Renoveren of innoveren

Stiahnúť (270 KB)

Haal meer waarde uit besturingssystemen
 

Renoveren of innoveren


Voor de partijen die voor de keuze staan om de bestaande procesbesturing te renoveren of te moderniseren schreef een aantal automatiseringsexperts het re-instrumentation e-book. Samensteller van de online roadmap Paul Holthuis en automatiseringsexpert Jeroen Schermerhorn van Yokogawa leggen uit hoe de procesindustrie meer waarde kan halen uit moderne besturingssystemen.
-    David van Baarle, Process Control

Wie heeft er niet gehoord van the Internet of things, big data analysis en cloud services? Begrippen die langzaam binnensluipen in de zakelijke en woonomgeving. Voor veel spelers in de procesindustrie staan deze termen echter mijlenver van de dagelijkse praktijk. Fabrieken die in de jaren zestig, zeventig of tachtig zijn gebouwd, zijn in de tussentijd vaak al wel een keer gemoderniseerd, maar het is geen uitzondering dat ze besturingssystemen gebruiken die meer dan twintig jaar oud zijn. Dat zegt iets over de robuustheid van die systemen, maar tegelijkertijd lopen die partijen ook kansen mis om hun proces beter te controleren, de efficiëntie te verbeteren en de taken van zowel operations als maintenance te verlichten.

Grenzen opzoeken
De beweegredenen om over te stappen op een nieuw besturingssysteem zijn volgens Jeroen Schermerhorn heel divers en soms heel basaal. ‘In veel gevallen loopt men tegen het probleem aan dat er geen reserveonderdelen meer worden geleverd voor de huidige instrumentatie en ziet men de voorraad teruglopen. In dat geval staat men voor de keuze om dat instrument te vervangen of gelijk de gehele procesautomatisering aan te pakken. Nu zijn dit soort systemen niet goedkoop en een distributed control system (DCS) vormt vaak het hart van het bedrijf. De enige mogelijkheid om op zo’n grote schaal te moderniseren is tijdens de productiestops die de meeste bedrijven eens in de vier a vijf jaar hebben.’


Volgens Paul Holthuis staat een aantal afwegingen centraal: ‘Als eerste zal men er over moeten nadenken of de kosten voor het onderhouden van het oude systeem wel opwegen tegen de baten ervan. Zeker als een fabriek moet worden stilgelegd omdat een sensor of een klep niet werkt, is het wellicht tijd om aan vervangen te denken. Ook de restlevensduur van het systeem is bepalend voor het al dan niet vervangen ervan. En als de veiligheid in het geding komt, is het sowieso verstandig om in te grijpen. Overigens geldt dat als bedrijven zelf niet ingrijpen in onveilige situaties, dat de toezichthouder wel maatregelen zal nemen. Die stelt namelijk steeds hogere eisen aan de informatievoorziening.’

Holthuis toont een overzicht met de gemiddelde levensduur per automatiseringssysteem. ‘De controlesystemen gaan vaak het langst mee, en het komt heel af en toe nog voor dat we ergens in het veld nog een pneumatisch systeem tegenkomen of een relais moeten vervangen. Ook de veldinstrumentatie gaat vaak langer dan tien a vijftien jaar mee. Industriële instrumentatie kent een levenscyclus van rond de tien jaar, terwijl de meeste Windows software zo’n vijf jaar lang wordt ondersteund door Microsoft.’


Waar Holthuis in ieder geval voor wil waarschuwen, is voor het feit dat veel operators geneigd zijn om bij zo’n traject voor dezelfde configuratie te kiezen als ze gewend waren. ‘En dat is zonde, want daarmee missen ze kansen om de productiviteit te vergroten. De communicatiemogelijkheden zijn de afgelopen jaren uitgebreid en meetinstrumenten zijn doorgaans accurater en betrouwbaarder geworden en kunnen soms zelfs metingen verrichten die voorheen niet mogelijk waren. Doordat een operator, maar bijvoorbeeld ook een maintenance engineer, over meer en accuratere parameters beschikt, kunnen ze de grenzen van hun installaties opzoeken en waar nodig optimaliseren. Ze krijgen feedback van de instrumenten en kennen de conditie van de assets. Daarmee kunnen ze niet alleen de proces-stabiliteit en de productie verhogen, maar ook het energieverbruik temperen. Uiteindelijk heeft een gecontroleerde productie ook een positieve uitwerking op de levensduur van de assets, waardoor ook daar kostenbesparingen ontstaan.’ 

