Шаг в виртуальный завод

Измерения и контроля

Мощность этой концепции будет протянуть руку и схватить вас. Его способность склада и процесса управления системой знаний предлагает огромный потенциал для улучшения деятельности путем обмена один общий источник информации, и во избежание дублирования данных.

Децентрализации технических ресурсов создало необходимость более широкого и эффективного обмена знаниями завода.

Рассмотрим случай, когда дизайн происходит в США, инженерных делается на Тайване, в распределенной системы управления (DCS) настроен в Сингапуре, дисплеи строятся в Индии и завод построили в Таиланде. Кроме того, считаем, что в каждой компании, средняя текучесть кадров в течение срока действия проекта составляет 20%.

Осознайте, а также, что компании и инженеры имеют свои собственные отдельные любимые компьютерные программы для калибровки и определение оборудования, трубопроводов, приборов и арматуры, а также для создания процесса и трубопроводов и приборов диаграмм, а также контроль системы функциональных диаграмм. Часто эти программы приходят и уходят с индивидуальным или фирмы.

Тем не менее, общий дизайн и строительство должны собраться вместе без проблем. В конечном счете, местных техников и инженеров, должны плавно и быстро на себя ответственность за эксплуатацию, обслуживание и улучшение без каких-либо гарантий постоянной поддержки людей, которые спроектированы и построены завод, или понимания используемых программ.

Хотя глобализация ресурсов, приведенных выше является крайним примером того, распространение компьютерных программ и диверсификации технических ресурсов акцентировал внимание на необходимость обеспечения доступности информации и во избежание дублирования усилий.

На Solutia, недавно мы приняли подхода к созданию виртуальных растений, которые стали на складе процесса и контроля знаний системы. Виртуальный завод естественно эволюционирует от проектирования и становится источником информации для управления, сохранения и улучшения растений. Новые работы, необходимые для создания этой возможности находится в пределах уровня шума проекта и возможности для обмена информацией и во избежание дублирования или несоответствия является огромным. Это в режиме реального времени представления фактической завод работает на стандартных настольных компьютеров. Нет специального оборудования не требуется.

Виртуальный завод начал в качестве технологической схеме (ПФО) создан на основе графического высококачественные стационарные программы моделирования процесса. Тем не менее, дополнительные детали включены, то есть обычно ассоциируется больше с трубопроводы и приборы диаграмме (P

Там могут быть некоторые нежелание инвестировать в динамическое моделирование основном из-за высокой начальной стоимостью и техническое обслуживание с предыдущими реализациями, где динамические модели должно быть написано с нуля, и системы управления и дисплеи было бы перенять программистов. Современное состояние моделирования и PES программного обеспечения устранения этих усилий. Правильно настроен, стационарная модель может быть легко сделано динамичной и сопряжены с фактической конфигурации и выводит из PES. Кроме того, в графической среде Windows программы моделирования и PES означает, что средний инженер может работать или изменить виртуального предприятия. Легкость подход означает, что виртуальный завод не ограничивается крупных или сложных процессов, но могут быть использованы для гораздо меньше приложений.

Модели иногда рассматривается как искусственное или непрактичными. Эта точка зрения не может концептуально понять ту роль, которую играют принципиально модели в базу знаний. Достижения в области техники и физики используют математические модели для представления реальности. Кроме того, модели высококачественный процесс использования перетащить и падение блоков математические соотношения для общих операций единицы. Хотя все технические знания основаны на модели, не все модели основаны на технических знаний. В частности, Тибек модели, которые соединяют PES вклад в PES результатов с простой задержки, усиление и / или отставания сделать отображает основные функциональные для проверки и обучение обслуживающего персонала, а не отражать или передают процесс познания.

Существующая практика

Моделирование традиционных стационарных практика опустить утилита потоков, поток сопротивлений, возвышенности и тягачей. Поскольку падение давления не определяют течения в этих стационарных моделей, очень мало внимания уделяется надлежащего указания профиля давления. Часто Есть отрицательный градиент давления в потоке показали, поступающая из источника при более низком давлении, чем назначения. Нагреватели и охладители с тепловым обязанности вычисляется от температуры спецификации используется вместо теплообменники с теплообмена коэффициентов и коммунальные потоков. Стационарная модель начинается и заканчивается в офисе моделирования специалиста.

