Các hệ thống điều khiển cũ tạo ra những vấn đề lớn hơn mỗi ngày do các nhà sản xuất ngừng hỗ trợ và các bộ phận thay thế ngày càng khó tìm. Theo một nghiên cứu gần đây của ARC Advisory Group năm 2023, gần hai phần ba các công ty sản xuất gặp khó khăn trong việc tìm kiếm các bộ phận thay thế khi thiết bị đạt mốc 15 năm tuổi. Các thành phần nâng cấp (retrofit) giải quyết trực tiếp vấn đề này bằng cách cho phép các giao thức truyền thông khác nhau hoạt động liền mạch với nhau, giống như việc chuyển đổi giữa các tiêu chuẩn Modbus RTU và Ethernet/IP, đồng thời vẫn giữ nguyên cấu hình đầu vào/đầu ra hiện tại. Nếu không có gì thay đổi, những hệ thống lỗi thời này sẽ tiếp tục gây ra các lần dừng máy bất ngờ, tạo ra nguy cơ an toàn và đơn giản là không thể tương thích với các công nghệ nhà máy thông minh hiện đại ngày nay, vốn phụ thuộc rất nhiều vào kết nối internet.
Khi các nhà sản xuất thiết bị gốc ngừng cung cấp hỗ trợ kỹ thuật, nhiều cơ sở công nghiệp chuyển sang các nhà cung cấp dịch vụ độc lập hoặc tự mình thực hiện các giải pháp ngược. Theo nghiên cứu của Viện Ponemon từ năm 2023, phương pháp này thường làm tăng khoảng 34% thời gian sửa chữa trung bình. Việc tuân thủ các quy định an toàn mới trở nên khó khăn hơn rất nhiều trong những trường hợp như vậy, đặc biệt là khi phải đáp ứng các yêu cầu như được nêu trong tiêu chuẩn ISO 13849-1. Một giải pháp tốt hơn là nâng cấp hệ thống bằng cách sử dụng PLC các bộ mô phỏng (emulators) kết hợp với các cổng giao thức (protocol gateways). Những nâng cấp này giúp duy trì khả năng hỗ trợ đa dạng các nhà cung cấp mà không làm mất tính tương thích với các mẫu cảm biến và bộ truyền động cũ vẫn đang được vận hành. Ngoài ra, chúng còn giảm sự phụ thuộc vào các linh kiện không còn được cung cấp phổ biến thông qua các kênh phân phối truyền thống.
| Thách thức | % Nhà máy Bị ảnh hưởng | Tác động Chi phí Trung bình |
|---|---|---|
| Phần cứng điều khiển lỗi thời | 68% | $1,2 triệu/năm |
| Phần mềm cũ không còn hỗ trợ | 52% | $840 nghìn/năm |
| Không tuân thủ tiêu chuẩn an toàn | 41% | $620 nghìn/năm |
Những điểm yếu hệ thống này nhấn mạnh tính cấp thiết của việc nâng cấp. Việc kéo dài tuổi thọ tài sản và cắt giảm chi phí bảo trì giúp các nâng cấp linh kiện điều khiển thường mang lại lợi nhuận sau 18 tháng.
Các cầu giao thức giúp kết nối khoảng cách khi thiết bị mới hơn cần giao tiếp với hệ thống điều khiển cũ hơn. Về cơ bản, chúng dịch các giao thức khác nhau để các thiết bị có thể hoạt động cùng nhau. Ví dụ, chúng có thể chuyển đổi tín hiệu Modbus RTU thành định dạng TCP/IP hoặc Ethernet/IP mà các hệ thống nối tiếp cũ có thể hiểu được. Điều này làm cho các thiết bị mới hiện đại cảm biến có thể thực sự giao tiếp với các bộ điều khiển PLC có thể đã được 20 hoặc 30 năm tuổi. Các bộ chuyển đổi giao thức này hoạt động giống như những người thông dịch trong giữa cuộc trò chuyện. Các công ty báo cáo tiết kiệm khoảng 40% chi phí nâng cấp hệ thống thay vì thay thế toàn bộ hệ thống từ đầu. Ngoài ra, toàn bộ cơ sở hạ tầng hiện có có thể tiếp tục được sử dụng thay vì bị loại bỏ.
