• Преходът от управление към автоматизация на процеса

Алтернативен текст по подразбиране

Базовите функции за управление може да поддържат стабилността на даден процес, но за оптимизиране на работните характеристики и постигане на конкретни цели е необходимо много повече.

Начинът на запалване на автомобила през годините нагледно илюстрира напредъка, или липсата на такъв, на технологиите за автоматизиране на процеси. Собствениците на автомобили носят ключове почти от един век. В началото, за запалване на превозното средство са необходими две действия: ключът задейства превключвател, а водачът натиска стартера. Впоследствие, стартирането започва да се изпълнява като едно действие при завъртане на ключа. След това автомобилите добавят функции за централно заключване, които все още се изпълняват с механичен ключ.

С напредването на технологиите, функциите, изпълнявани с ключ, стават по-сложни, докато в един момент ключът се превръща в отживелица. Базовите функции за управление, като заключването на вратите и пускането или спирането на двигателя стават по-сложни и усъвършенствани. Автомобилът вече може да разбере кога собственикът (или поне неговия електронен ключ) се приближава, когато собственикът хване дръжката. След като влезе, системата предоставя сигурен начин за запалване на автомобила с натискане на бутон, като дори може да се стигне до настройка на огледалата, положението на седалките и настройките на развлекателните и интерактивни системи, изпълнявайки предварително зададените предпочитания на водача. Би могло да се каже, че базовите функции за отваряне, запалване и настройване на автомобила са усъвършенствани и издигнати до нивото на напреднала автоматизация.

Развитието на процесната автоматизация следва път, сходен с този на системите за управление. За да отговорим на въпроса - какво точно представлява управлението на процеса, трябва да се върнем назад към най-ранните случаи на въвеждане на механизми за управление, при които електрически, пневматични и механични контролери от първо поколение заместват хората, които изпълняват задачи като ръчна настройка на клапи, според показанията на някой местен индикатор, например манометър.

Въпреки че се използва устройство за автоматизация на изпълнявана от човек функция в опит за управление на даден променлив фактор, все още липсва идея за това какво се случва в цялостния процес. Един базов контролер може да поддържа един цикъл на повече или по-малко равномерно ниво, стига да няма прекалено много прекъсвания. Сложните процеси може да използват десетки или дори стотици такива контролери, като работата на всеки се отчита на контролно табло, но наблюдението на цялостната картина все още се извършва от хора.

Преход към електронно управление

Когато платформите за разпределени системи за управление (DCS) са въведени през 70-те години на 20 век, те опростяват механиката на контролното табло, но не допринасят много за подобряване на възможностите му. Анализът на цялостната картина все още е предимно човешка задача. Разбира се, превъзмогването на техническите ограничения на пневматичните полеви устройства с техните сложни и тромави тръби със сгъстен въздух улеснява монтажа на повече инструменти и задвижващи механизми, но основните принципи на управление остават същите. Всички опити за преход към усъвършенствано управление на процеса (УУП) и други форми на оптимизиране на управлението все още се намират в зародиш. За да може автоматизацията на процеса да поддържа УУП, тя трябва да включва множество технологии и техники. Това се характеризира с включване на много повече входни точки за данни в алгоритмите и организиране на по-сложни поредици.

По-старите системи все пак разполагат с мощни възможности за желаещите да ги изследват. Някои умели оператори работят с фундаментални понятия от УУП още в епохата на пневматиката, но техните успехи изискват високо ниво на вътрешни инженерни възможности. Ако изобщо има достъпни на пазара средства за поддръжка на усилия в тази насока, те са рядкост. Същото важи и за ранните РСУ платформи. Малко компании някога са успявали да претоварят грубата изчислителна мощ на процесорите, които управляват РСУ, но създаването на програмен продукт, способен да натовари РСУ в такава среда, не е лека задача.

Тежката работа по оптимизация

Преходът към автоматизация на процесите и УУП е насърчен от възможността за създаване на цялостна платформа, която може да координира повече от единични цикли или малки каскадни групи. Едно основно преимущество на по-новите платформи е възможността за оптимизация на даден процес, за да отговаря на конкретните икономически цели на собственика според произволен набор от желани резултати. Системата за автоматизация на процеса може да управлява завода така, че да сведе до минимум разхода на енергия, да постигне най-голяма производителност и да постигне конкретни показатели за качество на продукта. Компаниите, които използват тези системи ефективно, разчитат в голяма степен на тях.

