Пирог под брусчатку технологический процесс

1. Введение

Есть общая черта во всех системах управления на крупных предприятиях, использующих сложные технологии. Дело в том, что их системы управления обычно состоят из двух частей. Есть часть автоматического управления для простых задач управления и часть диспетчерского управления для других задач. Функциональное разделение между этими частями нестабильно и зависит от того, насколько зрелой является часть автоматического управления.Конечно, доля автоматического управления обычно имеет тенденцию к увеличению, хотя в более сложных случаях этот рост сдерживается отсутствием подходящих алгоритмов. Таким образом, надзорный (т.е. человеческий) контроль всегда будет оставаться необходимым до тех пор, пока не будет завершена алгоритмизация всех аспектов технологических процессов. Сегодня существует несколько методологических проблем, которые остаются за рамками существующих подходов к проектированию систем управления, что приводит к внутренним ошибкам в полученных алгоритмах. Мы предлагаем ввести новый подход, который решит эти проблемы, и мы объясним наш подход, используя общий тип промышленных технологий, называемых поточными технологиями.Несколько слов об этом.

Множество различных резервуаров, клапанов, насосов, сепараторов, опреснителей (деминерализаторов), нагревателей, ректификационных колонок, охладителей, системы сжигания нефтяного газа, бустеров и некоторых других устройств (агрегатов) обычно соединены трубами или конвейерными лентами, а некоторые потоки через них проходят разные вещества, а свойства этих веществ претерпевают многочисленные изменения. Это то, что в данной статье мы будем называть «потоковой структурой технологии» или просто «потоковой технологией».Подчеркнем, что здесь мы будем рассматривать только крупные заводы, которые имеют много видов технологического оборудования. Отметим, что поточные технологии широко используются в нефтегазовой отрасли, химии (криохимии), энергетике, гидрометаллургии и других отраслях тяжелой промышленности, на промышленных и перерабатывающих предприятиях. Здесь мы в общих чертах обрисовали области, в которых наше исследование может оказаться полезным; тем, кто интересуется технологическими аспектами конкретных отраслей, следует обратиться к литературе по данной теме.Поточная технология - довольно распространенный вид технологий - например, мы действительно можем говорить о процессах добычи и подготовки на нефтяных месторождениях по всему миру. Многопольные растения демонстрируют подходящий пример этой технологии. Это большая иллюзия, что черная жидкость (чистая нефть) добывается прямо из скважин. Обычно из скважин реально добывается только смесь нефти, газа, воды и песка. На рисунке 1 ниже показана структура типичного масличного растения. Есть несколько входных потоков с разных месторождений нефти, один выход для нефти, один для газа, один для воды (в большинстве случаев).Мы можем сослаться на пример концепции контроля (Chacon et al., 2004), но мы разработали другой взгляд и подход к контролю. Для переработки нефти могут использоваться различные комбинации оборудования в зависимости от характеристик сырой нефти (сера, вода, растворенный газ, песок и т. Д.). Комбинаций очень много и, что немаловажно, ни одна из них не устойчива долгое время. Период стабильности обычно составляет от 2 до 8 часов.

Рисунок 1.

Мы сосредоточимся на общих алгоритмах управления технологией потоков, применимых к любой из вышеупомянутых отраслей.Как мы знаем, в промышленных приложениях существует три принципиально различных типа функций управления:

-1 ^st тип - локальные защиты и сигнализации (простое одноэтапное действие, используемое для предотвращения несчастных случаев. Они действительно очень просты: «ЕСЛИ condition THEN action ». Само действие обычно представляет собой одношаговую инструкцию для одного агрегата, например open / close / switch_on / switch_off и т. д.),

-2 ^nd type - локальные регуляторы (используются для предотвращения превышения определенных параметров или ниже необходимого уровня.Регулятор непрерывно контролирует положение насоса или клапана в любой момент времени на основе значений технологических параметров с использованием правил P, PI или PID), тип

-3 ^rd - многоступенчатые логические алгоритмы для группового управления (или MSLA ). MSLA используются для определения того, как различные аппаратные компоненты в контексте потоковой технологии взаимодействуют друг с другом.

Все эти типы функций управления были изобретены и реализованы в 20 ^-м гг. Первые два типа уже полностью формализованы и автоматизированы.Они достаточно зрелые, и это подтверждается их всемирным использованием в реальном производстве. Существует множество их реализаций и модификаций, и мы не будем их больше обсуждать в данной статье.

Наша цель - третий тип функций управления, MSLA. Они до сих пор не популярны в реальном производстве, и у нас с ними возникают трудности. Постараемся ответить, почему. MSLA, хотя и неоднократно пытались, не показали удовлетворительной работы в реальных условиях, потому что они могут работать только в течение очень короткого времени, прежде чем их придется обновлять или изменять.Следовательно, существует острая необходимость в изменении методов проектирования, используемых для этого типа алгоритмов. Мы должны более подробно объяснить, что на самом деле не так в этих алгоритмах и методе их разработки.

В реальной жизни существует множество мешающих факторов, которые могут нарушить или нарушить нормальное функционирование алгоритмов. Мы должны учитывать различные внешние и технологические факторы и параметры, которые могут возникнуть. Все три вышеупомянутых типа алгоритмов в идеале должны иметь возможность регистрировать и обрабатывать внешние изменения, т.е.е. быть адаптивным. Это не проблема для типов 1 и 2, есть простые и хорошо известные способы их настройки. Но для MSLA не существует таких простых способов. В результате для них типично потеря управляемости.