Bảo tồn các điểm I/O tương tự và kỹ thuật số trong quá trình nâng cấp giúp ngăn chặn gián đoạn vận hành. Khối đầu cuối mô-đun và mô-đun I/O phổ thông cho phép kỹ thuật viên:
Hôm nay linh kiện điều khiển khiến các hệ thống khác nhau có thể làm việc cùng nhau nhờ các giao diện tiêu chuẩn như giao thức OPC UA và MQTT. Các thiết bị cổng biên này nhận dữ liệu định dạng đặc biệt từ các máy cũ và chuyển đổi chúng thành dạng mà mọi hệ thống đều hiểu được, cho phép thiết bị sản xuất cũ giao tiếp với hệ thống SCADA mới theo thời gian thực. Theo nghiên cứu được ARC Advisory Group công bố năm ngoái, các cơ sở áp dụng công nghệ này đã giảm được khoảng 32% chi phí tích hợp. Đồng thời, họ duy trì tỷ lệ truy cập dữ liệu gần như hoàn hảo ở mức 99,5% trong suốt các môi trường hệ thống hỗn hợp. Hiệu suất như vậy tạo ra sự khác biệt lớn khi cố gắng duy trì hoạt động vận hành liên tục mà không thường xuyên phải dừng máy để nâng cấp.
Các thành phần điều khiển tích hợp IoT chuyển đổi tín hiệu tương tự từ máy móc cũ thành các luồng dữ liệu kỹ thuật số, cho phép giám sát theo thời gian thực thông qua bảng điều khiển đám mây mà không làm thay đổi logic điều khiển ban đầu. Một nghiên cứu điển hình năm 2024 cho thấy một nhà máy dập kim loại đã giảm 58% thời gian dừng máy bất ngờ sau khi nâng cấp các máy dập tương tự bằng bộ điều khiển tính toán biên (edge-computing controllers).
Việc nâng cấp các máy cũ bắt đầu bằng việc thay thế các rơ-le cơ học bằng các phiên bản trạng thái rắn tương ứng và lắp đặt các cảm biến thông minh trên các hệ thống thủy lực và khí nén. Các nhân viên vận hành báo cáo hiệu suất tăng 15–20% khi bổ sung các thành phần giám sát tình trạng vào các thiết bị được lắp đặt ban đầu từ những năm 1960, ví dụ như bơm chân không và máy nén khí.
Thị trường công nghiệp IoT nâng cấp đang tăng trưởng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 42%, được thúc đẩy bởi nhu cầu về các linh kiện điều khiển cho phép chuyển đổi số mà không cần loại bỏ các tài sản vẫn còn hoạt động. Tỷ lệ áp dụng cao nhất (73%) nằm ở các ngành công nghiệp đòi hỏi vận hành liên tục, bao gồm dược phẩm và chế biến thực phẩm.
Các kiến trúc điều khiển mô-đun hỗ trợ việc thay thế PLC theo từng giai đoạn thông qua các khung lắp đặt tương thích với cả card I/O cũ và bộ xử lý hiện đại. Một nhà cung cấp ô tô cấp một đã chuyển đổi hệ thống Siemens S5 từ những năm 1990 sang bộ điều khiển S7-1500 trong vòng 18 tháng bằng cách sử dụng tủ điều khiển lai, giới hạn thời gian dừng sản xuất xuống dưới bốn giờ mỗi giai đoạn.
Hiện đại hóa từng bước kết hợp các thành phần điều khiển mới dựa trên Ethernet với các thiết bị fieldbus thế hệ cũ được giữ lại thông qua các cổng giao thức. Cách tiếp cận 'dual stack' này làm giảm rủi ro, cho phép các nhà máy duy trì 85–90% công suất hoạt động trong quá trình chuyển đổi kéo dài 12–24 tháng. Việc kiểm tra tính tương thích giữa các hệ thống điều khiển của nhiều nhà cung cấp vẫn đóng vai trò thiết yếu khi tích hợp các hệ thống điều khiển thế hệ hỗn hợp.