На рисунке 1 показана типичная модель стационарного для ректификационной колонны. Обратите внимание, что картера, reboiler, конденсатора, а над головой приемник, встроенный в колонке subflowsheet. Это не позволяет вставлять клапаны, сопла местах, насосы и перепада давления для отлива или поток reboiler циркуляции или имитировать утилита потоков.

Пользовательские динамических моделей для исследования системы управления, что не удалось построить на инвестиции в стационарную модель или ее физических свойств пакета. Такие динамические модели требуется программирования дифференциальных уравнений для оперативной группы и системы контроля и численно интегрируя их в специальных программах, таких как MATLAB или Расширенный непрерывное моделирование Язык (ACSL). Помимо физических свойств, алгоритмов управления и начального стационарного состояния требует интенсивного усилия высококвалифицированных и опытных специалистов динамического моделирования. Эти пользовательские динамического моделирования являются роскошью, что большинство компаний не могут себе позволить. Часто моделирования используются для управления системой исследования должны быть переписаны на другом языке, такие, как FORTRAN или C, или она должна быть настроена через графический симулятор, таких как LabVIEW, должен быть подсоединен к PES для контроля системы контроль и обучение обслуживающего персонала.

Тибек модели вышли на сцену в 1980-х, как недорогой и эффективный способ создания простых динамики. Для дискретных устройств управления, таких как насосы и клапаны, Тибек читал дискретных выходов и отправить соответствующий мотор-контакт или запустить клапана предел переключатель контактного действия для дискретных входов после соответствующей задержки. Для контроля петли, Тибек читал аналоговый выход и реагировать назад с аналогового входа в правильном направлении усиления, отставания и задержки. Для уровней, пандусы первоначально были разработаны, а затем интеграторы были созданы для имитации изменения в инвентаре. Тибек модели могут быть автоматически генерируется из конфигурации. Эти модели сделаны Тибек дисплеев и оперативной цвета условные, но не обеспечивают независимого тестирования и непосредственно не показывают недостатки в логике или ошибки в назначениях.

Практике на сегодняшний день для подготовки оператора и контрольно-система проверки в том, чтобы использовать модель Тибек или пользовательские динамического моделирования соединены с входами и выходами (I / O) или канал передачи данных системы PES оборудования (рис. 2). Стоимость этой установки колеблется от $ 100000 до $ 1 млн в зависимости от размера и урожая PES. Для больших систем, это слишком дорого, чтобы иметь все контроллеры и консолей, так что только часть завода моделируется в любой момент времени. Специальное помещение с особым кондиционирования воздуха и мощности кондиционирования требований также необходимо обрабатывать фактический контроллеров ввода / вывода стойки карты, сетевых и операторских консолей. Кроме того, при обработке аппаратного и памяти, меняется раз в год для состоянии theart PES, аппаратный комплекс является устаревшей к тому времени его работы. Наконец, нет возможности ни ускорить или замедлить выполнение PES для запуска сценариев быстрее или анализировать запутанной ситуации.

Альтернативой является эмуляция PES в компьютере. Однако, это требует перевода собственной конфигурации блоков и показывает, что является дорогостоящим и уязвимым к ошибкам. Часто, есть разные интерфейсы с фактической консоли не используется, так что обучение плаванию дисплеев для запуска, остановки или ненормальных условиях, которая является одной из основных целей обучение операторов, находится под угрозой. Стоимость пользовательского динамического моделирования и эмуляции PES может легко превысить $ 1 миллион. Как правило, только атомных электростанций или мощных нефтехимических заводов не могут оправдать такие большие расходы.

Предлагаемые практики

Ожидается падение давления для арматуры, теплообменники, фильтры и трубопроводы должны быть добавлены к модели стационарного и встроенной калибровки процедур, используемых для расчета потока коэффициентами на основе все физические данные собственности, которые находятся в жидкости основы для создания Начало виртуального предприятия. Насадка местах должен быть указан или псевдо-насосы включены, чтобы показать эффект жидких головой. Отдельные сплит-колебался и включения-выключения (изоляции), клапаны должны быть изображены для того, чтобы подробно отдельных характеристик и ответов. Наконец, эффективность и характерные кривые насосов и компрессоров должны быть добавлены для обеспечения надлежащего отношения давления потока. Индивидуальные последовательно или параллельно насосов или компрессоров необходимо также включить, чтобы показать взаимодействие или переход из одного подразделения в другое.