Alarmmanagement
De opbrengsten van dit soort zogenoemde advanced process control-tools kunnen volgens best practices uit de petrochemische sector oplopen tot een productieverbetering van twee tot soms vijf procent. De operationele kosten kunnen vaak met dezelfde percentages omlaag, net als de energiekosten. 
Bovendien ondersteunt een moderne DCS de operator meer bij zijn taken dan voorheen. Neem bijvoorbeeld alarmmanagement. Een operator krijgt soms twintig alarmmeldingen per uur en ziet daardoor door de bomen het bos niet meer. Het gros van die alarmen is slechts een waarschuwing die hij zo kan wegdrukken. Het gevaar ontstaat echter wanneer een echt veiligheidsprobleem over het hoofd wordt gezien. Een DCS kan zo worden ingericht dat alleen kritische alarmen worden gemeld, of alleen die alarmen waarbij moet worden ingegrepen. Daarbij kan het systeem de operator ook ondersteunen bij het volgen van de juiste procedures bij kritische alarmen. Dat is geen overbodige luxe, omdat uit praktijkervaringen blijkt dat de procedures tijdens stresssituaties niet altijd goed worden doorlopen. Uiteindelijk moet een operator alleen relevante data gepresenteerd krijgen, de rest leidt hem alleen maar af van zijn taken.

Cybersecurity
Op beveiligingsgebied zijn er ook de nodige zorgen, maar ook hulpmiddelen bij gekomen. ‘Niemand had twintig jaar geleden nog van cybersecurity gehoord’, zegt Schermerhorn. ‘Maar er zijn al gevallen bekend van cyberaanvallen op chemische fabrieken. Doordat operators ook online kunnen inloggen in hun procescontrolesystemen, hoeven ze niet altijd ter plaatse te zijn. Dat is geen overbodige luxe gezien het feit dat er steeds minder technisch gekwalificeerd personeel voorhanden is. Maar hoe toegankelijker een systeem is, hoe kwetsbaarder hij wordt voor mensen die minder goede bedoelingen hebben met de assets of die geheime informatie willen stelen.

Gelukkig zijn ook de online systemen goed te beveiligen, maar dan zal je echt de oude Windows-systemen moeten vervangen, om maar wat te noemen. Ook de procescontrolesystemen zelf worden steeds kwetsbaarder doordat veel leveranciers overstappen op open architecturen. De achtergrond hiervan is dat het gemakkelijker wordt om informatie binnen te halen en te delen. Het nadeel is alleen dat ook anderen dat zouden kunnen doen. Ook wij bieden diensten aan waarbij procesdata via de cloud kan worden gedeeld. Om ervoor te zorgen dat anderen daar niet bij kunnen, zal je protocollen moeten opstellen binnen je bedrijf. Veiligheid begint bij het up to date houden van de veiligheidssoftware, maar je zult ook moeten nadenken over eventuele back-ups of andere herstelactiviteiten voor het geval een hacker toch doordringt tot gevoelige gegevens.’

Kennisborging
De druk op het personeel werd al even aangestipt. ‘Bedrijven zien nu al dat ervaren operators de pensioengerechtigde leeftijd bereiken en zodra die afscheid nemen, verdwijnt een schat aan kennis en ervaring’, zegt Holthuis. ‘Bovendien is de aanwas van onderaf niet heel groot en operators die net de markt betreden, missen vaak de gedegen proceskennis die de oude rotten in het vak hebben. Er dreigt dus de komende jaren heel wat kennis en ervaring te verdwijnen.
Soms leidt dat tot gênante situaties. Zoals bedrijven die hun gepensioneerden terugriepen omdat niemand meer ervaring had met het heropstarten van een fabriek die een grote revisie had gekregen. Andere bedrijven lossen de tekorten op door startupexperts in te vliegen vanuit andere sites. In ieder geval is duidelijk dat het vastleggen en delen van kennis in systemen steeds belangrijker wordt.’

 

Inventarisatie
Wie na zorgvuldige afweging ervan overtuigd is dat herinstrumentatie een verstandige keuze is, zal goed moeten nadenken over de inrichting van het nieuwe systeem. ‘Overigens betekent dat niet dat je alle instrumenten de deur uit moet doen’, zegt Schermerhorn . ‘Het is verstandig om een veldonderzoek te doen naar de bestaande instrumentatie en je af te vragen of deze nog voldoet aan de huidige eisen. Het eenvoudigste is om een instrument één op één te vervangen voor een nieuwere versie. De technische ontwikkelingen gaan echter zo snel, dat er vaak veel betere alternatieven voorhanden zijn. Verdiep je dan ook in het aanbod en kijk welke instrumentatie de meeste toegevoegde waarde biedt.


Behalve dat je op functioneel niveau moet kijken welke functionaliteit en welke waarde nieuwe instrumentatie toevoegt, is het ook verstandig om te kijken of die instrumentatie überhaupt past in de huidige architectuur. Bovendien zal je per instrument moeten checken of deze nog voldoet aan de eisen van de toezichthoudende instanties. Daarnaast is het ook noodzakelijk om te kijken of veldbekabeling nog goed is, of bestaande connecties en meetpunten nog kunnen worden gebruikt en of de nieuwe instrumentatie zichtbaar is voor de control room.’


