Гораздо более удобный

процессные переменные
-
[Интент]

Процессные переменные.

Под словосочетанием “процессные переменные” понимаются численные параметры, определяющие текущее состояние технологического процесса. К процессным переменным можно отнести сигналы ввода/вывода, параметры функциональных блоков, локальные и глобальные флаги (переменные), тэги SCADA и т.д.

Процессные переменные делятся на дискретные и аналоговые. Дискретная переменная может принимать конечное число значений из довольно узкого диапазона. На практике под дискретной переменной чаще всего подразумевают величину булевского типа (двоичную), указывающую на одно их двух возможных состояний объекта (или управляющего сигнала), хотя, формально говоря, это не совсем корректно. В общем же случае дискретная переменная аналогична типу enumeration языка C.

Аналоговая переменная может принимать любую величину из ограниченного непрерывного диапазона значений. По типу представления аналоговая переменная больше соответствует вещественному числу.

Как записываются процессные переменные в архив?
Существуют две технологии регистрации значений процессных переменных в архиве:

1.    Циклическая запись ( cyclic archiving) подразумевает периодическую запись текущего значения процессной переменной через заданные пользователем интервалы времени вне зависимости от величины и скорости изменения данной переменной (см. рис. 1). Хотя эта техника не очень экономична, она довольно часто используется для архивации аналоговых переменных. Период циклической записи для каждой переменной настраивается индивидуально и, как правило, лежит в диапазоне от 0.5 с до 10 мин. Как для дискретных переменных, так и быстро изменяющихся аналоговых переменных, подобный подход записи в архив явно не оптимален.

Рис. 1. Циклическая запись процессной переменной в архив.

2.    Архивация по изменению переменной (дельта-архивированиe, delta-archiving). Этот подход предполагает запись переменной в архив только тогда, когда изменение ее значения по сравнению с предыдущим записанным значением (абсолютная разность) достигает определенной величины (дельты, см. рис. 2). Дельта настраивается пользователем и может быть выражена как в абсолютных единицах измерения, так и в процентах от шкалы. Безусловно, это техника более экономична, чем циклическая запись, так как она адаптируется к скорости изменения архивируемой величины. Для дискретных величин – этот подход незаменим. Допустим, у нас есть дискретная переменная, которая изменяется, скажем, раз в час. Зачем же ее архивировать каждую секунду или минуту? Ведь гораздо логичнее записывать значение переменной в архив только в те моменты, когда это значение переходит из 1 в 0 или наоборот.

Рис. 2. Дельта-архивирование процессной переменной.

Куда записывается архив процессных переменных?
Чаще всего используется один из трех вариантов:

1.    Архив записывается в обычный текстовый файл в формате CSV ( comma separated values). Этот файл может храниться как на локальном, так и на сетевом диске. На самом деле архив состоит из множества последовательно создаваемых файлов: система генерирует новый файл архива каждую рабочую смену или сутки. У такого формата представления архива есть неоспоримое преимущество – его можно просмотреть любым текстовым редактором. Его также можно экспортировать в MS Excel и посмотреть в виде таблицы, применив необходимые сортировки и фильтры. Существенный недостаток – это неэкономичность хранения; накопленный таким образом архив занимает неприлично много места на жестком диске. Для уменьшения объема архива можно применить компрессию по алгоритму ZIP или RAR – благо, что текстовые файлы очень хорошо сжимаются.

2.    Архив представляет собой двоичный файл, формат которого зависит от используемого ПО визуализации тех. процесса (SCADA). Очевидно, что это более экономичное представление архива, но для работы с ним обычным экселем уже не обойдешься. При этом формат архива у разных производителей SCADA может сильно различаться. Как и в предыдущем случае, архив состоит из последовательно создаваемых файлов. Вообще, хранить архив в одном большом файле – это не очень хорошо с точки зрения скорости доступа к данным.

