Miten turvatieto liikkuu teollisuusautomaatiossasi? Saatko antureista irti tarpeeksi tietoa oikeassa ajassa, ja miten voit hyödyntää tätä osana turvallista työskentelyä?
Nykyään Ethernet-pohjaiset kenttä- ja turvaväylät tarjoavat valtavasti uusia mahdollisuuksia teollisessa tiedonsiirrossa. Antureista voi lukea paljon enemmän kuin vain oleelliset tiedot, mikä on hyviä uutisia koneen toimintavarmuudelle, käyttöturvallisuudelle ja ennakoivalle kunnossapidolle.
Lue eteenpäin ja opi, mitä ominaisuuksia ja hyötyjä Ethernet-pohjainen turvaväyläteknologia tarjoaa 2020-luvulla.
Uuden sukupolven turvakomponentit avaavat metatiedon mahdollisuudet
Jotta voimme ymmärtää turvallisen tiedonsiirron perusteet, kerrataan kenttäväylän ja turvaväylän toimintaperiaatteet.
Kenttäväylä on teollisessa automaatiossa käytettävä tekniikka, jonka kautta digitaalista tietoa siirretään laitteiden ja järjestelmien välillä. Sen avulla voidaan yhdistää laitteistojen eri osat toisiinsa helpommin kuin vetämällä kaapelit jokaiseen laitteeseen erikseen. Tämä myös nopeuttaa ja suoraviivaistaa asennusprosessia.
Kenttäväylän sisään rakennetaan nykyään usein turvaväylä, jonka kautta koneen turvallisuuteen liittyvää tietoa voidaan siirtää helposti. Nimensä mukaisesti turvaväylän tarkoitus on parantaa koneen turvallista ohjausta ja hallintaa. Turvaväylän toteutuksessa tulee huomioida koneen tarkoituksenmukainen ja turvallinen käyttö sekä ennakoitavat inhimilliset virheet ja vikaantumiset.
Turvaväylien maailma on vuosina liikkunut harppauksin eteenpäin. Ne ovat sekä turvallisempia, mutta myös monin verroin älykkäämpiä.
Aiemmin turvaväylät, kuten esimerkiksi AS-i Safety at Work, toimivat pitkälti päällä-pois-toiminnolla. Toiminnosta näkyi, mikä suoja oli auki, mutta anturien sisältämä tieto oli varsin rajallista. Tyypillisesti yhteen viestiin saatiin tiedot vain yhdestä turva-anturista, joka sisälsi maksimissaan neljä bittiä tietoa.
Kysymys kuuluukin, onko tieto siitä, että suoja on auki tai kiinni enää riittävä, vai halutaanko laitteista enemmän tietoa mm. ennakoivaa kunnossapitoa varten?
Nykyään uusissa turvaväylissä on siirrytty Ethernet-pohjaisiin ratkaisuihin, joista saadaan moninkertaisesti enemmän käyttökelpoista ja rikkaampaa tietoa. Tällaista tietoa kutsutaan metatiedoksi ja se mahdollistaa juurikin koneen ennakoivan kunnossapidon metatiedon välittäessä vikaantumisdataa tai poikkeavia suureita logiikalle.
Ethernet ei ole varsinaisesti uuden sukupolven tekniikkaa, mutta viime vuosina se on mahdollistanut uuden ulottuvuuden automaatioon. Anturiratkaisut ovat monipuolisempia, toimintavarmempia sekä entistä turvallisempia.
Mitä metatiedoista voi lukea?
Anturien metatiedoista on mahdollista saada hyödyllisiä koneen käyttöön ja turvallisuuteen liittyviä tietoja, kuten:
Anturin jännite, lämpötila tai muu tärkeä suure.
Rajakytkimen etäisyys vastakappaleesta.
Kulunvalvonta; esim. kuka on käyttänyt konetta ja milloin.
Yksilöidyt käyttökerrat ja käyttötunnit.
Virhelaskurit.
Käyttäjäohjatut säädöt, mm. prosessikohtaiset reseptit.
Nykyään metatiedon avulla voidaan tunnistaa jopa konetta käyttänyt henkilö, ja yhdistää henkilön tunnistaminen koneen turvalliseen ohjaamiseen.
Mitä mahdollisuuksia älykäs tiedonsiirto tarjoaa?
1) Ensimmäisiä tärkeitä hyötyjä on yleismittarin “syrjäyttäminen”. Sen sijaan, että huoltohenkilön täytyisi lähteä paikan päälle yleismittarin kanssa, eri laitteiden tietoja voi katsoa suoraan vaikka toimiston tietokoneelta, joka on kytketty tehdasverkkoon. Raporttien kautta saa myös kätevästi tiedon, mikäli jossain huomataan vikaantuminen.
