W ostatnim czasie przedstawiciele branży przemysłowej w coraz większym stopniu zdają się dostrzegać korzyści związane z aplikacją systemów zaawansowanego monitoringu i analityki parametrów funkcjonowania przemysłowych systemów automatyki. Ciągły postęp technologiczny sprawia, że może korzystać z nich coraz szersze grono użytkowników, nie tylko tych o dużym kapitale inwestycyjnym. Podkreślić należy, że w ostatnich kilku latach znacznie wzrosły również wymagania w stosunku do przedstawicieli branży przemysłowej w zakresie monitoringu, analityki (trendy) i możliwości funkcjonalnych w tym zakresie interfejsów HMI/SCADA. To wynik rosnącej rynkowej konkurencji, dążenia do redukcji kosztów produkcji i spełnienia coraz bardziej restrykcyjnych unormowań prawnych oraz standardów produkcji. Współczesnym wyzwaniem dla automatyków i menedżerów produkcji jest oparta na uzyskanych za pomocą wspomnianych narzędzi, optymalizacja produkcji, zwiększenie jej niezawodności itp.
Przetworzenie danych systemowych na użyteczną i cenną informację
Wiele firm produkcyjnych i przetwórczych zdecydowało się już na aplikację w swoich zakładach rozbudowanych i zaawansowanych funkcjonalnie systemów monitoringu i analiz zmian parametrów (historiany), umożliwiających akwizycję i przetwarzanie olbrzymich zbiorów danych procesowych. Dzięki nim uzyskuje się szczegółowe analizy i raporty stanu produkcji i realizujących ją urządzeń, na podstawie których podejmowane są następnie strategiczne decyzje w przedsiębiorstwie. W dobie obecnej, gdy konieczna jest szybka i utrzymana na wysokim poziomie jakości obsługa klientów, systemy tego typu są nie do przecenienia. Dlatego też ich wybór powinien być przemyślany i oparty na kilku zasadniczych przesłankach:
- Świadomość, że na rynku są już użytkownicy korzystający z podobnych rozwiązań – istotne z punktu widzenia konkurencyjności.
- Sama analiza zebranych danych nie wystarcza; wyniki analiz powinny stać się informacją użyteczną, np. dostępną z poziomu interfejsów HMI/SCADA, skąd mogą być przeniesione przez operatorów bezpośrednio na produkcję.
- Aby uzyskać rzeczywistą korzyść z zastosowania systemów monitoringu i analityki, wyniki powinny być dostępne dla dość szerokiego grona odbiorców – operatorzy, kierownicy, inżynierowie utrzymania ruchu itp.
- Łatwość dostępu do danych w systemie dla określonych użytkowników.
- Skuteczność i efektywność narzędzi monitoringu i analityki danych z systemu sterowania, z możliwościami selekcji interesujących danych i odrzucania danych nieistotnych dla użytkownika.
Projektowanie narzędzi monitoringu i analityki
Mając na uwadze przedstawione wcześniej wymagania i nowe wyzwania stawiane przemysłowym systemom analityki danych procesowych, pamiętać należy, że wartość i użyteczność generowanych przez nie informacji spada radykalnie wraz z wydłużaniem się czasu niezbędnego do ich prezentacji i udostępnienia użytkownikom i operatorom, którzy z kolei podejmują na ich podstawie konkretne działania, wpływające na przebieg procesów (wykres 1). Wynika z tego kilka podstawowych wniosków, które trzeba uwzględnić przy projektowaniu struktury tego typu systemów monitujących:
Ścisła integracja – Narzędzia analityczne danych powinny zarówno bezproblemowo współpracować z interfejsami wszystkich urządzeń w zakładzie, jednocześnie zapewniając jak najwyższy stopień integracji wewnętrznej. To pozornie proste, jednak w rzeczywistości dość złożone zadanie wymagające integracji różnych urządzeń, stanowiących źródło istotnych danych procesowych, przy konieczności realizacji automatycznej filtracji danych, ich segregacji itp. W wyniku tego około 95% czasu działania systemu monitoringu zajmuje sprawne pozyskanie i przygotowanie danych pomiarowych, które później służą opracowaniu wykresów, trendów itd.