Фактические теплообменников следует использовать утилиту потоков, а не нагреватели и охладители с тепловым обязанностей, имитации эффекта изменения давления и температуры, загрязнения, замерзания, трубопроводы конфигураций и регулирующей арматуры в рассоле, пар, Therminol, Даутерм и водных систем. Упущение этого дополнительных усилий исторически создала благодатную почву для проблем с производительностью. Неожиданных периодические сбои из этих потоков полезность из-за взаимодействия и controlvalve палку и скольжения являются основным источником изменчивости. Как правило, слишком дорого, чтобы исправить эти инженерных систем после свершившегося факта. Таким образом, различные методы контроля, такие как анализ спектра мощности, которые используются для отслеживания источника колебаний. Специальные настройки реагировать клапанов и методы, такие как регулирование подачи вперед, используются для уменьшения изменчивости. Недостаток существующей практики моделирования и хорошие новости, если вы в надежде быть заключен на эти автоматизации услуг.

На рисунке 3 показана же колонке как показано на рисунке 1, но с картером и накладные приемник моделируется в качестве разделителей и reboiler и конденсатора моделируется как теплообменников. Насосы, клапаны, измерений объемов, пара и охлаждающей башни, водные потоки были добавлены. Передаточной функции были использованы для имитации защитной динамики для измерения температуры и сепаратор был сделан на конденсата поток из reboiler имитировать конденсатоотводчика. Клапаны для добавления и размера, чтобы обеспечить ожидаемый трубопроводов перепадами давления. Эта структура также облегчает моделирование термосифон reboiler в таблицу расчета, где дно насоса давление растет, и, следовательно, поток reboiler обращения является функцией картер уровне. Увеличение давления насоса используется потому, что сопла местах не влияют на давление в стационарной режиме. Увеличение времени для стационарных модели сходятся лишь несколько секунд. Это более детальная модель сохраняется в виде шаблона, который может быть приведен в другие модели в качестве отправной точки.

Рисунок 4 показывает интерфейс стол, который был добавлен для подключения виртуального процесса виртуального PES через OLE. Любое рабочее состояние в модели (например, состав, плотность, уровень, давление и температура) могут быть включены в процесс переменной (PV) экспорт стола ", который направлен от процесса к системе управления. Полевые выключатели, таких как уровень выключатели, может быть легко установлен активировать через таблицы в модели процесса и помещены в той же таблице П. экспорт. Контрольно-клапан аналоговых сигналов на клапан и насос дискретных сигналов, команд, считываемых из PES через таблицы импорта PV. Они также автоматически инициализировать PES моделью, поставить блок аналогового выхода или дискретных блок управления в автоматическом, и писать уставки в соответствии с положения или статуса, в модели процесса.

При нажатии на кнопку PES ссылка включена, модель проверяет каждого из соединений OPC и выявляет любые недостающие. При нажатии на кнопку интегратор начать выборе каждого контроллера, выход на клапан и насос в PES автоматически инициализируется в соответствии с текущей позиции клапана и насос статус в этом процессе. Ни одна из программ или сценариев не требуется. Эта инициализация важно обеспечить быстрый и плавный переход к требуемые условия эксплуатации. Для медленных процессов, таких как колонны, это очень важно, поскольку это может занять несколько часов, чтобы оправиться от клапан, который находится в неправильном положении или насос не работает.

Ключевое понятие в том, что не было дублирования, перевода или изменения нынешней системы управления. Это имеет большое значение с точки зрения сокращения расходов и повышения уверенности в себе. Дублирования комплекса или расширенный контроль стратегии в контексте программы моделирования процесса можно легко добавить 50% больше времени для моделирования усилий, в особенности, поскольку модель программного обеспечения отсутствует полный набор функциональных блоков, используемых в PES. Инвестиций в эти блоки невероятно и невозможно ожидать, чтобы быть элементом программы моделирования процесса. Существует никакой гарантии, что моделируемая система контроля будет вести себя так же, как реальные системы управления. Следовательно, изменения должны быть сделаны в обоих местах. Модель процесса должна быть использована для представления области оборудования, измерения и конечных элементов, а также быть подключен к реальной конфигурации PES и оператор выводит для создания виртуального предприятия.

