Embed Size (px)
Citation preview
FAKULTETA ZA INFORMACIJSKE ŠTUDIJE
V NOVEM MESTU
D I P L O M S K A N A L O G A
VISOKOŠOLSKEGA STROKOVNEGA ŠTUDIJSKEGA PROGRAMA
PRVE STOPNJE
MIRAN HODNIK
FAKULTETA ZA INFORMACIJSKE ŠTUDIJE
V NOVEM MESTU
DIPLOMSKA NALOGA
ZAJEM PODATKOV IZ PROIZVODNIH STROJEV
PREK VMESNIKOV OPC
Mentor: viš. pred. mag. Andrej Dobrovoljc
Novo mesto, junij 2015 Miran Hodnik
IZJAVA O AVTORSTVU
Podpisani Miran Hodnik, študent FIŠ Novo mesto, izjavljam:
da sem diplomsko nalogo pripravljal samostojno na podlagi virov, ki so navedeni v
diplomski nalogi,
da dovoljujem objavo diplomske naloge v polnem tekstu, v prostem dostopu, na
spletni strani FIŠ oz. v elektronski knjižnici FIŠ,
da je diplomska naloga, ki sem jo oddal v elektronski obliki, identična tiskani verziji,
da je diplomska naloga lektorirana.
V Novem mestu, dne _________________ Podpis avtorja ______________________
ZAHVALA
Zahvaljujem se svojemu mentorju, viš. pred. mag. Andreju Dobrovoljcu, za strokovno vodenje
in pomoč pri izdelavi diplomske naloge. Hvala tudi podjetju Krka, d. d., ki mi je omogočilo
študij, ter Dejanu Stojakoviću za idejne nasvete in podporo med študijem.
Posebno zahvalo pa izrekam svoji ženi Maji in otrokom, ki so mi stali ob strani ter me
spodbujali ves čas študija.
POVZETEK
Informacijski sistemi za spremljanje proizvodnje morajo temeljiti na realnih procesnih
podatkih, ker le tako lahko uporabnikom nudijo zadovoljive informacije. Zajem podatkov iz
strojev zato predstavlja enega ključnih izzivov, saj mora čim manj obremenjevati proizvodni
proces. V podjetju Krka imamo zelo različne stroje, ki zahtevajo različne pristope. V
diplomski nalogi smo poiskali najprimernejšo rešitev za zajem in shranjevanje podatkov iz
treh pakirnih linij istega proizvajalca, ki jih je bilo treba vključiti v proizvodni informacijski
sistem na enoten način. Pregledali in preučili smo različne možnosti priključitve in
uporabljene tehnologije. Narejena je bila analiza obstoječih rešitev glede tehnične primernosti
uporabe na naših pakirnih linijah. Izmed tehnično možnih rešitev smo na podlagi ocene o
izpolnjevanju različnih kriterijev izbrali in implementirali najprimernejšo: zajem podatkov z
dodatnim krmilnikom in OPC-vmesnikom. Na tak način dobimo minimalen nabor podatkov,
ki so potrebni za izračun ključnih proizvodnih kazalnikov. Zaradi uporabe dodatnih
komponent je delovanje linije neodvisno od sistema za zajem podatkov.
KLJUČNE BESEDE: informacijski sistem, proizvodni proces, zajem podatkov, pakirna
linija, OPC-vmesnik, krmilnik, ključni proizvodni kazalniki.
ABSTRACT
Information systems for production monitoring must be based on real process data to provide
users with adequate information. Capturing data from the machines therefore represents one
of the key challenges, as it should minimize interference with the production process. In the
Krka company we have very different machines which require different approaches. In this
thesis we found the optimal solution to capture and store data from the three packaging lines
of the same manufacturer, which had to be incorporated into the production information
system in a uniform manner. We reviewed and analyzed various connection options and
technology used. We made the analysis of existing solutions in terms of technical suitability
for use on our packaging lines. Among the possible technical solutions we made assesment of
compliance with the various criteria to select and implement the most appropriate: data
capture with extra controller and OPC interface. In this way we obtain a minimal set of data
needed for calculation of key production indicators. Due to the use of additional components
the operation of the line is independent of the system for data capture.
KEY WORDS: information system, production process, data capture, packaging line, OPC
interface, controller, key production indicators
KAZALO
1 UVOD ................................................................................................................................. 1
1.1 Predstavitev delovnega okolja ..................................................................................... 2
2 RAZISKOVALNA VPRAŠANJA IN CILJI RAZISKAVE ............................................. 4
2.1 Cilji raziskave .............................................................................................................. 4
2.2 Raziskovalna vprašanja ................................................................................................ 4
2.3 Metode raziskovanja .................................................................................................... 4
3 KLJUČNI KAZALNIKI PROIZVODNJE ........................................................................ 5
3.1 Skupna učinkovitost opreme ........................................................................................ 6
3.1.1 Izračun ključnih kazalnikov .................................................................................. 7
4 ZBIRANJE PODATKOV V PROIZVODNJI ................................................................... 9
4.1 Ročni vnos podatkov ................................................................................................. 10
4.2 Zajem podatkov iz strojev .......................................................................................... 11
4.3 Spremljanje proizvodnih dogodkov ........................................................................... 12
4.4 Kombiniran način zbiranja podatkov ......................................................................... 13
5 INFORMACIJSKA PODPORA PROIZVODNJE V PODJETJU ................................... 13
5.1 Sistem ERP ................................................................................................................ 15
5.1.1 ERP SAP ............................................................................................................. 16
5.2 Sistemi MES .............................................................................................................. 17
5.2.1 Sistem MES1 ....................................................................................................... 18
5.2.2 Sistem MES2 ....................................................................................................... 19
6 OBSTOJEČE REŠITVE ZA ZAJEMANJE IN SHRANJEVANJE PODATKOV IZ
PROIZVODNIH STROJEV IN LINIJ ............................................................................. 21
6.1 Tok podatkov ............................................................................................................. 21
6.2 Povezava na stroje in zajem podatkov ....................................................................... 22
6.2.1 Zajem podatkov prek vmesnikov OPC ................................................................ 23
6.2.2 Zajem podatkov prek dodatnega krmilnika in SCADE ....................................... 25
6.2.3 Zajem podatkov s pomočjo namenskega gonilnika ............................................ 27
7 UPORABLJENE TEHNOLOGIJE IN STANDARDI ..................................................... 28
7.1 Vmesniki OPC ........................................................................................................... 28
7.1.1 Fundacija OPC ................................................................................................... 29
7.1.2 Klasični vmesniki OPC ....................................................................................... 31
7.1.3 Vmesniki OPC Unified Architecture .................................................................. 36
7.2 Krmilni računalniki .................................................................................................... 37
7.2.1 Krmilni računalnik PLC2 ................................................................................... 38
7.3 Nadzorni sistemi SCADA .......................................................................................... 40
7.3.1 Programska oprema HMI/SCADA ..................................................................... 41
7.4 Procesni historian ....................................................................................................... 42
7.4.1 Klasični pristop zajema podatkov ...................................................................... 42
7.4.2 Alternativni pristop zajema podatkov ................................................................. 43
7.4.3 Programska oprema Historian ........................................................................... 44
8 PAKIRNA LINIJA ........................................................................................................... 45
8.1 Zgradba in delovanje pakirne linije ........................................................................... 45
8.1.1 Stroj za izdelavo pretisnih omotov...................................................................... 46
8.1.2 Kartonirni stroj ................................................................................................... 47
8.1.3 Linijska tehtnica ................................................................................................. 47
8.1.4 Stroj za označevanje ........................................................................................... 48
8.1.5 Stroj za zavijanje v PE-folijo .............................................................................. 48
8.2 Računalniška konfiguracija ........................................................................................ 48
8.3 Opis problematike in uporabniških zahtev ................................................................ 50
9 PREGLED MOŽNIH REŠITEV ZA ZAJEM PODATKOV IZ PAKIRNIH LINIJ ....... 52
9.1 Analiza obstoječih rešitev .......................................................................................... 52
9.1.1 Zajem podatkov prek vmesnikov OPC ................................................................ 52
9.1.2 Zajem podatkov prek dodatnega krmilnika in SCADE ....................................... 53
9.1.3 Zajem podatkov s pomočjo namenskega gonilnika ............................................ 54
9.2 Možne rešitve ............................................................................................................. 55
9.2.1 Rešitev 1: PLC1 ali PLC2 dodatni krmilnik in SCADA ..................................... 55
9.2.2 Rešitev 2: PLC2 dodatni krmilnik in Simatic NET (OPC) ................................. 56
10 IZBIRA REŠITVE ........................................................................................................... 57
10.1 Izpolnjevanje uporabniških zahtev ......................................................................... 57
10.2 Zahtevnost implementacije .................................................................................... 60
10.3 Odločitev o najprimernejši rešitvi .......................................................................... 60
11 IZVEDBA REŠITVE ....................................................................................................... 61
11.1 Potrebna strojna in programska oprema ................................................................. 61
11.2 Konfiguracija in programiranje krmilnika ............................................................. 62
11.2.1 Nastavitev konfiguracije ..................................................................................... 62
11.2.2 Programiranje v Step 7 ...................................................................................... 63
11.3 Konfiguracija Simatic NET strežnika OPC ........................................................... 67
11.4 Konfiguracija Historian .......................................................................................... 69
12 ZAKLJUČEK ................................................................................................................... 71
13 LITERATURA IN VIRI ................................................................................................... 74
KAZALO SLIK
Slika 3.1: Prikaz časov za izračun skupne učinkovitosti ............................................................ 7
Slika 5.1: Ravni informacijske podpore v podjetju .................................................................. 14
Slika 5.2: Struktura informacijskega sistema SAP R/3 ............................................................ 17
Slika 5.3: Prikaz kazalcev učinkovitosti ................................................................................... 21
Slika 6.1: Shema toka podatkov sistema MES2 ....................................................................... 22
Slika 6.2: Shema povezav in priklopa pakirne linije ................................................................ 25
Slika 6.3: Shema povezav in priklopa pakirne linije ................................................................ 26
Slika 6.4: Shema povezav in priklopa pakirne linije ................................................................ 28
Slika 7.1: Logotipa za obe ravni certificiranja izdelkov OPC .................................................. 31
Slika 7.2: Objekti OPC DA odjemalca na strežniku OPC DA ................................................. 33
Slika 7.3: Objekti na strežniku OPC A&E ............................................................................... 34
Slika 7.4: Tok podatkov v sistemu SCADA ............................................................................. 42
Slika 8.1: Stroj za izdelavo pretisnih omotov ........................................................................... 47
Slika 9.1: Shema povezav in priklopa pakirnih linij ................................................................ 57
Slika 11.1: Konfiguracija krmilniške opreme v Step 7 ............................................................ 63
Slika 11.2: Določanje statusa pakirne linije ............................................................................. 65
Slika 11.3: Števec dobrih kosov ............................................................................................... 65
Slika 11.4: Izračun hitrosti pakirne linije ................................................................................. 66
Slika 11.5: Podatki za strežnik OPC ......................................................................................... 66
Slika 11.6: Konfiguracija omrežne povezave med krmilnikom in računalnikom .................... 68
Slika 11.7: Nastavitev lastnosti strežnika OPC ........................................................................ 69
Slika 11.8: Nastavitev parametrov v Historianu ....................................................................... 70
Slika 11.9: Primer zapisa podatka v Historianu ....................................................................... 71
KAZALO TABEL
Tabela 7.1: Tehnični podatki nekaterih standardnih krmilnikov serije PLC2 .......................... 39
Tabela 8.1: Osnovna strojna in programska računalniška oprema pakirnih linij ..................... 49
Tabela 9.1: Zahtevani pogoji za zajem podatkov prek vmesnikov OPC in dejansko stanje .... 53
Tabela 9.2: Zahtevani pogoji za zajem podatkov prek dodatnega krmilnika ter SCADE
in dejansko stanje.................................................................................................. 54
Tabela 9.3: Zahtevani pogoji za zajem podatkov s pomočjo namenskega gonilnika
in dejansko stanje................................................................................................... 55
Tabela 10.1: Analiza izpolnjevanja uporabniških zahtev ......................................................... 58
Tabela 11.1: Strojna in programska oprema zbiralnega računalnika ....................................... 61
Tabela 11.2: Specifikacija krmilniške opreme ......................................................................... 62
1
1 UVOD
Vodstva številnih podjetij se odločajo za uvajanje avtomatskega spremljanja dela v
proizvodnji z vpeljavo informacijskih sistemov, namen tega pa je zagotavljanje čim bolj
točnih podatkov o opravljenem delu. Ti podatki so pomemben vir za različne analize o
učinkovitosti in uspešnosti proizvodnega procesa, ki podjetju pomagajo zagotavljati največjo
možno izkoriščenost vsakega dela kupljene opreme in hitrejše vračilo naložbe v proizvodno
opremo. Proizvodnja ima zaradi ohranjanja konkurenčnosti cilj izdelati čim več izdelkov v
čim krajšem času, s čim nižjimi stroški in v zahtevani kakovosti.
Tudi v farmacevtskem podjetju Krka imamo integriran informacijski sistem za obvladovanje
učinkovitosti proizvodnega procesa, ki je namenjen zbiranju podatkov o stanju in delovanju
proizvodnih strojev in linij. Na osnovi teh podatkov se prepoznajo in zabeležijo zastoji, ki jih
klasificiramo glede na vzrok zastoja, izračunavajo pa se tudi ključni proizvodni kazalniki, kot
so razpoložljivost, zmogljivost, kakovost in skupna učinkovitost. Prek povezave na obstoječ
proizvodni informacijski sistem MES1 in poslovni informacijski sistem se pridobivajo še
dodatni podatki o delovnih in transportnih nalogih, aktivnostih in matičnih podatkih, ki
omogočajo tudi kreiranje različnih poročil.
Zbrani podatki, kot so delovanje stroja, napake na stroju in število dobrih ter slabih kosov,
nam dajejo sliko o poteku proizvodnega procesa in so osnova za vse nadaljnje obdelave v
informacijskih sistemih, zato morajo biti točni in sprotni. Zajeti jih je treba ob njihovem
nastanku, saj lahko le v tem primeru iz proizvodnega informacijskega sistema dobimo
zadovoljive in uporabne informacije. Čeprav poznamo več načinov beleženja podatkov, bo v
tej nalogi poudarek na problematiki neposrednega zajema – realnih meritev iz proizvodnega
procesa in shranjevanja podatkov v primerni obliki, kar predstavlja temelj za vzpostavitev
učinkovitega proizvodnega informacijskega sistema. Pri tem načinu zbiranja podatkov ni
potrebno sodelovanje operaterjev, ker se vsi podatki pridobivajo samodejno in neposredno iz
strojev, izključene pa so tudi različne napake, ki se pojavljajo v primeru ročnih vnosov.
Zaposlen sem v oddelku IT-sektorja, v katerem se ukvarjamo z računalniškim vodenjem
proizvodnih strojev in linij ter sodelujem tudi v projektu vključitve teh v sistem avtomatskega
2
spremljanja proizvodnje. V okviru službenih dolžnosti sem bil postavljen pred izziv, da
poiščem najprimernejšo rešitev za vključitev treh pakirnih linij istega proizvajalca v sistem za
spremljanje učinkovitosti. V ta namen bo narejena raziskava različnih možnosti za zajem
podatkov iz strojev v podjetju, najprimernejšo rešitev pa bomo nato uporabili na našem
primeru.
Diplomska naloga je sestavljena iz treh osnovnih vsebinskih sklopov.
V uvodnem sklopu so najprej izpostavljeni raziskovalna vprašanja in cilji diplomske naloge z
metodološkim pristopom. Nato sledi predstavitev teoretičnih osnov o ključnih kazalnikih
proizvodnje in načinih zbiranja podatkov, predstavljena je tudi informacijska podpora
proizvodnje v podjetju z opisom ključnih informacijskih sistemov.
V drugem sklopu so opisane obstoječe rešitve za zajemanje in shranjevanje podatkov iz
proizvodnih strojev in linij v Krki. Te se razlikujejo glede na vrsto stroja in računalniške
strojne ter programske opreme. Opisane so tudi tehnologije, ki se uporabljajo pri obstoječih
rešitvah.
V zadnjem sklopu se ukvarjamo s problemom avtomatskega zajema podatkov iz pakirnih
linij. Najprej so predstavljene pakirne linije z opisom zgradbe in delovanja, računalniške
konfiguracije ter problematike. Sledi analiza že uporabljenih rešitev za zajem podatkov,
predstavitev možnih rešitev ter na koncu izbira najprimernejše rešitve na osnovi različnih
kriterijev. V zadnjem poglavju je opisan praktičen primer implementacije zajema in
shranjevanja podatkov s pomočjo dodatnega krmilnika in OPC-vmesnika, ki vključuje
konfiguracijo potrebne računalniške opreme in izdelavo programa za krmilnik
Zaradi varovanja poslovne skrivnosti se v nalogi v določenih primerih namesto dejanskih
imen strojne in programske opreme uporablja izmišljena imena.
1.1 Predstavitev delovnega okolja
Krka spada med vodilna generična farmacevtska podjetja v svetu z več kot 60-letnimi
izkušnjami. Njeno osnovno poslanstvo je ljudem omogočiti zdravo in kakovostno življenje, ki
ga uresničuje z bogato paleto izdelkov in storitev. Dolgoročna strategija temelji na razvoju in
prodaji visokokakovostnih generičnih farmacevtskih proizvodov pod lastno blagovno
3
znamko. Proizvodi so izdelani iz znanih učinkovin z izpopolnjenimi metodami in z uporabo
najsodobnejših tehnologij, zato za uporabnike predstavljajo kakovostna, varna in učinkovita
zdravila z dodano vrednostjo. Glavni dejavnosti podjetja sta proizvodnja in prodaja zdravil na
recept, sledijo izdelki brez recepta in veterinarski izdelki. Bogato paleto dopolnjujejo še
zdraviliško-turistične storitve (Krka, d. d., Novo mesto, 2015a).
Krka prodaja svoje proizvode v več kot 70 državah, število teh pa se stalno povečuje.
Tradicionalni trgi segajo od Vladivostoka do Lizbone. Strategija poslovanja predvideva
uravnoteženo prodajo na šestih različnih območjih: Slovenija, Jugovzhodna Evropa, Vzhodna
Evropa, Srednja Evropa, Zahodna Evropa in Čezmorska tržišča (Krka, d. d., Novo mesto, 2015a).
Za zagotavljanje kakovostnih, varnih in učinkovitih zdravil pri proizvodnji uporabljamo
najsodobnejše pristope in dobre proizvodne prakse, ki so se razvile skozi leta obstoja. Krka je
postopoma dopolnjevala sistem vodenja kakovosti skladno z nadgrajevanjem zahtev GMP (dobra
proizvodna praksa) in GXP (ostalih dobrih praks), na koncu pa je ta prerasel v integriran sistem
vodenja (ISV). Pozneje so bili postopoma vključeni še naslednji sistemi: leta 1996 ISO 9001
(področje proizvodnje učinkovin), leta 2000 RC (odgovorno ravnanje), leta 2001 ISO 14001 (skrb
za okolje), leta 2004 HACCP (varnost živil), leta 2005 OHSAS 18001 (varnost in zdravje pri
delu) in leta 2007 ISO 27001 (sistem vodenja varovanja informacij) (Krka, d. d., Novo mesto,
2015a).
V skladu s Krkino strategijo razvoja lastnih generičnih zdravil se veliko vlaga v razvojno-
raziskovalne zmogljivosti in lastne proizvodno-distribucijske centre po svetu. Cilj je zagotavljanje
obvladovanja celotnega procesa od razvoja surovine do končnega izdelka (Krka, d. d., Novo
mesto, 2015a). Zato se izvajajo številni projekti, namenjeni proizvodnji surovin in končnih
izdelkov, pri čemer je vključena tudi ustrezna informacijska podpora. Pravočasna uvedba
ustreznih in kakovostnih informacijskih rešitev predstavlja veliko konkurenčno prednost podjetja.