3.    Самый прогрессивный способ. Хранение архива в виде реляционной базы данных с поддержкой СУБД SQL. Этот способ позволяет достичь достаточно большой скорости работы с архивом (добавление записей, чтение и обработка данных), при этом сервер SQL может обеспечить оптимальный доступ к истории сразу нескольким десяткам удаленных клиентов. Поскольку доступ к архиву осуществляется по открытому интерфейсу SQL, разработчики имеют возможность создавать клиентские приложения под свои нужды. Но главное преимущество заключается в том, что архив на базе SQL – это отличная возможность для интеграции АСУ ТП с информационными системами более высокого уровня (например, уровня MES). Как правило, для ведения архива SQL и обслуживания клиентов используется достаточно мощная серверная платформа.

Во всех описанных случаях система архивирования процессных переменных – это неотъемлемая часть ПО визуализации технологического процесса. Разница заключается в формате представления архива и технологии доступа.

Какие средства служат для отображения архива? Архив можно отобразить несколькими способами. Самый простой – это представить его в табличной форме и экспортировать, например, в Excel, в котором можно строить графики, диаграммы и делать отчеты. Однако это довольно утомительно и требует много ручного труда.

Более удобный способ – это отображение истории в виде специального динамического (обновляемого автоматически) графика, называемого трендом ( trend). Тренд помещается на мнемосхемы операторского интерфейса в тех места, где это необходимо и удобно оператору. Пример тренда изображен на рисунке ниже.

Рис. 3. Пример исторического тренда, отображающего две процессные переменные.

На тренд можно выводить до 16 переменных одновременно, как дискретных, так и аналоговых. При этом тренд можно строить за произвольный промежуток времени ( time span). Также поддерживается масштабирование ( scaling). Передвигая ползунок ( slider) вдоль шкалы времени можно просматривать точные значения переменных в различные моменты времени в прошлом. Отрезки времени, в течение которых наблюдались аварийные значения переменных, выделяются на тренде контрастным цветом. В общем, тренды – это мощный и очень удобный инструмент, наглядно показывающий поведение переменных в динамике.

[ http://kazanets.narod.ru/AlarmsArchive.htm]

Тематики

• автоматизированные системы

EN

• process values

система рецептурного управления технологическим процессом
-
[Интент]

Вообще, batch-процесс – это вид технологического процесса, который иногда противопоставляют непрерывному процессу. Иногда batch-процессы называют рецептурными процессами (или просто рецептами); эту терминологию мы и будем в дальнейшем использовать. Слово “batch” еще можно перевести как “партия продукции”, и это тоже относится к затрагиваемой теме, так как в результате рецептурного процесса производится партия продукции. Ладно, хватит путаницы – теперь по делу.

Раньше мы рассматривали технологические процессы, которые идут непрерывно в течение 24 часов в день, 7 дней в неделю, 365 дней в году. Хотя, на самом деле, раз в году делают плановый останов на несколько дней для выполнения ремонтных и других работ, но это происходит строго в соответствии с планом, и этому предшествуют значительные подготовительные работы. В другое же время остановка производства – это “чрезвычайное” происшествие. При этом отдельно взятая технологическая установка принимает участие в производстве одного вида продукции, а сам процесс идет по фиксированной технологической цепочке с неизменными настройками (уставками). Короче, все скучно, однообразно и весьма предсказуемо.

А теперь представим гипотетический пищевой цех по производству сока. При этом цех может производить несколько видов сока: яблочный, вишневый и апельсиновый, т.е. 3 вида продукции. Пусть сок производится из концентрированного сока в специальной емкости с мешалкой, где он тщательно смешивается с водой, а потом пастеризуется и идет на розлив (пакетирование).

Имеет ли смысл ставить для производства этих трех видов сока три производственные линии (по одной линии на каждый вид сока)? Было бы круто, но чрезвычайно дорого. Выход – использовать одну и ту же линию для выпуска разных видов продукции. При этом понятно, что и технологические параметры для производства различных соков будут заметно друг от друга отличаться. Например, вишневый концентрат нужно смешивать с водой гораздо дольше, чем яблочный, но пастеризовать его надо при меньшей температуре (я на самом деле этого не знаю - чисто предположение:)

Набор технологических параметров для производства определенного вида продукции называется рецептом (recipe). В нашем примере для сока это может быть: соотношение вода/концентрат, длительность и температура смешивания; температура пастеризации + другие параметры. В общем случае, рецепт также может содержать последовательность технологических операций, которые для различных видов продукции могут быть, строго говоря, разными. Хотя на практике, как правило, рецепт не подразумевает различающиеся технологические операции, а содержит всего лишь массив технологических уставок для того или иного продукта.