Некоторое время назад мы заказали исследование, целью которого было выяснить, как и в какой степени MSLA фактически используются в различных отраслях промышленности. Результаты не были неожиданными, хотя и далекими от оптимизма. Мы обнаружили, что от 45% до 60% пользователей перестали использовать MSLA в течение первых 2 месяцев, а через 3 месяца этот показатель вырос до 75%.Во всех случаях, когда MSLA больше не использовались, оператор должен был взять на себя ответственность. Когда мы спросили, что вызвало это изменение, ответ был довольно прост. На то есть две причины. Первая причина связана с постоянно меняющимися свойствами перерабатываемых веществ (сырое масло и т. Д.). Один жесткий алгоритм просто игнорирует эти изменения, многие из которых критически важны. Вторая причина - изменения в аппаратном обеспечении, внесенные в ходе обычных обновлений и технического обслуживания оборудования (ежемесячно и / или еженедельно), и, как следствие, небольшие (но накапливающиеся) изменения в эксплуатационных требованиях.Например, когда какая-либо часть заменяется технологически совместимой, но немного другой частью, новая часть будет взаимодействовать с другими устройствами более или менее иначе, чем старая часть. Тот факт, что детали постоянно заменяются другими неидентичными деталями (например, от другого производителя или с немного другими спецификациями), является основанием для всех (или почти всех) мешающих факторов для MSLA. Разработчики программного обеспечения не ожидали этого и поэтому не предусмотрели это в своих алгоритмах.В результате небольшие изменения характеристик и / или технологических требований некоторых аппаратных компонентов могут вызвать очень глубокие изменения и часто требуют полной перестройки MSLA. Эта проблема не разрушает алгоритмы типов 1 и 2, но является серьезной проблемой для алгоритмов типа 3. Мы называем эту проблему возрастающей неспособности системы адаптироваться к изменяющимся условиям «старением MSLA» или «устареванием».

Несколько комментариев по поводу «устаревания MSLA». Может ли ситуация «старения MSLA» в принципе улучшиться? Вот в чем вопрос.MSLA обычно разрабатываются до реального запуска потоковой технологии. После очень короткого периода реального использования MSLA больше не сможет обеспечивать адекватный контроль, потому что они не смогут принять последние изменения. Конечно, мы можем каждый раз полностью переписывать алгоритм, но это вряд ли эффективный подход. Проблема в том, что нет какого-либо обычного (научного) метода и подходящих инструментов для отслеживания изменений и их усвоения в теле MSLA. Совершенно очевидно, что чем больше MSLA (т.е. чем больше в нем шагов), тем он более уязвим для внешних изменений. Эти алгоритмы разрушаются своим большим размером.

Классический (и обычный) способ описания функционирования алгоритма сегодня - это построить соответствующий конечный автомат (например, машину Мура или машину Мили) или сеть Петри (или использовать другой метод, основанный на эти). После этого необходимо дополнить алгоритмы управления какой-нибудь существующей SCADA. Это работает, но только для простых случаев.Похоже, что в этом методе разработки MSLA есть фатальный недостаток, который приводит к алгоритмам, которые нельзя использовать в реальном мире. Можно ли разделить решаемую и нерешаемую часть проблемы для MSLA? На первый взгляд кажется, что это не научная проблема. Мы не ожидали найти много статей о MSLA и об этой проблеме. В этом есть доля правды, как мы поняли позже, изучив различные источники (Wonham & Ramadge, 1988, Jennings et al., 2001, Yoo & Lafortune, 2002, Cassandras & Lafortune, 2008).Некоторые другие аспекты обсуждались на конгрессах и конференциях (Golaszewski & Ramadge, 1987, Zambonelli et al., 1994, De Queiroz & Cury, 2000, Akesson et al., 2002, Gaudin & Marchand, 2003). Нет обширной библиографии, но там, где есть желание, есть выход - и мы начали искать какое-то научное решение этой проблемы.

На этом заканчивается семантическое введение и общее описание проблемы. Мы определили тип технологии исследования и обрисовали основные проблемы.Некоторые результаты приведены ниже.

2. Различные способы использования конечных автоматов в случае реального управления и в случае классических преобразований строк.

Надо потратить время и обратить внимание читателя на элементарные вещи. Идеальная ситуация управления как общее понятие - это ситуация информационного взаимодействия двух компонентов. В этой ситуации всегда есть контролируемый компонент и контролирующий компонент. Управляемый компонент сообщает управляющему компоненту о своих событиях с помощью специального заранее заданного алфавита.Управляющий компонент получает информацию от управляемого компонента и отправляет функционально определенную соответствующую команду; также с использованием специального алфавита. Идеальная ситуация управления для MSLA часто описывается с помощью конечного автомата (например, машины Мура или машины Мили). Давайте посмотрим на классическое определение конечного автомата (FSM). Как мы знаем, существует его классическое определение, подходящее для большинства приложений:

S - это набор состояний.

X - входной алфавит (конечный непустой набор символов).

Y - выходной алфавит (конечный непустой набор символов).

δ - функция для состояний (S, X) → S (функция перехода между состояниями).

λ - функция для выходов (S, X) → Y.