4
2 RAZISKOVALNA VPRAŠANJA IN CILJI RAZISKAVE
2.1 Cilji raziskave
V diplomski nalogi bomo raziskali možnosti vključitve treh pakirnih linij istega proizvajalca v
informacijski sistem za spremljanje učinkovitosti. Pri tem bodo naši cilji:
preučiti obstoječe rešitve za zajem in shranjevanje podatkov iz proizvodnih strojev in
linij v podjetju,
analiza možnih rešitev,
izbira najprimernejše rešitve,
praktičen primer implementacije zajema realnih podatkov iz pakirnih linij.
2.2 Raziskovalna vprašanja
Pri raziskavi bomo morali odgovoriti na naslednja vprašanja, ki nam bodo v pomoč pri
iskanju najprimernejše rešitve.
Na kakšen način so v informacijski sistem že povezane obstoječe pakirne linije in
stroji v Krki?
Ali je kakšna od obstoječih rešitev primerna?
Katere so možne rešitve?
Kakšni so stroški implementacije posamezne rešitve?
Kakšna je zahtevnost implementacije posamezne rešitve?
Kakšna je zahtevnost vzdrževanja posamezne rešitve?
Ali rešitev kaj vpliva na samo delovanje pakirnih linij?
2.3 Metode raziskovanja
V teoretičnem delu naloge bo uporabljena deskriptivna metoda, podatke bom zbiral s študijem
ustrezne strokovne literature in dostopnih virov na svetovnem spletu ter v podjetju.
5
Pri pregledu možnih rešitev za povezavo pakirnih linij v informacijski sistem bom preučil že
obstoječe rešitve v podjetju in skušal ugotoviti, ali je kakšna od njih primerna za naš primer.
Pri praktičnem delu si bom pomagal z dostopno dokumentacijo uporabljene strojne in
programske opreme ter razvojnih orodij, v pomoč mi bodo tudi dozdajšnje izkušnje pri delu
na tem področju.
3 KLJUČNI KAZALNIKI PROIZVODNJE
Ključni kazalniki uspešnosti (KPI) organizacijam pomagajo definirati in meriti napredek v
smislu doseganja organizacijskih ciljev. Ko organizacija analizira svoje poslanstvo in določi
cilje, potrebuje še način za merjenje uspešnosti približevanja ciljem. Meritve predstavljajo
ključni kazalniki uspešnosti (About, 28. marec 2015).
Meritve so vnaprej dogovorjene in odražajo kritične dejavnike uspeha organizacije ter se
razlikujejo glede na vrsto organizacije. Za neko podjetje je lahko eden od ključnih kazalnikov
uspešnosti npr. odstotek prihodkov od strank. Šole se lahko osredotočijo na odstotek
študentov, ki uspešno zaključijo študij z diplomo. Ključni kazalnik uspešnosti za organizacijo,
ki ponuja socialne storitve, bi lahko bilo število strank, ki so bile deležne pomoči med letom
(About, 28. marec 2015).
Običajno so odločitve o ključnih kazalnikih uspešnosti dolgoročne, njihove definicije in
načini merjenja se ne spreminjajo pogosto. Cilji za določen kazalnik se lahko spremenijo, če
se spremenijo cilji organizacije ali pa, ko se približamo želenemu cilju.
Tudi v proizvodno usmerjenih podjetjih imamo določene ključne kazalnike uspešnosti, ki nam
pomagajo ovrednotiti uspeh podjetji pri njihovi primarni dejavnosti, imenovali jih bomo
ključni kazalniki proizvodnje.
V proizvodnji se na različne načine zbirajo podatki, katerih namen je zagotavljanje povratne
informacije o dejanskem stanju. Ta je namenjena predvsem poslovnim informacijskim
6
sistemom. Podatki o proizvodnji, kot so proizvedene količine, časi opravljenega dela in
zabeleženi zastoji, so lahko pomemben vir za različne analize o učinkovitosti in uspešnosti
izvajanja proizvodnega procesa. Te analize so lahko koristne z več vidikov. Pokažejo lahko na
pomanjkljivosti, ki povzročajo največ zastojev, kar je koristna informacija za vzdrževalce, ki
se lahko osredotočajo na odpravljanje teh pomanjkljivosti. Treba je odpraviti vzroke tistih
zastojev ali izmeta, ki so najbolj pogosti ali pa trajajo največ časa in tako najbolj vplivajo na
poslovni proces. Vodje proizvodnje lahko na podlagi natančnih podatkov določajo ozka grla
in izvajajo ustrezne ukrepe za zmanjšanje teh. Planske službe dobijo povratne informacije o
izkoriščenosti strojev in opreme ter se tako laže odločajo o novih investicijah (Kleindienst,
2004).
3.1 Skupna učinkovitost opreme
V proizvodnji se uporabljajo številni merljivi ključni kazalniki uspešnosti, med njimi postaja
ena najpomembnejših skupna učinkovitost opreme OEE,1 ker zagotavlja celovit pogled na
izkoriščenost proizvodnih sredstev. Prednost skupne učinkovitosti pred ostalimi kazalci je tudi
ta, da opisuje uspešnost proizvodnje z eno številko. Uporablja se za vrednotenje
produktivnosti na ravni opreme in kaže na uspešnost proizvodnega procesa. Cilj podjetja je
zagotoviti največjo možno izkoriščenost vsakega dela opreme, ki ga je kupilo, zato pregleda
vse vidike zmogljivosti na podlagi kazalnika skupne učinkovitosti (Perme, 2011).
Proizvodnja ima cilj izdelati čim več izdelkov v čim krajšem času, s čim manjšimi stroški in v
zahtevani kakovosti. Čas je omejen s številom dni v letu in številom ur v dnevu, odšteti je
treba praznike in druge dela proste dneve ter izmene, v katerih se ne dela. Upoštevati moramo
še zaustavitve, ki so lahko načrtovane ali nenačrtovane. Načrtovane nastanejo zaradi
načrtovanih dogodkov, kot so redno in preventivno vzdrževanje, nastavljanje, preizkušanje,
polnitve in zaustavitve zaradi načrtovanih zaustavitev drugih naprav, od katerih smo odvisni.
Nenačrtovane zaustavitve lahko nastanejo kot posledica okvar, zaradi katerih se izvajajo
popravila, ali zaradi zamenjav orodij, če pride do nepredvidenih obrab, lahko pa tudi zaradi
organizacijskih težav oziroma ukrepov. Ko od razpoložljivega časa opreme odštejemo še
inženirski čas za pripravo, preizkus opreme, čas čakanja na operaterja, obdelovanec ali orodja,
dobimo čas, ko oprema izdeluje dobre kose (Perme, 2011).
1 OEE: ang. Overall Equipment Efficiency; skupna učinkovitost opreme.
7
Prikaz časov za izračun skupne učinkovitosti lahko vidimo na Sliki 3.1.
Slika 3.1: Prikaz časov za izračun skupne učinkovitosti
Vir: Prirejeno po Perme (2011)
Zanimata nas število narejenih dobrih izdelkov in število dobrih izdelkov, ki bi jih lahko
naredili v nekem časovnem obdobju, glede na najvišjo možno stopnjo razpoložljivosti,
zmogljivosti in kakovosti izdelave.
3.1.1 Izračun ključnih kazalnikov
Razpoložljivost
Kazalnik razpoložljivosti je merilo za čas in se izračuna kot razmerje med časom, ko je
oprema razpoložljiva, in načrtovanim časom za delovanje opreme. Razmerje je izraženo v
odstotkih. Kaže vpliv nenačrtovanih zastojev na učinkovitost opreme. Če bi imeli stoodstotno
razpoložljivost, bi pomenilo, da proizvodnja poteka brez zaustavitev (Perme, 2011).
𝑠𝑡𝑜𝑝𝑛𝑗𝑎 𝑟𝑎𝑧𝑝𝑜𝑙𝑜ž𝑙𝑗𝑖𝑣𝑜𝑠𝑡𝑖 =razpoložljivi čas
𝑛𝑎č𝑟𝑡𝑜𝑣𝑎𝑛𝑖 č𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑙𝑜𝑣𝑎𝑛𝑗𝑎
8
Zmogljivost
Kazalnik zmogljivosti se izračuna kot razmerje med izdelovalnim časom in razpoložljivim
časom. Kaže vpliv zmanjšanja teoretične zmogljivosti opreme na njeno učinkovitost. Če bi
imeli stoodstotno zmogljivost, bi pomenilo, da je oprema delovala na zgornji meji teoretičnih
zmogljivosti oz. z najvišjo teoretično hitrostjo delovanja v razpoložljivem času (Perme, 2011).
𝑠𝑡𝑜𝑝𝑛𝑗𝑎 𝑧𝑚𝑜𝑔𝑙𝑗𝑖𝑣𝑜𝑠𝑡𝑖 =izdelovalni čas
𝑟𝑎𝑧𝑝𝑜𝑙𝑜ž𝑙𝑗𝑖𝑣𝑖 č𝑎𝑠
Kakovost
Kazalnik kakovosti predstavlja razmerje med časom, ko oprema izdeluje dobre kose, in
izdelovalnim časom. Običajno se računa kot razmerje med številom dobrih kosov in številom
vseh kosov, ki bi jih lahko oprema izdelala v izdelovalnem času, ter nam tako predstavlja
indikator izmeta. Če bi imeli stoodstotno kakovost, bi to pomenilo, da pri proizvodnji ni bilo
nobenega izmeta (Perme, 2011).
𝑠𝑡𝑜𝑝𝑛𝑗𝑎 𝑘𝑎𝑘𝑜𝑣𝑜𝑠𝑡𝑖 =čas izdelave dobrih izdelkov
izdelovalni čas
Skupna učinkovitost opreme
Kazalnik skupne učinkovitosti opreme OEE se izračuna kot zmnožek zgornjih kazalnikov
razpoložljivosti, zmogljivosti in kakovosti (Perme, 2011).
OEE = stopnja razpoložljivosti x stopnja zmogljivosti x stopnja kakovosti
Lahko se izračunava za posamezne stroje, skupine strojev, oddelke, obrate ali za celotno
podjetje. Ti kazalniki na podlagi izmerjenih vrednosti kažejo trenutno stanje in tudi
spreminjanje tega stanja v nekem daljšem časovnem obdobju, zato so zaradi tega za tovarno
zelo pomembni. Lahko se jih uporabi tudi za primerjavo z drugimi proizvodnjami, ki so enake
ali podobne, in z najboljšimi kazalniki v panogi (Kleindienst, 2004).
9
Pravilno merjeni in izračunani kazalniki predstavljajo dobro izhodišče za opredelitev cilja in
smeri izboljšav. Ne odgovorijo pa nam na vprašanje, kako odpravljati vzroke za neko stanje,
kako reševati posledice nekega stanja in ali bodo na podlagi kazalnikov sprejeti ukrepi
vplivali na njihovo vrednost (Perme, 2011).
Vse podatke proizvodnih procesov, vključno s temi, ki so potrebni za izračun skupne
učinkovitosti, je mogoče pridobiti na različne načine, ki bodo opisani v nadaljevanju.
Vsekakor pa za ustrezno merjenje, izračun, analizo in prikaz kazalnikov skupne učinkovitosti
potrebujemo tudi ustrezen informacijski sistem.
4 ZBIRANJE PODATKOV V PROIZVODNJI
V proizvodnji se zbirajo različni podatki, ki predstavljajo osnovo za vse nadaljnje obdelave in
transakcije v informacijskih sistemih. To so podatki o trenutnem statusu opreme, o
porabljenih časih posameznih operacij delovnega naloga, število izdelanih kosov, število
slabih kosov oz. izmet, podatki o trajanju zastojev, njihovih tipih ter vzrokih. Za zagotavljanje
sledljivosti so zelo pomembni tudi podatki o uporabljenih surovinah, polizdelkih ali
parametrih proizvodnega procesa (Kleindienst, 2008).
Da bi lahko proizvodni informacijski sistem nudil zadovoljive informacije in omogočal
uporabnikom pravočasno ukrepanje, mora temeljiti na realnih podatkih iz procesa, ki jih je
najbolje zajeti ob njihovem nastanku. Vhodni podatki morajo biti točni in ažurni, le tako je
lahko kakovost storitev sistema zadovoljiva (Kleindienst, 2008).
Avtorja Gradišar in Resinovič (Gradišar in Resinovič, 2001) navajata, da so kriteriji za
merjenje kakovosti informacije naslednji: dostopnost, točnost, pravočasnost, popolnost,
zgoščenost, ustreznost, razumljivost in objektivnost.
Obstaja več načinov za zajem podatkov v proizvodnji (Kleindienst, 2008):
ročni vnos,
10
zajem iz strojev,
elektronski vnos različnih dogodkov.
4.1 Ročni vnos podatkov
Podatki iz proizvodnje se lahko beležijo ročno, kar je najenostavnejši način. Delavec že med
delom ali pa po končanem delu izpolnjuje papirno dokumentacijo skladno s potekom dela. Na
tem obrazcu so običajno naslednja polja, ki jih je treba izpolniti (Kleindienst, 2008):
začetek in konec dela oz. trajanje dela,
številka delovnega naloga,
številka operacije,
oznaka stroja ali delovnega mesta,
številka delavca,
število kosov (dobri, slabi, popravljeni),
število zastojev, trajanje zastojev, tip večjih zastojev,
specifikacija izmeta.
Po koncu izmene delavec izpolnjen obrazec izroči delovodji, ki podatke vnese v informacijski
sistem. Ta prek vnosnih mask vsebuje določene omejitve, ki med vnosom preverjajo
pravilnost podatkov in s tem do neke mere onemogočajo napačen vnos. V praksi se kaže, da
so podatki na papirnih obrazcih pogosto nepopolni ali napačni, zaradi tega je vnos v
informacijski sistem v takih primerih težko zaključiti (Kleindienst, 2008).
Napačni podatki so lahko tudi posledica malomarnosti in nenatančnosti, subjektivnega
vrednotenja dejstev ali celo namernega prikrivanja dejstev (Sokolić v Kovačič in Bosilj
Vukšić 2005, str. 405).
Informacijski sistem sicer lahko opozori na nekatere nepravilnosti, je pa pravilne podatke
pozneje težko pridobiti in jih popraviti. Prav zaradi teh napak in možnosti manipulacij, ki se
dogajajo, zaradi zamudnega postopka ter nepotrebnega obremenjevanja delavcev se običajno
ročno vnaša le najnujnejše podatke. Delovno mesto, na katerem se vnaša podatke, mora biti
opremljeno z osebnim računalnikom in potrebno programsko opremo, pri čemer je treba
11
upoštevati tudi zahtevane licence. Vse to pa poleg stroškov dela pomeni dodatne stroške
(Kleindienst, 2008).
4.2 Zajem podatkov iz strojev
Ta način zajemanja podatkov predstavlja popolno nasprotje ročnemu vnašanju podatkov.
Posredovanje operaterjev ni potrebno, ker se vsi podatki pridobivajo samodejno, in to
neposredno iz strojev.
Stroje v proizvodnji nadzirajo krmilni računalniki oz. programirljivi logični krmilniki (PLC2).
To so majhni računalniki, ki se uporabljajo za nadzor in krmiljenje vseh vrst mehanskih in
električnih sklopov avtomatiziranih sistemov, imajo pa tudi podatke o statusu stroja, različnih
števcih, kot sta število izdelanih kosov in količina izmeta, ter o različnih časih in alarmih. Na
krmilnike se lahko priključimo prek namenskih industrijskih vodil, kot sta npr. ethernet,
profibus, in na tak način iz njih pobiramo podatke. Poseg v obstoječe krmilnike pa ni vedno
mogoč ali dovoljen, zato je v takih primerih treba na stroje namestiti dodatne namenske
krmilnike in morda tudi dodatne senzorje, prek katerih lahko pridemo do želenih podatkov.
Krmilniki morajo biti priključeni na nadzorni računalnik, s katerim nenehno komunicirajo in
mu pošiljajo podatke o stanju stroja (Kleindienst, 2004).
Z vključitvijo strojev v sisteme avtomatskega spremljanja naraščajo tudi stroški podjetja. Kjer
so veliki proizvodni obrati, je potrebno veliko ožičenja, da se med sabo poveže vso potrebno
infrastrukturo, kar predstavlja precejšen strošek. Če imajo podjetja svoje obrate na več
različnih lokacijah, se pojavi še dodaten problem, ker je treba podatke zaradi velike frekvence
pošiljanja shranjevati lokalno, od koder se potem prenašajo v matično enoto le po določenih
časovnih intervalih.
Podatki pri samodejnem zajemu iz strojev se lahko spreminjajo na sekundni ravni, zato jih je
že v srednje velikem proizvodnem obratu zelo veliko. To pa zahteva zelo skrbno načrtovano
postavitev informacijskega sistema (Sokolić v Kovačič in Bosilj Vukšić 2005, str. 405).
2 PLC: ang. Programmable Logical Controller; programirljivi logični krmilnik oz. krmilni računalnik.
12
Vzroki za vključitev strojev v sistem avtomatskega spremljanja so lahko naslednji
(Kleindienst, 2004):
če so stroški delovanja stroja visoki in je treba zaradi boljše izrabe natančno spremljati
njegovo delovanje,
če stroj predstavlja ozko grlo in je treba nadzorovati njegovo učinkovitost,
če stroj že brez posegov nudi zadovoljive podatke in so stroški vključitve v sistem
nizki,
če je za stroj treba shranjevati različne parametre delovanja, ki se pozneje uporabljajo
za nadzor kakovosti izdelkov.
4.3 Spremljanje proizvodnih dogodkov
Pri tem načinu zbiranja podatkov gre za elektronsko beleženje proizvodnih dogodkov v
informacijski sistem, to delo pa opravljajo delavci, ki delajo na strojih. Omogočen mora biti
čim hitrejši in čim enostavnejši vnos podatkov, da delavci s tem ne izgubljajo preveč časa.
Zasnova informacijskega sistema mora delavcem omogočiti uporabo brez večjih naporov med
delom, sistem pa mora nuditi kakovostne informacije o poteku dela v proizvodnji
(Kleindienst, 2004). Prijavljajo se različni dogodki, kot so:
začetek dela,
konec dela,
začetek zastoja,
konec zastoja,
začetek vzdrževalnega posega,
konec vzdrževalnega posega,
drugi dogodki, potrebni za zbiranje informacij.
Vidimo, da so dogodki relativno enostavni, zato je za njihov vnos potrebno malo časa in se
prijavljajo takoj ob nastanku. Informacijski sistem skrbi za skladnost izvajanja del z načrtom
in pri vnosu dogodkov upošteva pravila, ki preprečujejo morebitne napačne vnose. Če
naštejemo nekaj pravil (Kleindienst, 2004):
13
ni mogoče vnesti števila kosov, če to presega razpisano količino za vrednost, večjo od
tolerance,
če je stroj zaseden, ni mogoče prijaviti začetka dela,
če na stroju delo ne poteka, ni mogoče odjaviti zastoja,
če na stroju zastoj ni bil prijavljen, tudi ni mogoče prijaviti vzdrževanja,
posamezne operacije ali delovnega naloga ni mogoče prijaviti, če nimata ustreznega
statusa,
prijava posameznih operacij je odvisna od delovnega mesta,
prijava posameznih operacij je odvisna od uspešno zaključenih predhodnih operacij,
na posameznih operacijah ni mogoče prijaviti števila kosov, če je to večje od števila
kosov na predhodnih operacijah.
4.4 Kombiniran način zbiranja podatkov
Vse tri načine zbiranja podatkov v proizvodnji, ki smo jih opisali, se lahko kombinira in se
tako izkoristi njihove dobre lastnosti. V praksi lahko delo v proizvodnji poteka npr. tako, da
delavci na terminalih zabeležijo časovne dogodke, kot so začetek dela in konec dela, začetek
zastoja in konec zastoja, ter povežejo delovni nalog z ustreznim strojem. Števila izdelanih
kosov ni treba vnašati, ker se ti podatki pridobijo z avtomatskim zajemom iz stroja. Ob koncu
dela sistem iz razlike časov posameznih dogodkov izračuna efektivni čas dela, iz razlike
števcev kosov pa izračuna število dobrih in slabih kosov (Kleindienst, 2004).
