Jak jakość zasilania wpływa na ciągłość produkcji?
Zakłócenie zasilania trwające ułamek sekundy może pozostać niezauważone przez pracowników, a jednocześnie zatrzymać linię produkcyjną na kilkanaście minut lub dłużej. Restart sterownika, utrata komunikacji albo przerwanie sekwencji technologicznej uruchamiają dłuższy łańcuch działań potrzebnych do wznowienia procesu. Dlatego jakość zasilania powinna być analizowana również przez osoby odpowiadające za dostępność maszyn, całkowitą efektywność wyposażenia (OEE) i ciągłe doskonalenie.
Źródło zdjęć: EVER
KRÓTKI IMPULS MOŻE WYWOŁAĆ DŁUGI ŁAŃCUCH STRAT
W zakładach przemysłowych ryzyko dla ciągłości produkcji najczęściej kojarzy się z rozległą awarią sieci, uszkodzeniem rozdzielnicy, problemem z transformatorem albo niesprawnością maszyny. Tymczasem równie dotkliwe bywają zdarzenia mniej spektakularne: mikrozaniki, zapady napięcia, krótkie przerwy w zasilaniu oraz zakłócenia powstające podczas przełączeń. Oświetlenie nie zawsze zdąży przygasnąć, a operator może nie zauważyć niczego niepokojącego. Dla automatyki nawet krótkie zakłócenie może jednak oznaczać restart panelu operatorskiego (HMI), zatrzymanie programowalnego sterownika logicznego (PLC), błąd falownika, utratę komunikacji lub referencji osi albo przerwanie pracy systemu wizyjnego. Awaria nie musi dotyczyć głównej maszyny. Wystarczy, że przestanie odpowiadać jeden element sterowania lub komunikacji, aby proces przeszedł w stan awaryjny. Przykładowo: mikrozanik powoduje restart PLC, utratę pozycji osi i zatrzymanie linii. Przed wznowieniem produkcji trzeba usunąć detal, ustawić maszynę i sprawdzić partię. Sam epizod może trwać ułamek sekundy, lecz powrót do produkcji obejmuje diagnostykę, ponowne pozycjonowanie, usunięcie materiału z procesu, restart systemów i kontrolę jakości. Dochodzą do tego praca utrzymania ruchu i operatorów, odrzuty, opóźnienia oraz zaburzenie harmonogramu. Z perspektywy Lean jest to strata niewspółmierna do czasu trwania pierwotnego zdarzenia.
NIE KAŻDE ZAKŁÓCENIE JEST MIKROZANIKIEM
Prawidłowa diagnoza wymaga rozróżnienia zjawisk. Mikrozanik oznacza bardzo krótką przerwę w zasilaniu. Zapad napięcia jest chwilowym obniżeniem jego wartości poniżej poziomu wymaganego do poprawnej pracy odbiornika. W instalacji mogą występować także przepięcia łączeniowe, wahania parametrów sieci oraz zakłócenia generowane przez inne urządzenia. Ich źródłem bywają rozruchy silników, praca napędów, sprężarek, spawarek i systemów HVAC, przełączenia w instalacji albo zdarzenia po stronie sieci. Ten sam epizod może być obojętny dla jednego odbiornika i krytyczny dla innego. Szczególnej uwagi wymagają sterowniki PLC, komputery przemysłowe, panele operatorskie, przełączniki sieciowe, systemy nadzoru, układy bezpieczeństwa i systemy wizyjne.
DIAGNOSTYKA POWINNA ŁĄCZYĆ DANE Z KILKU ŹRÓDEŁ
Powtarzający się restart panelu HMI, utrata komunikacji, błąd falownika czy zatrzymanie sterownika bez jednoznacznej przyczyny nie powinny być uznawane za przypadkowe incydenty. Sygnałem ostrzegawczym są również alarmy występujące podczas rozruchu dużych odbiorników. Diagnostyka często rozpoczyna się od sprawdzania sterowników, czujników, programu, sieci komunikacyjnej lub działań operatora. Jest to uzasadnione, ale może prowadzić do usuwania skutków zamiast przyczyny. Pominięcie jakości zasilania grozi powtarzaniem tych samych interwencji bez trwałego rezultatu. Praktycznym działaniem jest utworzenie wspólnej osi czasu i zestawienie logów maszyn oraz alarmów PLC, HMI i falowników z danymi o zdarzeniach w instalacji elektrycznej. Warto sprawdzić ich związek z rozruchem urządzeń, zmianą trybu pracy lub przełączeniem zasilania. Ułatwia to analizę przyczyn źródłowych i odróżnienie usterki od reakcji na nieprawidłowe warunki zasilania.