Мы должны признать, что автомат подходит для случаев, связанных с преобразованием строк. Но реальные ситуации управления намного сложнее, и их нельзя свести к одному только преобразованию строки. Есть разница между преобразованием строки и ситуациями реального управления.Природа реального управления должна допускать существование дополнительной внешней информации разных типов, которая может повлиять на результат, но жестко запрограммированные наборы инструкций преобразования (X → Y) не допускают какого-либо адаптивного поведения. Как видим, классическое определение автомата обслуживает только ситуацию преобразования строк. Классическое определение конечного автомата позволяет иметь только функционально определенные команды. Наличие дополнительных данных и какое-либо особенное обращение с ними как основание для контроля не предусмотрено классическим определением (рис.2).

Рисунок 2.

Реальная контрольная ситуация.

Мы видим, что оперативный персонал (диспетчер) работает в другой реальности и управляет необходимыми типами и источниками дополнительных данных, каждый раз может быть другим способом. Реальная ситуация управления с использованием MSLA:

• Чтение части данных с помощью SCADA:

• На основе этого ввода система определяет, какие дополнительные данные требуются для правильного изменения действия вывода, и где находятся эти данные;

• Типы определения дополнительных данных, их источники и методы извлечения;

• Поиск и получение этих дополнительных данных;

• Объединение всех данных из всех источников, анализ;

• И, наконец, определение соответствующего управляющего воздействия на основе всех данных, полученных из всех источников.

Упомянутые практические особенности являются облегченной версией этих вещей, которые сегодня подталкивают и подпитывают теорию управления для потоковой техники. Они определяют путь, который нужно пройти (выполнить), и задачи, которые необходимо решить.

3. Обсуждение концепции технологических коалиций

Прежде чем мы начнем рассматривать вышеупомянутые различные внешние изменения и попытаться адаптировать MSLA для них, мы должны потратить некоторое время на декомпозицию технологических процессов и дать некоторые необходимые предварительные обзоры и введения для новых идеи.В первую очередь мы собираемся представить и обсудить новую концепцию под названием «Технологическая коалиция» как особая часть технологического процесса и соответствующая часть алгоритмов управления им.

Мы используем декомпозицию технологического процесса не так, как она используется в большинстве случаев, не только как инструмент для уменьшения сложности описания технологии. Мы используем его как инструмент для поиска и разграничения областей нестабильности, изменчивости технологического процесса. Что это означает ? Это означает, что любое новое изменение (фактор), которое появится, будет локализовано в Технологической Коалиции (ТК).

Второе предположение заключается в том, что все TC ведут себя одинаково. Такое же поведение означает, что можно определять одни и те же операции.

A - набор отдельных устройств для различных технологических нужд. Любые резервуары, клапаны, сборники песка, насосы, сепараторы, капельные карманы, опреснители (деминерализаторы), нагреватели, морозильники, фракционаторы, отстойники, охладители, резервуары для сточных вод, компоненты факельной системы, ускорители и т. Д. Все вместе они известны как «оборудование» »Или« устройства »или« агрегаты ».У каждого типа оборудования (агрегата) есть собственный алгоритм локального управления (входит в специальный набор под названием LCA - см. Ниже).

R - определяет физические связи, которые соединяют входы и выходы продуктов различных агрегатов. В большинстве случаев это означает трубы или другие транспортеры. Через них проходят потоки разных веществ, и в процессе меняются разные параметры этих веществ.

A и R вместе составляют TN - ориентированный граф технологической сети. Концепция TN слишком хорошо известна, чтобы требовать каких-либо примеров.

LCA - набор алгоритмов локального управления для каждого типа из A. Мы предпочитаем использовать модель Moore-Automat для каждого элемента LCA, но это не обязательно.

MФ, MΨ, MS - это таблицы специального назначения - они собирают изменения и дают возможность их учитывать и обрабатывать.

LC - Жизненный цикл TC (см. Ниже), описанный как ориентированный граф, имеющий шесть особых состояний.

Здесь изменено традиционное деление на управляемый объект (технологический процесс) и систему управления (алгоритмы, СУЛА).Обратите внимание, что A, R, LCA представляют собой поточную технологию, LC - часть системы управления. ТК объединяет части обеих сторон. И TC - это не только результат разложения нашей поточной технологии.

ТК как абстрактная идея не имеет однозначной, точной и абсолютно ясной интерпретации для обслуживающего персонала и разработчиков программного обеспечения. Мы это осознаем. В большинстве случаев ТК можно связать с понятием «маршрут» (как последовательность технологических устройств), но не всегда. Обратите внимание, что список TC появляется на этапе предварительного проектирования системы управления, но реализация на этом этапе часто не ясна.Тем более, что будет лучше, когда технологи и специалисты по контролю совместно разработают перечень ТК.

Часто бывает так, что все устройства ТК обслуживают разные характеристики всего потока вещества. Этот поток технологически понимается как неделимый (рассматривается как неделимый). С другой стороны, мы предлагаем использовать MSLA только для управления таким контролируемым объектом, как TC, а не для других целей. Тем самым мы определим специальное правило правильного использования термина «MSLA».Но возникнет проблема согласования между разными MSLA. Попробуем найти подход к ее решению позже. Итак, у нас есть несколько важных предположений:

• TC возможен. Другими словами, мы можем показать, что любое единичное изменение, возникающее в технологическом процессе потока или в оборудовании после перенастройки (замены), нарушит не весь технологический процесс, а только одну ограничивающую его часть. Эту часть всего технологического процесса мы будем называть ТК, но будем понимать ее как особую комбинацию объекта управления и объекта управления, имеющую формальное определение.

• Существует общая архитектура управления для всех TC, независимо от их размера и локального поведения. (На самом деле это только гипотеза. Мы докажем это позже.)

• Оператор сможет управлять ТК с помощью специальных инструментов.