5 INFORMACIJSKA PODPORA PROIZVODNJE V PODJETJU
V podjetju obstaja več programskih rešitev različnih dobaviteljev, ki so med seboj povezane
in integrirane v konsistentno celoto. Predstavljene so z večnivojsko arhitekturo, kot predpisuje
integracijski standard ISA953 (ISA, 3. april 2015). Slika 5.1 prikazuje hierarhično strukturo
informacijskih ravni, ki si jih lahko predstavljamo v obliki piramide.
3 ISA95 je mednarodni standard, ki omogoča avtomatizacijo povezav med različnimi informacijskimi sistemi in
definira pravila za izmenjavo podatkov med njimi.
14
Slika 5.1: Ravni informacijske podpore v podjetju
Vir: INAP (3. april 2015)
Na spodnji procesni ravni so stroji in naprave s svojimi senzorji in aktuatorji (I/O4), ki so
neposredno priključeni na programirljive logične krmilnike (PLC), ki skrbijo za avtomatsko
vodenje procesov. Ti so naprej povezani na informacijske sisteme za vodenje in nadzor
SCADA,5 ki predstavljajo vmesni člen med človekom in strojem. Omogočajo nadzor nad
delovanjem in upravljanje nastavitev delovanja strojev. Procesiranje podatkov na tej ravni
poteka v realnem času (Kovačič in Bosilj Vukšić, 2005).
Tehnologiji SCADA in PLC bosta podrobneje predstavljeni v sedmem poglavju, v okviru
opisa uporabljenih tehnologij za zajemanje in shranjevanje podatkov iz proizvodnih naprav.
Nad procesno ravnijo je informacijski sistem, ki predstavlja osnovo za izvajanje proizvodnje
in ga imenujemo proizvodni informacijski sistem ali MES.6 S svojimi funkcionalnostmi se
osredotoča na proizvod in izvaja dejavnosti za spremljanje proizvodnega procesa, ki poteka na
spodnji ravni. Proizvodni informacijski sistem je na spodnjo procesno raven povezan prek
4 I/O: ang. Input/Output; predstavlja senzorje in aktuatorje, prek katerih so stroji in naprave priključeni na
krmilnike.
5 SCADA: ang. Supervisory Control And Data Acquisition; je informacijski sistem za vodenje in nadzor
procesov.
6 MES: ang. Manufacturing Execution System; je proizvodni informacijski sistem.
15
industrijskega omrežja ter na zgornjo poslovno raven prek poslovnega omrežja (Kovačič in
Bosilj Vukšić, 2005).
Informacijsko podporo na najvišji ravni predstavlja integrirani poslovni informacijski sistem
ERP,7 ki se uporablja za vodenje in upravljanje poslovne logistike podjetja (Kovačič in Bosilj
Vukšić, 2005). Omogoča podporo izvajanja in upravljanja temeljnih dejavnosti znotraj
podjetja, kot so finance, računovodstvo, marketing, prodaja, upravljanje s kadri itd.
Posamezne ravni, ki smo jih zgoraj na kratko opisali, se med seboj razlikujejo tudi po količini
proizvedenih podatkov, kompleksnosti operacij nad podatki, odzivnosti in odgovornosti
odločanja.
Senzorji in ostala strojna oprema na procesni ravni lahko zajemajo podatke na
mikrosekundnem nivoju. Količina proizvedenih podatkov je zato zelo velika, vendar nad
njimi na tej ravni ne izvajamo kompleksnih operacij. Za pravilno vodenje procesa je zelo
pomembna hitra odzivnost. S tem ko se premikamo po hierarhiji navzgor, se manjša količina
podatkov oz. se podatki agregirajo in tudi hitra odzivnost ni več tako pomembna. Naraščata
pa s tem kompleksnost operacij nad podatki in odgovornost odločanja (Kunšič, 2009).
Vodstva podjetja tako na primer ne zanimajo posamezne meritve iz specifičnega
proizvodnega procesa, ampak le končni rezultat, kot je proizvedena količina izdelkov,
učinkovitost opreme, rast prodaje, poraba energije itd. …
5.1 Sistem ERP
»Koncept ERP izhaja iz potrebe po celovitem upravljanju z vsemi viri in njihove uporabe v
celotni organizaciji« (Kovačič in Bosilj Vukšić 2005, str. 277). ERP predstavlja integriran
poslovno usmerjen informacijski sistem, katerega glavni namen je povezovanje vseh
oddelkov in enot ter informacijskih tokov v podjetju v enoten računalniški sistem, ki lahko
zadovolji vse potrebe podjetja (Turban in drugi, 2008).
7 ERP: ang. Enterprise Resource Planning; je poslovni informacijski sistem.
16
Sistem vsebuje centralno podatkovno bazo, ki na enem mestu omogoča integracijo vseh
podatkov in podpira mnogo funkcij, ki jih uporabljajo različne poslovne enote in so potrebne
za uspešno odločanje. V praksi to pomeni, da zaposleni v različnih sektorjih uporabljajo iste
informacije za svoje specifične potrebe (NetSuite, 4. april 2015).
ERP za delo ponuja enoten uporabniški vmesnik, prek katerega se izvajajo temeljne
dejavnosti znotraj podjetja. Uporablja programske jezike 4. generacije (4GL), različna orodja
za pomoč in temelji na arhitekturi odjemalec/strežnik. Ima modularno zasnovo, ki omogoča
podjetju, da se lahko odloči za posamezne module glede na svoje potrebe. Glavni moduli
koncepta ERP so (Kovačič in Bosilj Vukšić, 2005):
planiranje,
nabava,
proizvodnja,
upravljanje z zalogami,
vzdrževanje,
finance,
prodaja,
distribucija,
upravljanje s kadri.
5.1.1 ERP SAP
V Krki se uporablja ERP sistem SAP R/3, ki ga je razvila nemška družba SAP AG, eno od
vodilnih podjetij na svetu, ki nudi programsko podporo za celovito upravljanje poslovnih
procesov v okviru podjetja. Strukturo SAP R/3 sistema prikazuje Slika 5.2.
Je integrirana programska aplikacija, ki deluje po principu odjemalec/strežnik in ima odprto
arhitekturo, kar pomeni, da lahko podjetja razvijajo in integrirajo svoje lastne programske
izdelke. Uporablja se samo ena podatkovna baza za celotno podjetje, ki je dosegljiva z
različnih poslovnih področij, kar podjetju omogoča, da deluje kot celota. Morda
najpomembnejša lastnost pa je, da je treba podatke v sistem vnesti le enkrat, sistem ERP pa
17
poskrbi za posodobitev drugih povezanih podatkov in logično povezanih funkcij (Monk in
Wagner, 2013).
Slika 5.2: Struktura informacijskega sistema SAP R/3
Vir: SAP-ERP (2011)
5.2 Sistemi MES
Sistemi ERP vsebujejo tudi module za obvladovanje proizvodnje, ki vključujejo podporo za
planiranje proizvodnje in vodenje po delovnih nalogih, vendar zaradi svoje specifičnosti niso
primerni za povezavo na procesno raven, ki bi jim zagotavljal potrebne realne podatke iz
proizvodnega procesa. So transakcijsko usmerjeni informacijski sistemi in se ne ukvarjajo s
procesnimi podatki, ker jim ti ne ustrezajo. Proizvodni proces obravnavajo kot črno škatlo
(Kovačič in Bosilj Vukšić, 2005).
Ko se v sistemu ERP razpiše delovni nalog za izdelavo proizvoda, se sistem ne ukvarja z
operativnim vodenjem proizvodnje. Če hočemo nadzorovati in obvladovati proizvodni proces,
je treba uvesti proizvodni informacijski sistem MES, ki v hierarhični strukturi informacijskih
ravni (Slika 5.1) zapolnjuje vrzel med poslovnim informacijskim sistemom in sistemi
procesnega vodenja. Sistemi MES so torej na spodnji ravni povezani s procesnimi napravami
in nadzornimi sistemi SCADA ter imajo možnost avtomatskega zajema procesnih podatkov.
18
Po definiciji mednarodnega neprofitnega združenja prodajalcev teh sistemov MESA
International sistemi MES zagotavljajo informacije, ki omogočajo optimizacijo proizvodnih
aktivnosti od izdaje proizvodnega naloga do končnega proizvoda (MESA International,
1997). Osnovni sklopi sistemov MES po njihovi definiciji so:
zagotavljanje sledljivosti izdelkov,
obvladovanje celotnega proizvodnega procesa (ključni kazalniki proizvodnje, zastoji,
obvladovanje razpoložljivih virov in opreme …),
kakovost izdelkov.
S svojimi funkcionalnostmi se osredotočajo na proizvod, vzpostavljajo proizvodne aktivnosti
in se nanje odzivajo v stvarnem času, s čimer je omogočen takojšen odziv na spremenjene
pogoje proizvodnje. Vse to vpliva na večjo učinkovitosti proizvodnih procesov, kar pomeni
boljši izkoristek proizvodnih virov, točno dobavo izdelkov in hitrejše obračanje zalog
(Kovačič in Bosilj Vukšić, 2005).
Uporabniki sistemov MES so operaterji, ki delajo v proizvodnji, vodje obratov in proizvodni
menedžment. Posredni uporabnik je tudi menedžment podjetja, ki podatke uporablja za
namene poslovnega odločanja.
V Krki je za različne namene vpeljanih več sistemov MES, ki so integrirani v informacijsko
celoto in bodo na kratko predstavljeni v nadaljevanju.
5.2.1 Sistem MES1
Sistem MES1, kot ga bomo simbolično poimenovali zaradi poslovne skrivnosti, je bil prvi
proizvodni informacijski sistem v Krki za vodenje in nadzor proizvodnje, vpeljan leta 1998.
Prilagojen je za delovanje v farmacevtski proizvodnji, zato upošteva vse njene posebnosti in
specifične zahteve. Sestavljajo ga naslednji glavni moduli:
MES1-MBR: modul za kreiranje elektronskih tehnoloških postopkov,
MES1-PLAN: modul za planiranje proizvodnje,
19
MES1-EBR: modul za spremljanje in nadzor proizvodnje ter elektronski zapisniki o
proizvodnji,
MES1-WMS: modul za upravljanje zalog in materialnih pretokov v vhodnih
skladiščih in v proizvodnji.
S pomočjo sistema MES1 sta omogočena spremljanje in nadzor celotne farmacevtske
proizvodnje in uporabnikom omogoča (Kos, 2008):
izdelavo elektronskih tehnoloških postopkov,
elektronsko izvajanje in nadzor proizvodnje po posameznih delovnih operacijah in po
posamezni delovni sobi,
elektronsko izvajanje, potrjevanje in spremljanje materialnih pretokov,
elektronsko izvajanje tehtanja s tehtnicami, ki so povezane na računalnik,
izdelavo in vzdrževanje elektronske dokumentacije,
obvladovanje osnovnih nastavitev strojne opreme, ki se uporablja pri izvajanju
procesov ter obvladovanje statusov objektov in opreme.
5.2.2 Sistem MES2
Proizvodni informacijski sistem s simboličnim imenom MES2 predstavlja dopolnitev
funkcionalnosti sistema MES1. Namenjen je zbiranju podatkov o stanju in delovanju
proizvodnih strojev in linij. Iz zbranih podatkov se v sistemu prepoznajo in zabeležijo zastoji,
ki so klasificirani glede na vzrok zastoja, izračunavajo se tudi ključni proizvodni kazalniki
(razpoložljivost, zmogljivost, kakovost, skupna učinkovitost). Sistem omogoča kreiranje in
pregled različnih poročil. Podatki se pridobivajo iz različnih virov (Krka, d. d., Novo mesto,
2014b):
v sistemu se zberejo podatki o stanju izvajanja procesnih nalogov v proizvodnji –
podatki o statusu delovne operacije ter času izvajanja se prepišejo iz sistema MES1;
ročno se vzdržujejo podatki o aktivnih izmenah. Iz zbranih podatkov se v MES2
izračunajo ključni proizvodni kazalniki razpoložljivosti, zmogljivosti, kakovosti in
skupne učinkovitosti;
20
matične podatke materiala in resursov sistem pridobiva iz poslovnega informacijskega
sistema SAP;
podatke o stanju in dogodkih na proizvodnih strojih in linijah sistem pridobiva iz
procesnega historiana,8 kamor se zapisujejo z avtomatskim zajemanjem iz naprav.
Uporabnikom je omogočen vpogled v delovanje sistema z uporabo naslednjih aplikacij:
aplikacije za zastoje, ki je namenjena operaterjem ob linijah za prikaz zastojev v
realnem času z možnostjo klasifikacije zastojev in vnosa opombe;
spletne aplikacije KPI, ki prikazuje proizvodne kazalnike v realnem času;
aplikacije MES2, prek katere uporabniki pregledujejo ter po potrebi urejajo šifrante in
urnik obratovalne linije, podatke o izdelkih ter tipe izdelkov. Vnašajo in urejajo tudi
proizvodne faze operacije (aktivnosti na liniji);
aplikacije za poročila, pri čemer sta možna pregled in izpis različnih poročil (Krka, d.
d., Novo mesto, 2014a):
o dnevnik dela (časovno zaporedje aktivnosti na posamezni liniji),
o zastoji po kategoriji (načrtovan, nenačrtovan zastoj),
o zastoji – splošno (vsi zastoji, ki so se zgodili na posamezni liniji),
o zastoji po napaki,
o zastoji po vzroku,
o zastoji po tipu izdelka,
o KPI za obdobje (preračunani kazalci za izbrano časovno obdobje in linijo),
o poročilo o proizvedeni količini.
Slika 5.3 prikazuje primer prikaza kazalcev učinkovitosti izbrane pakirne linije v spletni
aplikaciji KPI.
8 Procesni historian je sistem za arhiviranje in analizo procesnih podatkov.
21
Slika 5.3: Prikaz kazalcev učinkovitosti
Vir: Krka, d. d., Novo mesto (2015)
6 OBSTOJEČE REŠITVE ZA ZAJEMANJE IN SHRANJEVANJE
PODATKOV IZ PROIZVODNIH STROJEV IN LINIJ
6.1 Tok podatkov
V prejšnjem poglavju smo spoznali, da sistem MES2 potrebuje veliko podatkov, ki se zbirajo
na različne načine in iz različnih virov, med drugim tudi z avtomatskim zajemom iz
proizvodnih strojev. Slika 6.1 prikazuje shemo toka podatkov v sistemu MES2 od izvora na
strojih prek zajema in prenosa v arhiv, obdelave na aplikacijskem strežniku do prikaza na
klientih.
22
Slika 6.1: Shema toka podatkov sistema MES2
Vir: Prirejeno po Krka, d. d., Novo mesto (2014)
Vidimo, da se podatki iz strojev zajemajo na spodnji ravni iz krmilnikov in se shranjujejo v
procesni historian. Ta predstavlja osnovno skladišče signalov, ki opisujejo stanje strojev
(delovanje, napake in izdelane količine), pomeni pa tudi nekakšno mejo med procesno in
proizvodno informacijsko ravnijo. Tema te diplomske naloge je dogajanje na spodnji ravni,
zato si bomo v nadaljevanju pogledali, kakšne so obstoječe rešitve v Krki za povezavo strojev
v proizvodni informacijski sistem.
6.2 Povezava na stroje in zajem podatkov
Iz strojev v Krki, ki so že priključeni v sistem za spremljanje učinkovitosti, se signali
zajemajo na različne načine, kar je odvisno od obstoječe strojne in programske opreme stroja
in v skladu z internim standardom podjetja. Ta natančno predpisuje, kakšna oprema se lahko
uporabi. V podjetju si zelo prizadevamo, da že ob nakupu strojev dobavitelju posredujemo
naše uporabniške zahteve, ki opredeljujejo zahteve glede računalniške strojne in programske
23
opreme, od krmilne do nadzorne ravni, možnih načinov integracije v Krkino IT9 okolje, pa
tudi zahteve glede želenih parametrov oz. signalov, ki bi jih želeli spremljati. To je zelo
pomembno tako z vidika lažjega vzdrževanja takšne opreme in zagotavljanja rezervnih delov
kot tudi lažjega povezovanja v Krkino poslovno mrežo in različne sisteme, kot je npr.
informacijski sistem MES2. Velikokrat pa se zgodi, da bi bila sprememba ponujene
računalniške konfiguracije prevelik dodatni strošek, zato se kupi stroj, ki ne ustreza povsem
Krkinim internim standardom. Posebej problematični so nekateri starejši stroji, ki niso
povezani v omrežje in so tako nedosegljivi za zunanje sisteme. Težava je tudi v tem, da vsi
stroji vedno nimajo na voljo vseh potrebnih signalov, ki bi jih želeli zajemati in shranjevati.
Za povezovanje različnih strojev v sistem MES2 smo morali tako uporabiti različne načine, ki
so se izkazali za najbolj primerne glede delovanja, stroškov in vzdrževanja. V sistem so
povezane pakirne linije, stroji za tabletiranje in stroji za kapsuliranje, iz katerih se zajema
podatke, ki so na voljo oziroma ki jih potrebujemo. Treba je poudariti, da imajo nekateri stroji
lahko več sklopov, od katerih ima vsak svoj krmilnik in nadzorni računalnik. Kateri sklopi so
povezani v sistem zbiranja podatkov, je odvisno od tega, katere informacije potrebujemo, in je
lahko različno za posamezne vrste strojev. Obstoječe rešitve lahko v grobem razdelimo na tri
osnovne skupine, ki bodo opisane v nadaljevanju.
6.2.1 Zajem podatkov prek vmesnikov OPC10
Ta način se uporablja pri strojih, ki ne uporabljajo standardnih krmilnikov in standardnih
nadzornih sistemov, ki so v Krki predpisani z internim standardom, in če je na voljo strežnik
OPC za obstoječi nestandardni krmilnik. V nekaterih primerih so lahko ti že nameščeni na
integrirane nadzorne računalnike strojev od dobaviteljev ali pa smo jih mi namestili na
dodatne zbiralne računalnike, da smo čim manj posegali v obstoječe stanje in s tem zmanjšali
vpliv na delovanje stroja. V drugem primeru je treba vzpostaviti povezavo med krmilnikom
stroja in zbiralnim računalnikom, ki je v naših primerih lahko serijska (RS232)11 ali pa
9 IT pomeni informacijska tehnologija.
10 OPC: ang. OLE for Process Control; je standard, ki omogoča izmenjavo podatkov v realnem času med
različnimi sistemi za avtomatizacijo.
11 RS232 je standard za serijski prenos podatkov med napravami.
24
ethernet,12 odvisno od tega, kakšno komunikacijo podpira krmilnik. Zbiralni računalniki
morajo zato imeti dve komunikacijski kartici: ethernet kartico za povezavo v Krkino poslovno
mrežo in procesno kartico (ethernet ali RS232) za komunikacijo s krmilnikom. Na
integriranem ali zbiralnem računalniku je nameščena naslednja programska oprema:
obstoječi operacijski sistem in ostale že obstoječe aplikacije,
strežnik OPC za zajem podatkov iz krmilnika stroja,
Historian OPC kolektor, ki podatke zapisuje v procesni historian.
6.2.1.1 Primer priklopa stroja in zajema podatkov prek vmesnika OPC
Zaradi lažje predstave si poglejmo primer priklopa ene od pakirnih linij (Slika 6.2). Linija je
sestavljena iz več sklopov: stroja za izdelavo pretisnih omotov (ang. blister machine), stroja za
kartoniranje (ang. cartoner machine), tehtnice (ang. check weigher), stroja za označevanje (ang.
labeller) in zavijalnega stroja (ang. stretchbander). Za nadzor linije in spremljanje podatkov z
linije so v uporabi trije računalniški sistemi, ki so prek ethernet povezave priključeni na drugo
ethernet kartico zbiralnega računalnika, ta pa je naprej povezan v poslovno mrežo.
