СИСТЕМЫ ОПТИМИЗАЦИИ И ЭКСПЕРТНЫЕ СИСТЕМЫ
За последние годы автоматизация технологических процессов активно развивалась и внедрялась во все большее количество производств и отраслей промышленности. На начальном этапе работы систем автоматизации весь процесс отдается на откуп оператору, который принимает большое количество решения по тому, как будет идти процесс. Это зачастую обусловлено, во-первых, отсутствием понимания, как правильно автоматизировать процесс полностью, и, во-вторых, внутренним убеждением, что машина может допустить ошибки в управлении.
Тем не менее, изучено, что при принятии решений на человека сильное влияние оказывает окружающая среда, эмоции и настроения, политическая и экономическая ситуация, усталость. Стабильные показатели качества достичь в данном случае сложно, а они достигаются четким соблюдением формализованных подходов к управлению.
Но текущие технологии позволяют проанализировать накопленные данные о технологическом процессе, изучить вопросы оптимальности и экономичности, дополнить правила и условия управления процессом. И как результат, внести изменения в управляющие алгоритмы и их параметры с целью оптимизации управления. Такие системы называются системами усовершенствованного управления технологическим процессом или Advanced Process Control (APC).
APC – это набор методов и алгоритмов, которые позволяют работать производству в оптимальном с технико-экономической точки зрения состоянии.
Одним из важных элементов таких систем является модель объекта или так называемое управления на прогнозах модели(Model Predictive Control), которое в режиме реального времени корректирует работы системы. Результат работы системы будет определяться точностью полнотой данной модели, возможностью корректировки параметров модели в процессе работы и адаптации модели к поведению системы в режиме реального времени.
Тенденции в области разработки подобных систем наблюдаются во всем мире. На текущий момент времени американские и европейские вендоры имеют в своем портфеле готовые инструментальные средства для создания систем усовершенствованного управления технологическими процессами, но в виду стоимости лицензий и стоимости внедрения они не получили широкого распространения ни в России ни в развивающихся странах.
Система разрабатывается на платформе .Net Framework 4.7.2 компании Microsoft и работает под управление ОС семейства Windows (Windows 7/10/11, Windows Server 16/19). Сейчас изучается необходимость и рассматриваются возможности перенос Linux системы.
Взгляд изнутри
Наша компания приступила к созданию и внедрениям APC системы в 2019 году. Концептуально экспертная система состоит из модулей:
-
модуль обмена данными с локальными системами управления (протоколы Profinet, Modbus RTU/TCP, OPC, JSON и др.);
-
модуль обработки данных - ядро системы, которое включает классические методы управления, PID регулирования в разных его вариантах, функций прогнозирования на основе моделей (MPC), функции с нечеткой логикой и использование нейронных сетей;
-
модуль логгирования данных;
-
модуль представления данных (пользовательский интерфейс);
-
модуль конфигурирования системы;
-
модуль предоставления данных сторонним системам.
Внедрение системы состоит из следующих фаз:
-
обследование технологических и производственных процессов;
-
составление матрицы связей технологических параметров;
-
определение основных показателей качества и оптимальности процесса;
-
программные работы по созданию логики и разработки дополнительных модулей;
-
развертывание системы на территории заказчика;
-
обучение персонала;
-
опытная эксплуатация системы.
Так как APC системы используют модели, то при их создании требуется участие различных отделов и специалистов предприятия: операторов, технологов, лабораторий и т.д. От качества сбора и обработки данных об автоматизируемом процессе зависит успех создания и развертывания системы.
После интегрирования и запуска APC-системы, с одной стороны, производство сохраняет классическое PID регулирование, но при этом позволяет более оптимально производить воздействия на механизмы, достигать оптимального положения системы с большей скоростью, исключая перерегулирования и резкие изменения.
Очень важно, что данные методики управления позволяют рассчитать и наложить ограничения на процесс управления, не допуская выход за указанные пределы как контролируемых, так и управляющих параметров. В систему могут быть добавлены различные расчётные функции и блоки, результаты расчета в которых также будут учитываться в процессе управления.
Используемые программно-аппаратные средства и технологии:
Результатом внедрения APC являются количественные и качественные показатели качества продукции .В количественных показателях – это увеличение выхода продукции при уменьшении затрат на ее производство. Качество продукции – это стабилизация процесса выпуска продукции. При этом уменьшается износ оборудования и влияние оператора на качество продукции.
Пример: Системы усовершенствованного управления технологическими процессами (СУУТП / APC). На текущий момент система находится в процессе развертывания и разработки на ряде предприятий цементной промышленности в Турции. Ниже экранные формы реально работающей системы.