Поскольку мы определили TC как управляемый объект, мы должны объяснить, какие команды управления для него. Мы предполагаем, что нам не нужно физически строить TN, поэтому наши команды не будут создавать структуры, а будут иметь дело с различными состояниями TC с существующей структурой.Наши команды - это не команды для построения структуры. В первую очередь нам нужно определить необходимые состояния TC, а затем определить соответствующие команды. Команды сообщают TC перейти из одного состояния в другое. Самый простой способ - определить два состояния (сейчас работает и сейчас не работает), но практического применения от этого не будет. Конечно, это очень общий взгляд. Это не противоречит ни одной из существующих точек зрения, но в остальном пока мало помогает.

Нам, конечно, нужно больше прагматичного содержания для TC.Как и где мы можем получить значимые состояния для TC? Не следует забывать, что мы собираемся изобрести и использовать идею декомпозиции, которая позволяет обеспечить одинаковое поведение для всех ТК. Мы должны еще раз проанализировать технологическую реальность. Мы можем представить и правильно понять эти операции как пробуждение, подготовку, запуск, получение текущего состояния, настройку, настройку, выключение (и, возможно, другие дополнительные команды) без семантических проблем. Итак, мы хотим представить некоторый обзор возможных состояний TC для будущих разработчиков систем управления.Эти команды значимы для любого TC и определяют одновременное перемещение между состояниями. Включение и отключение TC не будет мгновенным. Часто бывает многоэтапный процесс, включающий (подготовку) и \ или многоступенчатый процесс остановки (отмены). Итак, состояния ТС мы можем видеть на рис. 3. Кстати - возникает правильный вопрос, почему количество состояний равно шести? Это особые требования к поточной технике или нет? Есть ли исключения? Наш ответ - реальное количество состояний TC, конечно, может быть больше или меньше шести.Это зависит от конкретного приложения. Важно то, что у всех TC одинаковое количество состояний. Только если все ТК имеют одинаковые состояния в своих ЖК, мы можем предложить универсальный механизм управления ими. Но для потоковых технологических процессов желательно шесть состояний.

Между прочим, все эти команды будут реализованы как методы для объектно-ориентированной концепции ТС, если кто-то собирается приложить много усилий в ООП-реализации ТС.

Перемещение (под наблюдением оператора или под контролем системы автоматизации) через эти состояния является жизненным циклом (LC) любого TC.У нас есть шаги для оператора и некоторые другие шаги для АСУ. Четкое разделение между оператором и автоматизированным контролем

Рисунок 3.

Возможные состояния LC.

позволяет разделить будущие усилия. Для переходов, помеченных «вручную», нужен только правильно разработанный интерфейс, ориентированный на человека. Как мы видим, переход отмечен иначе, необходимо подключиться к датчикам и / или SCADA. Есть некоторые комментарии к переходам:

• S ₀ → S ₁ : Первый переход после сна.Этот переход управляется оператором вручную. Причины активности диспетчера в этом переходе не рассматриваются. Диспетчер может отказаться от своего решения о пробуждении, если это необходимо.

• S ₁ → S ₂ : Подготовка к запуску (первый этап). Интенсивное использование MΦ-стола (см. Ниже). Оператор заполняет эту таблицу самостоятельно или спрашивает технолога. Смысл этого шага - собрать все необходимые устройства и проверить их (они находятся в хорошем рабочем состоянии) и избежать их включения в другие активные ТЦ.Если вы понимаете = ОК, переходите к S ₂ , иначе переходите к S ₀ и отправляйте сообщение оператору. Если у нас есть конфликт (ы) (необходимые устройства не свободны или не готовы), то диспетчер может запустить специальный локальный подпроцесс для этого агрегата.

• S ₂ → S ₃ : Подготовка к запуску (второй этап). Интенсивное использование MΨ-стола (см. Ниже). Все необходимые устройства включены в ТК, но еще не готовы к работе. Для правильного запуска необходимо подготовить дополнительные условия.Например, уровень в баке_2 должен быть> = 3 м. Или температура масла в насосе должна быть> = 50º C для правильного запуска и т. Д. Эти условия могут иметь логические, дискретные или аналоговые значения. Связываем их с устройствами (агрегатами). Общие условия, конечно, тоже могут существовать. Оператор должен запустить и завершить некоторые дополнительные локальные подпроцессы для каждого устройства, если это необходимо (например, подогрев масла в подшипниках задействованных насосов или наполнение резервуара до необходимого уровня). В результате этого шага мы получаем набор последовательностей для запуска основного технологического процесса, связанного с ТК.Например (абстрактно): Если (Уровень_12> 3), то A4 (открытый). Когда все команды запуска выполнены, состояние TC переключается с S ₂ на S ₃ .

• S ₃ → S _4, S ₄ → S ₁ : Пока у нас S ₃ , технологический процесс работает нормально. Это область для алгоритмов типов 1 и 2 . Оператор может решить использовать несколько иную конфигурацию технологических устройств.Но оператор не хочет использовать другой TC. Например, он (она) хочет запустить только дополнительный насос. Возможно это временные изменения. В любом случае необходимо проверить информацию о дополнительных технологических устройствах: перейти к S ₁ . После проверки (если «истина») мы возвращаемся через S ₂ на S ₃ .

• S ₃ → S _4, S ₄ → S ₅ : Оператор решил изменить TC. Подготовка к отключению требует проверки на особые условия.Оператору обычно приходится использовать специальные команды или локальные процедуры (вручную или автоматически). Изменение состояний S ₄ → S ₅ означает, что все условия «верны», и мы можем немедленно начать процедуры выключения, когда захотим.