OD OBJAWU DO ODBIORNIKA KRYTYCZNEGO
Nie każdy element maszyny wymaga takiego samego poziomu ochrony. Punktem wyjścia jest wskazanie odbiorników, których wyłączenie powoduje największe konsekwencje. Często są to układy sterowania, komunikacji i nadzoru, komputery przemysłowe, infrastruktura sieciowa oraz systemy bezpieczeństwa. Analiza powinna odpowiedzieć nie tylko na pytanie, co ma pozostać zasilane, ale również po co. Celem może być kontynuowanie produkcji, zachowanie komunikacji i danych albo kontrolowane zatrzymanie procesu. Dopiero wybór scenariusza pozwala ustalić wymagany czas podtrzymania i zakres ochrony. Ochroną można objąć także wybrane elementy wykonawcze. Wymaga to analizy charakteru obciążenia, mocy czynnej i pozornej, prądów rozruchowych, przeciążalności, autonomii oraz warunków środowiskowych. Proste zsumowanie mocy znamionowych odbiorników nie wystarcza.
Systemy UPS współpracujące z wydzielonymi obwodami zasilania odbiorników krytycznych. Zakres ochrony powinien wynikać z analizy procesu i konsekwencji jego zatrzymania.
UPS JEST ELEMENTEM ARCHITEKTURY NIEZAWODNOŚCI
W środowisku przemysłowym system zasilania gwarantowanego nie powinien być postrzegany wyłącznie jako zabezpieczenie na wypadek długotrwałej awarii sieci. Jego zadaniem może być również ograniczenie ryzyka, że krótkie zakłócenie natychmiast zatrzyma automatykę i proces technologiczny. W aplikacjach krytycznych stosuje się między innymi zasilacze UPS on-line w topologii VFI, pracujące w trybie podwójnej konwersji. Pozwalają one ograniczyć wpływ wielu zakłóceń sieciowych na chronione odbiorniki oraz podtrzymać ich pracę po zaniku zasilania.
O przydatności UPS nie przesądza jednak sama topologia ani deklarowana moc. Liczą się parametry urządzenia, charakter odbiorów i konfiguracja instalacji. UPS nie naprawi błędów instalacji, nie zastąpi zabezpieczeń ani nie usunie każdej przyczyny zatrzymania linii. Wdrożenie powinny poprzedzić pomiary, analiza zdarzeń i określenie celu ochrony. Należy także zaplanować monitoring, testy, przeglądy i obsługę eksploatacyjną.
UPS zainstalowany w bezpośrednim otoczeniu procesu produkcyjnego może ograniczyć ryzyko zatrzymania automatyki wskutek krótkotrwałych zakłóceń zasilania.
DOBÓR POWINIEN WYNIKAĆ Z KOSZTU I RYZYKA ZATRZYMANIA
Zakres zabezpieczenia warto oprzeć na konsekwencjach utraty poszczególnych funkcji. Należy ustalić, które urządzenia muszą działać bez przerwy, jak długo wymagają podtrzymania oraz jakie zakłócenia występują w instalacji. Istotny jest również sposób informowania utrzymania ruchu o stanie systemu i alarmach. Tak rozumiany dobór wpisuje się w logikę ciągłego doskonalenia. Zamiast chronić wszystko jednakowo, organizacja identyfikuje wąskie gardła i kieruje środki tam, gdzie przerwanie zasilania powoduje największą stratę. Systemy UPS on-line EVER mogą wówczas stanowić techniczny element szerszego programu poprawy niezawodności, a nie projekt oderwany od celów produkcji. Pierwszym krokiem nie powinien być zakup urządzenia, lecz analiza powtarzających się zdarzeń oraz ich wpływu na dostępność procesu. Jeżeli w zakładzie pojawiają się niewyjaśnione restarty automatyki, błędy komunikacji lub krótkie zatrzymania linii, jakość zasilania warto włączyć do podstawowego zakresu diagnostyki. Właściwie dobrana ochrona odbiorników krytycznych może ograniczyć liczbę nieplanowanych zatrzymań, ale największą wartość przyniesie wtedy, gdy będzie częścią uporządkowanego zarządzania ryzykiem, danymi i niezawodnością procesu.