Рис. 1. Иллюстрация рецептурного управления на примере производства различных видов сока

Это все напоминает процесс приготовления еды на кухне, где мы оттачиваем рецепты разных блюд, но при этом используем одни и те же орудия (кастрюли, ножи, разделочные доски, плиту и т.д.)

Теперь попробуем дать характеристику batch-процессу:

1. На выходе несколько видов продукции.
2. При производстве разных видов продукции задействуется одно и то же технологическое оборудование.
3. Имеется множество рецептов.
4. Производство по “партиям”, которое может быть относительно легко и без последствий остановлено после завершения партии, а потом возобновлено.

Автоматизированное управление batch-процессом называется рецептурным управлением (batch control, или recipe control). Этот вид управления несколько специфичен, и требует от системы управления некоторой смекалки. Конечно, можно использовать для задач рецептурного управления обычные программные блоки, подходящие для управления непрерывным процессом, НО на практике это приводит к огромным трудностям (=головной боли) при попытке все это реализовать, используя стандартные подходы программирования. Поэтому многие производители АСУ ТП разработали специализированные batch-модули, которые адаптированы именно под рецептурные процессы. Эти модули могут выполняться на уровне ПЛК или на выделенном сервере batch. Иногда эти сервера, к тому же, резервируются. Также batch-модули дополняются специализированной средой разработки batch-программ, что сильно облегчает жизнь инженера.

На рисунке ниже в качестве примера приведена конфигурация верхнего уровня АСУ ТП SIMATIC PCS 7, оснащенной выделенным сервером batch.

Рис. 2. Структурная схема АСУ ТП с выделенным сервером batch

Перечислим основные обязанности системы batch-управления:

1. Ну, собственно, самая главная задача – хранение/загрузка рецептов и их выполнение в режиме реального времени ( batch process management).
2. Отслеживание, не занята ли технологическая установка выполнением другого рецепта. Если занята, то выделяется другая аналогичная установка для выполнения данного рецепта ( process unit allocation).
3. Формирование отчетов об изготовление партии продукции в задаваемой пользователем форме. Причем, требуются отчеты с возможностью отслеживания истории (ретроспективы) “прогона” партии по технологической цепочке ( reporting and batch tracking).
4. Расчет различных показателей эффективности производства, как, например: удельного времени простоя (в %), производительности (в л/c) технологической установки или полного времени изготовления партии продукции (в мин).
5. Планирование изготовления партий, что фактически подразумевает составление производственного расписания. Ну, это на самом деле ни одна система в полном объеме пока не реализует ( batch planning).

И еще несколько слов.

Как правило, пакет batch состоит из двух частей – операторской (клиентской) и исполняемой. Клиентская часть устанавливается на АРМы и всего лишь обеспечивает удобный операторский интерфейс. Клиентская часть, как правило, органично вписывается в общую операторскую среду, и работа с ней идет непосредственно из мнемосхем.

Исполняемая часть – это костяк системы. Именно она ответственна за автоматизированное выполнение задач рецептурного управления, описанных выше. Исполняемая часть прогружается в специальные серверы batch или в обычные ПЛК в зависимости от архитектуры АСУ ТП.

И еще. Существует международный стандарт ISA-88, специфицирующий batch-процессы, определяющий модель и философию рецептурного управления, а также стандартизирующий соответствующую терминологию. Документ тяжеловесный, и посему прочитан полностью мной не был. Тем не менее, в следующей части я попытаюсь более детально описать рецептурные системы с привязкой именно к стандарту ISA-88.

[ http://kazanets.narod.ru/Batch_P1.htm]

Тематики

• автоматизированные системы

EN

• batch
• batch management solution