• S ₅ → S ₀ : Процедура останова завершена. Выключение ТК завершено.

Скорее всего, что S ₃ - это состояние, в котором TC остается максимальный период времени.Это нормально, но нельзя забывать о других состояниях. Хорошо известно, например, что самолет имеет максимальное время нормального состояния (полета), но более опасными и более необходимыми для точного управления являются другие состояния (взлет и посадка).

Из практического опыта видно, что некоторые устройства по технологическим причинам иногда могут менять свою принадлежность к ТК. Это правда, но каждое устройство в любой момент времени должно принадлежать только одному TC. В нашем примере переработки нефти мы заявили, что сырая нефть с разных нефтяных месторождений содержит несколько разные уровни серы.Для обработки требуется разное оборудование и разные маршруты (разные соединения). Итак, персонал должен поменять некоторые трубы, насосы, клапаны, которые сейчас обслуживают другие маршруты. Значит, наше мнение о временной принадлежности ТК в основном верно для труб, насосов, арматуры. Есть особое состояние S ₄ , в котором это возможно. Если TC получил внешний запрос на какое-то устройство, то в этой ситуации есть несколько разных вариантов TC-реакций. Например:

• Проверить текущую доступность устройства.Если сейчас он свободен, то просто «одолжите» его

• Если нет возможности проигнорировать внешний запрос

• «Одолжить» требуемое устройство другому ТК, но после завершения процедуры отключения для текущего (предоставления) TC (отложенное кредитование), но для начала процедуры закрытия для текущего TC

• Другие сценарии ...

Обратите внимание на следующее. С одной стороны, мы локализовали правильную область для использования MSLA (только для TC).С другой стороны, мы объявили стандартизированный LC для TC. Из этого следует, что MSLA может иметь стандартизированную структуру. Другими словами, мы можем построить один алгоритм для любого TC, если только каждый TC будет иметь одинаковый LC. Таким образом мы изменили старый подход. Мы предлагаем внести изменения в изменения MSLA с учетом практики построения нового алгоритма каждый раз, если только мы исправим некоторые изменения в настройке однократно разработанного алгоритма. Это важная вещь. MSLA теперь будет стандартизированной частью системы conrtol.

Ясно, что проблема старения MSLA не исчезла с предложением TC. Мы могли только локализовать внешние воздействия, не учитывая их. Нам также нужен специальный инструмент для генерации, который должен быть доступен для использования не на этапе проектирования, а на этапе запуска (см. Рис. 4). Возможно, это будет специальное расширение SCADA-программного обеспечения.

Рисунок 4.

Включение рассматривающей и генерирующей частей в контур обратной связи.

4. Инструменты для управления внешними изменениями

Если мы вернемся к определению TC, то мы увидим там MS, MΨ, МФ.Да, есть несколько таблиц, в которых описаны все аспекты, связанные с каждым устройством. Горизонтальная ось - устройства от A, вертикальная ось - набор предварительно разработанных ТК.

Первая таблица - MS. Он содержит состояния устройства, необходимые для подключения к любому TC, состояния для запуска любого TC. Понятно, что для разных ТК теоретически могут потребоваться разные стартовые состояния устройств. Все состояния для всех устройств мы можем получить из Local Cycle of Aggregate (LCA). Каждый LCA - это простой автомат для одного устройства.Можно предположить, что LCA является частью TC. Или, иначе, мы можем думать, что LCA - это общий информационный ресурс (например, программная библиотека), внешний для всех TC. Важно, что мы можем извлечь из LCA последовательности команд, необходимые для перехода из любого состояния данного устройства в любое другое состояние.

Если у нас есть текущие состояния (мы будем использовать дополнительную таблицу MT для текущих состояний технологических устройств - из SCADA) и состояния из MS, то, похоже, после этого мы сможем собрать программу запуска TC только с соединением различных последовательностей команд для любого устройства.Думаем, будет лучше, если пока отложим упомянутую сборку. Теперь самое время рассмотреть последние изменения, которые мы обсуждали ранее. Предлагаем использовать две новые таблицы MΨ и МФ. Все дополнительные условия, которые необходимо учитывать, занесены в эти таблицы. Команды, подготовленные из LCA, должны быть отправлены контроллерам после разрешения условий из MΨ и МФ.

5. Общий механизм учета и контроля

ТК функционирует не один. Есть и другие TC, которые могут одновременно запускаться, работать, настраивать и завершать работу.Правильная среда для одного TC - это другие TC.

В нашем видении есть два виртуальных набора: набор активных TC (SAC) и набор пассивных TC (SPC). В реальном производственном процессе каждый TC принадлежит SAC или SPC. Переключение между SAC и SPC под контролем диспетчера или по специальным алгоритмам - это абстрактное видение нашего поточного технологического процесса. Объектами переключения между SAC и SPC являются TC (см. Рис. 5). Согласимся, что интегрированный поточный технологический процесс для каждого момента времени - это САК.Любой из ТК может менять свою текущую принадлежность (к САК или СПК) в процессе технологического процесса много раз. Это зависит только от технологических потребностей и \ или воли (желания) диспетчера.

Назначение системы управления в этом видении - поддержка правильного переключения (перемещение TC) между SAC и SPC в соответствии с технологическими потребностями и волей оператора. Внутри этой задачи есть другая задача, более локальная, но не более важная: поддерживать LC каждого TC.

Рисунок 5.

SAC и SPC являются основными управляющими частями.