Na zbiralnem računalniku teče strežnik OPC, ki je konfiguriran tako, da pobira podatke iz vseh
treh računalniških sistemov stroja, Historian OPC kolektor pa podatke prenaša na centralni
strežnik Historian, ki jih daje na voljo sistemu MES2. Konfiguracija strežnika OPC je v dveh
xml datotekah. V prvi datoteki so navedeni vsi signali oz. spremenljivke, ki se zajemajo iz stroja
in so nam na razpolago, druga konfiguracijska datoteka pa vsebuje podatke za povezavo na
posamezne sklope stroja. Strežnik OPC nam daje na voljo veliko podatkov. Poleg teh o delovanju
stroja in številu dobrih ter slabih kosov lahko dobimo tudi kode različnih napak, ki se pojavljajo,
kar je osnova za določanje vzrokov za zastoje. Na strežniku Historian je nastavljeno, kateri
podatki izmed teh, ki jih zajema strežnik OPC, se tudi dejansko arhivirajo v procesnem historianu.
12 Ethernet je standard za povezovanje naprav oziroma računalnikov v omrežje.
25
Slika 6.2: Shema povezav in priklopa pakirne linije
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
6.2.2 Zajem podatkov prek dodatnega krmilnika in SCADE
Na nekaterih starejših strojih so uporabljeni nestandardni nadzorni sistemi in krmilniki, za
katere nimamo na voljo ustreznega strežnika OPC, ki bi nam dajal potrebne podatke iz
procesa. V takem primeru smo uporabili dodatni krmilnik, ki ga bomo zaradi poslovne
skrivnosti v nadaljevanju imenovali PLC1. Nanj smo povezali potrebne signale iz obstoječih
senzorjev na stroju (tipično fotocelica), v nekaterih primerih je bilo treba namestiti tudi
dodatne senzorje. Krmilnik je prek ethernet kabla povezan na eno od dveh mrežnih kartic
zbiralnega računalnika, na katerem je nameščen nadzorni sistem SCADA, ki prek ustreznega
gonilnika bere podatke. Drugo mrežno kartico računalnik uporablja za povezavo v poslovno
mrežo. Ta rešitev praktično ne posega v obstoječe stanje stroja, in zato ne vpliva na njegovo
delovanje. Na zbiralnem računalniku je nameščena naslednja programska oprema:
obstoječi operacijski sistem in ostale že obstoječe aplikacije,
26
SCADA programska oprema s standardnim gonilnikom za komunikacijo s
krmilnikom PLC1,
Historian SCADA kolektor, ki podatke zapisuje v procesni historian.
6.2.2.1 Primer priklopa stroja in zajema podatkov prek dodatnega krmilnika in SCADE
Slika 6.3 prikazuje primer priklopa pakirne linije, iz katere pobiramo signale prek obstoječih
senzorjev. Na krmilnik PLC1 sta povezana signala iz fotocelice in semaforja polnilnega stroja.
Signal fotocelice se proži ob prehodu dobrih pretisnih omotov in nam da informacijo o številu
narejenih dobrih kosov, prisoten signal iz semaforja pa pomeni, da linija deluje. Signali se
obdelajo na krmilniku, ki je prek industrijske ethernet mreže povezan na zbiralni (nadzorni)
računalnik. Na njem je nameščena programska oprema SCADA, ki teče v ozadju kot servis in ima
standardni gonilnik za komunikacijo s PLC1 krmilnikom. Ta bere podatke in jih piše v procesno
bazo SCADA, Historian SCADA kolektor pa jih prenaša v centralni Historian arhiv. Kot lahko
vidimo, smo pri tem načinu omejeni glede podatkov, ki jih lahko dobimo iz stroja, v
primerjavi z zajemom podatkov prek vmesnika OPC, kjer lahko preberemo tudi kodo napake.
Slika 6.3: Shema povezav in priklopa pakirne linije
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
27
6.2.3 Zajem podatkov s pomočjo namenskega gonilnika
Obstaja še tretji način, ki ga uporabljamo za zajem in shranjevanje podatkov iz strojev. Ta se
uporablja pri določenem tipu pakirnih linij, kjer obstaja standarden krmilnik, na katerega se
lahko priklopimo, ne uporabljamo pa klasičnega strežnika OPC, ki bi nam dajal na voljo
potrebne podatke iz procesa. Namesto njega je bil razvit namenski gonilnik, ki pobira signale
iz strojev in jih zapisuje neposredno v procesni historian. Potrebujemo samo dodatni zbiralni
računalnik, ki ima komunikacijsko povezavo s krmilnikom, in nameščen omenjeni gonilnik.
Rešitev ne obremenjuje obstoječega računalniškega sistema, in zato ne vpliva na delovanje
stroja. Na zbiralnem računalniku je nameščena naslednja programska oprema:
obstoječi operacijski sistem in ostale že obstoječe aplikacije,
Historian Client Tools,
.Net Framework,
namenski gonilnik za komunikacijo s krmilnikom in Historianom.
6.2.3.1 Primer priklopa stroja in zajema podatkov s pomočjo namenskega gonilnika
Na omenjeni način se podatke zajema iz nekaterih pakirnih linij določenega tipa. Primer priklopa
je predstavljen na Sliki 6.4. Krmilnik, ki ga imenujmo PLC2, je prek serijske RS232 komunikacije
povezan na serijski vmesnik zbiralnega računalnika, ta pa je prek mrežne kartice povezan v
poslovno mrežo. Na računalniku je nameščen namenski gonilnik za ta stroj, ki teče kot servis in se
zažene avtomatsko ob zagonu računalnika. Gonilnik bere podatke iz krmilnika in jih sam zapisuje
v Historian, tako da ne potrebujemo še dodatnega kolektorja Historian, ki bi opravljal to funkcijo.
Zajema in shranjuje se podatke o statusu linije (deluje, ne deluje), številu dobrih kosov, številu
slabih kosov (izmet) in kodo napake.
28
Slika 6.4: Shema povezav in priklopa pakirne linije
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
7 UPORABLJENE TEHNOLOGIJE IN STANDARDI
7.1 Vmesniki OPC
V preteklosti so naprave v sistemih avtomatizacije, ki so jih sestavljale krmilne naprave na
spodnji ravni ter nadzorni sistemi, med seboj komunicirale na osnovi povezav in
komunikacijskih protokolov, ki so bili lastni skupini povezanih naprav. Tak način
povezovanja je zahteval izdelavo programskih vmesnikov (gonilnikov) za vsako napravo v
sistemu. Tako je npr. aplikacija SCADA potrebovala toliko različnih gonilnikov, s kolikor
različnimi krmilniki je bila povezana. Nadgradnja in vzdrževanje takih sistemov sta bila zelo
zapletena in draga, zato so se iskale rešitve v smeri razvoja standardnih vmesnikov, ki bi
omogočali enostavno povezovanje med napravami. Standard je moral biti primeren tako za
enostavne kot tudi za zahtevnejše sisteme, ki bi se gradili na osnovi odprte in enotne
komunikacije, od osnovne ravni avtomatizacije pa vse do kompleksnih informacijskih
sistemov (Quercus Lab, 2012).
29
Skupina vodilnih svetovnih konkurenčnih podjetij na področju avtomatizacije je leta 1995
združila moči in kot rezultat tega sodelovanja je leta 1996 nastal enoten standard za
izmenjavo podatkov med napravami različnih proizvajalcev v realnem času. Standard se je
imenoval OPC (OLE13 for Process Control) in je temeljil na Microsoftovih tehnologijah OLE,
COM14 in DCOM15, ki so bile razvite za družino operacijskih sistemov Windows. Gre za
serijo specifikacij, ki so jih razvili proizvajalci industrijske opreme za avtomatizacijo, končni
uporabniki in razvijalci programske opreme. Določene so bile metode za dostop do procesnih
podatkov, ki so enake ne glede na tip in izvor teh podatkov. Standardizirani programski
vmesnik omogoča npr. sistemom SCADA standardni način komunikacije z napravami prek
vmesne plasti, ki prevede OPC generične zahteve za branje/pisanje podatkov v zahteve, ki jih
razume naprava, in obratno. To pomeni, da je skupni programski vmesnik napisan enkrat in
ga potem lahko uporablja kateri koli poslovni, standardni SCADA ali po meri narejen
programski paket (Introduction to OPC, 11. april 2015).
Standard OPC temelji na arhitekturi odjemalec – strežnik. Strežniki OPC, ki jih poleg svoje
opreme ponujajo proizvajalci industrijskih naprav za avtomatizacijo, dajejo na razpolago
podatke iz naprave prek vmesnika, odjemalec OPC pa dostopa do teh podatkov in jih
uporablja. Treba je poudariti, da je aplikacija, ki dostopa do podatkov in jih daje na razpolago,
lahko oboje, odjemalec in strežnik.
7.1.1 Fundacija OPC
Fundacija OPC (ang. OPC Foundation) je neprofitna organizacija, ki je bila ustanovljena leto
dni po rojstvu prvega standarda OPC. Njen namen je zagotavljanje povezljivosti med
napravami v avtomatizaciji z razvojem in vzdrževanjem odprtih specifikacij OPC, ki temeljijo
na osnovi upoštevanja industrijskih potreb. Razvijalci in ponudniki morajo pri razvoju svojih
13 OLE: ang. Object Linking and Embedding; je Microsoftova tehnologija, ki omogoča vgrajevanje in
povezovanje objektov med aplikacijami.
14 COM: ang. Component Object Model; je Microsoftova tehnologija, ki omogoča komunikacijo različnih
programskih komponent.
15 DCOM: ang. Distributed Component Object Model; je Microsoftova tehnologija, ki omogoča programskim
komponentam komunikacijo prek mreže.
30
OPC izdelkov upoštevati zahteve posameznih specifikacij (Introduction to OPC, 11. april
2015).
V Fundacijo OPC so vključeni skoraj vsi najpomembnejši svetovni proizvajalci opreme za
avtomatizacijo in šteje prek 450 članov ter vključuje na tisoče OPC združljivih izdelkov.
Postala je najbolj obsežen vir za vse stvari, povezane z OPC, in združuje podjetja vseh
velikosti, univerze in druge organizacije za standardizacijo, ki želijo ostati v stiku s
tehnologijo OPC. Članstvo v Fundaciji za njih pomeni konkurenčno prednost pri razvoju in
uporabi novih izdelkov OPC (OPC Foundation, 14. april 2015). Obstaja več ravni članstva z
različnimi ugodnostmi (OPC Foundation, 14. april 2015):
podjetja so ponudniki združljivih izdelkov OPC, ki se naprej delijo v članske razrede
na osnovi podatkov o letni prodaji;
končni uporabniki so potrošniki izdelkov OPC;
člani brez glasovalnih pravic so organizacije, kot so vlada, raziskovalne ustanove,
univerze in neprofitne skupine, ki zahtevajo informacije, povezane s tehnologijo OPC,
vendar ne proizvajajo in ne tržijo izdelkov OPC.
Zaradi zagotavljanja skladnosti in določene ravni kakovosti izdelkov OPC je Fundacija OPC
uvedla program za preverjanje skladnosti, ki vsebuje dve ravni certificiranja. Na prvi ravni se
s pomočjo orodij za testiranje skladnosti, ki jih ponuja Fundacija OPC za vse pomembne OPC
standarde, testira funkcionalnosti izdelkov OPC na ravni vmesnika. Organizirane so tudi
delavnice, na katerih različni ponudniki testirajo delovanje različnih izdelkov med seboj. Tisti
izdelki, ki uspešno prestanejo vse teste, izpolnjujejo osnovno raven skladnosti s standardom
OPC in so označeni z logotipom Self-Tested (OPC Foundation, 14. april 2015).
Druga raven certificiranja je mnogo bolj kompleksna in se izvaja v neodvisnih laboratorijih,
kjer se na izdelkih OPC izvajajo številni testi, kot so testi osnovnih funkcionalnosti, testi pod
obremenitvijo, testi medsebojnega delovanja različnih izdelkov in stresni testi. Izdelki OPC,
ki zadostijo vsem zahtevam neodvisnega certificiranja, so opremljeni z logotipom Certified,
kar končnim uporabnikom daje poroštvo za visoko stopnjo OPC skladnosti, kakovosti in
zanesljivosti (OPC Foundation, 14. april 2015). Oba logotipa sta prikazana na Sliki 7.1.
31
Slika 7.1: Logotipa za obe ravni certificiranja izdelkov OPC
Vir: OPC Foundation (14. april 2015)
7.1.2 Klasični vmesniki OPC
V vseh teh letih je Fundacija OPC definirala številne vmesnike, ki standardizirajo podatkovne
tokove od spodnje procesne ravni do zgornje ravni vodenja. Vmesniki se v glavnem
uporabljajo v aplikacijah za avtomatizacijo v industriji. Tipični predstavniki so HMI16 in
SCADA sistemi, ki se uporabljajo za zajem in shranjevanje podatkov iz naprav za potrebe
aplikacij na višji ravni vodenja (Unified Automation, 14. april 2015).
Glede na različne zahteve so bile razvite tri osnovne specifikacije OPC: Data Access (DA),
Alarm & Event (A&E) in Historical Data Access (HDA). OPC DA specifikacija opisuje
dostop do trenutnih podatkov oziroma do podatkov v realnem času. OPC A&E specifikacija
opisuje vmesnik za dostop do procesnih dogodkov in alarmov, OPC HDA pa opisuje funkcije
za dostop do zgodovinskih procesnih podatkov. Klasični OPC vmesniki so osnovani na COM
in DCOM tehnologijah, ki sta bili že omenjeni. Prav to je omogočilo Fundaciji OPC hiter
razvoj standarda in prodor na trg, ker ni bilo treba razvijati novega komunikacijskega
protokola in je to precej skrajšalo čas razvoja specifikacij in izdelkov. Ima pa uporaba
COM/DCOM tehnologije tudi slabosti, in sicer odvisnost OPC od Windows platforme in
zahtevno konfiguriranje DCOM pri uporabi omrežne komunikacije OPC izdelkov. Zaradi zelo
dolgih časovnih zakasnitev, ki jih ni možno nastavljati, tehnologija DCOM tudi ni primerna
za komunikacijo prek interneta (Unified Automation, 14. april 2015).
16 HMI: ang. Human Machine Interface; je del stroja, ki omogoča interakcijo med človekom in strojem pri
njegovem upravljanju. Primeri: operacijski paneli, zasloni na dotik, tipkovnice, membranska stikala.
32
7.1.2.1 Vmesniki OPC Data Access
Vmesnik OPC DA je najbolj pogost vmesnik OPC, saj je danes nameščen v kar 99 % vseh
izdelkov, ki uporabljajo tehnologijo OPC. Omogoča branje, pisanje in spremljanje trenutnih
procesnih podatkov prek spremenljivk in se v glavnem uporablja za prenos podatkov v
realnem času iz krmilnikov in drugih kontrolnih naprav v HMI in SCADA nadzorne sisteme
(Unified Automation, 14. april 2015).
OPC odjemalec se poveže z OPC strežnikom prek objekta OPCServer, ki je najvišji v
hierarhiji OPC objektov (Slika 7.2). Ta vsebuje metode za navigacijo po naslovnem prostoru
strežnika, kjer lahko odjemalec pregleduje podatkovne vire ter njihove lastnosti. Do podatkov
določenega podatkovnega vira odjemalec dostopa prek objektov OPCItem, ki predstavljajo
posamezne točke ali spremenljivke oziroma najnižji element v hierarhiji in s tem neposredno
povezavo do podatkov. OPC odjemalec posamezne objekte OPCItem združi v skupine s
pomočjo objekta OPCGroup, kar omogoča, da skupino podatkov, ki imajo enake nastavitve
(npr. čas osveževanja) beremo ali zapisujemo kot celoto (Iwanitz in Lange, 2002).
OPC DA odjemalec in strežnik si lahko podatke izmenjujeta na več načinov (Iwanitz in
Lange, 2002):
sinhrono branje: odjemalec pošlje zahtevo za branje podatkov na strežnik in ta mu
pošlje povratno informacijo s podatkom. To branje je najbolj primerno pri hitrem
načinu dostopa;
asinhrono branje: odjemalec pošlje zahtevo za branje podatkov na strežnik, ki mu
nazaj pošlje povratno informacijo, podatek pa ima določen časovni zamik. Branje je
primerno pri počasnejšem načinu dostopa;
osveževanje: odjemalec periodično bere posamezne aktivne spremenljivke, ki jih
predstavljajo objekti OPCItem oziroma aktivne skupine spremenljivk prek objektov
OPCGroup. Aktivnost objektov se nastavi na odjemalcu;
naročnina na spremembe: strežnik periodično bere podatke in posreduje odjemalcu
samo tiste, katerih vrednosti so se spremenile. Perioda preverjanja podatkov se nastavi
na odjemalcu.
33
Slika 7.2: Objekti OPC DA odjemalca na strežniku OPC DA
Vir: Prirejeno po Unified Automation (18. april 2015)
OPC DA zagotavlja podatke v realnem času, ki poleg vrednosti vsebujejo še matapodatke, kot
sta časovna značka (ang. Timestamp) in kakovost prebranega podatka (ang. Quality). Zadnja
ima lahko vrednosti dobro (ang. Good), če je podatek točen, slabo (ang. Bad), če podatek ni
na voljo, ali neznano (ang. Uncertain), v primeru, ko podatek ni pravilno definiran. Na tak
način klasična tehnologija OPC obvladuje situacije, ko pride npr. do izpada povezave med
OPC strežnikom ter napravo in podatki niso na voljo (Iwanitz in Lange, 2002).
Vmesnik OPC DA bo uporabljen pri praktičnem delu te diplomske naloge za zajem podatkov
iz pakirnih linij.
7.1.2.2 Vmesniki OPC Alarm & Event
Vmesniki OPC A&E so namenjeni spremljanju ter potrjevanju dogodkov in alarmov v
sistemih procesne avtomatizacije. Strežnik OPC A&E sam po sebi ne kreira dogodkov in
alarmov, njegovi nalogi sta samodejni zajem in posredovanje teh odjemalcem z uporabo
skupnega komunikacijskega vmesnika (DeltaV, 2013).
34
Dogodke lahko razumemo kot obvestila, ki odjemalca obveščajo o nastopu dogodka, alarme
pa kot obvestila o spremembi stanja v procesu. Tako lahko npr. v nekem sistemu alarm
povzroči padec nivoja tekočine v rezervoarju pod nastavljeni najnižji nivo ali pa prekoračitev
najvišjega nivoja. Prek vmesnikov OPC A&A je možno tudi potrjevati alarme, kar je v praksi
zelo pogosto (Unified Automation, 18. april 2015).
Strežnik OPC A&E ne posreduje odjemalcem podatkov na njihovo zahtevo, kot smo to videli
pri strežnikih OPC DA, ampak jim avtomatsko posreduje obvestilo o dogodku oziroma
alarmu, ko se ta zgodi. Odjemalec OPC A&E se mora povezati na strežnik in se naročiti na
obvestila prek hierarhije OPC objektov, ki jih ustvari na njem (Unified Automation, 18. april
2015).
Za povezavo odjemalca na strežnik je torej treba ustvariti objekt OPCEventServer, ki je na
vrhu hierarhije, pod njim pa je eden ali več objektov OPCEventSubscription, s katerimi se
naročimo na prejemanje obvestil (Slika 7.3). Obvestila se lahko omeji z nastavitvijo ustreznih
filtrov za vsako naročnino posebej (Iwanitz in Lange, 2002).
Slika 7.3: Objekti na strežniku OPC A&E
Vir: Prirejeno po Unified Automation (18. april 2015)
35
7.1.2.3 Vmesniki OPC Historical Data Access
Za razliko od vmesnikov OPC DA, ki omogočajo dostop do trenutnih procesnih podatkov,
nam vmesniki OPC HDA dajejo na razpolago že shranjene zgodovinske procesne podatke.
Uporabljena tehnologija je pri obeh enaka. Tudi odjemalec OPC HDA na strežniku ustvari
hierarhijo objektov, prek njih pa dostopa do shranjenih zgodovinskih podatkov. Na najvišji
ravni je OPCHDAServer, prek katerega se povežemo na strežnik in nam ponuja metode za
branje in posodabljanje podatkov (Iwanitz in Lange, 2002).
7.1.2.4 Vmesniki OPC XML17-DA
Vsi do zdaj opisani vmesniki OPC so temeljili na tehnologiji COM/DCOM in so bili vezani
na platformo Windows.
