Sepasoft OEE Downtime trên Ignition với PLC Allen-Bradley: mô hình, trạng thái, bộ đếm và ghép tag

OEE Downtime là module của Sepasoft, Inc. chạy trên Ignition (nền tảng của Inductive Automation), ghi lại chế độ, trạng thái, số đếm và lý do dừng của từng máy theo một mô hình dây chuyền và máy (cell), rồi tính OEE từ đó. Trên dây chuyền dùng PLC Allen-Bradley, dữ liệu lấy từ tag ControlLogix hoặc CompactLogix qua driver Logix của Ignition: mỗi máy một số nguyên trạng thái, các bộ đếm đầu vào, đầu ra và hàng loại chỉ đếm lên, thêm chế độ, mã sản phẩm hay lệnh sản xuất nếu cần. Phần lớn công việc là chốt các tag đó và quy tắc đằng sau chúng trước khi bắt tay cấu hình.

Module OEE Downtime làm những gì

Tài liệu và trang sản phẩm của Sepasoft mô tả các chức năng dưới đây. Mọi module của Sepasoft đều cần Ignition, và module Production, nơi chứa các chức năng MES dùng chung, luôn được cài kèm. OEE Downtime có component cho cả Vision lẫn Perspective.

Công thức OEE và ví dụ tính cho một ca có trong bài OEE. Có một điểm ảnh hưởng trực tiếp tới cấu hình: Sepasoft tính độ sẵn sàng (availability) bằng thời gian chạy chia cho thời gian trôi qua trừ thời gian dừng có kế hoạch, nên cái gì được đánh dấu là dừng có kế hoạch thì không làm giảm độ sẵn sàng. Hiệu suất (performance) so số đếm đầu vào với thời gian chạy × tốc độ chuẩn × hệ số đóng gói (package count), còn chất lượng là đầu vào trừ hàng loại, chia cho đầu vào. Sepasoft cấp license OEE Downtime theo site sản xuất, không giới hạn số dây chuyền, máy hay người dùng trong site đó.

Mô hình sản xuất: dây chuyền và máy

Mọi thứ trong module bám vào mô hình thiết bị sản xuất (production equipment model), cấu hình trong MES Equipment Manager. Sepasoft đặt tên các cấp là Enterprise, Site, Area, Line, Cell Group và Cell; Process Cell và Unit dùng cho Batch Procedure, Storage Zone và Storage Unit dùng cho Track & Trace, còn Location dùng cho SPC. OEE Downtime làm việc trên Line, Cell Group và Cell.

Hai điểm trong tài liệu quyết định cách thiết kế. Đổi tên là tạo ra một mục mới và vô hiệu hóa mục cũ, còn dữ liệu đã ghi vẫn nằm ở mục cũ, nên tên phải chốt xong trước lượt chạy đầu tiên. Một dây chuyền nhiều máy mà gộp thành một cell thì các chế độ phát hiện dừng máy, thời gian chu kỳ từng máy và biểu đồ OEE Time phát huy kém hẳn. Chúng tôi khuyên cho mỗi máy có trạng thái riêng trong PLC thành một cell; Sepasoft cũng lưu ý máy nào không có giao tiếp thời gian thực thì có thể gộp với máy bên cạnh.

Từ tag PLC tới màn hình OEE

Ignition đọc bộ điều khiển qua các driver Allen-Bradley. Ở Ignition 8.3, driver Logix dùng cho ControlLogix và CompactLogix firmware v20.19 trở lên, còn các driver legacy dùng cho v20.18 trở xuống; driver Logix được tối ưu cho firmware 21 trở lên. Sau đó mỗi line và cell trong mô hình có các tag collector trỏ tới tag Ignition, có thể là tag PLC, tag bộ nhớ (memory) hoặc tag biểu thức (expression).

Bộ tính OEE bắt buộc phải có tag cho trạng thái thiết bị và cho số đếm. Các đầu vào khác (chế độ, ca, mã sản phẩm, lệnh sản xuất, hệ số đóng gói, tốc độ chuẩn) lấy từ tag, hoặc nếu để trống đường dẫn thì lấy từ lượt chạy đã lập lịch hay từ thiết lập vật tư. Tốc độ ghi qua tag phải đổi ra đơn vị trên phút, vì OEE lưu mọi tốc độ theo phút. Độ phân giải ghi là một giây: nếu tag đổi hai lần trong cùng một giây, giá trị sau đè lên giá trị trước.

Kết quả quay lại Ignition: Live Analysis tạo các tag trong MES tag provider cho một khoảng thời gian đã chọn (ca, ngày sản xuất, lượt chạy, giờ hoặc mốc bắt đầu tùy chọn), cập nhật nhanh nhất 60 giây một lần, để gắn vào bất kỳ màn hình nào.