Когда у нас есть определенный SPC / SAC и мы хотим изменить SPC / SAC для следующего момента времени, мы будем делать те же действия для любого момента времени. Эти действия включены в MSLA. Обратите внимание, что MSLA - это не многошаговый алгоритм. Это многоступенчатый алгоритм, в котором ТК являются управляемыми объектами и который работает с SPC / SAC. Может быть много рабочих экземпляров MSLA: каждый для обслуживания одного TC (его LC). Шаги для любого MSLA и для любых состояний LC одинаковы.

Как они работают вместе? Поведение и шаги механизма интерпретации высокого уровня для MSLA следующие:

• Все TC принадлежат SAC или SPC.Все ТК, в том числе в ДЗО, работают. Автоматизированные системы управления нижнего уровня (ПЛК и RTU) работают, структура потоков определяется активными ТК, функции потоков контролируются аварийными сигналами и местными регуляторами, формируется набор фактических событий.

• Оператор может наблюдать за активными TC (используя SCADA) и понимать, правильно ли они работают.

• В зависимости от реальной ситуации на производстве, оператор выбирает необходимую стратегию путем запуска и остановки для каждого ТК.Как только оператор времени принимает решение об изменении SPC / SAC: запустить ТС _j или выключить TC _k (произошли некоторые внешние события). Оператор вручную выбирает конкретный ТК для запуска или выключения, после чего может доверить управление MSLA (MSLA начинает выполнять контрольную задачу). Текущие состояния всех необходимых устройств считываются через SCADA (по MT-таблице). Возможные коллизии (совместное использование некоторых агрегатов с другим работающим TC) решаются оператором с помощью специального диалога, ориентированного на человека.

• Подготовка к сборке начинается после устранения всех коллизий. При необходимости монитор (или оператор) делает несколько запросов для заполнения специальных таблиц актуальными данными (возможны новые условия вовлечения устройств). MΦ и MΨ уже используются. Монитор считывает новые данные из указанных таблиц. Низкоуровневое представление MSLA для выполнения ПЛК - это набор последовательностей «условие → действие». Две части данных объединяются путем логической сборки в одну многошаговую программу.Этот набор последовательностей является целью сборки и требует двух типов исходных данных - новых условий (из MΦ и MΨ ) и новых действий (из LCA)

• Сборка программ начинается. Монитор считывает текущее и целевое состояния. Если LC-граф имеет переход с MΨ или MФ для этих состояний, то монитор производит чтение данных. Наиболее важным при запуске является переход с S ₂ на S ₃ (см. LC-график TC), а при выключении - переход с S ₄ на S ₅ .При формировании управления специальный логический ассемблер (SLA) извлекает последовательности необходимых команд из упомянутой LCA-библиотеки. Создавая программу «выключения», SLA также использует LCA. Логическая сборка завершена, когда у нас есть список инструкций (абстрактный пример): if (условия из MΦ _i и MΨ _i равны «true» ) then extract_commands_from_148 _{i MT i , MS i ).Количество последовательностей, равное количеству устройств. Упомянутая в выражении подстрока «extract_commands_from_LCA i ( MT i , MS i )» означает, что SLA расширяет эту команду (как всю инструкцию) в набор команд на основе соответственно конечный автомат из LCA. Важно отметить, что SLA делает только замену из LCA для каждой инструкции. Необходимый порядок (последовательность) включения различных устройств в реальном потоке мы можем получить, используя MΨ-table .Например, мы можем добавить к формальным условиям для агрегата в MΨ-таблице специальный конъюнктивный термин для учета того, что предыдущее устройство получило правильное состояние раньше.}

• Наконец, алгоритм запуска ТС _j и (или) «выключения» ТС _k собран и готов к запуску. Монитор или оператор запускает каждый собранный и готовый к запуску «свежий» алгоритм. Локальные ПЛК и RTU должны реализовать этот алгоритм после загрузки инструкций. Доступно специальное программное обеспечение для загрузки программ в память ПЛК, и здесь мы не останавливаемся на нем.

• Процессы запуска и остановки работают и контролируются оператором. Монитор получает ответы от ПЛК и RTU.

• Если процессы завершились нормально, необходимо обновить (обновить) SAC / SPC. MSLA завершена. Перейти к 1.

Обратите внимание, мы не формализовали объединение и разделение разных ТК, но это возможно в ближайших модификациях механизма управления. О специальном механизме разделения (или «одалживания») нескольких поддерживающих устройств (в основном, таких как насосы) между разными ТК мы поговорим в следующих публикациях авторов.Итак, у нас есть этот немного исправленный принцип декомпозиции (мы ищем и используем комбинации технологических устройств, которые имеют стандартизированное поведение - LC), а несложные процедуры извлечения и повторной сборки позволяют использовать стандартизированный MSLA как часть системы управления и получать избавиться от упомянутой проблемы «старения». Общий вид представлен на Рис. 6.

Рис. 6.

Все компоненты работают вместе.

6. Заключение

Ранее указывалось, что из трех проанализированных типов контроля, MSLA, скорее всего, устареют.Более того, в большинстве практических случаев MSLA лучше всего работают сразу после первого внедрения и запуска, после чего неизбежно начинается накопление ошибок. Примириться с этим фактом - плохая идея. Мы поняли, что классический подход к автоматам не работает в практических случаях управления. Это приводит к тому, что MSLA перестают использоваться, но текущие недостатки MSLA не являются непреодолимыми. В любом случае переход от автоматизации к ручному управлению сейчас недопустим. Сегодняшние отрасли промышленности требуют все большей автоматизации для все более сложных технологических процессов.Но на сегодняшний день настоящее технологическое оборудование еще не похоже на устройства P’n’P, и не все необходимые стандарты управления внедрены или даже существуют. Мы надеемся, что смогли объяснить, почему классический подход FSM приводит к все более неудовлетворительному результату MSLA в реальных жизненных ситуациях. Их разработчики не учли возможные изменения в логике управления после технического обслуживания, ремонта или технологических изменений. Это в конечном итоге разрушает MSLA.