Виртуальный завод находится в одном настольном компьютере, или для больших процессов, в сети компьютеров. Эти настольные компьютеры могут быть в любом месте и подключен к другому ПК или ноутбука в любом месте локальной сети (LAN). Вам не нужно ждать спутников для подключения к Интернету. Доступ и навигация через модем, аналоговый телефонной связи идет медленнее, но иногда достаточно для демонстрационных целей. Таким образом, виртуальный завод можно получить у себя дома, путешествовать или посетив другое место. Виртуальный завод может быть повышена с другими Windows-программным обеспечением. Например, программное обеспечение для архивирования данных, контроль за исполнением, модель интеллектуального контроля, нейронных сетей в режиме реального времени оптимизации могут быть загружены и передаются через OPC. Только ограничивает ваши фантазии и количества рабочих столов в управляющей сети.

Инструмент построен в виртуальный PES изменения необходимые параметры желаемого функциональных блоков, с тем чтобы моделирования без каких-либо постоянных изменений в актуальной конфигурации. Интерфейс для этого инструмента, как показано на рисунке 5 отображает статус каждого функционального блока и позволяет пользователю запускать системы PES либо 30 раз медленнее или быстрее, чем в реальном времени в соответствии с фактор ускорения набора в модели процесса.

Существует, конечно, и нежелание, чтобы добавить эти детали. Размер и конвергенция время стационарная модель будет увеличиваться. Однако, как скорость обработки персональных компьютеров увеличиваться, это становится менее важной проблемой. методы моделирования SteadyState были вокруг давно по сравнению с теми для динамического моделирования схемы. Использование шаблонов для общих операций подразделения, и суб-схем в конечном итоге сделать переход от стационарного ПФО к динамической модели MID быстрее, чем пользовательские подход в настоящее время используются, предоставляя общую отправную точку и метода. Результатом является гораздо более точное представление о заводе плюс стандартизации методов, которые ускорить усилия и расширить потенциальное количество людей, которые могут создать или допросить модели. Аналогичные пользу 25%, или больше усилий, экономии в развитии и поддержании контрольно-конфигураций системы, накопленный в области стандартизации на управление системой типа и конфигурации модуля библиотеки не ожидается. Гораздо большее значение имеет широкого круга участников и пользователей базы знаний в виртуальной завода.

Преимущества

Виртуальный завод облегчает моделирование широкого спектра условий эксплуатации, нарушает процесс, схемы управления и оборудования, условий, таких как конденсатор и reboiler загрязнения, регулирующий клапан рывков и насос неудачи (1). Давления, температуры и концентрации могут быть просмотрены и изменены простым двойным нажатием на поток, и либо условий или состава вариант. Пользователь также может легко перемещаться процесса и окружающей коэффициентов теплоотдачи, объемов и потока коэффициентами. Насос может быть запущен или остановлен и клапан открыт или закрыт от оператора дисплея.

Испытания улучшений в пакетном режиме последовательности контроля и регулирования может быть проведена и фактической реализации в конфигурации проверил. Экспертные системы могут быть разработаны для консультативного управления и нейронные сети могут быть обучены, как интеллектуальные датчики для прогнозирования составов. Модель интеллектуального управления и оптимизации стратегии можно быстро прототип. Виртуальный завод может быть использован для выявления общих недостаток в этих передовых методов управления, способность решать широкий спектр нормальных и ненормальных условий эксплуатации и завод динамики. Виртуальный завод может идти туда, где вы не хотите реальных завод ехать или кажется, что настоящая завод может пойти. Таким образом, можно показать, как оправиться от нежелательных ситуаций и выявить непредвиденные или сомневался в возможности. Последнее преимущество, что могут продемонстрировать уставок ближе к ограничений строит оператор доверия.

Мобильность виртуальных завод означает, что обучение не отводится комната подготовки или конкретной аудитории и цели. системы обучения операторов традиционно были использованы с целью ознакомления с интерфейсом, процесс, и чтобы узнать, как начать свою деятельность, закрыть, и иметь дело со сбоями (2). Это особенно важно, чтобы обеспечить постоянный доступ к этим системам восстанавливать навыки в установках с частыми переходами, поездки, походы и высокая текучесть персонала ставок. Менее очевидной является необходимость заменить профессиональное мастерство потеряли из-за отсутствия взаимодействия с процессом и петель при интенсивной автоматизации.