Vmesnik OPC XML-DA pa je bil prvi, ki ni bil odvisen od platforme in je imel vgrajen XML
prehod. Namesto tehnologije COM/DCOM je bil uporabljen protokol SOAP.18 Ta združuje
dve tehnologiji, in sicer tehnologijo XML za opis parametrov komunikacije med strežnikom
OPC in odjemalcem ter http19 kot transportni protokol. Tako je bila omogočena izmenjava
podatkov med napravami OPC prek mreže, kar je bila prav gotovo velika prednost v
primerjavi s klasičnimi vmesniki OPC DA (Iwanitz in Lange, 2002).
Je bila pa zaradi omenjene nove tehnologije funkcionalnost OPC XML-DA vmesnika za
izmenjavo podatkov nekoliko okrnjena. Od celotnega nabora funkcij vmesnika OPC DA je
ostalo še osem funkcij, ki jih lahko uporablja odjemalec (Unified Automation, 18. april 2015):
Get status za preverjanje statusa strežnika,
Read za branje vrednosti ene ali več spremenljivk,
Write za pisanje vrednosti ene ali več spremenljivk,
17 XML: ang. eXtensible Markup Language; je razširljiv označevalni jezik, ki določa nabor pravil za kodiranje
dokumentov v obliki, ki je razumljiva človeku in stroju.
18 SOAP: ang. Simple Object Access Protocol; je protokol za izmenjavo strukturiranih informacij pri spletnih
storitvah v računalniških omrežjih.
19 http: ang. HyperText Trsansfer Protocol; je protokol za prenos informacij po spletu.
36
Browse za pridobivanje informacij o imenskem prostoru,
GetProperties za pridobivanje informacij o spremenljivkah, ki so dosegljive,
Subscribe za naročanje na seznam določenih spremenljivk (odjemalec od strežnika
avtomatsko dobi le spremenjene vrednosti),
SubscriptionPolledRefresh za izmenjavo spremenjenih vrednosti v seznamu
spremenljivk, na katere smo naročeni,
SubscriptionCancel za preklic naročnine.
Zaradi omejene zmogljivosti in velike porabe resursov računalnika med delovanjem vmesnik
OPC XML-DA kljub prednostim, ki smo jih omenili, ni doživel takšnega uspeha, kot so
pričakovali.
7.1.3 Vmesniki OPC Unified Architecture
Prvi in do zdaj še vedno najuspešnejši OPC standard OPC DA je bil zasnovan kot vmesnik za
komunikacijski gonilnik, ki je omogočal standardizirano branje in pisanje trenutnih podatkov
z in v naprave za avtomatizacijo. Najbolj pogosto se je uporabljal v HMI in SCADA sistemih
za dostop do podatkov iz različnih naprav, različnih proizvajalcev, z uporabo enotnega
programskega vmesnika, ki ga je priskrbel proizvajalec strojne opreme. Tudi standardi, ki so
sledili, so bili namenjeni dostopu do podatkov sistemov SCADA (Mahnke in drugi, 2009).
Danes pa se OPC uporablja kot standardni sistemski vmesnik med sistemi avtomatizacije na
različnih ravneh v hierarhični strukturi, od sistemov SCADA in PLC na spodnji ravni do
sistemov MES in ERP. Ker so tako proizvodni kot tudi sistemi za upravljanje in nadzor vedno
bolj kompleksni, je morala temu slediti tudi tehnologija.
Fundacija OPC je zato razvila novo specifikacijo, ki se imenuje OPC Unified Architecture
(OPC UA) in predstavlja zamenjavo za vse obstoječe specifikacije, ki bazirajo na
Microsoftovi COM/DCOM tehnologiji, brez izgube funkcionalnosti. Pokriva vse zahteve za
sistemske vmesnike, ki so neodvisni od uporabljene platforme in omogoča realizacijo
enostavnih kot tudi zelo kompleksnih sistemov. V primerjavi s klasičnim standardom OPC je
bila pri razvoju nove specifikacije velika pozornost namenjena zagotavljanju varne in
zanesljive komunikacije med posameznimi sistemi ter omrežni dostopnosti. Za to so bile
37
vpeljane nove in izboljšane funkcionalnosti za zagotavljanje zanesljivosti z večjo
robustnostjo, redundantnostjo in večjo odpornostjo na napake, za zagotavljanje visoke
učinkovitosti, razširljivosti, varnosti in nadzora dostopa ter medsebojnega delovanja med
različnimi sistemi. Specifikacija OPC UA predpisuje uporabo komunikacijskih protokolov
TCP/IP,20 HTTP in SOAP, ki omogočajo komunikacijo med sistemi na različnih platformah
prek interneta in požarnih zidov, opuščena pa je tehnologija COM/DCOM (Mahnke in drugi,
2009).
7.2 Krmilni računalniki
Krmilni računalniki (krmilniki) oziroma programirljivi logični krmilniki (PLC) so digitalni
računalniki, ki se uporabljajo za avtomatizacijo tipičnih industrijskih elektromehanskih
procesov, kot je npr. krmiljenje strojev v proizvodnji nekega podjetja. S svojim razvojem so
krmilni računalniki ob koncu šestdesetih let prejšnjega stoletja začeli nadomeščati ožičena
krmilja, ki so bila narejena na osnovi relejske logike (Wikipedia, 2015).
Prilagojeni so za delovanje v industrijskem okolju, kjer lahko vladajo ekstremni temperaturni
pogoji, elektromagnetne motnje, vibracije, povečana vlaga in prah. Omogočajo enostavno
programiranje, hitro in enostavno odkrivanja napak ter veliko prilagodljivost na spremembe.
Krmilni računalnik je sestavljen iz centralno procesne enote (procesor), napajalnika,
pomnilnika, vhodno/izhodnih enot in komunikacijskega vmesnika. V centralno procesni enoti
se izvajajo aritmetične in logične operacije uporabniškega programa ter nadzor nad celotnim
delovanjem krmilnega računalnika. Pomnilnik je razdeljen na več delov. Program je shranjen
v trajnem delu, drugi del pomnilnika je namenjen shranjevanju podatkov. Vhodne enote
služijo za branje podatkov iz naprav prek različnih priključenih senzorjev in stikal. Na
izhodne enote so priključeni aktuatorji, nad katerimi se izvajajo določene operacije, da lahko
prek njih vplivamo na okolico. Običajno so to razni motorji, črpalke in ventili.
Komunikacijski vmesnik se uporablja za povezavo krmilnega računalnika s programirno
napravo in za komunikacijo z ostalimi sistemi, kot so SCADA nadzorni sistemi, oddaljene
20 TCP/IP: ang. Transmission Control Protocol/Internet Protocol; je osnovni komunikacijski protokol na
internetu, ki določa način priključitve naprav in način prenosa podatkov.
38
vhodno/izhodne enote, drugi krmilni računalniki ali druge različne naprave (PLC Manual, 20.
april 2015).
Krmilni program se izvaja ciklično in je sestavljen iz naslednjih operacij (PLC Manual, 20.
april 2015):
branje vhodnih signalov,
izvajanje krmilnega programa,
obdelava zahtev za komunikacijo,
preverjanje pravilnosti delovanja operacijskega sistema, pomnilnika in
vhodno/izhodnega sistema,
pisanje na izhode.
7.2.1 Krmilni računalnik PLC2
Krmilniki, s simboličnim imenom PLC2, spadajo v srednjo kategorijo izdelkov za
avtomatizacijo, kar se tiče zmogljivosti in cene. Imajo modularno zgradbo, kar pomeni, da
lahko poleg napajalnika in procesne enote na montažno letev v krmilni omari dodajamo
digitalne in analogne vhodno/izhodne enote, različne komunikacijske vmesnike ter
razširitvene enote v skladu s potrebami. Število modulov je omejeno in je odvisno od
zmogljivosti krmilnika. Ločimo standardne in kompaktne izvedbe krmilnikov, ki se
razlikujejo po tem, da imajo ti že integrirane analogne in/ali digitalne vhode/izhode ter
nekatere tehnološke funkcije, kot so npr. števci in pulzni izhodi (Siemens, 2011). V Tabeli 7.1
je prikazana primerjava nekaterih najpomembnejših lastnosti standardnih krmilnikov.
39
Tabela 7.1: Tehnični podatki nekaterih standardnih krmilnikov serije PLC2
Tip krmilnika
Lastnost
CPU 312 CPU 314 CPU 315-2DP CPU 317-2
DP
Delovni
pomnilnik
32 kB 128 kB 256 kB 1 MB
Pomnilnik za
ukaze
10 kB 42 kB 85 kB 340 kB
Čas obdelave
ukaza
0,1 µs–1,1 µs 0,06 µs–0,59 µs 0,05 v µs–0,45 µs 0,025 µs–0,16
µs
Merkerji21 256 bytov 256 bytov 2048 bytov 4096 bytov
Števci/časovniki 256 / 256 256 / 256 256 / 256 512/512
Število
vhodov/izhodov
(byte)
1024 / 1024 1024 / 1024 2048 / 2048 8192 / 8192
Digitalni kanali 256 1024 1024 1024
Analogni kanali 64 256 256 256
Komunikacijska
povezava
MPI22 MPI MPI, profibus23
DP
MPI, profibus
DP
Vir: Prirejeno po Siemens (2011)
Za konfiguracijo in programiranje krmilnikov PLC2 se uporablja programsko orodje Siemens
Simatic Step 7. Osnovna različica omogoča pisanje uporabniških programov v treh
programskih jezikih: z lestvičnim diagramom LAD (ang. Ladder Logic), s funkcijskim
blokovnim diagramom FBD (ang. Function Block Diagram) in z naborom ukazov STL (ang.
Statement List).
21 Merkerji so rezervirana spominska območja za shranjevanje vmesnih rezultatov logičnih operacij.
22 MPI: ang. Multi Point Interface; je komunikacijski vmesnik za krmilnike Simatic, ki je osnovan na standardu
RS-485.
23 Profibus DP: ang. Process Field Bus Decentralized Peripherals; je standard za komunikacijo v procesni
avtomatizaciji med centralnim krmilnikom in decentralizirano periferijo.
40
7.3 Nadzorni sistemi SCADA
Kratica SCADA nam pove, da je to sistem za nadzor, vodenje in zbiranje podatkov iz
proizvodnega procesa. Podatki iz krmilnikov, ki so lahko na več mestih v proizvodnji, se
prenašajo na centralni računalnik.
Boyer SCADO definira kot tehnologijo, ki uporabnikom omogoča zbiranje podatkov iz enega
ali več oddaljenih mest in pošiljanje nadzornih ukazov na ta mesta, kar pomeni, da gre za
dvosmerno komunikacijo. Operaterjem tako ni treba obiskovati oddaljenih lokacij, da bi
nadzorovali proces, ker imajo centraliziran sistem za nadzor in vodenje celotnega procesa
(Boyer, 2004).
Sisteme SCADA sestavljajo naslednji elementi (SCADASystems, 24. april 2015):
vmesnik človek-stroj (ang. HMI), ki služi predstavitvi procesnih podatkov uporabniku
v razumljivi grafični obliki in shranjevanju podatkov,
krmilniki za posredovanje podatkov na SCADO in avtomatsko vodenje procesov,
komunikacijska infrastruktura za povezavo krmilnikov in nadzornega sistema.
Za velike in zahtevne proizvodne procese se uporabljajo zmogljivi računalniški sistemi s
kakovostno grafiko, na katerih teče napredna in kompleksna programska oprema. Pri manjših
in manj zahtevnih procesih lahko uporabljamo kar osebne računalnike z nameščeno potrebno
programsko opremo (SCADASystems, 24. april 2015).
Osnovne funkcije sistema SCADA lahko razdelimo na:
zbiranje procesnih podatkov iz krmilnikov v realnem času,
grafični prikaz podatkov (vmesnik človek-stroj),
shranjevanje (arhiviranje) procesnih podatkov,
alarmiranje,
možnost spreminjanja parametrov procesa.
41
7.3.1 Programska oprema HMI/SCADA
V nadaljevanju je na kratko opisana programska oprema HMI/SCADA, ki se uporablja v
podjetju in jo bomo zaradi poslovne skrivnosti na kratko poimenovali kar SCADA.
Odlikujejo jo robustna platforma, odprta arhitektura, velika prilagodljivost in možnost
povezovanja v mrežo (Metronik, 2004). Temelji na arhitekturi strežnik/odjemalec in je
primerna tako za enostavne kot tudi za kompleksnejše aplikacije SCADA. Programsko
opremo sestavljajo naslednje osnovne komponente (Metronik, 2004):
I/O gonilnik: vmesnik, ki komunicira z I/O napravami (krmilniki) in zapisuje podatke
v DIT;
DIT (Driver Image Table): del spomina za surove procesne podatke, kamor jih
zapisuje I/O gonilnik;
SAC (Scan Alarm and Control): programski modul, ki obdeluje surove podatke v
DIT-u in preverja, če so znotraj alarmnih mej, ter jih zapisuje v procesno bazo;
PDB (Proces Database): procesna podatkovna baza, ki vsebuje realne podatke iz
procesa. Sestavljajo jo bloki ali točke (ang. Tags), ki obdelujejo procesne vrednosti in
nosijo veliko informacij o procesnih spremenljivkah;
RDA (Remote Database Access): omogoča dostop do podatkov SCADA podatkovne
baze za oddaljene odjemalce;
Workspace: predstavlja razvojno okolje za razvoj aplikacij v razvijalskem načinu in
delovno okolje za operaterje z grafičnim vmesnikom v izvajalskem načinu;
grafični prikaz: prek animacijskih objektov na sliki prikazuje procesne vrednosti, ki
so shranjene v procesni bazi;
OPC: tehnologija, ki je bila že opisana v enem izmed prejšnjih poglavij in omogoča
objektom SCADA dostop do procesnih podatkov.
Na Sliki 7.4 lahko vidimo tok podatkov od izvora na krmilniku do končnega ekranskega
prikaza v Workspacu. Komunikacija je dvosmerna, kar pomeni, da lahko iz SCADE tudi
zapisujemo podatke na krmilnik.
42
Slika 7.4: Tok podatkov v sistemu SCADA
Vir: Prirejeno po Metronik (2004)
7.4 Procesni historian
V poglavju 6 smo spoznali obstoječe rešitve za zajemanje in shranjevanje podatkov iz strojev.
Videli smo, da se v vseh opisanih primerih podatki zajemajo na spodnji ravni iz krmilnikov in
se shranjujejo v namensko procesno bazo – procesni historian. Ta predstavlja vir podatkov za
proizvodni informacijski sistem, ki temelji na relacijski podatkovni bazi (ang. RDB).
Postavlja se nam vprašanje, zakaj sploh uporabljati namensko procesno bazo. Ali ne bi lahko
za shranjevanje procesnih podatkov uporabili kar standardne relacijske podatkovne baze?
7.4.1 Klasični pristop zajema podatkov
Poglejmo si klasičen primer zajema ključnih podatkov iz procesa s pomočjo krmilnika,
SCADE ter relacijske podatkovne baze, ki je sestavni del proizvodnega informacijskega
sistema. Gre za periodično branje realnih procesnih vrednosti, ki se zapisujejo v bazo.
Informacijski sistem pa za opravljanje svoje funkcije potrebuje že obdelane informacije in
tukaj naletimo na težave. Sokolić vidi razhajanja med sistemom SCADA in informacijskim
sistemom na višji ravni na treh področjih (Sokolić, 2002):
vsebinski oziroma funkcionalni vidik: sistem SCADA vsebuje trenutno stanje vseh
meritev sistema, informacijski sistem pa za izdelavo poročil potrebuje že izračunane
vrednosti, kot je npr. čas zastoja stroja na mesec;
časovne ravni: na sistemu SCADA se podatki spreminjajo na sekundni ali celo krajši
ravni (odvisno od nastavljene periode branja podatkov), v informacijskem sistemu pa
lahko govorimo o dnevni ali celo mesečni ravni spreminjanja informacij. Poleg tega
43
tudi relacijska podatkovna baza težko sprejema podatke v tako kratkih časovnih
intervalih;
narava podatkov: na sistemu SCADA podatki predstavljajo časovni niz, kjer je vsak
podatek opremljen s časovno značko. Čas predstavlja edino povezavo med podatki.
Informacijski sistemi pa temeljijo na relacijski podatkovni bazi, torej so podatki med
seboj povezani na osnovi določenih relacij.
Če hočemo, da bi omenjeni koncept zajema podatkov deloval, bi morali podatke najprej
primerno obdelati na spodnji ravni, da bi bili primerni za uporabo v proizvodnem
informacijskem sistemu. Ta rešitev se sicer v praksi tudi uporablja, vendar se ni izkazala za
ustrezno, ker sistem SCADA sam po sebi ni namenjen in primeren za takšne obdelave
podatkov. Težave se pojavljajo tudi pri morebitnih poznejših spremembah na takšnih
sistemih, če bi npr. hoteli spremeniti časovno obdobje izračuna časa zastoja stroja iz
mesečnega v dnevnega. To bi zahtevalo poseg na vse tri ravni (krmilnik, SCADA, RDB) in bi
predstavljalo dodaten strošek ter zastoj proizvodnje. Temu bi se bilo moč izogniti, če bi lahko
v relacijsko podatkovno bazo beležili vse meritve, vendar to zaradi velike količine podatkov,
hitrosti zajema ter časovnih značk v praksi ni uporabno (Sokolić, 2002).
7.4.2 Alternativni pristop zajema podatkov
Zaradi omenjenih razlik med sistemom SCADA in proizvodnim informacijskim sistemom je
bila zaradi lažjega povezovanja uvedena namenska procesna baza – procesni historian. V
hierarhiji pretoka podatkov je umeščen med sistem SCADA in relacijsko podatkovno bazo ter
služi za učinkovito arhiviranje in analizo procesnih podatkov (Sokolić, 2002).
Nekatere najpomembnejše lastnosti historiana so (Sokolić, 2002):
velika hitrost/zmogljivost arhiviranja (lahko arhivira meritve s pogostim zajemanjem),
zajem različnih tipov podatkov iz različnih virov,
indeksirano poizvedovanje po podatkih (omogoča analizo podatkov in generiranje
informacij ter poročil za potrebe informacijskega sistema, ki izvaja poizvedbe),
velika robustnost.
44
Prednost tega pristopa zajema podatkov pred klasičnim pristopom je tudi v tem, da procesni
historian arhivira vse meritve in je sposoben informacijskemu sistemu kot rezultat obdelave
posredovati obdelano informacijo za točno določeno obdobje. To pomeni, da pri spremembi
časovnega obdobja ni treba posegati na krmilno, SCADA in historian raven, ampak se
enostavno spremeni parameter poizvedbe, ki jo izvede informacijski sistem. S tem prihranimo
pri času in denarju (Sokolić, 2002).
7.4.3 Programska oprema Historian
Historian je naše simbolično ime za sistem za arhiviranje in analizo procesnih podatkov, ki je
optimiziran za izredno hitro delovanje. Podatki poleg vrednosti vsebujejo še časovno značko
in kakovost. Sistem omogoča shranjevanje različnih podatkovnih tipov, kot so Floating Point,
Integer, String in datotek formatov Excel, Word, PDF. Arhitekturo sistema sestavljajo
naslednje osnovne komponente (Ge Intelligent platforms, 2012; Sokolić, 2002).
Historian strežnik: je centralna točka upravljanja vseh zbiralcev in odjemalcev, ki
vsebuje arhiv procesnih podatkov in orodje za administracijo sistema. Podatkovna
baza je v bistvu enostavna relacijska baza, v kateri so podatki med seboj povezani le
na osnovi časa. V stilu pravih relacijskih baz je omogočeno enostavno poizvedovanje
po podatkih, ki lahko vključuje zahtevo po interni obdelavi, baza pa vrne samo končen
rezultat obdelave. Za administracijo in konfiguracijo sistema se lahko uporablja
klasični vmesnik, ki je na računalniku z nameščenim strežnikom Historian ali pa na
računalniku odjemalca. Obstaja tudi možnost spletnega administratorskega vmesnika,
ki ga uporabljamo v spletnem brskalniku.