Нам нужно вернуться к реальности контроля над большим заводом.Автомат может только преобразовывать строки α → β, но реальное управление имеет более одного шага. Реальная ситуация управления должна предполагать худшее: что контролируемый объект изменился. При получении информации от контролируемого объекта часто возникает выбор (или альтернатива) α → β или α → γ, и нам нужна дополнительная информация, чтобы сделать правильный выбор. Реальная ситуация такова: «если (α и Ψ), то β иначе γ». Ψ - это дополнительная, часто даже неформализованная, но технологически значимая информация, обычно не получаемая от SCADA.Важно перейти от полностью детерминированной ситуации преобразования струн к реальной ситуации управления крупным предприятием. Обратите внимание, что алгоритмы типа 2 (PI, PID) по своей природе адаптируемы (поскольку коэффициенты можно настраивать) и находятся в контрольной ситуации с самого начала, а MSLA - нет.

Как придать такой адаптивный потенциал MSLA, которые по определению являются жесткими и негибкими? Мы можем попытаться предвидеть все возможные изменения в нашей системе и представить их как отдельные состояния конечного автомата.Однако вскоре общее количество таких состояний вырастет настолько, что мы не сможем производить необходимые вычисления. Мы знаем, что столкнемся с проблемой размеров. Это доказывает, что это неправильный путь. Но поскольку технологические изменения неизбежны и их нельзя игнорировать, их необходимо классифицировать и учитывать. Правильный (новый) способ заключается в следующем. Мы вводим в контур обратной связи нашу модель с состояниями TC и MS, Mψ, MФ. Наш подход позволяет:

• Выявить текущее состояние процесса в контролируемом объекте.

• Поймите, какую информацию необходимо собрать дополнительно для этого конкретного состояния.

• Создайте правильный элемент управления, включающий дополнительную информацию во время процедуры сборки.

Классический автомат выполняет только 1 и 3 задач. Кроме того, FSM выполняет 3 ^rd задач с одношаговой полностью предопределенной функцией. Мы реализуем эту задачу с помощью специальной процедуры генерации команд.

Итак, после идентификации текущего состояния с помощью нашей модели (включенной в цикл обратной связи) мы предлагаем генерировать выходы не сразу, а с задержкой для сбора дополнительной информации (MS, Mψ, MФ) и сборка управляющих выходов с использованием LCA. Теперь мы можем точно указать, в чем заключается адаптивный потенциал MSLA. Он появляется только в том случае, если мы заменим одношаговые функции конечного автомата на двухэтапные процедуры.

Сначала мы представили концепцию TC.Первоначальная концепция, строительство, реализация любого ТК должны быть реализованы очень тщательно и с вниманием к деталям. Мы уверены, что только сотрудничество технологически мыслящих людей и специалистов в области систем управления может дать полезные результаты, по крайней мере, на первых этапах. После этого мы наберемся опыта и сможем правильно строить любые ТК. TC может помочь решить проблемы, вызванные огромными громоздкими MSLA, и может локализовать (и впоследствии обработать) внешние изменения.

Несколько слов о других возможных применениях нашего подхода. Например, мы знаем, что автомобили без водителя (полностью автоматические) не могут проехать из пункта А в пункт Б в городе. Перемещение по городу от одного перекрестка к следующему по сути похоже на MSLA. Перекрестки - это точки для сбора новой информации (новых изменений) и создания новых управляющих данных. TC - это часть маршрута, в котором появилась новая информация, не влияющая на принятие решений и маршрутизацию.

Подводя итог, можно надеяться, что здесь были разработаны и объяснены некоторые принципы, которые позволяют построить новую систему управления для потоковых отраслей.Новая система управления обладает адаптивным потенциалом, что помогает сократить расходы на техническое обслуживание.

10 самых последних технологических инноваций

Какие технологические инновации являются самыми популярными на данный момент? Оказывается, некоторые из них будут довольно очевидными, а другие могут вас удивить.

В следующей статье мы собрали некоторые из наиболее интересных и потенциально революционных технологических инноваций, которые в настоящее время исследуются или разрабатываются.

СВЯЗАННЫЕ С: 15 НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, КОТОРЫЕ СДЕЛАЮТ ВАШ 2020 ГОД НАМНОГО ИНТЕРЕСНОГО

Какие новейшие технологии появляются на нашем пути?

Вот некоторые из новейших технологий на 2019 год и последующие годы.Этот список далеко не исчерпывающий и в нем нет определенного порядка.

1. AI приближается к совершеннолетию!

В последние несколько лет ИИ стал объектом крупных финансовых вложений. По данным Forbes, 80% предприятий сейчас инвестируют в него или планируют расширить инвестиции в ИИ, если они уже инвестируют.

Этот приток денег привел к серьезным инновациям в области глубокого обучения. Многие технические эксперты считают, что при всем этом потоке денег ИИ действительно «вырастет» в ближайшие несколько лет.

