Komputer ten jest odizolowany od sieci technologicznej stosowną zaporą sieciową. Specjalizowane oprogramowanie (np. SmartSignal) dla wybranego zbioru danych uczących (a więc takich, które wystarczająco dobrze opisują stan normalny) dokonuje wyznaczenia dla ni-wymiarowej przestrzeni pomiarów granicy ni GR (zwanej w żargonie branży: obwiednią). Mając wyznaczoną obwiednię ni GR, można przejść do generowania ocen bieżących. Jeśli pomiary dla i-tego majątku lub procesu produkcyjnego znajdują się w przestrzeni pozostającej wewnątrz wyznaczonej obwiedni ni GR, to przyjmuje się, że odpowiadają one stanowi normalnemu. Natomiast jeśli pomiary znajdują się poza tą granicą, to wtedy są traktowane jako nienormatywne, a więc świadczą o jakiejś anomalii.

Informacje o rozpoznanej anomalii, w zależności od tego, czy dotyczy ona procesu, czy stanu technicznego majątku, są przekazywane do wiadomości pionu produkcji lub działu UR.

Detekcja anomalii może być prowadzona w oparciu o oprogramowanie znajdujące się w posiadaniu przedsiębiorstwa albo na warunkach outsourcingu. Wtedy usługodawca zewnętrzny musi posiadać dostęp do historiana buforowego, prowadzić sukcesywnie import danych i ich analizę. Jeśli rozpoznawanie anomalii jest realizowane wewnątrz przedsiębiorstwa, to serwer odpowiedzialny za ten proces może być podłącz...

Dalsza część jest dostępna dla użytkowników z wykupionym planem

Przypisy