Компоненти за управление, проектирани за бързо модернизиране на стари машини

Защо модернизирането на старите машини е критично днес

Застарелост на системите за управление и предизвикателства, които поддържат търсенето на модернизиране

Старите системи за управление създават все по-големи проблеми всеки ден, тъй като производителите спират поддръжката им и резервните части стават все по-трудни за намиране. Според скорошно проучване на ARC Advisory Group през 2023 г., почти две трети от производствените компании изпитват затруднения при намирането на заместители, когато оборудването им достигне 15-годишната възраст. Компонентите за модернизация решават този проблем директно, като позволяват на различни комуникационни протоколи да работят съвместимо, като се превеждат стандарти като Modbus RTU и Ethernet/IP, като при това се запазва съществуващата входно-изходна конфигурация. Ако нищо не се промени, тези остарели системи ще продължат да причиняват неочаквани спирания, ще създават опасности за безопасността и просто няма да са съвместими с днешните технологии за интелигентни фабрики, които разчитат изцяло на интернет връзката.

Въздействие на затрудненото поддръжка и липсата на поддръжка от доставчика

Когато производителите на оригинални компоненти спрат да предоставят техническа поддръжка, много индустриални предприятия се обръщат към независими сервизи или изпробват самостоятелно разработени решения чрез обратно инженерство. Според проучване на Института Понемън от 2023 г., този подход обикновено удължава средното време за поправка с около 34%. Сподедствията правенето на съответствие с нови стандарти за безопасност става далеч по-трудно, особено когато става дума за изисквания като тези, описани в стандарта ISO 13849-1. По-добро алтернативно решение е модернизацията на системите чрез използване на ПЛК емулатори заедно с различни протоколни преобразуватели. Тези модернизации помагат за поддържане на съвместимост между оборудване на различни производители, без да се жертва съвместимостта с по-стари модели на сензори и изпълнителни механизми, които все още се използват. Освен това, те намаляват зависимостта от компоненти, които вече не са лесно достъпни чрез традиционни канали за доставка.

Данни: 68% от производителите съобщават за сериозни недостигания на компоненти за по-стари машини (ARC Advisory Group, 2023)

Тези системни уязвимости подчертават необходимостта от модернизация. Чрез удължаване на живота на активите и намаляване на разходите за поддръжка, модернизацията на управляващите компоненти обикновено осигурява възвръщаемост на инвестицията в рамките на 18 месеца.

Основни управляващи компоненти, осигуряващи безпроблемна интеграция

Използване на протоколни мостове за интегриране на нови измервателни уреди със старата инфраструктура

Протоколни мостове помагат да се преодолее пропастта, когато по-ново оборудване трябва да комуникира с по-стари системи за управление. Те по същество превеждат различни протоколи, така че нещата да работят заедно. Например, те могат да преобразуват сигнали Modbus RTU в TCP/IP или Ethernet/IP формати, които по-старите серийни системи разбират. Това прави възможно новите изискани системи сензори да комуникират всъщност с PLC, които може да са на 20 или 30 години. Тези преобразуватели на протоколи действат като преводачи по средата на разговора. Компаниите съобщават, че спестяват около 40% от разходите за модернизация, вместо да заменят цялата система от самото начало. Освен това цялата съществуваща инфраструктура остава на мястото си, вместо да се изхвърля.

Стратегии за запазване на входно/изходните сигнали, за да се осигури непрекъснатост на системата по време на модернизации

Запазването на аналоговите и цифровите входно/изходни точки по време на ъпгрейди предотвратява оперативни прекъсвания. Модулни клемни блокове и универсални входно/изходни модули позволяват на техниците да:

• Повторно използват съществуващите полеви проводници
• Поддържат интегритета на аналоговия сигнал (4-20mA/0-10V)
• Постепенно интегрирайте умни устройства без пълна подмяна на таблото
  Тази стратегия минимизира простоите и подпомага прехода към модерни стандарти за автоматизация.

Как компонентите за управление преодоляват комуникационните пропасти в индустриалната автоматизация

Днешните компоненти за управление правят различни системи да работят заедно благодарение на стандартни интерфейси като OPC UA и MQTT протоколи. Тези устройства - крайни шлюзове, приемат специалния формат на данни от стари машини и го превеждат в нещо, което всички могат да разберат, което позволява на старото фабрично оборудване да комуникира в реално време с новите SCADA системи. Според проучване, публикувано от ARC Advisory Group миналата година, обекти, прилагани подобни технологии, са намалили разходите си за интеграция с около 32 процента. В същото време, те са поддържали почти перфектни нива на достъп до данни от 99,5% през цялата смесена системна среда. Подобна производителност прави голяма разлика, когато се опитвате да поддържате операциите си работещи гладко, без постоянни престои за ъпгрейд.