Trạng thái máy: mỗi cell một số nguyên

Module lấy trạng thái của mỗi cell từ một số nguyên duy nhất. Mỗi giá trị trong state class của cell có tên, loại và mã, và theo Sepasoft mã này thường trùng với mã trạng thái trong PLC. Không được dùng mã 0: mã này dành cho nội bộ, và khi mất kết nối với PLC thì trạng thái chuyển về 0. Class mặc định có Blocked, Disabled, Idle, Planned Downtime, Running, Starved và Unplanned Downtime, và có thể thêm bao nhiêu trạng thái tùy ý dựa trên các loại này. Ví dụ cho một máy chiết rót:

Trạng thái có thể có trạng thái con (sub-state). Khi đặt Override là Required và Scope là Sub State, người vận hành buộc phải thay lý do phát hiện được bằng một trạng thái con của nó, nhờ vậy một sự kiện chung chung kiểu "nhấn nút dừng" trở thành nguyên nhân thật. Mỗi trạng thái còn có Short Stop Threshold tính bằng giây: trạng thái ngắn hơn ngưỡng này không bị trừ vào độ sẵn sàng, đặt 0 thì tính tất cả, và ngưỡng này không áp dụng cho trạng thái loại Running.

Phía PLC, mã trạng thái là một đoạn logic nhỏ cho từng máy. Chúng tôi khuyên chốt thứ tự ưu tiên khi nhiều điều kiện cùng đúng (lỗi xếp trên blocked, blocked xếp trên đang chạy), chốt giữ (latch) lỗi đầu tiên để mã cho biết nguyên nhân chứ không phải hệ quả, và giữ mỗi mã ít nhất một giây, vì module ghi với độ phân giải một giây.

Chế độ: sản xuất, chuyển đổi sản phẩm và bảo trì

Chế độ trả lời câu hỏi thiết bị đang được dùng vào việc gì. Sepasoft cho sáu loại chế độ cố định: Production, Idle, Changeover, Maintenance, Other và Disabled. Nhà máy tự đặt các chế độ của mình trên các loại này, ví dụ chế độ vệ sinh hay chạy thử, và mỗi chế độ có một mã số nguyên. Hai cờ quyết định chế độ làm gì: Include in OEE (trạng thái và số đếm được đưa vào tính toán) và Include in Production Counts (sản phẩm đạt được cộng vào lượt chạy). Hướng dẫn của Sepasoft là bật cả hai cho sản xuất, chỉ bật số đếm cho chuyển đổi sản phẩm hay setup, tắt cả hai cho vệ sinh hoặc chạy thử; bật OEE mà không có số đếm là không hợp lệ, vì hiệu suất và chất lượng cần số đếm.

Thông thường chính lượt chạy đặt chế độ. OEE Run Director có các nút Start Changeover, Start Production và End Production; chế độ của đoạn chuyển đổi áp dụng từ lúc bắt đầu operation, chế độ sản xuất áp dụng khi chuyển đổi kết thúc, và Idle khi lượt chạy kết thúc. Một tag chế độ từ PLC có thể đè lên cách này, có thể hợp với những máy mà người vận hành chọn bảo trì hay vệ sinh trên HMI.

Blocked, starved và chuyện first-out

Trong một máy, alarm first-out của PLC cho biết cái gì làm máy dừng. Trên cả dây chuyền, OEE Downtime xác định máy nào gây ra lần dừng dây chuyền bằng một chế độ phát hiện dừng máy (downtime detection mode) đặt ở line hoặc cell group:

• Equipment State: trạng thái dây chuyền lấy từ một tag riêng của nó. Tag trạng thái dây chuyền cũng có thể thêm vào khi dùng chế độ khác, và khi tag đó báo một trạng thái dừng (ví dụ của Sepasoft là nút dừng khẩn toàn dây chuyền) thì nó thay cho lý do suy ra từ các máy.
• Initial Cell: máy đầu tiên dừng vì lý do ngoài kế hoạch bị tính là nguyên nhân; nếu máy đó chạy lại, các máy còn đang dừng được xét theo thứ tự đã dừng. Cách này giống first-out ở cấp dây chuyền, và Sepasoft dành nó cho quá trình mà một máy dừng thì mọi máy khác cũng phải dừng.
• Key Reason: một máy then chốt (key cell), thường là máy nút cổ chai, quyết định. Nếu nó dừng vì lý do ngoài kế hoạch thì đó là nguyên nhân; nếu nó thiếu đầu vào (starved) thì xét các máy phía trước, nếu nghẽn đầu ra (blocked) thì xét các máy phía sau. Cell Priority quy cho máy gần nhất có lý do ghi được; Neighbor Priority bắt đầu từ máy xa nhất và đòi mọi máy ở giữa phải báo blocked hoặc starved.
• Parallel Cells: cho các máy cùng làm một việc; một ngưỡng quy định bao nhiêu máy phải chạy.

Khi không tìm ra nguyên nhân, module ghi các lý do dự phòng như Blocked for Unknown Reason hay Unexpected Starved, với mã âm. Sepasoft nhấn mạnh mọi máy nằm giữa key cell và máy bị lỗi phải báo Blocked hoặc Starved; nếu PLC không báo các trạng thái đó thì Key Reason không có gì để lần theo. Một cell group chỉ thấy các máy con trực tiếp của nó.

