Från maskinsäkerhet till systemsäkerhet med användbarhet och kostnadseffektivitet i fokus

Smart industri | Säker tillgänglighet med IWLAN
Vill du veta mer?

Ann-Louise Lindmark

2016-12-01

Hur byggs ett säkert och pålitligt trådlöst kommunikationsnätverk med integrerade säkerhetsfunktioner? När Sandvik Materials Technology införde trådlösa mobila paneler anlitades Siemens för att få optimala anläggningar där komplex teknik och användbar säkerhet går hand i hand – allt för att få en framtidssäker och effektiv produktion.

Under många år har den state-of-the-art-standard som behandlar principer för riskbedömning och riskreducering för maskiner beskrivit ett holistiskt synsätt för att få en säker maskin. Denna helhet har inte alltid tillämpats och dessutom är detta synsätt för praktisk riskreducering tillämpningsbart på mer än maskiner.

 

Därför har vi infört begreppet systemsäkerhet; dels för att state-of-the-art för maskinsäkerhet och funktionssäkerhet behandlar safety ur ett ”människa – teknik – organisation”-perspektiv och dels för att tydliga kopplingar till security och human factors finns och att alla dessa faktorer bidrar till att hela systemet blir säkert.

Systemsäkerhet

I följande text från state-of-the-art-standarden för principer för riskbedömning och riskreducering har ordet maskin bytts ut till system:

 

Denna standard har angett som mål att största möjliga praktiska riskreducering uppnås genom följande fyra faktorer. Processen i sig är iterativ och flera på varandra följande tillämpningar kan behövas för att reducera risken genom bäst nyttjande av tillgänglig teknik. I utförandet av denna process är det viktigt att ta hänsyn till följande fyra faktorer i följande ordning

  • safety för systemet under alla livscykelfaser

  • systemets möjlighet att utföra sin funktion

  • användbarheten av systemet

  • tillverknings-, drift- och avvecklingskostnad

Den ideala tillämpningen kräver kunskap om användning av systemet, historisk olycksfallsinformation, tillgängliga riskreduceringstekniker och juridiskt ramverk där systemet ska användas.

 

En systemdesign som är acceptabel vid en viss tid kan inte längre försvaras om den tekniska utvecklingen möjliggör en design av ett liknande system med lägre risker.

Effektivt och säkert på SMT

Ur detta systemsäkerhetsperspektiv med fokus på användbarhet beskrev Sandvik Materials Technology, SMT, på den sjunde nätverksträffen med Siemens Safety User Club nyttan med mobila paneler med Safety Integrated men även vilka utmaningar som fanns innan nyttan var på plats.

 

Automationsnytt besökte SMT i Sandviken för att på plats höra hur trådlösa nätverk med safety infördes för att de som arbetar i produktionen ska kunna utföra sitt arbete på ett effektivt och säkert sätt med mobila trådlösa paneler med Safety Integrated.

Måste ligga i framkant

SMT gör produkter av rostfria stål, speciallegeringar, titan och zirkonium samt motståndsmaterial. Här satsas stort på forskning och utveckling. Det handlar om materialteknologi i mästarklass med ingenjörskonst och processutveckling på hög nivå.

 

– Vi gör unika kvalitetsprodukter och måste ligga i framkant för att konkurrera, säger Urban Johansson, konstruktionschef på SMT.

 

Att använda moderna tekniska lösningar är självklart liksom att säkerhet ska vara en självklar och naturlig del. Lika naturligt är att anlita hjälp för att få så optimala lösningar som möjligt.

 

Det gäller att göra rätt från början för att spara tid och pengar. När det handlar om industriell trådlös kommunikation uppstår frågor som skapar osäkerhet om de inte reds ut från början.

Vem äger trådlösa nätverk i produktionen? Vilken luft är fri? Vilka kanaler ska användas? Vilka produkter och antenner ska användas och hur ska produkterna parametreras för att säkerställa täckning för att undvika att safety löser ut och skapar oönskade stopp?

 

Mobila paneler med industriell trådlös kommunikation används nu i tre anläggningsdelar: Smide, Specialrörverk 69 och Rörverk 2012.

Vi gör unika kvalitetsprodukter och måste ligga i framkant för att konkurrera

Hög tillgänglighet i Rörverk 2012

I högteknologiska Rörverk 2012 tillverkas ånggeneratorrör för kärnkraftsindustrin. Rörämnen valsas och sedan följer en avancerad process med ugnar, riktverk, slipstationer och mängder av kvalitetskontroller som sker både manuellt och automatiskt.