Zbiralci: njihova naloga je zbiranje podatkov iz različnih podatkovnih virov in
posredovanje v arhiv. iHistorian pozna več tipov zbiralcev: zbiralec OPC lahko
zajema podatke iz poljubnega strežnika OPC, zbiralec SCADA zajema podatke iz
sistemov SCADA, datotečni zbiralec zbira podatke iz datotek tipa CSV ali XML,
simulacijski zbiralec se uporablja za potrebe testiranj. Zelo zanimiv je kalkulacijski
zbiralec, ki služi za obdelave in analize zbranih podatkov znotraj procesne baze,
kamor se nazaj shranijo tudi rezultati obdelav. To je zelo uporabno za informacijske
sisteme, ki na tak način dobijo želene informacije. Treba je poudariti, da ima
kalkulacijski zbiralec poleg dogodkovnega proženja tudi možnost časovnega proženja,
45
kar nam omogoča, da se obdelave podatkov na Historianu izvajajo samodejno po
vnaprej nastavljenem urniku. Obstaja še zbiralec Server-to-Server, ki ima enake
funkcionalnosti kot kalkulacijski zbiralec, vendar rezultat obdelave podatkov shrani na
oddaljen strežnik.
Odjemalci: Historian ponuja različne tehnologije za dostop do arhiviranih podatkov,
ki omogočajo tudi proženje različnih obdelav in analiz na strežniku. Podatke je možno
pregledovati in nad njimi izvajati različne operacije kar prek osnovnega
administratorskega orodja Historian. Kot odjemalec se lahko uporabi SCADA, ki prek
svojega grafičnega orodja omogoča prikaz trendov. Za Excel so na voljo Excel Add-In
makroji, s pomočjo katerih je možno dostopati do podatkov in izdelati različna
poročila. Z uporabo Historian API24 funkcij, vmesnika OLE DB25 ali Historian SDK26
lahko razvijemo tudi lastne namenske aplikacije za dostop do podatkov.
8 PAKIRNA LINIJA
8.1 Zgradba in delovanje pakirne linije
Pakirne linije, ki bodo obravnavane v tej diplomski nalogi, se uporabljajo za pakiranje tablet,
ki predstavlja zadnjo tehnološko fazo v celotni proizvodnji trdnih zdravilnih oblik. Vsak linija
je sestavljena iz petih strojev, ki si linijsko sledijo v naslednjem zaporedju: stroj za izdelavo
pretisnih omotov (globoki vlek), kartonirni stroj, linijska tehtnica, stroj za označevanje in stroj
za zavijanje v PE27 folijo. Pakirna linija je postavljena v dva prostora, t.i. primarni del in
24 API: ang. Application Programming Interface; je zbirka rutin, protokolov in orodij za gradnjo programskih
aplikacij.
25 OLE DB: ang. Object Linking and Embedding DataBase; je Microsoftov API za enoten dostop do podatkov iz
različnih virov.
26 SDK: ang. Software Development Kit; je programski paket, ki omogoča razvoj aplikacij za specifične
platforme.
27 PE: ang. PolyEthylene; pomeni polietilen oz. sintetični plastični polimer.
46
sekundarni del, ki sta med seboj ločena s steno in sta prehodna. Razlikujeta se po klimatskih
pogojih, oziroma po predpisani vlagi, ki je točno določena s tehnološkim postopkom.
V primarnem delu s točno predpisano temperaturo in relativno vlago, poteka pakiranje tablet
v pretisne omote na stroju za izdelavo pretisnih omotov. V sekundarnem delu, ki mora imeti
enako temperaturo in ima lahko nekoliko višjo relativno vlago, pa poteka pakiranje že
zaščitenih tablet v kartonske zloženke in škatle (Krka, d. d., Novo mesto, 2011).
8.1.1 Stroj za izdelavo pretisnih omotov
Je prvi stroj v liniji in je namenjen zapiranju tablet v pretisne omote, ki so lahko iz
kombinacije materialov ALU28-PVC29 ali ALU-ALU (Slika 8.1). Tablete se prek dozirnega
sistema dodajajo v formirane žepke iz ALU- ali PVC-folije, ki jih predhodno s pomočjo
toplote oblikuje formirna postaja. Nato prek kamere, ki ugotavlja prisotnost tablet v žepkih,
potujejo do pečatne postaje, kjer se na formirno folijo zavari aluminijasta krovna folija. Na
njej so že podatki o seriji izdelka, ki so bili natisnjeni z napravo za tiskanje folije. Sledi še
postaja za razrez pretisnih omotov, nato pa ti po tekočem traku potujejo naprej v sekundarni
del, na kartonirni stroj (Krka, d. d., Novo mesto, 2011).
Na stroju obstaja veliko kontrol za preverjanje in zagotavljanja pravilnega delovanja, od
kamere za ugotavljanje prisotnosti tablet v pretisnih omotih do različnih senzorjev za
ugotavljanje poškodovanosti formirne folije, spojenosti folije in prisotnosti tiska na krovni
foliji. V primeru napak se neustrezni pretisni omoti avtomatsko izvržejo na izmetnih mestih.
28 ALU je aluminij.
29 PVC: ang. Polyvinyl Chloride; pomeni polivinil klorid oz. sintetični plastični polimer.
47
Slika 8.1: Stroj za izdelavo pretisnih omotov
Vir: Direct Industry (26. april 2015)
8.1.2 Kartonirni stroj
Pretisni omoti, ki prispejo iz primarnega dela, se v kartonirnem stroju nalagajo v zalogovnik
do predpisanega števila, ko bodo zapakirani v eno zloženko (škatlo). Zalogovnik s pretisnimi
omoti potuje do naslednje postaje, kjer mu naprava za zlaganje navodil doda zloženo
navodilo. Do zalogovnika po traku prispe razprta zloženka, v katero se potisne že pripravljeno
število pretisnih omotov skupaj z navodilom. V naslednjem koraku se zloženka zapre in
potuje do naslednjega dela pakirne linije, to je linijska tehtnica (Krka, d. d., Novo mesto, 2011).
Tudi kartonirni stroj za preverjanje in zagotavljanje pravilnega delovanja vsebuje senzorje za
kontrolo prisotnosti pretisnih omotov pred zloženko, za kontrolo prisotnosti navodila v
transportnem sistemu za dovajanje navodil in za kontrolo prisotnosti navodila v zloženki.
Kontrolni sistem stroja na napake ustrezno odreagira tako, da se na različnih izmetnih mestih
skladno z vrsto napake izločajo pretisni omoti, prazne zloženke in zloženke s pretisnimi omoti
brez navodil.
8.1.3 Linijska tehtnica
S tehtnico se preverja celovitost pakiranja, to je masa polnih, zaprtih zloženk. Ta ne sme
odstopati od predpisane mase več kot ± 0,5 g. Neustrezna pakiranja se izvržejo v izmet (Krka,
d. d., Novo mesto, 2011).
48
8.1.4 Stroj za označevanje
Gre za tiskalnik, ki na ustrezne zloženke natisne podatke o seriji, ki se izdeluje. Kamera nato
preveri pravilnost tiska, sistem pa neustrezne zloženke izloči v izmet.
8.1.5 Stroj za zavijanje v PE-folijo
To je zadnji stroj pakirne linije, na katerem se ustrezno število zloženk skupaj zavije v paket s
skrčljivo PE-folijo. Pakete se nato ročno zlaga v transportne škatle in označi z ustrezno etiketo
za transport.
8.2 Računalniška konfiguracija
Vse tri pakirne linije so računalniško vodene. Posamezni stroji so opremljeni z industrijskim
računalnikom ali pa z operacijskim (OP) panelom, kjer je nameščen nadzorni sistem SCADA,
ki omogoča nadziranje in upravljanje posameznih faz v procesu pakiranja. Prek nadzornega
sistema je možno vizualno spremljati dogajanje na stroju, prikazovati, potrjevati in beležiti
dogodke ter alarme, prek različnih menijev konfigurirati različne funkcije, nastavljati
parametre stroja ter kreirati poročila o dogodkih in izdelanih serijah.
Čeprav vse pakirne linije opravljajo enako funkcijo in jih sestavljajo načeloma enaki stroji, pa
niso vse iz iste generacije, kar se odraža na nekoliko različni računalniški konfiguraciji.
Nekateri stroji uporabljajo klasični fizični krmilnik za avtomatsko vodenje delovanja stroja na
spodnji ravni. Določeni stroji iz mlajše generacije pa uporabljajo programski krmilnik, t. i.
SoftPLC30, ki teče na nadzornem računalniku in s pomočjo komunikacijske povezave do
fizičnih vhodno/izhodnih enot prek senzorjev in aktuatorjev stroja vodi proces. V Tabeli 8.1 je
prikazana osnovna strojna in programska računalniška oprema za nadzorno in krmilno raven
posameznih strojev na pakirnih linijah. Stroji v tabeli so označeni z zaporednimi številkami
po naslednjem vrstnem redu: stroj za izdelavo pretisnih omotov – stroj 1, kartonirni stroj –
stroj 2, stroj za označevanje – stroj 3 in stroj za zavijanje – stroj 4. Linijska tehtnica je izvzeta,
ker za nas kot zaprta enota predstavlja črno škatlo, na katero nimamo vpliva.
30 SoftPLC je programska oprema za nadzor in vodenje v avtomatiziranih procesih, ki teče na standardnih
procesorjih in združuje lastnosti klasičnih krmilnikov z močjo računalnikov.
49
Tabela 8.1: Osnovna strojna in programska računalniška oprema pakirnih linij
Stroj 1 Stroj 2 Stroj 3 Stroj 4
Pakirna linija 1
Nadzorna raven
PC tip / / Industr. B&R /
OP panel tip TP17031 TP170 / TP170
Operacijski sist. Win CE Win CE Win XP Win CE
Nadzorna aplik. ProTool32 ProTool Print&Verify33 ProTool
Mrežna povezava NE NE NE NE
OPC strežnik NE NE NE NE
Krmilna raven
PLC tip PLC2 PLC2 PLC2 PLC2
Aplikacija Step 7 Step 7 Step 7 Step 7
Pakirna linija 2
Nadzorna raven
PC tip Industr.Siemens Industr.Siemens Industr. B&R /
OP panel tip / / / TP170
Operacijski sist. Linux Linux Win XP Win CE
Nadzorna aplik. Dismac34 Dismac Print&Verify ProTool
Mrežna povezava NE NE NE NE
OPC strežnik NE NE NE NE
Krmilna raven
PLC tip SoftPLC SoftPLC PLC2 PLC2
Aplikacija MPS35 MPS Step 7 Step 7
Pakirna linija 3
Nadzorna raven
31 TP170 je tip operacijskega panela podjetja Siemens.
32 ProTool je programsko orodje za programiranje Siemens operacijskih panelov.
33 Print&Verify je ime nadzorne aplikacije na stroju za označevanje.
34 Dismac je ime nadzorne aplikacije na posameznih strojih pakirne linije.
35 MPS je ime aplikacije za programski krmilnik SoftPLC.
50
PC tip Industr.Siemens Industr.Siemens Industr. B&R /
OP panel tip / / / TP170
Operacijski sist. Linux Linux Win XP Win CE
Nadzorna aplik. Dismac Dismac Print&Verify ProTool
Mrežna povezava NE NE NE NE
OPC strežnik NE NE NE NE
Krmilna raven
PLC tip SoftPLC SoftPLC PLC2 PLC2
Aplikacija MPS MPS Step 7 Step 7
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
8.3 Opis problematike in uporabniških zahtev
Pakirne linije niso najnovejšega datuma in glede računalniške strojne ter programske opreme
ne ustrezajo povsem Krkinemu standardu. Pakirna linija 1 kot najstarejša linija po
računalniški opremi nekoliko odstopa, medtem ko sta liniji 2 in 3 glede tega identični. Če še
enkrat povzamemo najbolj pomembne lastnosti in razlike iz Tabele 8.1:
linija 1: stroj 1 in stroj 2 sta opremljena z nadzornim operacijskim panelom,
liniji 2 in 3: stroj 1 in stroj 2 imata nadzorni industrijski računalnik z operacijskim
sistemom Linux, ki ni standarden v Krki in ga ne obvladujemo,
linija 1: stroj 1 in stroj 2 uporabljata klasični fizični krmilnik PLC2,
liniji 2 in 3: stroj 1 in stroj 2 imata programski krmilnik SoftPLC,
linije 1, 2, 3: niti eden od nadzornih sistemov strojev ni povezan v Krkino poslovno
omrežje,
linije 1, 2, 3: niti eden od nadzornih sistemov nima nameščenega strežnika OPC.
Opisane pakirne linije, ki so vse v istem proizvodnem obratu, še niso vključene v
informacijski sistem za spremljanje učinkovitosti. Ob vsaki pakirni linji je v primarnem in
sekundarnem delu dodaten računalnik z nameščenim informacijskim sistemom MES1, prek
katerega poteka vodenje proizvodnje, ni pa urejeno avtomatsko beleženje zastojev, izdelanih
količin ter izmeta.
51
V skladu s Krkino politiko avtomatiziranega spremljanja proizvodnje je treba pakirne linije
vključiti v obstoječ informacijski sistem MES2. Naša naloga je poiskati in realizirati najbolj
primerno rešitev za avtomatski zajem podatkov – realnih meritev neposredno iz strojev in
shranjevanje podatkov v procesno bazo, kjer bodo na voljo za obdelavo informacijskemu
sistemu. Rešitev mora biti enotna, kar pomeni, da je treba vse tri linije povezati na enak način.
Poleg tega moramo tudi upoštevati in zadostiti naslednjim uporabniškim zahtevam.
Zajem vseh potrebnih podatkov: iz vsake pakirne linije je treba zajeti vse potrebne
podatke, ki jih potrebuje informacijski sistem za spremljanje učinkovitosti. To so
podatki o stanju in delovanju linije, o napakah in številu dobrih ter slabih kosov.
Uporaba standardne računalniške strojne in programske opreme: pri izvedbi
zajema podatkov je dovoljena samo uporaba standardne računalniške strojne in
programske opreme, ki je predpisana s Krkinim internim standardom, ker imamo za to
opremo zagotovljeno tehnično podporo, rezervne dele in servis. Pri krmilniški opremi
se pri GMP36 nekritičnih procesih lahko v določenih primerih namesto PLC2 opreme
uporabi cenejšo PLC3 krmilniško opremo, ki pa je celo zmogljivejša od prve. Oboji
krmilniški moduli so med seboj zamenljivi, način programiranja pa je enak.
Čim nižji stroški implementacije: nastali stroški so tudi pomemben dejavnik pri
odločitvi za ustrezno rešitev, zato jih je treba predvideti in oceniti na osnovi
pridobljenih ponudb. Upoštevati je treba vse morebitne stroške dodatne opreme in
potrebnih del.
Čim manjši poseg v obstoječe stanje pakirne linije: v primeru potrebe po namestitvi
dodatne programske in/ali strojne opreme je zaželeno, da se je ne namešča na obstoječ
nadzorni ali krmilni sistem, če je to le mogoče. Za to naj se uporabi ločen dodatni
računalnik oziroma krmilnik.
36 GMP: ang. Good Manufacture Practice; dobra proizvodna praksa je del sistema doseganja kakovosti, s katerim
zagotavljamo, da so izdelki proizvedeni in nadzorovani v skladu z ustreznimi standardi, glede na njihov namen
uporabe.
52
Čim manjši vpliv na delovanje pakirne linije: delovanje pakirne linije mora biti
neodvisno od morebitnih dodatno nameščenih programskih in strojnih komponent na
obstoječ sistem. Enako velja ob uporabi ločenega dodatnega računalnika oziroma
krmilnika. Nadzorni in krmilni sistem linije morata normalno in neodvisno delovati
tudi v primeru okvare ali izpada sistema za zajem podatkov.
Čim manj zahtevno vzdrževanje: poleg obstoječe računalniške opreme strojev, ki jo
vzdržujemo, nam dodatno nameščene komponente seveda povečajo obseg opreme za
vzdrževanje. Zato sta še toliko bolj pomembna uporaba standardne računalniške
opreme in neodvisno delovanje pakirne linije od sistema za zajem podatkov.
Možnost nadgradnje: sistem mora biti zasnovan tako, da bo omogočal morebitno
nadgradnjo, če se kdaj v prihodnosti pojavijo nove zahteve za zajem dodatnih
podatkov.
9 PREGLED MOŽNIH REŠITEV ZA ZAJEM PODATKOV IZ
PAKIRNIH LINIJ
9.1 Analiza obstoječih rešitev
Najprej si bomo pogledali in analizirali že obstoječe rešitve za zajem in shranjevanje
podatkov iz strojev, ki se uporabljajo v Krki in so bile v tej nalogi že opisane. Za vsako od
njih bo v nadaljevanju podana ocena o primernosti uporabe na naših pakirnih linijah s
tehničnega vidika.
9.1.1 Zajem podatkov prek vmesnikov OPC
Ta način zajema podatkov je opisan v poglavju 6.2.1 in se uporablja na strojih, pri katerih že
imamo na voljo strežnik OPC, ki nam daje različne podatke iz procesa. V primerjavi z
drugimi rešitvami je običajno na tak način možno dobiti največ podatkov. Tabela 9.1 vsebuje
53
tehnične zahteve, ki morajo biti izpolnjene za uporabo take rešitve in opis dejanskega stanja
na pakirnih linijah.
Tabela 9.1: Zahtevani pogoji za zajem podatkov prek vmesnikov OPC in dejansko stanje
Zahteva Dejansko stanje
Strežnik OPC Pakirna linija 1: na pakirni liniji ni nameščenega strežnika OPC. Samo
stroj za označevanje ima nadzorni računalnik, na katerem bi teoretično
lahko bil nameščen strežnik OPC, kar pa ni smiselno. Stroj služi samo
za tiskanje in preverjanje tiska, zato ne nudi zahtevanih podatkov.
Pakirna linija 2, 3: stroj za izdelavo pretisnih omotov in stroj za
kartoniranje imata nadzorni računalnik z operacijskim sistemom Linux,
vendar nimata nameščenega strežnika OPC. Stroj za označevanje ni
primeren za zajem podatkov, enako kot na pakirni liniji 1.
Povezava v mrežo Pakirne linije 1, 2, 3: nadzorni sistemi niso povezani v Krkino poslovno
mrežo
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
Zaključek: za pakirno linijo 1 obstaja možnost, da bi jo povezali v sistem prek dodatnega
zbiralnega računalnika, ki bi imel nameščen strežnik OPC in bi bil s povezan v Krkino
poslovno mrežo. Strežnik OPC bi prek komunikacijske povezave pobiral podatke iz stroja za
izdelavo pretisnih omotov ali pa iz kartonirnega stroja prek obstoječega PLC2 krmilnika in jih
posredoval v procesno bazo Historian. Takšna rešitev pa ne bi bila primerna za ostali dve
liniji, ker strežnik OPC za PLC2 krmilnik ni primeren za branje podatkov iz programskega
krmilnika SoftPLC, imeli pa bi tudi težave s povezavo na SoftPLC, ki teče na Linuxu. Zaradi
različne računalniške konfiguracije, ki onemogoča enoten zajem podatkov prek OPC
vmesnikov iz vseh treh pakirnih linij, ocenjujemo to rešitev kot tehnično neprimerno in je v
nadaljevanju ne bomo obravnavali.
9.1.2 Zajem podatkov prek dodatnega krmilnika in SCADE
Če uporabljamo nestandardno računalniško opremo kot v našem primeru in nimamo na voljo
ustrezne rešitve s strežnikom OPC, je ena od možnih rešitev uporaba dodatnega krmilnika in
54
zbiralnega računalnika z nameščenim sistemom SCADA. Za to morajo biti izpolnjeni ustrezni
tehnični pogoji, ki so navedeni v Tabeli 9.2.
Tabela 9.2: Zahtevani pogoji za zajem podatkov prek dodatnega krmilnika ter SCADE in
dejansko stanje
Zahteva Dejansko stanje
Ustrezni signali na
stroju
Pakirne linije 1, 2, 3: stroj za pakiranje pretisnih omotov ima senzor za
delovanje (semafor) in senzor za štetje dobrih pretisnih omotov
(fotocelica), ki bi edina lahko bila primerna za naše potrebe.
Dostop do signalov
iz stroja
Pakirne linije 1, 2, 3: stroji na pakirni liniji omogočajo neposredno
povezavo na obstoječe senzorje prek priključnih sponk v krmilnih
omarah, zato ni treba nameščati dodatnih senzorjev.