Skomplikowane adresowanie, procesy rzeczywiste – Wykorzystane narzędzia analityczne muszą być wystarczająco szybkie i wydajne, tak by obsłużyć dość skomplikowane struktury adresowe w systemach obsługujących rzeczywiste procesy przemysłowe, uwzględniając stosowane w nich złożone modele i niejednokrotnie nieliniowe zależności między parametrami. Jednocześnie muszą być łatwe w obsłudze dla przeciętnego inżyniera oraz gwarantować poprawną współpracę z prostszymi aplikacjami.
Praca w czasie rzeczywistym – Wiedza i wnioski pozyskane na podstawie analizy danych historycznych z procesów muszą pozostawać w ścisłym związku i korelacjach z aktualną, pozyskaną już wiedzą o tychże procesach, optymalnych parametrach ich funkcjonowania, a ponadto być dostępne w trybie 24/7 z poziomu wybranych interfejsów HMI/SCADA w formie odpowiednich modeli, grafik itp., z poradami dla operatorów i pracowników obsługi.
Narzędzia zaawansowanego sterowania procesami – Ostatnim wymogiem dla poprawności zabiegów optymalizacyjnych w obsłudze procesów przemysłowych jest jeszcze możliwość pozyskania z danych statystycznych i analitycznych konkretnych informacji nie tylko o zdarzeniach, ale również np. o ich przyczynach, symptomach itp. W tym celu niezbędne jest zaangażowanie dodatkowych narzędzi zaawansowanego sterowania procesami, dostarczanych przez wiodące na rynku firmy branży automatyki, monitoringu i sterowania dla przemysłu. Operacje tego typu polegają zwykle na wyłuskaniu z całych ciągów danych informacji użytecznych, istotnych, wraz z ich dogłębnym przeanalizowaniem i zrozumieniem. Korzyści dla klienta/użytkownika są niekwestionowane, niestety wiążą się one ze wzrostem stopnia skomplikowania funkcjonalnego systemu monitoringu i sterowania. Zależność ta została zilustrowana dość przejrzyście na wykresie 2.
W typowych analizach utworzone tzw. historiany umożliwiają zwykle w pierwszym rzędzie odpowiedź na pytanie, co się wydarzyło w procesie. Odpowiednio skonfigurowane zaawansowane funkcjonalnie programy analityczne pozwalają na generowanie tzw. inteligentnych historianów, z których możliwe jest dodatkowo pozyskanie informacji, dlaczego coś się wydarzyło. Podobnie rzecz się ma z przekazywaniem informacji przez interfejsy HMI/SCADA. Standardowe interfejsy przedstawiają dane na temat tego, co się aktualnie dzieje w systemie. Włączenie w system modeli analitycznych czasu rzeczywistego daje dodatkową możliwość informowania o tym, dlaczego coś się dzieje, co może się wydarzyć w najbliższej przyszłości (symptomy pewnych zjawisk, sytuacji) oraz w najlepszym przypadku, jakie kroki należy już teraz przedsięwziąć.
Zastosowanie najnowszych zaawansowanych narzędzi sterowania procesami technologicznymi pozwala na pełną automatyzację wspomnianych wcześniej procedur obliczeniowych i optymalizacyjnych, uzyskanie konkretnych wniosków, informacji i niejednokrotnie nastaw parametrycznych, które mogą być wysłane zwrotnie, w czasie rzeczywistym, do paneli operatorskich.
Artykuł pod redakcją dr. inż. Andrzeja Ożadowicza – AGH Kraków
Autor: John Leppiaho, Derick Moolman