Внедряването на такава система е предизвикателство и наличието на доставчик на решения за автоматизация, който да работи с вътрешния инженерен отдел, прави задачата много по-лесна. При първоначалния проектен етап на обновяване на система за управление или при нова инсталация е твърде лесно да се наблегне само на основните параметри на процеса и никога да не се достигне отвъд разглеждане на желаните устойчиви състояния. Поради това е възможно обновяването и новите инсталации на системата за автоматизация да пропуснат възможности за включване на експерти по процеси и технологии за автоматизация, които могат да открият по-добри решения.

Въвеждане на нови идеи

Доставчикът на решения за автоматизация може да предостави нова перспектива и нови идеи за довеждане на даден проект отвъд нивото, което създателите му са предвиждали първоначално. Въпреки че отделните лица в даден завод познават в детайли техните заводски процеси, една такава група може да не разполага с времето, необходимо за надскачане на текущите възможности. В някои случаи също така е възможно такива лица да нямат по-широки познания за системите за автоматизация, особено по отношение на процесите в други заводи.

Едно от основните преимущества на вкарването на външни агенти е възможността да се използват колективните познания на по-широк кръг от инженери, които са работили по множество проекти в най-различни среди. Всеки нов проект допринася за базата от познания и може да бъде пренесен като част от процеса по планиране. Дори един простичък въпрос като "Защо това действие по управление се изпълнява по този начин?" може да предизвика дискусия и да накара компанията да разгледа нови и по-добри начини за изпълнение на рутинни функции.

Много от възможностите на модерните системи за автоматизация на процеси все още не са особено добре използвани в повечето процесно ориентирани заводи, дори при компании, които повечето хора биха счели за напреднали (изображение 1). Твърде малко компании използват УУП толкова ефективно, колкото могат, въпреки че основните технологии за УУП са известни от десетилетия.

Още по-малко са разработили системи за внедряване на автоматизация на процедурите, за да се реагира на пускания, промени на параметрите, изключвания и други нарушения на режима - въпреки че тези ситуации са основните причини за нарушаване на процесите и опасни инциденти поради свързаното с тях високо ниво на човешка намеса и рядкото им възникване. Стандартът ISA-106, който покрива автоматизацията на процедури, може да е относително нов, но използваните в стандарта понятия са известни от години насам.

От чисто практическа гледна точка, човешките възможности и уменията на опитните оператори са незаменими за добрата работа на завода, но много заводи разчитат прекалено много на неписани, колективни познания. Един обзор на докладите за анализ на инциденти с безопасността на процеси ще покаже много ситуации, в които на недостатъчно обучен оператор се е наложило да поеме ръчен контрол над даден процес при пускане или друга промяна, като в крайна сметка е взел грешни решения. Компаниите губят много пари в такива ситуаици.

Правилно разработените системи за автоматизация на процесите винаги следят за проблем и са готови да реагират и да сигнализират операторите, когато очакват или са открили проблем. По-сложните алгоритми за управление са в режим на готовност за изпълнение чрез автоматизацията на процеса, дори ако се използват само веднъж годишно. Цялостните системи за автоматизация на процеси не само управляват автоматично работата на завода, а също така могат да заменят знанията и дейността на операторите, като предоставят правилното количество информация в точния момент и на точните хора.

"Улавяне" на знанията на операторите

Автоматизацията на действия чрез автоматизация на процедурите е отличен начин за запазване на колективните знания и наученото от най-добрите работници в завода, преди да се пенсионират или преместят (изображение 2). Необходимостта за обучение на оператори остава налице, но автоматизацията на процедурите намалява зависимостта от човешката памет и личните умения за вземане на правилните решения в кризисен момент. Системите за управление, дори относително старите, могат да изпълняват такива функции, когато са правилно програмирани, но може да се налага външно съдействие, за да се внедри тази функционалност.

Докато се адаптираме към "голямото преместване", предизвикано от демографските тенденции сред работниците, възможността за автоматизация на целия обхват на функциите за управление на процеса чрез автоматизация на процедурите ще стане дори още по- Опитните дългогодишни оператори често разполагат с изобилие от неписани знания за работата на завода, които чакат да бъдат съхранени и автоматизирани. Технологиите съществуват - въпросът е да приемем предизвикателството и да го направим - и доставчиците на решения за автоматизация могат да помогнат.

Повече устройства, по-умни устройства

Друга област, в която усъвършенстване нивото на автоматизацията на процесите е от съществено значение, е свързана с растящия брой интелигентни устройства и системи в процесно ориентирани заводи, както кабелни, така и безжични (изображение 3). Количеството на съвременните полеви устройства, които предлагат възможности за отчитане и диагностика, расте експоненциално - както и информацията, която може да бъде предоставена от всяко от тях. Тези устройства могат лесно да бъдат свързани в мрежа с помощта на най-различни протоколи, което осигурява огромен коридор за предоставяне на сериозни количества данни.