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
Zaključek: vse tri pakirne linije izpolnjujejo tehnične pogoje za izvedbo rešitve z dodatnim
krmilnikom in sistemom SCADA. Lahko bi uporabili skupni PLC1 ali PLC2 krmilnik, na
katerega bi povezali signale iz obstoječih fotocelic in semaforjev strojev za pakiranje pretisnih
omotov vseh treh pakirnih linij. Signal iz fotocelice bi dajal podatek o številu dobrih kosov
(pretisnih omotov), iz signala semaforja pa bi dobili podatek o stanju oz. delovanju stroja.
Vidimo, da s to rešitvijo ne moremo dobiti podatkov o napakah na liniji in številu slabih
kosov, kar je prav gotovo slabost tega pristopa.
9.1.3 Zajem podatkov s pomočjo namenskega gonilnika
Ta način zajema podatkov se v Krki že uporablja na nekaterih pakirnih linijah določenega tipa
in zahteva razvoj namenskega gonilnika, ki zna komunicirati s krmilnikom stroja na eni strani
in s procesnim historianom, kamor zapisuje podatke, na drugi strani. Poglejmo si, ali so naše
tri pakirne linije primerne za tako rešitev (Tabela 9.3).
55
Tabela 9.3: Zahtevani pogoji za zajem podatkov s pomočjo namenskega gonilnika in dejansko
stanje
Zahteva Dejansko stanje
Klasični krmilnik
Pakirna linija 1: stroj za pakiranje pretisnih omotov in kartonirni stroj
imata klasični krmilnik PLC2.
Pakirni liniji 2, 3: stroj za pakiranje pretisnih omotov in kartonirni stroj
imata programski krmilnik SoftPLC, ki teče na Linuxu.
Prost
komunikacijski
vmesnik na
krmilniku
Pakirna linija 1: krmilnik na stroju za pakiranje pretisnih omotov ima
na voljo profibus komunikacijski vmesnik.
Pakirni liniji 2, 3: programski krmilnik na Linuxu nima na voljo
komunikacijskega vmesnika.
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
Zaključek: pakirno linijo 1 bi lahko povezali v sistem na tak način. Najbrž bi morali predelati
obstoječi namenski gonilnik, že uporabljen na drugih linijah, ki niso povsem enake, ali pa v
najslabšem primeru razviti novega. Neposredno iz krmilnika stroja za pakiranje pretisnih
omotov bi lahko zajemali nekatere podatke, ki nas zanimajo. Žal pa z istim gonilnikom na tak
način ne moremo dobiti podatkov na linijah 2 in 3, ker nimata klasičnega krmilnika. Metoda
torej ne omogoča enotne rešitve, zato jo ocenjujemo kot tehnično neprimerno.
9.2 Možne rešitve
9.2.1 Rešitev 1: PLC1 ali PLC2 dodatni krmilnik in SCADA
Zgornja analiza je pokazala, da je od obstoječih rešitev za zajem podatkov, ki se že
uporabljajo v Krki, za naše pakirne linije primerna le ena, in sicer uporaba dodatnega
krmilnika in SCADE. To je edina od uporabljenih in preizkušenih metod, ki omogoča enotno
rešitev za vse linije in jo je možno tehnično implementirati. Rešitev s PLC1 krmilnikom in
sistemom SCADA je podrobneje opisana v poglavju 6.2.2. Na enak način bi lahko uporabili
tudi PLC2 krmilnik, le da bi v tem primeru potrebovali ustrezen SCADA gonilnik za
komunikacijo s tem krmilnikom.
56
9.2.2 Rešitev 2: PLC2 dodatni krmilnik in Simatic NET37 (OPC)
Ob uporabi dodatnega PLC2 krmilnika se nam ponuja še dodatna možnost, pri kateri lahko
namesto sistema SCADA uporabimo programsko opremo Simatic NET, ki deluje kot strežnik
OPC DA. Rešitev je tehnično izvedljiva, saj je na spodnji ravni zelo podobna zgornji rešitvi,
za katero smo ustreznost dokazali v točki 9.1.2. Ta metoda se do zdaj za zajem podatkov še ni
uporabljala, zato si jo oglejmo bolj podrobno.
Na dodatni PLC2 krmilnik na spodnji ravni se poveže po dva signala iz vsakega stroja za
pakiranje pretisnih omotov: iz obstoječega senzorja za delovanje (semafor) in iz obstoječega
senzorja za štejte dobrih kosov (fotocelica). Krmilnik bi bil prek industrijske ethernet mreže
povezan na drugo mrežno kartico zbiralnega računalnika, ta pa bi bil priključen v poslovno
mrežo. Na računalniku bi potrebovali programsko opremo Simatic NET, ki deluje kot strežnik
OPC DA, kar pomeni, da bi nam dajal podatke iz krmilnika. Historian OPC kolektor bi te
podatke zbiral in jih prenašal v procesno bazo na centralni strežnik Historian. Shemo povezav
prikazuje Slika 9.1.
37 Simatic NET je ime za celotno družino komunikacijskih omrežij in izdelkov Siemens.
57
Slika 9.1: Shema povezav in priklopa pakirnih linij
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
10 IZBIRA REŠITVE
Prišli smo torej do dveh možnih rešitev za zajem podatkov, med katerima se je treba odločiti.
Obe sta tehnično izvedljivi, v kar smo se že prepričali, vendar žal ne omogočata zajema vseh
podatkov, ki bi jih želeli. Zaradi lažje odločitve bomo vpeljali še dodatna merila, na osnovi
katerih bomo rešitvi primerjali in ju ocenili.
10.1 Izpolnjevanje uporabniških zahtev
Eden od kriterijev, ki močno vpliva na izbiro rešitve, je prav gotovo izpolnjevanje
uporabniških zahtev, ki so bolj podrobno opisane v točki 8.3. Izbrana rešitev bo morala
58
zahteve upoštevati oziroma se jim približati v čim večji meri. V Tabeli 10.1 je narejena
podrobna analiza obeh rešitev za vsako zahtevo posebej.
Tabela 10.1: Analiza izpolnjevanja uporabniških zahtev
Uporabniška
zahteva
Izpolnjevanje zahteve
Zajem vseh
potrebnih podatkov
Rešitev 1, Rešitev 2:
glede na obstoječe senzorje, ki jih imamo na voljo, lahko zajamemo
naslednje podatke: število dobrih kosov (pretisnih omotov), stanje oz.
delovanje stroja. Ne moremo dobiti podatka o napakah in številu slabih
kosov. Obe rešitvi sta enakovredni.
Uporaba
standardne
računalniške
strojne in
programske
opreme
Rešitev 1:
strojna oprema: standardni Krkin računalnik in PLC1 krmilniška
oprema
programska oprema: SCADA programska oprema, SCADA gonilnik za
PLC1, Historian SCADA kolektor, razvojna programska oprema za
PLC1
Rešitev 2:
strojna oprema: standardni Krkin računalnik in PLC2 krmilniška
oprema
programska oprema: Simatic NET OPC strežnik, Historian OPC
kolektor, Step 7 razvojna programska oprema za PLC2
Zaključek: obe rešitvi uporabljata standardno računalniško opremo,
zato sta si glede tega enakovredni.
Čim nižji stroški
implementacije
Rešitev 1:
Predvideni stroški: zbiralni računalnik, PLC1 krmilniška oprema,
licenca za SCADA programsko opremo, licenca za Historian SCADA
kolektor, elektroinštalacijska dela: priklop in ožičenje krmilnika,
komunikacijska povezava računalnika in krmilnika, priklop računalnika
v Krkino mrežo
Rešitev 2:
Predvideni stroški: zbiralni računalnik, PLC2 krmilniška oprema,
licenca za Simatic NET OPC strežnik, licenca za Historian OPC
59
kolektor, elektroinštalacijska dela: priklop in ožičenje krmilnika,
komunikacijska povezava računalnika in krmilnika, priklop računalnika
v Krkino mrežo
Zaključek: PLC1 krmilniška oprema bi bila malenkost cenejša od
PLC2 opreme, zato pa bi pri prvi rešitvi morali kupiti SCADA runtime
licenco, ki je dražja od Simatic NET licence pri drugi rešitvi. Kot
alternativo PLC2 opreme lahko kupimo tudi krmilniško opremo PLC3,
ki je precej cenejša od prve. Elektroinštalacijska dela so potrebna pri
obeh rešitvah in bi predstavljala približno enak strošek. Ocenjujemo, da
bi bila rešitev 2 na koncu nekoliko cenejša, v primeru uporabe PLC3
opreme pa bistveno cenejša od rešitve 1.
Čim manjši poseg
v obstoječe stanje
pakirne linije
Rešitev 1, Rešitev 2:
Uporabi se dodaten zbiralni računalnik z nameščeno potrebno
programsko opremo ter dodaten krmilnik, tako da se ne posega v
obstoječi nadzorni in krmilni sistem pakirne linije. Obe rešitvi sta
enakovredni.
Čim manjši vpliv
na delovanje
pakirne linije
Rešitev 1, Rešitev 2:
Zaradi ločenih dodatnih komponent je delovanje pakirne linije
neodvisno od sistema za zajem podatkov in ga morebitni izpad ali
okvara ne prizadene. Obe rešitvi sta enakovredni.
Čim manj zahtevno
vzdrževanje
Rešitev 1, Rešitev 2:
Z uporabo poznane standardne računalniške opreme, s katero imamo že
izkušnje, je zahtevnost vzdrževanja precej zmanjšana. Vseeno bi zaradi
bolj razširjene uporabe in boljšega poznavanja PLC2 opreme dal
prednost Rešitvi 2.
Možnost
nadgradnje
Rešitev 1, Rešitev 2:
Krmilniški sistem omogoča priključitev dodatnih digitalnih/analognih
signalov v primeru potrebe, možno je tudi dodajati digitalne/analogne
vhodne module. Programska oprema na zbiralnem računalniku prav
tako omogoča dodajanje in konfiguracijo dodatnih signalov. Obe rešitvi
sta enakovredni.
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
60
10.2 Zahtevnost implementacije
Pomemben kriterij se nam zdi tudi zahtevnost implementacije obeh rešitev, od česar bo
odvisen potreben čas za izvedbo.
Za obe rešitvi je treba najprej pripraviti ustrezno infrastrukturo, preden prideta na vrsto
konfiguracija računalniške opreme in programiranje. Ker zajemamo podatke neposredno iz
obstoječih senzorjev vseh treh pakirnih linij, jih je treba ožičiti in povezati na digitalne vhode
dodatnega krmilnika, ki bo vgrajen v krmilno omaro v tehničnem prostoru. Pripraviti je treba
ethernet kabel za komunikacijo krmilnika z računalnikom, ta pa potrebuje še aktivno
povezavo v poslovno Krkino mrežo. Tukaj bi izpostavil različna krmilnika, ki imata vsak svoj
način priključitve modulov in ožičenja, manj zahteven je po mojem mnenju PLC2.
Pri obeh rešitvah je treba na krmilniški ravni signale s senzorjev obdelati ter jih zapisati v
primerni obliki, da jih bo lahko prebral standarden SCADA gonilnik za PLC1 pri prvi rešitvi
oziroma Simatic NET OPC strežnik pri drugi rešitvi. Krmilnika PLC1 in PLC2 se med seboj
precej razlikujeta tudi po konfiguraciji in načinu programiranja. Drugi je v Krki bolj razširjen
in imamo z njim več izkušenj, zato bi dal prednost drugi rešitvi.
Če primerjamo konfiguracijo programske opreme na zbiralnem računalniku, lahko
ugotovimo, da je treba pri prvi rešitvi konfigurirati SCADA gonilnik za komunikacijo s
krmilnikom PLC1, dodati točke v SCADA podatkovno bazo ter ustrezno konfigurirati
Historian SCADA kolektor za arhiviranje podatkov v procesni historian. Pri drugi rešitvi je
treba nastaviti Simatic NET programsko opremo za komunikacijo in zajem podatkov iz
krmilnika PLC2 ter OPC kolektor, kar je po mojem mnenju nekoliko manj zahtevno in
obsežno.
10.3 Odločitev o najprimernejši rešitvi
Na podlagi zgornjih ugotovitev smo sprejeli odločitev, da zajem podatkov iz treh pakirnih
linij realiziramo z uporabo dodatnega krmilnika in programske opreme Simatic NET. Ker
sistem za zajem podatkov ne vpliva na delovanje pakirne linije, in zato ni GMP kritičen,
bomo zaradi cenejše izvedbe namesto PLC2 opreme uporabili krmilniško opremo PLC3, kar v
tem primeru dopušča tudi Krkin interni standard. S tem se bomo še v večji meri približali
61
uporabniški zahtevi po čim nižjih stroških implementacije, pri tem pa ne bomo prav nič
izgubili pri kakovosti delovanja. Oboji krmilniški moduli so med seboj zamenljivi, za
konfiguracijo in programiranje pa se uporablja enako razvojno orodje Step 7.
11 IZVEDBA REŠITVE
11.1 Potrebna strojna in programska oprema
Za izvedbo zajema podatkov iz pakirnih linij potrebujemo ustrezno strojno in programsko
opremo za krmilno in nadzorno raven, ki mora biti v skladu s potrebami in z opisanimi
uporabniškimi zahtevami. Tabela 11.1 prikazuje osnove tehnične karakteristike zbiralnega
računalnika in nameščeno programsko opremo.
Tabela 11.1: Strojna in programska oprema zbiralnega računalnika
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
Krmilniško opremo PLC3 poleg centralno procesne enote, ki ima že integrirane digitalne vhode in
izhode, sestavljajo še dodatna spominska kartica, napajalnik, komunikacijski procesor in
Zbiralni računalnik
Strojna oprema
Tip HP
Procesor Intel Xeon CPU 3.2 GHz
Kapaciteta RAM 4 GB
Trdi disk 500 GB
Dodatna mrežna kartica Gigabit Ethernet
Programska oprema
Operacijski sistem Microsoft Windows 7 Enterprise 32-bit
Aplikacijska programska
oprema
SIMATIC NET PC Software V8.2
Historian OPC kolektor
STEP 7 V5.5
62
montažna letev, na katero je oprema pritrjena v krmilni omari. Oznake posameznih elementov in
tehnični podatki so predstavljeni v Tabeli 11.2.
Tabela 11.2: Specifikacija krmilniške opreme
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
11.2 Konfiguracija in programiranje krmilnika
11.2.1 Nastavitev konfiguracije
Ustrezne signale s senzorjev pakirnih linij smo prek žične povezave priključili na digitalne
vhode krmilnika. Tukaj jih je treba zajeti, obdelati in jih zapisati v primerni obliki, da jih bo
lahko prebral Simatic NET OPC strežnik.
Za konfiguracijo in programiranje PLC2 in PLC3 krmilnikov uporabljamo programsko orodje
Step 7, ki ga sestavlja več aplikacij (Siemens, 2006): Simatic Manager (za ustvarjanje in
upravljanje s projekti), Hardware Configuration (za konfiguriranje in parametriranje strojne
opreme), NetPro Communication Configuration (za konfiguriranje omrežja), Programming
languages (za pisanje programov), Hardware Diagnoses (za diagnostiko strojne opreme) in
Symbol Editor (za urejanje simbolov).
V Simatic Managerju smo najprej kreirali nov projekt in dodali dva osnovna objekta, Simatic
300 Station in Simatic PC station, ki predstavljata krmilniško opremo PLC3 in zbiralni
Krmilniška oprema
Oznaka elementa Opis
PLC3 312-5BE03 CPU 312SC (procesor), 32 kB delovnega pomnilnika,
10 digitalnih vhodov, 6 digitalnih izhodov, 2 x števec
(10 Khz), komunikacijski vmesnik MPI
PLC3 953-0KX10 Spominska kartica za CPU, min. 128 MB Flash
PLC3 390-1AE80 Aluminij montažna letev
PLC3 307-1BA00 PS307 napajalnik, vhodna napetost: 110...240 VAC,
izhodna napetost: 24 VDC, 2-5 A
PLC3 343-1EX11 CP 343 TCP/IP komunikacijski procesor
63
računalnik. S pomočjo aplikacije Hardware Configuration so bile dodane in konfigurirane
potrebne komponente obeh objektov, vključno z nastavitvijo naslovnega področja digitalnih
vhodnih signalov. Zaradi zamenljivosti PLC2 in PLC3 krmilniških modulov smo v strojni
konfiguraciji uporabili kar Siemens komponente, ki so že privzete v Step 7 katalogu strojne
opreme (Slika 11.1). Konfiguracijo strojne opreme smo naložili na krmilnik.
Slika 11.1: Konfiguracija krmilniške opreme v Step 7
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
V naslednjem koraku smo z aplikacijo NetPro Communication Configuration nastavili in
naložili komunikacijske parametre za ethernet komunikacijo krmilnika in zbiralnega
računalnika, ki smo ju povezali prek dodatnega ethernet komunikacijskega modula in dodatne
mrežne kartice. Podrobnosti bodo opisane v poglavju o konfiguraciji strežnika OPC.
11.2.2 Programiranje v Step 7
Po nastavitvi konfiguracije je sledilo pisanje uporabniškega programa za zajem in obdelavo
podatkov iz senzorjev. Najprej si na kratko poglejmo načine programiranja in zgradbo
programa v programskem orodju Step 7.
64
Poznamo linearno in strukturirano programiranje. Pri prvem je celoten program zapisan v
enem programskem bloku, procesor pa obdeluje posamezne ukaze enega za drugim. Slabosti
tega pristopa so slabša preglednost in težje razumevanje programa ter posledično težje
odpravljanje napak (Berger, 2000).
Pri strukturiranem programu je ta razdeljen na posamezne sklope oziroma bloke, od katerih
vsak vsebuje delček programa za reševanje določene naloge. Glavni program je v
organizacijskem bloku (OB) OB1, ki ga procesor vedno izvaja in vsebuje ukaze za klice
ostalih blokov v določenem zaporedju. Ostali uporabniški bloki so še (Berger, 2000) :
funkcijski blok (FB): je programski blok, ki se kliče s posredovanjem vhodnih
parametrov, ki so zapisani v lastnem prirejenem podatkovnem bloku (DB). Ta vsebuje
tudi izhodne parametre in začasne spremenljivke. Obdelani podatki se zadržijo skozi
več ciklov;
funkcija (FC): je programski blok, ki se uporablja za programiranje pogosto
ponovljivih ali pa kompleksnih funkcij. Nima prirejenega podatkovnega bloka in ne
shranjuje informacij. Lahko se kliče s posredovanjem vhodnih parametrov in kot
rezultat vrne izhodno vrednost;
podatkovni blok (DB): se uporablja le za shranjevanje podatkov. Poznamo prirejene
podatkovne bloke, ki pripadajo določenim funkcijskim blokom, in globalne
podatkovne bloke za shranjevanje podatkov na ravni celega projekta.
Naš uporabniški program ima strukturirano zasnovo. Iz glavnega programa OB1 se po vrsti
kličejo funkcije, od katerih vsaka opravlja svoj del naloge. Pri programiranju je bil v osnovi
uporabljen lestvični diagram LAD, programsko orodje pa omogoča avtomatsko pretvorbo še v
ostala dva programska jezika, funkcijski blokovni diagram FBD in nabor ukazov STL.
Pri reševanju naloge je bilo treba upoštevati, da smo omejeni le na dva signala iz vsake
pakirne linije, iz katerih pa je bilo potrebno potegniti kar največ podatkov. Prisotnost signala
iz semaforja stroja pomeni, da linija deluje. S funkcijo FC1 na digitalnih vhodih I0.1, I0.3 in
I0.5 beremo signale semaforjev iz vseh treh strojev in podatke o delovanju zapisujemo v
ustrezni podatkovni blok DB1. V funkciji FC3 se iz podatka o delovanju linije določa status
linije po naslednjem pravilu: linija ne deluje – status 0, linija deluje – status 1, priprava na
zagon – status 2. Ta se postavi v prehodnem obdobju 2 sekund, ko se signal iz semaforja
65
spremeni. Na Sliki 11.2 vidimo primer ugotavljanja statusa 1 za pakirno linijo 1 s pomočjo
časovnika. Ko se postavi signal za delovanje iz semaforja na digitalnem vhodu I0.3, se po
preteku dveh sekund status spremeni na 1.