 

En av maskinerna, nästan hundra meter lång, kallas HETT (Handling Equipment Thermal Treatment). I denna kommer 30 meter långa rör på en ingångsbana och paketeras i långa häckar som kan köras till ett vänteläge eller skickas direkt in i en av fabrikens två vakuumugnar. Efter värmebehandlingen körs häckarna till en av två alternativa avlastningsplatser.

 

Redan under konstruktionsstadiet identifierades många allvarliga risker i maskinen. Det skulle dessutom behövas ett flertal manöverplatser för att på ett säkert sätt kunna hantera maskinen.

Trådlösa mobila paneler

Att använda driv- och styrsystem med Safety Integrated var bestämt tidigt. Frågan var hur HMI skulle utformas. Stora ytor ska betjänas; många fast monterade HMI-paneler skulle kosta mycket pengar och skulle inte ge så bra översikt i alla lägen. Alternativet var att använda mobila paneler. Först övervägdes mobila paneler med kabel men kabeln i sig är begränsande och utplacerade anslutningspunkter skulle bli många eftersom de stora ytorna kräver betjäning på många platser.

 

För att få bästa möjliga tillgänglighet både för produktions- och underhållspersonal ville användare och produktionsledning införa trådlösa mobila paneler vid maskinen.

 

– Projektgruppen för maskinleveransen godkände lösningen men sedan stoppades den tillfälligt av Test & Krav-gruppen vars uppgift var att granska att alla maskinleveranser uppfyllde fabrikens designspecifikation. I den var det specificerat tvåkanaliga trådade säkerhetskretsar. Nackdelen när tekniken utvecklas så fort är att projektorganisationen inte hinner få med den i specarna. Därför är det viktigt att ha en aktivt levande utvecklingsorganisation, säger Ronnie Bengtsson, driftnära underhållschef på SMT.

 

– Det blir allt vanligare att använda driv- och styrsystem och paneler för människa-system-interaktion med Safety Integrated för utökad användbarhet och nytta för de som arbetar i produktionen. Många parametrar ska ställas in. När vi införde trådlösa nätverk och mobila panaler uppstod oförklarliga nödstopp. Vi valde att anlita Siemens för undersökning och felsökning för att komma tillrätta med störningarna, fortsätter Ronnie Bengtsson.

Det blir viktigare att vi inom produktion, konstruktion och underhåll samarbetar med it-avdelningarna

Mätning av luften

Undersökning av luften för trådlösa nätverk är en tjänst som Siemens erbjuder som del i en platsundersökning. Med spektrumanalysator kontrolleras vilka frekvenser och kanaler som används samt eventuella indikationer på störkällor i frekvensområdet.

 

– Det är viktigt att luften först mäts upp och definieras för att fördela kanaler mellan kontorsnätverk och produktionsverksamhet. Därefter hjälper vi till att välja rätt produkter som passar för de förutsättningar som gäller i anläggningen och placera ut dem rätt, säger Patrik Moberg, promotor på Siemens.

Smidigt smide

Smidesanläggningen, där ämnen pressas och värmebehandlas till stänger, må stamma från 1940-talet men det är moderna lösningar som gäller. Allt är kundorderstyrt.

 

– Från det att vi smälter en stålblandning vet vi vilken kund som ska ha den, säger Urban Johansson.

 

Tidigt i projektet beställdes Siemens tjänster för trådlösa nätverk. Undersökningen visade att luften var upptagen av trådlösa nätverk från kontors-it. Efter rekommendationer från mätningen stängdes vissa kanaler av.

 

– Frekvenserna var upptagna av kontorsdata, vilket kanske inte är nödvändigt i en produktionsanläggning där man ska producera, säger Urban Johansson.

Snabba nödstopp i Specialrörverk 69

I Specialrörverk 69, där bland annat kapslingsrör till kärnkraftsindustri och titanprodukter till kemisk industri görs, infördes trådlösa mobila paneler vid valsverken och i truckarna vid ställagen efter att en riskanalys visade på behovet av snabba och säkra nödstopp.

 

– Jättebra och väldigt enkla att använda tycker operatörerna, säger Per Jonsson på konstruktionsavdelningen Utveckling & Expertis på SMT.

Effektiv utveckling

En levande utvecklingsorganisation har SMT fått när cirka 20 konstruktions- och underhållsavdelningar centraliserades till en gemensam konstruktions- respektive underhållsavdelning för att effektivisera och standardisera bättre.

 

– En utredning gjordes kring valet mellan att outsourca eller centralisera. Eftersom vi bygger många specialmaskiner kom vi fram till att det är bättre att behålla kompetensen. Nu kan vi uppdatera och hålla specar levande och hålla dem på rimlig nivå, säger Urban Johansson.