Модернизиране на остарели системи с умни и модулни управляващи компоненти

Инсталиране на IoT-съвместими управляващи компоненти към остаряло оборудване

IoT-съвместимите управляващи компоненти преобразуват аналоговите сигнали от по-стари машини в цифрови потоци данни, което позволява наблюдение в реално време чрез табла в облака, без да се променя оригиналната управляваща логика. Според проучване от 2024 г. една фабрика за металопробиване е намалила непланираното време на простои с 58%, след като е модернизирала аналоговите преси с контролери с изчисления на ръба.

Модернизиране на машиностроителни съоръжения от 60-те години на миналия век чрез умни измервателни уреди

Модернизацията на старото оборудване започва със замяната на механичните релета с транзисторни аналогове и монтирането на умни сензори върху хидравлични и пневматични системи. Операторите съобщават за 15–20% подобрение в ефективността, като добавят компоненти за мониторинг на състоянието към оборудване, инсталирано още през 1960-те години, например вакуумни помпи и компресори.

Тенденция: 42% годишен темп на растеж в индустриални IoT модернизации (MarketsandMarkets, 2024)

Пазарът на индустриални IoT модернизации нараства със сложен годишен темп от 42%, поддържан от търсенето на компоненти за управление, които осигуряват цифрова трансформация без изоставянето на функционални активи. Приемът е най-висок (73%) в индустриите, изискващи непрекъснато производство, включително фармацевтиката и хранително-вкусовата промишленост.

Модернизации на програмируеми логически контролери (PLC) и миграция на платформи чрез модули за управление с директно включване и с възможност за горещо разместване

Модулните архитектури за управление поддържат стъпенчата смяна на PLC чрез стойки с директно включване, съвместими както със стари I/O карти, така и с модерни процесори. Един от водещите доставчици в автомобилната индустрия е мигрирал система Siemens S5 от 90-те години към контролери S7-1500 за 18 месеца, използвайки хибридни шкафове за управление и ограничавайки прекъсванията в производството до под четири часа на етап.

Стратегия: Стъпенчива миграция на платформи с хибридни архитектури за управление

Прогресивната модернизация комбинира нови компоненти за управление, базирани на Ethernet, със запазени стари устройства на полевата шина чрез протоколни преобразуватели. Този подход с „двойна стека“ намалява риска и позволява на заводите да поддържат 85–90% оперативен капацитет по време на преходи от 12–24 месеца. Тестването за съвместимост между различни производители остава от съществено значение при интегрирането на системи за управление от различни поколения.

Балансиране на разходи, риск и простои при модернизация на панели за управление

Модернизация на хардуерните панели за управление без пълна модернизация на системата

Когато производителите заменят само определени управляващи компоненти, вместо да извършват пълна модернизация на системата, те спестяват и средства, и главоболия. Обновяването само на необходимите части наистина има смисъл. Примери за това са актуализирането на процесори на програмируеми логически контролери (PLC), монтирането на нови панели за управление (HMI) в стари кабини или замяната на остаряло мрежово оборудване, което може да удължи експлоатационния живот на системите, без да се налага пълна демонтажна работа. Най-доброто в този подход? Компании, които използват този метод, съобщават за около 60% спестяване по разходите в сравнение с пълната замяна на табла от нулата. Специалисти в индустрията, които следят тези тенденции, са забелязали това в отчетите за поддръжка през последните години.

Ефективна замяна на остарели захранвания, релета и контактори

Стратегичната замяна на електромеханични компоненти минимизира прекъсванията в производството. Предварително изработени жични жгъти и терминални блокове с подключване тип plug-and-play позволяват на техници да заменят повредени релета или остарели захранвания за под 30 минути – с 75% по-бързо в сравнение с традиционното пренавъртане. Водещи предприятия стандартизират размерите на компонентите през различни поколения, като по този начин подобряват съвместимостта между старите и модерните компоненти на системите за управление.

Анализ на дискусия: Пълна замяна срещу модернизация на отделни компоненти на таблата за управление

В основата на дискусията се намира предизвикателството да се прецени бъдещият растеж срещу непосредствените финансови съображения. Пълните системни замени наистина носят предимства като интегрирането на технология за изчисления на ръб (edge computing), но според нови проучвания от 2024 г., приблизително осем от десет ръководители на производствени съоръжения избират постепенно модернизиране, когато бюджетът е ограничен. Замяната на отделни компоненти намалява проблемите, които може да възникнат по време на прехода към нови софтуерни системи, въпреки че това изисква сериозни проверки, за да се осигури съвместимост между оборудване от различни поколения, които са монтирани едно до друго в съвременните съоръжения.