Khi các nhà sản xuất chỉ thay thế những linh kiện điều khiển cụ thể thay vì cải tạo toàn bộ hệ thống, họ có thể tiết kiệm cả chi phí và công sức. Việc nâng cấp chỉ những phần cần thiết thực sự là một giải pháp hợp lý. Những việc như cập nhật bộ xử lý PLC, lắp đặt HMI mới vào tủ điều khiển cũ hoặc thay thế thiết bị mạng lỗi thời có thể giúp hệ thống hoạt động lâu dài hơn mà không cần phá bỏ toàn bộ. Điều tuyệt nhất là gì? Các công ty cho biết họ tiết kiệm khoảng 60% chi phí khi áp dụng cách này thay vì thay thế toàn bộ tủ điện từ đầu. Những chuyên gia trong ngành theo dõi các báo cáo bảo trì trong những năm gần đây đã ghi nhận xu hướng này.
Việc thay thế chiến lược các bộ phận điện cơ giúp giảm thiểu thời gian dừng sản xuất. Các bộ dây điện được chế tạo sẵn và các khối đầu nối cắm-nối cho phép các kỹ thuật viên thay thế các rơ le hỏng hoặc bộ nguồn lỗi thời trong vòng chưa đầy 30 phút – nhanh hơn 75% so với việc đi dây lại truyền thống. Các cơ sở tiên tiến chuẩn hóa kích thước linh kiện qua nhiều thế hệ, nâng cao tính tương thích giữa các thành phần điều khiển cũ và mới.
Trọng tâm của cuộc thảo luận nằm ở thách thức trong việc cân nhắc tiềm năng tăng trưởng trong tương lai với các yếu tố tài chính trước mắt. Việc thay thế toàn bộ hệ thống chắc chắn mang lại những lợi ích như tích hợp công nghệ điện toán biên, tuy nhiên theo nghiên cứu gần đây của ngành công nghiệp năm 2024, khoảng tám trên mười quản lý nhà máy vẫn chọn giải pháp cải tiến từng bước khi ngân sách hạn chế. Việc nâng cấp từng thành phần riêng lẻ giúp giảm bớt các vấn đề có thể phát sinh trong quá trình chuyển đổi phần mềm, mặc dù giải pháp này đòi hỏi việc kiểm tra kỹ càng để đảm bảo mọi thứ hoạt động đồng bộ với các thế hệ thiết bị được lắp đặt song song trong các cơ sở hiện nay.
Các module điều khiển thay thế nóng cho phép thay thế trực tiếp các card I/O, cổng giao tiếp truyền thông và bộ nguồn mà không cần tắt hệ thống. Một nhà sản xuất chất bán dẫn đã giảm được 420 giờ dừng máy mỗi năm nhờ sử dụng các thành phần dạng mô-đun có chức năng chuyển đổi dự phòng tự động, đạt được mức khả dụng hoạt động 99,98% trong quá trình nâng cấp từng giai đoạn của nhà máy.
Việc nâng cấp thiết bị công nghiệp cũ bằng các bộ phận điều khiển mới có thể cải thiện hiệu suất ngay lập tức. Khi các nhà máy cải tiến hệ thống của họ, mức tiêu thụ năng lượng thường giảm khoảng từ 12 đến thậm chí 18 phần trăm nhờ vào các bộ điều khiển động cơ tốt hơn và quản lý điện năng thông minh hơn. Đồng thời, việc bổ sung cảm biến và tự động hóa giúp tăng sản lượng sản xuất từ khoảng 15 đến 22 phần trăm. Hầu hết các doanh nghiệp đều nhận thấy những khoản đầu tư này bắt đầu mang lại lợi nhuận khá nhanh chóng. Chẳng hạn như một cơ sở đóng gói đã lắp đặt các bộ rơ-le thông minh cùng với bộ điều khiển tần số biến đổi vào năm ngoái. Họ đã giảm được 410 triệu watt giờ điện tiêu thụ hàng năm, mang lại sự khác biệt rõ rệt cho lợi nhuận cuối cùng.