Есть огромные дополнительные выгоды, если вы считаете, что операторы являются потенциально крупнейшим препятствием на пути нажав производственных мощностей, особенно когда она выходит за рамки первоначальной табличке. Разрыв между моментом, эксплуатации и ограничение часто устанавливаются на основе отношений воспринимается, которые могут иметь место только один раз для одного оператора. Пробелов на основе истории войны, как правило, на порядок больше, чем разрыв продиктовано процесс изменчивости. Подумайте, насколько завода производство возросло, когда опытный инженер-процесса или системы управления в кабине управления и усовершенствованная система управления остается онлайн для всех смен. Высокой точности процесса моделирования и фактической конфигурации системы контроля может быть использован для повышения знаний и квалификации оператора расширить границы безопасно и надежно для достижения этой цели дополнительных возможностей. Это может быть достигнуто путем оператор просто выбрать лучшего уставок или поддержанию систем управления в их высоком режиме, несмотря на грубое или противоречивые условия.

Доступ к виртуальным завода должны быть открыты для нетрадиционных аудиторий, таких, как техническое обслуживание, механический и контрольно-системных инженеров, чтобы они могли испытаний, калибровки, диагностировать и регулировать уставки, оборудования, приборов и схем управления для различных сценариев и улучшений. Время прототип идея может быть вопрос нескольких часов или дней. Усилий и затрат, чтобы изучить и продемонстрировать новые идеи уже не препятствие. Инвестиции в более развитые средства управления могут быть проанализированы, оптимизированы и оправданным. PES конфигурации с новой операционной точки, оборудование и возможности контроля могут быть проверены, с нами, экспортировать и загрузить без изменений.

Таблица стоимости и выгод в настоящее время практики, которые используют оборудование или подражания систем с Тибек или собственные модели и предлагаемой практики создания виртуального предприятия. Виртуальный завод дает возможность склада завода понимании, в котором каждый человек развивается долю в использовании, обновление и совершенствование базы знаний.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вот, P и др., "Башня дистилляции выход из строя насоса," Управление, с. 71-82 (октябрь 2000).

2. Чин, YL, "Обучение в виртуальный мир.''Chem. Eng с. 107-110 (декабрь 2000).

Михаил Михайлович манси,

Григорий К. Макмиллан и

MARK С. Сауэлл III,

Solutia, INC

Михаил Михайлович Мансийского находится на продвинутой группе контроля процесса Solutia, Inc (PO Box 6676o, Сент-Луис, Миссури 63141, телефон: (314) 6748733, факс (314) 674-7098, E-почта: <A HREF = "mailto: mmmans@solutia.com"> <mmmans@solutia.com />). До своей нынешней должности он работал в качестве технологий, производства и инженера-конструктора в рамках Solutia. Он получил степень бакалавра в области химического машиностроения Univ. Техас в Остине.

Григорий К. МАКМИЛЛАН является отставной старший научный сотрудник из Solutia Инк Во время его 33-летней карьеры в "Монсанто" и его ответвление Solutia, он специализировался в повышении производительности цикла, регулятор настройки, клапан динамика, возможность оценки, динамическое моделирование, ферментера контроля, рН контроля и управления реактором. Макмиллан является автором 30 статей и 12 книг, его самой последней из которых ISA бестселлером в 2001 году, "Хорошее Тюнинг - Карманный справочник". Он участвовал в 5 справочников и является редактором "Процесс / Промышленные приборы и элементы управления Справочник". Он получил степень бакалавра Канзас Univ. в инженерной физики и магистра Univ. Миссури - Ролла в теории управления. Макмиллан является ISA членом и в настоящее время адъюнкт-профессор в Вашингтоне, Univ. в Сент-Луисе, Миссури и консультанта по ЭОД Контракт Услуги в Остине, штат Техас. С ним можно связаться по телефону (314) 703-9981 или по электронной почте, <a href="mailto:gkmcmi@msn.com"> gkmcmi@msn.com </ A>.

MARK III С. Сауэлл является малый процесс управления Solutia, Inc в Пенсакола, штат Флорида нейлон завод (E-почта: <a <href="mailto:mssowe@solutia.com"> mssowe@solutia.com /> ). Он имеет более чем 20-летний опыт реализации систем управления технологическими процессами и сложных приложений управления. Он имеет степень бакалавра в Оберн Univ. в области химической технологии и MS в системах анализа с Univ. Западной Флориды.