Минимизиране на простоите чрез контролни модули с гореща замяна

Модулите за управление с възможност за горещо заменяне позволяват подмяна на I/O карти, комуникационни шлюзове и захранващи модули без изключване на системата. Производител на полупроводници намали годишното простоиво време с 420 часа чрез използването на модулни компоненти с автоматично превключване при отказ, като постигна 99.98% оперативна наличност по време на фазова модернизация на табла.

Измерими предимства: Ефективност, гъвкавост и възвръщаемост на инвестициите от модернизация на управляващи компоненти

Подобряване на ефективността чрез модернизация на системи за управление: Икономия на енергия и увеличаване на пропускливостта

Модернизирането на старото индустриално оборудване с нови компоненти за управление може незабавно да повиши ефективността. Когато фабрики модернизират системите си, обикновено се наблюдава намаление на потреблението на енергия с около 12 до дори 18 процента, благодарение на по-добри контроли за двигатели и по-умно управление на енергията. В същото време добавянето на сензори и автоматизация допринася за увеличаване на производствените обеми с между 15 и 22 процента. Повечето предприятия установяват, че тези инвестиции започват бързо да се връщат. Пример за това е един завод за опаковане, който миналата година е инсталирал няколко умни релета заедно с преобразуватели с променлива честота. В крайна сметка те са намалили годовото си потребление на електричество с 410 милиона ватчаса, което съществено влияе на крайната печалба.

Възстановяване на гъвкавостта в остарели машини чрез пре програмируеми компоненти за управление

Старите машини намират нов живот благодарение на модулни системи с програмируеми логически контролери и тези гъвкави входни/изходни модули, които могат да се конфигурират чрез софтуер. Според данни от началото на 2024 г., около три четвърти от фабриките, които са модернизирали системите си за управление, са отчетливо намалили времето за преустройство между 60 и 80 процента. Това означава, че могат да превключват производствени линии много по-бързо, без да се налага да разглобяват физически компоненти. Автомобилната индустрия също активно е приела този подход. Много заводи използват преси, които са били в експлоатация десетилетия, но могат да обработват напълно различни конструкции на батерии за електромобили само чрез актуализация на софтуера в програмируемите логически контролери. Скъпите модернизации на хардуера вече не са необходими.

Парадокс в индустрията: Висок възвръщаемост на инвестициите от евтини модернизации на компонентите за управление, въпреки сложността на наследените системи

Въпреки че съществуват някои предизвикателства при интегрирането, модернизацията на отделни компоненти на системата всъщност води до значително по-добри възвръщания, отколкото изцяло заменянето на системите. Наскорошни проучвания относно начина, по който индустриите поддържат оборудването си, показват, че модернизацията на отделни части може да доведе до възвръщане на инвестициите между 300 и 400 процента, като се има предвид спестената енергия, избягването на прекъсвания в производството и удължаването на живота на съществуващите активи. Скорее поради тази причина около две трети от производителите започват да се насочват към тези по-малки мащабни модернизации, вместо да извършват пълна модернизация на системите, дори и в съоръжения, чиято инфраструктура вече е по-стара от четвърт век.

Често задавани въпроси

Какво представляват модернизациите на остаряло оборудване?

Модернизациите на остаряло оборудване включват надграждане на по-стари индустриални системи с нови компоненти за управление, без да се налага пълната замяна на оборудването, което помага за подобряване на съвместимостта и ефективността.

Защо модернизациите са важни за остарелите системи за управление?

Ретрофитите са важни, защото решават проблемите с остаряването, намаляват трудностите при поддръжката и осигуряват съответствие със стандартите за безопасност, което удължава живота и подобрява ефективността на остарелите съоръжения.

Как протоколни мостове могат да помогнат при интегрирането на модерни устройства със стари системи?

Протоколните мостове действат като преводачи между различни комуникационни стандарти, което позволява на новите устройства да комуникират с по-стари системи за управление и по този начин преодолява пропастта между поколенията.

Какви са измеримите приноси от модернизацията на остарели машини?

Ретрофитингът може да доведе до значителни прирасти в ефективността, намалено енергопотребление, подобрена оперативна готовност и по-висок възврат на инвестициите чрез удължаване на експлоатационния живот на съществуващите съоръжения.