 

– Standarder måste vara aktuella och inte för komplicerade för att följas. Det är också krångligt att ta fram egna standarder, särskilt för oss som berör både process- och maskinsäkerhet. Det är bättre att använda redan framtagna och genomtänkta standarder för systemsäkerhet som täcker allt, säger Ronnie Bengtsson.

Smart industri

Utvecklingen inom SMT är i enlighet med Produktion 2030 ett strategiskt innovationsprogram för hållbar produktion i Sverige.

 

– Vi anammar it-världen mer och mer och använder allt fler mjukvaror. Vi kallar det för industriell it. Det blir viktigare att vi inom produktion, konstruktion och underhåll samarbetar med it-avdelningarna, säger Urban Johansson.

Vi anammar it-världen mer och mer och använder allt fler mjukvaror

I Tysklands rekommendationer för att genomföra det strategiska initiativet Industrie 4.0 betonas vikten av safety och security som kritiska faktorer för att uppnå initiativet. Då gäller det också att förstå hur den smarta säkerhetstekniken fungerar, att träna personalen och ta hjälp där det behövs.

Proof of Concept

För att kunna använda komplex teknik på bästa sätt erbjuder Siemens utbildningar och kompetensmoduler för både slutanvändare och de som ska leverera lösningen.

 

– I kompetensmodulen Proof of Concept har vi tagit tillvara på erfarenheterna som SMT presenterade på Safety User Club. Vi använder en utprövad och teknikanpassad projektmetod från Combitech för att kunna hantera komplex teknik i projekt där varken slutkunden eller de som levererar lösningen känner till tekniken i detalj. Beställaren vet vad de vill uppnå i stort och med denna projektmetod kan beställaren och de som levererar vida överträffa beställarens förväntningar genom effektivt arbetssätt mellan beställaren och leverantören. Vi erbjuder slutkunden eller integratören av systemet både möjlighet att låna utrustning och hjälp med kompetensöverföring av de olika delarna som de känner osäkerhet inför. Det är viktigt att kunden är trygg. Det finns mängder av innovativa automationsmöjligheter för att minska time-to-market och öka safe uptime om man gör på rätt sätt och tar hjälp där man behöver, säger Patrik Moberg.

Sandvik Materials Technology är en världsledande utvecklare och tillverkare av produkter i avancerade rostfria stål och speciallegeringar för krävande miljöer samt produkter och system för industriell värmning.

Processtyrsystem: Simatic PCS 7

Felsäkert styrsystem: Simatic S7-317F-2 PN/DP

HMI: Simatic HMI Mobile Panels, Simatic HMI Key Panels

Trådlös nätverkskommunikation: Scalance W

Nätverksswitchar: Scalance XF208

Motorer: Simotics T-1FW3

Servosystem: Sinamics S120 CM med integrerade säkerhetsfunktioner

Busskommunikation: Profibus och Profinet med Profisafe

Distribuerade I/O: Simatic ET 200S, ET 200pro, IM151-8F PN/DP-cpu

Strömförsörjning: Sitop PSU 100S

Lågspänningsapparater: motorstyrnings- och övervakningssystem Simocode

Installationsprodukter: personskyddsbrytare Sentron 5SU1

Smart industri

År 2030 är Sverige ett av världens främsta länder för hållbar produktion. Sverige är också förstahandsvalet för utveckling och produktion av avancerade varor och tjänster.

 

Det är visionen för Produktion 2030, ett strategiskt innovationsprogram för hållbar produktion i Sverige. I styrgruppen ingår bland andra Sandvik och Siemens.

Produktiv systemsäkerhet – mjukvara, system och effektiva arbetsmetoder 

Hur uppnås förbättrad safe uptime för användare och kortare time-to-market för designer/tillverkare?

 

Våra kompetensmoduler är anpassade för designer, tillverkare och användare på nyindustrialiseringens resa mot Industri 4.0 med Safety Integrated.

 

Kompetensmoduler:

  • Säker automation – grund
  • Säker automation – avancerad
  • TIA Portal-workshop
  • Proof of Concept

Hur bygger du ett säkert och pålitligt trådlöst nätverk?

Vi erbjuder två färdigpaketerade lösningar för att bygga ett säkert och pålitligt trådlöst nätverk som uppfyller kraven för din anläggning.

Redan i planeringsfasen hjälper vi dig att förebygga och förutse komplikationer som kan uppstå i ett trådlöst nätverk.

Läs mer om Omfattande platsundersökning IWLAN och Grundläggande platsundersökning IWLAN.