Porozumění víceparametrovému řízení: Chybějící metrika

Víceparametrové řízení se téměř vždy vysvětluje složitými pojmy s koncepcemi, jako jsou podrobné procesní modely, optimalizace v reálném čase a maticová matematika. To znamená, že je dobře pochopilo jen velmi málo lidí mimo úzký okruh techniků pokročilého řízení procesů (Advanced Process Control – APC). Větší porozumění víceparametrovému řízení v operacích průmyslových procesů zapojí více lidí do iniciativ procesní automatizace. Mezi provozní výhody patří včasnost, konzistence a méně alarmů. 

Šíření znalostí o APC

Většina ostatních zúčastněných stran zůstala alespoň částečně tápat a často bylo nutno koupit projekty APC, aniž by dotyční plně rozuměli cílům, přínosům, důsledkům a pravděpodobnosti úspěchu. Navíc tato situace opět nechala průmysl na milost technikům APC, aby vysvětlili mnoho nečekaných nedostatků APC, k nimž patří vysoké náklady, krátký životní cyklus a vysoké nároky na údržbu, které ve většině případů nebyly uspokojivě vysvětleny.

S výhodou téměř čtyř desetiletí zkušeností s víceparametrovým řízením se (konečně) začíná objevovat kvalitativnější a intuitivnější chápání víceparametrového řízení a role, kterou hraje v provozu průmyslových procesů. To může mít několik příznivých dopadů na APC a automatizaci procesů, včetně jednodušších a robustnějších softwarových nástrojů, lépe definovaných aplikací a většího zapojení všech zúčastněných stran. 

Co je to víceparametrové řízení?

Víceparametrové řízení lze definovat jako automatizaci nastavení žádané hodnoty a nastavení výstupu regulátoru s jednou smyčkou, které jsou jinak ponechány provoznímu týmu na manuální implementaci. Když operátoři provádějí nastavení žádané hodnoty a výstupu v průběhu směny, jedná se o manuální víceparametrové řízení. Technologie automatického víceparametrového řízení, jako je prediktivní řízení na bázi modelu (Model Predictive Control – MPC) nebo víceparametrové řízení bez modelu (Model-less Multivariable Control – XMC), tuto úlohu automatizují.

Automatické víceparametrové řízení neboli uzavírání víceparametrových smyček přináší stejné výhody jako uzavírání jednoduchých smyček, včetně větší včasnosti a konzistence, menšího počtu alarmů a narušení omezení a větší optimalizace. A to často zahrnuje významné provozní či ekonomické přínosy. 

Role víceparametrového řízení v procesních operacích

Roli víceparametrového řízení v operacích průmyslových procesů lze chápat jako rozdíl mezi automatizovaným víceparametrovým řízením a manuálním víceparametrovým řízením. V průmyslu vždy existovalo manuální víceparametrové řízení, protože téměř každá procesní operace je záležitostí víceparametrového řízení – stačí se zeptat kteréhokoli operátora.

Automatické víceparametrové řízení automatizuje nebo přebírá úlohu provádění nastavení žádané hodnoty a úpravy výstupu pro skupiny souvisejících řídicích prvků. Výsledkem jsou často konzistentnější a včasnější úpravy, méně alarmů a narušení omezení a větší optimalizace. Tyto výhody lze také chápat jako přirozené výhody řízení s uzavřenou smyčkou oproti řízení s otevřenou smyčkou, které byly vždy dobře známy ve světě řízení s jednou smyčkou a vztahují se stejně (nebo geometricky) na víceparametrové řízení.

Tradiční schéma omezení (obrázek 1) ilustruje tento rozdíl. U manuálního víceparametrového řízení si operátoři udržují rezervu pro chybu mezi probíhající operací a mezemi pro případ nečekané změny nebo narušení procesu. Tato rezerva se obvykle odráží v ekonomickém znevýhodnění oproti plně optimalizované operaci.

U automatického víceparametrového řízení s uzavřenou smyčkou se mohou operátoři držet blíže skutečným omezením a oblast rezervy je zachycena jako výhoda pokročilého řízení. To je možné, protože víceparametrové řízení znamená, že se mohou spolehnout na automatickou reakci, která provede zásah v případě změny procesních podmínek. Stejným způsobem může víceparametrové řízení automaticky následovat ustupující omezení, aby realizovalo větší výnosy a optimalizaci – funguje to v obou směrech. 

A kde jsou aplikace?

Mnoho aplikací víceparametrového řízení zůstalo „mimo radar“ konvenčního paradigmatu řízení MPC s velkou maticí, protože nebyly považovány za dostatečný důvod pro vysoké prahové náklady MPC a byly příliš velké na omezení vyspělého regulačního řízení (Advanced Regulatory Control – ARC).

Obrázek 2 je „radar v nízké výšce“, jenž ukazuje aplikace víceparametrového řízení, které historicky zůstávaly mimo radar MPC. Zobrazuje počet zásahů obsluhy, pokud jde o žádanou hodnotu, výstup nebo změny režimu provedené na operátorské konzoli za dané časové období. Ukazuje 25 největších „hříšníků“, tedy řídicích prvků, které požadovaly zásahy obsluhy nejvíce. Tuto jednoduchou tabulku lze vytvořit na jakékoli moderní konzoli řídicího systému. 

Obrázek 2: Efektivní metriky poskytují smysluplná měření, jsou intuitivní a odrážejí pokrok v čase. Přehlíží průmysl metriky, které by mohly ospravedlnit použití automatického víceparametrového řízení? Na každé konzoli moderního řídicího systému lze snadno vytvořit graf 25 nejhorších řídicích prvků (tedy těch, které vyžadují největší zásahy obsluhy)

Mikrořízené APC

Je velmi pravděpodobné, že mnoho nebo většina z těchto zásahů představuje scénáře manuálního víceparametrového řízení, kdy se operační tým musí věnovat častému mikromanagementu skupin souvisejících řídicích prvků.

Cílem víceparametrového řízení je automatizovat tyto scénáře manuálního víceparametrového řízení k uzavření těchto víceparametrových smyček a ke snížení těchto čísel. 

Chybějící metrika APC v průmyslu

Obrázek 2 může vypadat povědomě. V průmyslu byly v nedávné historii přijaty podobné osvědčené postupy nejméně dvakrát – ke správě smyček v manuálním režimu (akorát že nyní hovoříme o víceparametrových smyčkách v manuálním režimu) a ke správě alarmů hříšníků (akorát že nyní hovoříme o smyčkách těchto hříšníků, které vyžadují častý zásah operátora).

Víceparametrové smyčky v manuálním režimu a časté zásahy operátora mají několik nežádoucích důsledků, včetně většího počtu alarmů a narušení omezení, menší pozornosti obsluhy věnované úkolům na vyšší úrovni a menší optimalizace, protože manuální zásah je již z definice často nekonzistentní, opožděný a nedostatečný.

Efektivní metriky poskytují smysluplná měření, jsou intuitivní a odrážejí pokrok v čase. Obrázek 2 splňuje tato kritéria a odráží základní aspekt úspěšné automatizace procesů a kvality obsluhy konzole. Přehlížel průmysl tuto přirozenou a potenciálně důležitou metriku?

Allan Kern, PE, je vlastník společnosti APC Performance. Upravil Mark T. Hoske, obsahový ředitel, Control Engineering, CFE Media, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..