2) Ennakoiva kunnossapito helpottuu, kun tietoa voi lukea nopeasti ja vaivattomasti. Kun kerättyä tietoa jatkojalostetaan sopivalla tavalla, myös huoltojen suunnittelu helpottuu. Esimerkiksi koneen seisokki voidaan ajastaa tarkemman metatiedon pohjalta siten, että se osuus optimaaliseen aikaan.
3) Koneiden käytön inhimilliset virheet havaitaan helpommin - ja niitä voidaan vähentää. On varsin yleistä, että esimerkiksi hätäpysäytyspainiketta saatetaan painaa vahingossa, jolloin myös koko linjasto voi pysähtyä. Sopivan väylän avulla voidaan kuitenkin nähdä nopeasti mikäli nappia on painettu ja viestiä nopeasti työnjohtoon, onko kyseessä tarkoituksella tehty pysäytys, vai inhimillinen virhepainallus.
4) Käyttöturvallisuus paranee monen asian summana.
Esimerkiksi: ⦁ Turvalaitteiden mahdollinen vikaantuminen havaitaan ennakoivasti. ⦁ Käyttäjillä on parempi tieto vikatilanteessa juurisyystä. ⦁ Väylässä turvalaitteita valvotaan jatkuvasti automaattisesti, toisin kuin passiiviset turvakomponentit eivät pysty antamaan tietoja vikaantumisistaan ennakkoon.
5) Vastuullisempi koneiden käyttö tehostuu. On arvioitu, että prosessiteollisuudessa jopa 80 % antureista vaihdetaan liian varhaisessa vaiheessa. Paremmalla diagnostiikalla anturin sisältämästä metatiedosta voidaan kuitenkin havaita, millainen elinkaari anturilla todellisuudessa on.
Älykkään tiedonsiirron ansiosta on siis mahdollisuus parantaa teollisuusautomaation
käytettävyyttä ja huollon tarpeen oikeaa kohdentamista
turvallisuutta ja käyttövarmuutta
vastuullisuutta ja kustannustehokkuutta vähentämällä toimivien komponenttien turhaa vaihtoa uusiin.
Mitä enemmän anturista saadaan käyttökelpoista tietoa, sitä tarkemmin voidaan toteuttaa ennakoivaa ja oikea-aikaista huoltoa.
Tiedon vasteaika ja milloin se on tärkeää?
Modernista turvaväylästä puhuttaessa on syytä tarkastella myös sopivia vasteaikoja.
Turvaväylässä vasteajan tulee olla lyhyempi kuin koneen pysäyttämiseen tarvittava aika. Näin koneiden kokonaisvaste- ja pysähdysajat tulee huomioida suunnittelussa.
Sopiva vasteaika määritellään esimerkiksi linjaston tarpeiden, prosessivaiheen ja turvallisuusseikkojen perusteella.
Pitkän vasteajan tietoa, jolla ei ohjata varsinaista konetta tai prosessia, voidaan siirtää esim. pilveen, josta voidaan hakea tietoa linjaston toiminnasta tai tuotetuista kappalemääristä myös tehdasverkon ulkopuolelta.
Vasteajan suunnittelussa tulee aina punnita käytettävyyden ja tarpeeksi nopean vasteajan suhdetta.
Sen sijaan koneen ohjaukseen tarvittavaa nopean vasteajan vaatimaa tietoa ei voi kierrättää pilven kautta, sillä pilvi ei tarjoa riittävän nopeaa aikaa koneen ohjaukselle. Tällöin heräävät myös kysymykset tietoturvallisuudesta prosessin ohjauksessa.
Mahdollisuus lisätä yhä useampi komponentti verkkoon väylän kautta nopeuttaa niiden käyttöönottoa, sillä ne voidaan esimerkiksi simuloida etukäteen.
Langattoman koneen turvallisen ohjauksen suunnittelu vaatii erityistä tarkkuutta. Esimerkiksi henkilökohtaisen 3-asentoisen käsikäyttöisen pakkotoimisen turvalaitteen ohjaimessa on käytettävä vain ennalta määritettyjä manuaalisia ohjauksia. Automaattitoimintojen tulee siis olla estettynä. Langattoman turvalaitteen tulee jatkuvasti ilmoittaa olevansa kunnossa ja kuuluvaisuusalueella, samalla kun näköyhteys ohjattavaan laitteeseen tulee säilyttää.
Yhteenveto
Ethernet-pohjaiset turvaväylät mahdollistavat ns. uuden sukupolven tiedonsiirtoa, jonka tietomäärät ovat moninkertaistuneet.
Metadatan mahdollisuudet kannattaa hyödyntää: Antureista voi lukea esimerkiksi ennakoivalle huollolle hyödyllistä dataa.
Vasteajat täytyy suunnitella sekä käytettävyyden että turvallisuuden kannalta punniten.
Uudet ratkaisut tarjoavat alustan myös langattomuudelle.