Na de inventarisatie van de veldapparatuur is het verstandig om ook de systeemarchitectuur nog eens door te lopen. Kloppen de tekeningen, instrumentspecificaties, plattegronden en bedradingsschema’s nog wel? Of zijn er in de tussentijd aanpassingen gemaakt. Kijk ook waar extra informatie gewenst is of welke risico’s moeten worden beheerst. Juist in deze fase kunnen strategische beslissingen worden genomen om de operationele prestaties te vergroten.
Kijk ook of de veiligheidssystemen nog voldoen aan de huidige wet- en regelgeving. Vaak zijn veiligheidssystemen later toegevoegd aan de proces controlesystemen en worden beide systemen bestuurd via de PLC of het DCS. Inmiddels is de regelgeving op dit gebied aangescherpt en moeten veiligheidssystemen strikt worden gescheiden van de overige procesbesturing. Hou daar dus rekening mee tijdens de inventarisatie.

Multidisciplinair
Voor Schermerhorn begint dan het mooiste deel van het traject: het bepalen van de doelstellingen. ‘Meestal begin je een re-instrumentatietraject met één persoon’, zegt hij. ‘En zodra zijn wensen bekend zijn, is het zaak zoveel mogelijk disciplines er bij te betrekken om de scope te bepalen. Dat betekent dat je voor het samenstellen van de verschillende lagen in het besturingssysteem met operators praat, maar ook met proces engineers, maintenance en reliability engineers en veiligheidsexperts. Het liefste zet ik ze samen in één kamertje omdat dan meestal de mooiste ideeën ontstaan. Veel van die disciplines komen elkaar in de praktijk nauwelijks tegen en moeten nu nadenken over gezamenlijke doelen en potentiële risico’s. Doordat ze allemaal vanuit hun eigen expertise en informatiebehoefte naar de procesinstrumentatie kijken, worden ze uiteindelijk ook niet teleurgesteld als het systeem uiteindelijk klaar is.’


De keuze van de communicatie-interface is mede bepalend voor de kosten, intelligentie en flexibiliteit van het nieuwe procesbesturingssysteem. ‘In de basis komt het neer op de keuze tussen harde en zachte input/output-systemen’, zegt Schermerhorn. ‘In de traditionele netwerken heeft elk veldinstrument zijn eigen IO-kaart. Dit is niet alleen duurder, maar ook nogal rigide. Een zogenaamde netwerk IO is configureerbaar, waardoor één standaardmodule volstaat voor de ontsluiting van alle veldinstrumentatie. Hiermee bespaar je niet alleen bekabeling, maar maak je het gehele systeem flexibeler doordat aanpassingen softwarematig kunnen worden doorgevoerd. Overigens is het ook mogelijk om de bestaande infrastructuur te gebruiken en aan te sluiten op een nieuw DCS of SIS. Daarvoor zijn toolkits ontwikkeld. Bedrijven moeten zich echter wel afvragen of die oude bekabeling nog wel betrouwbaar is. Het komt nog wel eens voor dat de isolatie van kabels beschadigd raakt tijdens een herinstallatieproject, waardoor de verbinding wordt verbroken. Natuurlijk is dat wel op te lossen, maar het kost wel extra tijd en geld.’

Scenario’s
Uiteindelijk is de keuze voor een upgrade, migratie of complete vervanging afhankelijk van zeer veel factoren. Zo is tijd vaak een beperking omdat een migratie bijna alleen maar mogelijk is als een fabriek stil ligt voor een onderhoudsstop. Maar ook de complexiteit van het vervangen van bestaande instrumentatie in een volwassen fabriek kan voor grote uitdagingen zorgen. ‘We hebben in ons Plant Re-instrumentatie eBook een drietal scenario’s uitgewerkt die helpen bij het gefaseerd doorvoeren van een herinstrumentatie. Grofweg komt dit neer op het stapsgewijs opwaarderen van het DCS of SIS, het doorvoeren van een complete migratie of het vervangen van de veldinstrumentatie. In het eerste geval kunnen bottlenecks stuk voor stuk worden aangepakt. Je kunt interfaces of controllers stuk voor stuk vervangen zonder dat de processen hoeven worden stilgelegd. De migratie duurt hiermee wel langer, maar het voordeel is dat de productie door kan gaan. 


Een volledige migratie is uiteraard het meest ingrijpende scenario. Voordeel hiervan is dat er meer coherentie ontstaat tussen de verschillende veldsystemen zodat operators meer kunnen sturen op een hoger productievolume en een hogere betrouwbaarheid van de assets.


Het laatste scenario, het vervangen van de veldinstrumentatie, kan voor veel bedrijven al een grote sprong voorwaarts zijn. ‘Detechnische innovatie die de afgelopen jaren op dit gebied heeft plaatsgevonden zorgt voor een groot gat tussen wat reeds geïnstalleerde veldinstrumenten kunnen meten en communiceren en wat de nieuwe generatie kan. Nu is die intelligentie niet overal nodig. Zo zal een niveauschakelaar niet wezenlijk veranderd zijn, maar je kunt ze wel koppelen aan meer geavanceerde fieldbusapparatuur om de controle te vergroten. Met name die hybride systemen zorgen voor meer controle tegen beheerste kosten.’


 

×

Have Questions?

Contact a Yokogawa Expert to learn how we can help you solve your challenges.

 
Hore