Bộ đếm: đầu vào, đầu ra, hàng loại và tràn bộ đếm

Số đếm vào hệ thống qua MES Counter đặt ở line, cell group hoặc cell, mỗi bộ có một đường dẫn tag và một loại: Infeed, Outfeed, Reject hoặc General. Nếu line không có bộ đếm hàng loại, module cộng các bộ đếm hàng loại của các cell; nếu cũng không có thì lấy đầu vào trừ đầu ra. Hệ số đóng gói quy đổi giữa đơn vị đầu vào và đầu ra (ví dụ của Sepasoft là 24 chai một thùng). Mặc định hàng loại được tính theo đơn vị đầu vào; bộ đếm hàng loại đếm theo thùng thì cần hệ số quy đổi hàng loại (reject count scale).

Count Method quyết định cách đọc giá trị từ PLC:

• Roll Over: cho bộ đếm chỉ đếm lên và tràn vòng. Khi giá trị tụt xuống, module cộng thêm giá trị tràn (roll-over value) để tổng tiếp tục tăng. Mặc định là 32768, Sepasoft ghi giá trị này ứng với kiểu 16 bit có dấu, và giá trị đúng tùy kiểu dữ liệu của tag trong PLC: hãy đặt đúng giá trị mà tag của bạn thực sự tràn.
• Actual: dùng nguyên giá trị tag, có thể tăng hoặc giảm.
• Positive Change: chỉ cộng phần tăng, bỏ qua phần giảm, và bỏ qua cả bước nhảy từ 0 lên một giá trị, nhằm tránh đếm nhầm một số 0 giả sau khi mất kết nối, đổi lại số đếm trễ một chút.

Chúng tôi khuyên dùng bộ đếm trong PLC chỉ đếm lên và không bao giờ bị chương trình reset, đọc bằng Roll Over. Nếu PLC reset số đếm khi đổi ca hay đổi lệnh thì Positive Change hợp hơn: Roll Over sẽ hiểu mỗi lần reset là một lần tràn và cộng thêm một bước nhảy sai.

Ví dụ ghép tag PLC vào đầu vào OEE

Một dây chuyền chiết chai điển hình gồm máy chiết, máy đóng nắp, máy dán nhãn và máy vào thùng, máy chiết là key cell. Tên tag chỉ là ví dụ.

Ca làm việc thường lấy từ Schedule Management của Ignition, chọn cho từng dây chuyền; cách khác là dùng một tag ca. Các ca không được chồng lên nhau. Phần phân tích nhận ra lúc đổi ca nhờ tên ca thay đổi, nên Sepasoft gợi ý tách một ca duy nhất kéo dài cả ngày thành các ca luân phiên theo ngày, và thêm một ca đệm cho những giờ dây chuyền không làm việc.

Cần thống nhất gì trước khi cấu hình

• Dừng có kế hoạch. Sự kiện nào là có kế hoạch (nghỉ giữa ca, dừng theo kế hoạch) và chế độ nào không tính vào OEE. Với công thức của Sepasoft, điều này quyết định độ sẵn sàng, nên hãy ghi thành quy tắc và áp dụng cho mọi dây chuyền.
• Tốc độ lý tưởng theo sản phẩm và dây chuyền. OEE Standard Rate đặt theo từng vật tư và từng dây chuyền, tính theo đơn vị đầu ra, cùng với hệ số đóng gói. Bài OEE định nghĩa tốc độ lý tưởng là tốc độ nhanh nhất quá trình đạt được trong điều kiện tốt nhất.
• Cây lý do dừng. Một state class dùng chung cho các dây chuyền giống nhau, mã số thống nhất với người lập trình PLC, trạng thái cha cho các lý do do người vận hành chọn, và ngưỡng dừng ngắn cho từng trạng thái.
• Key cell, bộ đếm và tên gọi. Máy then chốt (thường là máy nút cổ chai), máy nào đếm đầu vào, đầu ra và hàng loại, PLC có reset bộ đếm không, và tên trong mô hình phải chốt trước lượt chạy đầu tiên.

TDL tiếp cận thế nào

TDL Industrial Automation là Sepasoft MES Certified Integrator và Ignition Certified Integrator. Các việc về dữ liệu sản xuất mà TDL đã làm tới nay đều trên nền tảng Rockwell Automation: trạng thái máy định nghĩa trong PLC, số đếm đạt và loại từ máy chiết, camera kiểm tra, cân kiểm tra và trạm loại, và word alarm của máy được ghép vào hệ thống sản xuất của nhà máy, như mô tả trên trang giám sát OEE và dừng máy. Khi nhà máy dùng hoặc chọn OEE Downtime, TDL nối module với các PLC đang có, như mô tả trên trang MES trên Ignition. Muốn biết module nào nên thêm tiếp, xem chọn module Sepasoft MES theo bài toán nhà máy; khi nào Excel vẫn đủ dùng, xem MES là gì.