18.10.2016

Prosessien säätäjien optimoinnilla kohti älykästä kunnossapitoa

Tutkimusten mukaan säätöjen optimoinnilla saadaan tuottavuutta lisättyä 5-10%1, monissa paikoissa jopa enemmän – kuinka paljon oma yrityksesi saattaa menettää rahaa koko ajan tämän johdosta?

Käytäntö ja tutkimukset ovat osoittaneet jopa 80% prosessia ohjaavista säätäjistä toimii epäoptimaalisesti1 aiheuttaen värähtelyjä prosessiin. Tästä syystä prosessia ajetaan säätäjien ollessa manuaalilla, koska se on silloin helpompaa prosessin toimivuuden kannalta. Tämä kuitenkin syö tuotannon tehokkuutta huomattavasti ja aiheuttaa usein myös heikentynyttä laatua sekä energian ja raaka-aineiden kasvanutta kulutusta.
1lähde: Zhenpeng Yu, Jiandong Wang, Biao Huang, Zhenfu Bi; Performance assessment of PID control loops subject to setpoint changes

Big Data -perusteisella analyysillä optimoidaan tuotantoprosesseja

Säätörakenteet prosessissa ovat usein yksinkertaisia. Ne koostuvat pääasiassa takaisinkytketyistä PI-säätäjistä, joiden parametrisoinnit ovat jääneet käyttöönottovaiheessa tehtyyn tilaan. Olemassa olevia mittauksia hyödyntämällä saadaan usein muutettua säätörakenteita huomattavasti tehokkaammiksi, jolloin prosessin vaihtelut saadaan minimoitua tai poistettua kokonaan ja prosessista tulee stabiili.

Ongelmiin päästään kiinni nykytila-analyysilla, jossa prosessin tämän hetkinen tila kartoitetaan ja historiadataa tutkimalla sekä simuloimalla saadaan best case -tila, mikä nykyisillä prosessilaitteilla on mahdollisuus saavuttaa. Eli hyödyt ovat osoitettavissa jo ennen kuin varsinaisia muutoksia prosessin säätöihin tarvitsee tehdä. Mittausdataa on nykypäivänä hyvin olemassa, joten sen saatavuus on harvoin ongelma.

Hyödyt merkittäviä: laatu ja säästö nostavat tuotantotasoa

Optimoinnin tulokset ovat usein merkittäviä, stabiloituneen tuotannon ansiosta:

  • Voidaan nostaa tuotantokapasiteetti maksimitasolle
  • Laatu paranee
  • Energia- ja raaka-ainekustannukset pienenevät
  • Prosessiturvallisuus paranee kun ei enää olla ajettavuuden rajoilla
  • Ympäristöturvallisuus paranee kun prosessin värähtelyt eivät aiheuta päästöjä
  • Kunnossapitokustannukset alenevat kun laitteiden kuluminen vähenee

 

Lähde: Control Loop Performance Monitoring, Dr. Vassillios Tzouanas


Muutokset ovat havaittavissa heti, joten optimointiin käytetty kustannus usein maksaa itsensä hyvin nopeasti takaisin. Joskus tulee tarve lisätä mittauksia, jotta säätäjistä pystytään tekemään optimaalisesti toimivia. Hyödyt kuitenkin pystytään osoittamaan hyvin tehokkaasti, jolloin mahdolliset investointitarpeet ovat perusteltuja ja oikein kohdistettuja.

Ylläpito varmistaa optimointimuutoksien teon hyvissä ajoin

Optimointi kerran tehtynä ei kuitenkaan kestä loputtomiin. Prosessi elää koko ajan, jolloin myös säätöjä pitää hioa sen mukaisesti. Siksi Insta panostaakin reaaliaikaiseen ylläpitoon, jossa säätäjien kyvykkyyden tilaa seurataan jatkuvasti. Säätäjille tehdään säätäjäkohtaiset tehokkuuslaskelmat, säätäjän OCE-laskenta (Overall Control Efficiency), jolloin voidaan nähdä, mikäli joku säätäjistä ei enää toimi optimaalisesti. Tarvittavat optimointimuutokset tehdään hyvissä ajoin, ennen kuin prosessin tehokkuus kärsii.

Tavoitteena on tehdä hyvin selkeä käyttöliittymä, josta asiakas voi itse seurata prosessinsa tilaa ja miten tehokkaasti se toimii. Jos muutoksia on tapahtunut, pääsee niiden juurisyihin kiinni käyttöliittymästä. Ylläpidon valvonta voi olla asiakkaalla itsellään tai se voidaan tehdä Instan toimesta, jolloin asiakas voi luottaa että heidän prosessinsa pysyy aina optimaalisella tasolla.

Älykäs kunnossapidon ohjaus

Säätäjien optimointitarpeelle on usein syynä prosessin dynamiikan muutokset: Linjat likaantuvat ja kuluvat, laitteisiin kerääntyy prosessista kiintoaineita ja mittaustulokset tai säätöominaisuudet muuttuvat jne. Säätäjien tehokkuutta laskettaessa päästään kiinni näihin ongelmiin ja pystytään kertomaan myös, jos ongelma johtuu esimerkiksi jonkun yksittäisen laitteen vioittumisesta.

Lisäämällä laskentaan historiadatan perusteella saadut aiemmat rikkoontumiset, niiden aiheuttajat ja niiden syy-seuraussuhteet, saadaan hyvin totuudenmukainen tila laitteiden kunnosta. Reaaliaikaiseen seurantaan lisätään laitteiden kunnonvalvonta ja hälytykset mahdollisista tulossa olevista rikkoontumisista – näin tiedot saadaan ajoissa. Tällöin tarvittavat korjaustoimenpiteet voidaan tehdä tehokkaasti suunnitellussa tuotantokatkossa. Säätäjän kyvykkyyden laskennalla saadaan kunnonvalvonta laajennettua perinteisistä valvontamittauksista (tärinä, melu jne.) mm. pumppuihin, venttiileihin ja aivan yksittäisten mittauksien tasolle asti.

Oikein kohdistetut ja oikeaan aikaan tehdyt kunnossapitotoimet säästävät huomattavasti kustannuksia kun saadaan hallitsemattomat tuotantokatkot ja turhaan tehdyt toimenpiteet eliminoitua. Uskomme, että säätäjien kautta tehdyllä kunnonvalvonnalla on tulevaisuudessa merkittävä rooli kunnossapidon ohjauksessa, ellei jopa täysin ohjaava.

Kirjoittaja:
Insta Automation Oy / Harjavalta, Pori
Ryhmäpäällikkö Jussi Niinimäki
p. 050 531 9002


Kommentointi

Nimi:
Kommentti:
 

Bureau veritas
DNV GL
Inspecta
Lloyd’s Register
Russian Maritime Register of Shipping
UL Listing
FI