Slika 11.2: Določanje statusa pakirne linije
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
Signal iz fotocelice se proži ob prehodu dobrih pretisnih omotov in nam služi za določanje
števila dobrih kosov ter za izračun hitrosti stroja. Števec dobrih kosov se poveča ob vsaki
spremembi signala fotocelice iz 0 v 1 ob pogoju, da linija deluje. Primer števca je prikazan na
Sliki 11.3.
Slika 11.3: Števec dobrih kosov
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
Hitrost stroja izračunavamo v funkciji FC2 na tak način, da število dobrih pretisnih omotov,
ki jih zazna fotocelica v petih sekundah, pomnožimo z 12 in dobimo število dobrih kosov na
minuto (Slika 11.4).
66
Slika 11.4: Izračun hitrosti pakirne linije
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
Podatki, s katerimi operiramo, so shranjeni v globalnih podatkovnih blokih in so na voljo
vsem funkcijam. Tisti, ki nas na koncu zanimajo, so zbrani v podatkovnem bloku DB2 in so
pripravljeni za branje iz strežnika OPC (Slika 11.5).
Slika 11.5: Podatki za strežnik OPC
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
67
11.3 Konfiguracija Simatic NET strežnika OPC
Programska oprema Simatic NET vsebuje skupek programov in orodij, ki nam pomagajo
konfigurirati različne storitve na področju industrijske avtomatizacije. Med drugim ponuja
tudi strežnik OPC DA, ki podpira različne komunikacijske protokole, in orodje Simatic NCM
PC, s katerim lahko nastavimo komunikacijske servise za povezavo krmilnika z računalnikom
ter konfiguriramo strežnik OPC (Siemens, 2005).
Mi smo to naredili že v Step 7 aplikaciji NetPro Communication Configuration, ki omogoča
enake funkcionalnosti. Najprej smo konfigurirali omrežno povezavo med krmilnikom in
računalnikom, kot je prikazano na Sliki 11.6. Objekt Simatic PC station, ki ima ime
zbiralnega računalnika, vsebuje modula OPC server in IE General, ki predstavljata naš
strežnik OPC DA in mrežno kartico računalnika. Na drugi strani pa objekt Simatic 300 station
vsebuje CPU modul in komunikacijski procesor. Za povezavo obeh objektov smo kreirali
konekcijo z imenom VFD1, ki povezuje oba komunikacijska partnerja prek industrijskega
etherneta. Pri tem smo se držali pravila, da je treba konekcijo vedno dodeliti aplikaciji
(Siemens, 2005), ki jo v našem primeru predstavlja strežnik OPC.
68
Slika 11.6: Konfiguracija omrežne povezave med krmilnikom in računalnikom
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
Po kreiranju povezave smo nastavili še lastnosti za strežnik OPC (Slika 11.7). Ta podpira različne
protokole za prenos podatkov. Za komunikacijo smo izbrali protokol S7, ki je protokol na
aplikacijski plasti in vsebuje funkcije za izmenjavo podatkov med krmilniki serije Simatic S7 in
ostalimi napravami, prek profibusa ali industrijskega etherneta (IGSS, 13. maj 2015). Aktivirali
smo zaščito dostopa ter nastavili pravice branja in pisanja vseh podatkov (RW: ang. Read Write).
Izbrali smo možnost za uporabo simbolov (ang. Use Symbols), ki omogoča, da v OPC klient
aplikaciji lahko dostopamo do podatkov prek simbolov, definiranih v Step 7 programu. Zelo
pomembna je tudi nastavitev časovnega intervala osveževanja podatkov, ki pove, kako pogosto
strežnik OPC posodablja podatke, ki jih bere iz krmilnika.
Nastavljena konfiguracija je shranjena v .xdb datoteki, ki jo je bilo na koncu treba še naložiti na
računalnik. To smo storili z uvozom datoteke v Simatic NET orodju Station Configuration Editor.
Rezultat tega je bila vzpostavljena povezava med zbiralnim računalnikom in krmilnikom, strežnik
OPC pa je začel zbirati podatke, ki so bili na voljo za shranjevanje v procesno podatkovno bazo.
69
Slika 11.7: Nastavitev lastnosti strežnika OPC
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
11.4 Konfiguracija Historian
Za shranjevanje podatkov iz strežnika OPC DA smo na zbiralni računalnik namestili
Historian OPC kolektor, ki je postal takoj viden v administratorskem orodju Historiana.
Orodje omogoča brskanje po naslovnem prostoru podatkovnega vira (strežnika OPC) in izbiro
točk za uvoz v podatkovno bazo. Izbrali in uvozili smo točke iz krmilniškega podatkovnega
bloka DB2, ki vsebujejo podatke o številu dobrih kosov, hitrosti in statusu naših treh pakirnih
linij. Za posamezne točke je bilo treba nastaviti še nekatere osnovne parametre (Slika 11.8):
Data Type: podatkovni tip posameznih točk je bil določen že v krmilnem programu in
je za vse nastavljen na Double Integer;
Collection Type: nastavljen je na pooled, kar pomeni, da Historian kolektor zahteva
podatke iz strežnika OPC;
Collection Interval: pomeni časovni interval branja podatkov iz strežnika OPC.
Podatki o hitrosti se berejo na vsakih 5 sekund, podatki o številu dobrih kosov na 15
sekund in podatki o statusu linije na 1 sekundo;
70
Compression: za vse točke je vklopljena funkcija kompresije. To pomeni, da se v
procesno bazo vpišejo le tiste vrednosti posamezne točke, ki so se spremenile glede na
zadnjo zabeleženo vrednost, za več, kot je določeno s parametrom Collector
Deadband. Pri tem se upošteva absolutna sprememba. Parameter je nastavljen na 1 za
podatke o hitrosti in številu dobrih kosov ter na 0,5 za podatke o statusu linije.
Slika 11.8: Nastavitev parametrov v Historianu
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
Podatki za pakirne linije so se po nastavljeni konfiguraciji začeli arhivirati v centralno procesno
bazo Historian, ki predstavlja osnovno skladišče in vir podatkov za proizvodni informacijski
sistem MES2. Slika 11.9 prikazuje primer zapisov podatka o številu dobrih kosov za pakirno
linijo 1, ki poleg vrednosti vsebujejo še časovno značko in kakovost. Vidimo, da se podatki
zapisujejo na 15 sekund, kar je v skladu z nastavljenim parametrom Collection Interval.
71
Slika 11.9: Primer zapisa podatka v Historianu
Vir: Hodnik, lastna raziskava (2015)
12 ZAKLJUČEK
Kot smo že ugotovili, morajo biti podatki iz strojev, ki jih uporablja proizvodni informacijski
sitem, točni in ažurni, zato jih je treba zajeti ob njihovem nastanku ter shraniti v primerni
obliki. To predstavlja enega ključnih problemov, saj je v podjetju zelo veliko različnih strojev
z različno računalniško opremo, ki ni vedno v skladu s Krkinim internim standardom. Zaradi
tega ni možno uporabiti enotne rešitve za vse tipe strojev, ampak se je treba lotiti vsakega
primera posebej in preučiti različne možnosti. V okviru službenih dolžnosti sem bil postavljen
pred izziv, da poiščem in realiziram najprimernejšo rešitev za zajem potrebnih podatkov iz
treh pakirnih linij istega proizvajalca. Rešitev je morala biti enotna za vse tri linije in je
morala zadostiti predpisanim uporabniškim zahtevam.
V podjetju že obstaja nekaj generalnih rešitev za zbiranje podatkov iz strojev, ki jih v grobem
lahko razdelimo na tri skupine. Zajem podatkov prek OPC-vmesnikov se uporablja na strojih,
pri katerih imamo na voljo nameščen OPC-strežnik, ki nam na razpolago daje različne
podatke iz procesa in jih je treba samo še primerno shraniti v procesni historian. Kjer ne
72
uporabljamo standardne računalniške opreme in nimamo na voljo OPC-strežnika, se
uporabljata dodatni krmilnik in zbiralni računalnik z nameščenim sistemom SCADA. Pri
tretjem načinu, ki se uporablja na nekaterih tipih pakirnih linij, pa uporabljamo namenski
gonilnik, ki pobira podatke s krmilnika stroja in jih zapisuje neposredno v procesno
podatkovno bazo.
V okviru reševanja problematike smo najprej temeljito preučili zgradbo in delovanje naših
treh pakirnih linij in predvsem obstoječo računalniško opremo. Ugotovili smo, da ta ne
ustreza povsem internemu standardu in da obstajajo razlike med posameznimi linijami, ker
niso vse iz iste generacije. To nam je še dodatno oteževalo delo. Analizirali smo obstoječe
rešitve za zajem in shranjevanje podatkov iz strojev in jih ocenili z vidika tehnične
primernosti uporabe na našem primeru. Izkazalo se je, da je od obstoječih primerna le izvedba
z uporabo dodatnega krmilnika in SCADE. Dodali smo še lastno alternativo, ki je bila
izvedljiva in prav tako uporablja dodatni krmilnik ter Simatic NET OPC strežnik namesto
SCADE. Obe tehnično izvedljivi rešitvi smo nato primerjali in ocenili še z vidika
izpolnjevanja uporabniških zahtev in zahtevnosti implementacije.
Na podlagi rezultatov primerjave je bila sprejeta odločitev, da zajem podatkov iz pakirnih linij
realiziramo z uporabo dodatnega krmilnika in programske opreme Simatic NET na dodatnem
zbiralnem računalniku, kar se je izkazalo za najbolj primerno rešitev iz več razlogov.
Omogoča uporabo standardne računalniške strojne in programske opreme, predstavlja
najnižje stroške implementacije, ne posega v obstoječe stanje pakirne linije in ne vpliva na
njeno delovanje, ne predstavlja zahtevnega vzdrževanja ter omogoča možnost poznejše
nadgradnje. Je pa treba poudariti, da na tak način lahko iz obstoječih senzorjev zajemamo
minimalen nabor podatkov, ki so potrebni za izračun ključnih proizvodnih kazalnikov (status
in hitrost linije, število dobrih kosov), s predpostavko, da pakirna linija nima izmeta. To lahko
utemeljimo s tem, da delavci na liniji vse pretisne omote, ki so zaradi ugotovljenih
nepravilnosti izvrženi na izmetnih mestih, komisijsko pregledajo in ustrezne vrnejo nazaj v
proces pakiranja.
Ker proces zajema podatkov ni GMP kritičen, smo se odločili za uporabo cenejše izvedbe
krmilnika, ki je zmogljivejši od originala. Za programiranje in konfiguracijo smo uporabljali
programsko orodje Step 7. Signali iz fotocelic in semaforjev stroja so povezani na digitalne
vhode krmilnika, ki jih periodično bere, obdeluje in zapisuje v svoje podatkovne bloke.
73
Strežnik Simatic NET OPC na zbiralnem računalniku te podatke zbira in jih daje na razpolago
Historian kolektorju, ta pa jih arhivira v centralno procesno bazo.
Rezultat diplomskega dela je torej delujoč in zanesljiv sistem za avtomatski zajem podatkov
iz treh pakirnih linij ter shranjevanje v namensko podatkovno bazo – procesni historian. Ta
predstavlja vir podatkov za proizvodni informacijski sistem in omogoča izvajanje raznih
analiz. Sistem je ločen od nadzornega in krmilnega sistema pakirne linije, in zato ne vpliva na
njeno delovanje. Proces zajema podatkov se izvaja samodejno, brez posegov operaterjev, zato
je izključena možnost človeških napak.
74
13 LITERATURA IN VIRI
1. ABOUT. Key Performance Indicators (KPI). Dostopno prek:
http://management.about.com/cs/generalmanagement/a/keyperfindic.htm (28. 3.
2015).
2. BERGER, HANS (2000) Automating with STEP 7 in LAD and FBD: SIMATIC S7-
300/400 Programmable Controllers. Munich: Publicis MCD Werbeagentur GmbH.
3. BOYER, STUART A. (2004) SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition 3rd
Edition. Research Triangle Park: ISA.
4. DELTAV (2013) OPC Alarms and events Overview. Whitepaper. Dostopno prek:
http://www2.emersonprocess.com/siteadmincenter/PM%20DeltaV%20Documents/W
hitepapers/WP_OPC_Alarms_Events.pdf (18. 4. 2015).
5. DIRECT INDUSTRY. Marchesini Blister packaging machine. Dostopno prek:
http://www.directindustry.com/prod/marchesini-group/blister-packaging-machine-
automatic-the-pharmaceutical-industry-60386-529429.html (26. 4. 2015).
6. GE INTELLIGENT PLATFORMS (2012) Proficy_Historian_50_Getting_Started_
Guide. Dostopno prek: http://support.ge- ip.com/support/index?page=docchannel&id=
23301020603553eb013c809570de007ccb (25. 4. 2015).
7. GRADIŠAR, MIRO in RESINOVIČ, GORTAN (2001) Informatika v poslovnem
okolju. Ljubljana: Ekonomska fakulteta.
8. IGSS. Siemens PROFIBUS/MPI S7 Protocol & Siemens Industrial Ethernet S7
protocol ID:8. Dostopno prek: http://www.igss.com/overview/plc-drivers-supported/
Scada-plc-driver-specification.aspx?Driver=8 (13. 5. 2015).
9. INAP. Proizvodna informatika. Dostopno prek: http://www.inap.si/proizvodna-
informatika/ (3. 4. 2015).
10. INTRODUCTION TO OPC (OLE for Process Control). Dostopno prek:
http://csdata.iblogger.org/papers/IntroductionToOPC.pdf (11. 4. 2015).
11. ISA. ISA95, Enterprise-Control System Integration. Dostopno prek:
https://www.isa.org/isa95/ (3. 4. 2015).
12. IWANITZ, FRANK, in LANGE, JÜRGEN (2002) OPC: Fundamentals,
Implementation and Application. Heildelberg: Hünting.
75
76
13. KLEINDIENST, JANI (2004) Razvoj in uvajanje informacijskega sistema za
spremljanje proizvodnje. Diplomsko delo. Ljubljana: Univerza v Ljubljani,
Ekonomska fakulteta. Dostopno prek: http://www.cek.ef.uni-
lj.si/magister/kleindienst444.pdf (28. 3. 2015).
14. KLEINDIENST, JANI (2008) Nadzor proizvodnje v kosovni industriji. Ventil, 14 (4),
str. 360–365. Dostopno prek: http://www.dlib.si/stream/URN:NBN:SI:DOC-
MLTHRCQE/40f74db3-e48b-4089-ab42-b52d4bd41352/PDF (29. 3. 2015).
15. KOS, SEBASTIJAN (2008) Potrditev veljavnosti proizvodnega informacijskega
sistema v Krki. Specialistično delo. Univerza v Mariboru, Fakulteta za organizacijske
vede. Dostopno prek: http://diplome.fov.uni-mb.si/spec/13298Kos.pdf (5. 4. 2015).
16. KOVAČIČ, ANDREJ in BOSILJ VUKŠIĆ, VESNA (2005) Management poslovnih
procesov: Prenova in informatizacija poslovanja. Ljubljana: GV založba.
17. KRKA, d. d., Novo mesto (2011) Standardni operativni postopek – Pakiranje
polizdelkov na pakirnih linijah Marchesini.
18. KRKA, d. d., Novo mesto (2014) Tehnična dokumentacija - Izračun in prikaz
proizvodnih kazalnikov (KPI).
19. KRKA, d.d., Novo mesto (2014a) Uporabniška navodila – Izračun in prikaz
proizvodnih kazalnikov (KPI).
20. KRKA, d. d., Novo mesto (2014b) Uporabniške zahteve MePIS.
21. KRKA, d. d., Novo mesto (2015) KPI Manager. Dostopno prek: http://srv-
nt223/metronik.kpi.manager (5. 4. 2015).
22. KRKA, d. d., Novo mesto (2015a) Predstavitev podjetja. Dostopno prek:
http://www.krka.si/sl/o-krki/predstavitev/ (20. 4. 2015).
23. KUNŠIČ, MIRKO (2009) Uvajanje proizvodnega informacijskega sistema.
Diplomsko delo. Ljubljana: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za računalništvo in
informatiko. Dostopno prek: http://eprints.fri.uni-lj.si/816/1/Kunsic_M__UN.pdf (4. 4.
2015).
24. MAHNKE, WOLFGANG, LEITNER, STEFAN-HELMUT in DAMM, MATTHIAS
(2009) OPC Unified Architecture. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag. Dostopno
prek: http://www.google.si/books?hl=sl&lr=&id=de9uLdXKj1IC&oi=fnd&pg=
PR3&dq=opc+unified+architecture&ots=EFMJiTiati&sig=Y_ukmn350ui_we6_
np0uHYXTwD4&redir_esc=y#v=onepage&q=opc%20unified%20architecture&f=
false (18. 4. 2015).
77
78
25. MESA INTERNATIONAL (1997) MES Explained: A High Level Vision. White
paper number 6. Dostopno prek: http://www.cpdee.ufmg.br/~seixas/PaginaII/
Download/DownloadFiles/pap6.pdf (5. 4. 2015).
26. METRONIK (2004) Proficy HMI/SCADA iFix Advanced 254: Technical Training
Manual. Ljubljana: Metronik, d. o. o.
27. MONK, ELLEN, in WAGNER, BRET (2013) Concepts in Enterprise Resource
Planning 4th edition. Cambridge: Course Technology Cengage Learning.
28. NETSUITE. What is ERP. Dostopno prek:
http://www.netsuite.com/portal/resource/articles/erp/what-is-erp.shtml (4 .4. 2015).
29. OPC FOUNDATION. Dostopno prek: https://opcfoundation.org/ (14. 4. 2015).
30. PERME, TOMAŽ (2011) S ključnimi kazalniki do uspeha. IRT3000, str. 102–103.
Dostopno prek: http://www.irt3000.si/data/revije/2007/stevilka_11_2007/11_
slo_pdf_01_AI.pdf (28 .3. 2015).
31. PLC MANUAL. Introduction to PLCs. Dostopno prek: http://www.plcmanual.com/
(20. 4. 2015).
32. QUERCUS LAB (2012) OPC tehnologija. Dostopno prek http://quercus-lab.com/opc-
tehnologija/ (11. 4. 2015).
33. SAP-ERP (2011) SAP module overview. Dostopno prek: http://www.sap-
erp.com/general/sap-module-overview.html (4. 4. 2015).
34. SCADASYSTEMS. SCADA Systems. Dostopno prek: http://www.scadasystems.net/
(24. 4. 2015).
35. SIEMENS (2005) SIMATIC NET Commissioning PC Stations - Manual and Quick
Start. Dostopno prek: https://w3.siemens.com/mcms/industrial-communication/en/
support/ik-info/Documents/mn_ncm_pc-76.pdf (12. 5. 2015).
36. SIEMENS (2006) Programming with Step 7. Dostopno prek:
http://www.automation.siemens.com/doconweb/pdf/SINUMERIK_SINAMICS_04_2
010_E/S7P.pdf?p=1 (20. 4. 2015).
37. SIEMENS (2011) Simatic controllers. Dostopno prek:
http://www.automation.siemens.com/salesmaterial-as/brochure/en/brochure_simatic-
controller_en.pdf (20. 4. 2015).
38. SOKOLIĆ, SAŠA (2002) Sodobni pristopi k zajemanju in analizi podatkov za potrebe
proizvodne informatike. Avtomatika 2007, 29, str. 43–44, 46, 48, 50.
79
80
39. TURBAN, EFRAIM, LEIDNER, DOROTHY, MCLEAN, EPHRAIM, WETHERBE,
JAMES (2008) Information Technology for Management: Transforming
Organizations in the Digital Economy. Hoboken: John Wiley & Sons.
40. UNIFIED AUTOMATION. Introduction to Classic OPC. Dostopno prek:
http://documentation.unified-automation.com/uasdkcpp/1.2.1/L2ClassicOpc.html (14.
4. 2015).
41. WIKIPEDIA (2015) Programmable logic controller. Dostopno prek:
http://en.wikipedia.org/wiki/Programmable_logic_controller (20. 4. 2015).