Отмина времето, в което всяко устройство предоставяше единичен сигнал от 4-20 mA, отговарящ на променливите на процеса, тъй като сега вече е налична информация за статуса относно изправността на даден предавател или състоянието на дадена клапа (таблица 1). Всъщност, този "порой" от информация може да бъде прекалено голям, ако не е обработен правилно.

Все пак, една добре настроена система за автоматизация на процеса може да извлича на пръв поглед непреодолимо количество данни, след което да ги преработи, за да станат полезни. От гледна точка на процеса, разширените данни за процеса могат да бъдат обобщени с установени ключови показатели за работата, които на свой ред осъществяват обратна връзка за оптимизиране на операциите.

Внимателното консолидиране на тези данни в контролни зали или мобилни табла за управление предоставя на оперативния персонал възможност да види състоянието на системата с един поглед.

Модерните компоненти за автоматизация на процеси също така разполагат с функционалност отвъд необходимата за пряко управление или автоматизация на процеси, като в наши дни често предоставят ценни данни на системите за управление на поддръжката, специалистите по история, мобилните устройства и др.

Повече от сбора на частите

Да накараш всички тези елементи да работят заедно, за да създадат симбиоза на технологиите и работните процеси, е нелека задача. Задачата да бъдат намерени най-добрите решения от десетки или стотици възможности в дадена ситуация може да изглежда непосилна и може да накара някои компании да останат в миналото поради опасения, че е възможно да инвестират прекалено много в грешните технологии или да приложат правилните неефективно. Доставчикът на решения за автоматизация може да помогне на клиента да се ориентира в привидно безкрайните варианти и да направи правилните избори.

След като решенията са взети, всички отделни елементи трябва да бъдат свързани, за да поддържат оптимизирано взаимодействие. На този етап участието на доставчик на решения за автоматизация е ключово, защото тук се избират системите за управление и компонентите и се внедряват, за да бъдат свързани отделните части в едно добре работещо цяло. Тези дейности зависят от натрупаните опит и познания на инженерите и техниците, които са работили с разнообразие от големи платформи, безброй подсистеми и множество заводски процеси.

Компаниите, които са изпълнили големи проекти с разумно и внимателно планиране и помощ от компетентен доставчик на системи за автоматизация, в общия случай постигат по-добри работни показатели, намалени разходи, подобрена безопасност и други ползи (таблица 2). Наличието на системи за автоматизация, които могат да контролират заводските процеси без необходимост от постоянна човешка намеса, създава една много по-безопасна среда и позволява на компанията да преуспява дори когато е изправена пред промени и предизвикателства. *

БЪРЗО ПРЕМИНАВАНЕ НАПРЕД

  • Дори най-модерните процесно ориентирани заводи обикновено не се възползват изцяло от възможностите на системите за автоматизация.
  • Най-новите системи за контрол и интелигентни инструменти могат да бъдат използвани за автоматична оптимизация на заводските процеси и цялостната дейност.
  • Много заводи биха могли да се възползват от външно съдействие, когато извършват преход от базово управление към пълна автоматизация на процесите.

Информацията от "умния" клапан се предава на системата за управление

  • Точна позиция
  • Време, прекарано в дадена позиция
  • Сила на отваряне и затваряне
  • Статично триене и свързване
  • Процесен шум
  • Брой задействания

Ползи от преминаване към базисно управление към високо ниво на автоматизация

  • Улеснява оптимизацията на процеси
  • Приложимо за нормална работа в устойчиво състояние
  • Може да бъде приложено за събития, които нарушават работата, като пускания и изключвания
  • Подобрява безопасността на работниците с бързи реакции на необичайни ситуации
  • Ефикасно замества човешката намеса
  • Запазва познанията на пенсиониращите се служители
  • Интегрира се добре с информацията от високотехнологичните "умни" устройства
  • Естествено си пасва със системи за управление на поддръжката, специалисти по история и мобилно отчитане за идентифициране на проблеми

от СЕА инж. Пол Дарнбръф

ЗА АВТОРА

СЕА инж. Пол Дарнбръф е главен инженер на МАВЕРИК Текнолъджис. Той разполага с над 20 години опит в областта на инженерната работа, документацията и изграждането на автоматизирани промишлени и процесни системи за управление. Дарнбръф е работил с най-различни клиенти - от малки организации с един собственик до компании от класацията "Форчън 500"и правителствени агенции - по процеси за пластмаси, храни, химикали, обработване на материали, дискретно производство, пречистване на вода и фармация.

Вижте онлайн версията на адрес www.isa.org/intech/20150202.

Запазено авторско право на International Society of Automation, януари/февруари 2015 г.

Тази статия е написана от Пол Дарнбръф от InTech и е лицензирана законно чрез издателската мрежа NewsCred.