Máy móc cũ đang được hồi sinh nhờ vào các hệ thống PLC dạng mô-đun và những mô-đun đầu vào/đầu ra linh hoạt có thể được cấu hình thông qua phần mềm. Theo một số dữ liệu ngành công nghiệp gần đây từ đầu năm 2024, khoảng ba phần tư các nhà máy nâng cấp hệ thống điều khiển đã giảm thời gian tái cấu hình từ 60 đến 80 phần trăm. Điều này có nghĩa là họ có thể chuyển đổi các dây chuyền sản xuất nhanh hơn nhiều mà không cần tháo dỡ bất kỳ thành phần vật lý nào. Ngành công nghiệp ô tô cũng đã thực sự đón nhận cách tiếp cận này. Nhiều nhà máy hiện đang vận hành các máy ép đã phục vụ hàng thập kỷ nhưng vẫn có thể xử lý các thiết kế pin EV hoàn toàn khác nhau chỉ bằng cách cập nhật phần mềm trên các bộ điều khiển logic lập trình được của chúng. Không còn cần phải nâng cấp phần cứng đắt tiền nữa.
Mặc dù vẫn còn một số trở ngại trong việc tích hợp, việc nâng cấp các bộ phận điều khiển cụ thể thực tế lại mang lại lợi nhuận cao hơn đáng kể so với việc thay thế toàn bộ hệ thống. Nghiên cứu gần đây về cách các ngành công nghiệp bảo trì thiết bị cho thấy rằng việc cải tiến từng bộ phận có thể mang lại tỷ suất lợi nhuận từ 300 đến 400 phần trăm khi xem xét toàn bộ số tiền tiết kiệm được từ chi phí năng lượng, tránh dừng sản xuất và kéo dài tuổi thọ thiết bị hiện có. Có lẽ vì lý do này mà khoảng hai phần ba các nhà sản xuất đã bắt đầu tập trung vào các nâng cấp quy mô nhỏ như vậy thay vì thực hiện cải tạo toàn bộ hệ thống, ngay cả đối với những cơ sở mà hạ tầng đã có tuổi đời trên một phần tư thế kỷ.
Cải tạo máy móc cũ liên quan đến việc nâng cấp các hệ thống công nghiệp cũ bằng các bộ phận điều khiển mới mà không cần thay thế toàn bộ thiết bị, giúp cải thiện tính tương thích và hiệu suất.
Việc nâng cấp là rất quan trọng vì chúng giải quyết các thách thức liên quan đến lỗi thời, giảm khó khăn trong bảo trì và đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn, từ đó kéo dài tuổi thọ và cải thiện hiệu suất của thiết bị lạc hậu.
Cầu giao thức đóng vai trò như bộ chuyển đổi giữa các tiêu chuẩn truyền thông khác nhau, cho phép thiết bị mới giao tiếp với hệ thống điều khiển cũ hơn, như vậy giúp kết nối khoảng cách giữa các thế hệ khác nhau.
Việc nâng cấp có thể mang lại những cải thiện đáng kể về hiệu suất, giảm tiêu thụ năng lượng, tăng khả năng vận hành và nâng cao tỷ lệ hoàn vốn nhờ kéo dài thời gian phục vụ của thiết bị hiện có.
Hot News2024-09-20
2024-09-20
2024-09-20
Bản quyền © TECKON ELECTRIC (SHANGHAI) CO., LTD Privacy policy
EN
AR
BG
HR
CS
DA
NL
FI
FR
DE
EL
IT
JA
KO
NO
PL
PT
RO
RU
ES
SV
TL
IW
ID
LV
LT
SR
SK
SL
UK
VI
SQ
ET
GL
HU
TH
TR
FA
MS