2. Интернет со скоростью молнии

Стремление к более быстрому и быстрому подключению к Интернету действительно продвигает технологию вперед. Компании и частные пользователи постоянно требуют более быстрого реагирования, и отрасль реагирует на них.

С молниеносной скоростью интернета не за горами, это должно изменить многие аспекты нашей жизни. Если это будет достигнуто, это повысит эффективность сотрудников и предоставит надежные средства связи для компаний, которые полагаются на удаленных сотрудников.

Именно здесь 5G может изменить мир так же, как наш «обычный» Интернет несколько десятилетий назад. Если, конечно, это сначала не убьет нас всех.

3. Умные технологии, обогащающие жизнь, изменят дом

Все больше и больше людей в нашей жизни интегрируются с умными технологиями. Наши дома не исключение.

Спрос на все более совершенную интеллектуальную бытовую технику и домашние развлекательные системы меняет способ нашего общения.К лучшему или к худшему, сегодня это лишь верхушка айсберга.

Текущие тенденции, кажется, указывают на больший спрос на больший контроль над тем, как мы развлекаемся дома с помощью технологий. Одна из областей, за которой можно наблюдать, - это гибкие поверхности для просмотра.

Обещание возможности обходить любую среду до неузнаваемости изменит домашние развлечения и рекламу. Следите за этим пространством.

4. Очень скоро у нас могут появиться ловкие роботы

Компьютеры и роботы глупы.Действительно, очень тупой.

Если их рабочая среда изменится хотя бы незначительно за пределами заранее запрограммированной процедуры, и вся производственная линия может остановиться. Именно здесь повышение ловкости роботов открывает невероятные возможности для более гибкой автоматизации.

В то время как в будущем можно запрограммировать роботов, чтобы они понимали, как что-то улавливать, «глядя» на это, текущие исследования пытаются научить их делать это методом проб и ошибок.

Одним из примеров является проект под названием Dactyl, который научился переворачивать игрушку «пальцами».

5. Интерфейс мозг-компьютер почти здесь

Такие инновации, как Neuralink Илона Маска, могут в будущем сделать мышь и клавиатуру устаревшими. Работа в этой области продолжается быстрыми темпами и обещает позволить нам управлять компьютерами просто мысленно.

Мы позволим вам решить, будет ли это революционным для вашей работы и повседневной жизни.

6. Готовятся глотательные медицинские устройства

В настоящее время разрабатываются небольшие проглатываемые устройства, которые могут захватывать изображения кишечника без анестезии.Их можно использовать даже у младенцев и детей.

Когда эти маленькие медицинские устройства будут полностью разработаны, они произведут революцию в области диагностики и мониторинга некоторых очень серьезных заболеваний. Это будет невероятно мощным средством при таких заболеваниях, как рак и кишечные расстройства, такие как экологическая кишечная дисфункция.

7. Индивидуальные противораковые вакцины могут скоро стать реальностью.

Благодаря научным разработкам, таким как проект «Геном человека», персонализированные лекарства и вакцины могут появиться не за горами.Одним из интересных приложений для этого является возможность разработки индивидуальных противораковых вакцин.

Это может показаться немного надуманным, но есть надежда, что медицинские работники вскоре смогут обучить вашу иммунную систему распознавать и уничтожать раковые клетки. Если это будет достигнуто, рак останется в прошлом.

8. Хотите бургер без коров?

Мясо - жизненно важная часть здорового питания, как нам говорят, но оно связано с небольшой проблемой - животным нужно умереть.Идут разработки, чтобы обеспечить мир мясом без животных.

Будь то выращенные в лаборатории, напечатанные на 3D-принтере или на растительной основе, альтернативы, обеспечивающие такую ​​же питательную ценность, как и правильное мясо, вскоре могут стать реальностью. Это также предложит человечеству средство для резкого снижения нашего коллективного аппетита к влиянию мяса на планету.

9. Конец канализации приближается (надеюсь)

Идут вперед разработки «экологичных» туалетов, которые не нуждаются в подключении к канализационной системе и могут обрабатывать отходы на месте.Это не только будет революционным для городов будущего, но и принесет столь необходимую санитарию во многие части мира, которые в настоящее время лишены этой «роскоши».

Филантропы Билл Гейтс провел конкурс под названием «Изобрети туалет заново», чтобы найти для этого подходящие жизнеспособные прототипы. Многие материалы на самом деле довольно многообещающие, и когда-то самодостаточные системы метаболизма самоотходов принесут пользу человечеству и окружающей среде к лучшему.

10. GAN - генерирующие состязательные сети уже на подходе

GAN или генерирующие состязательные сети - одно из последних достижений в нейронных сетях, которое может стать будущим.Этот класс машинного обучения, изобретенный Яном Гудфеллоу, по сути настраивает две нейронные сети друг против друга для решения проблемы.

При заданном начальном условии две сети сражаются в игре с ненулевой суммой, чтобы найти решение чего-либо. Некоторые называют их «самой крутой идеей машинного обучения за последние двадцать лет».

Приложения для этой технологии включают создание искусственных изображений, моделирование вещей, улучшение компьютерных игр и многое другое.

Какие еще есть примеры технологических инноваций?

Помимо перечисленных выше десяти, есть еще несколько интересных технологических новинок. К ним относятся, помимо прочего (кредит MIT): -

- Трехмерная печать на металле

- Искусственные эмбрионы

- Сенсорные города (умные города)

- ИИ для всех

- Мгновенный иностранный языковой перевод

- Природный газ с нулевым выбросом углерода

- Генетическое предсказание

Какие новейшие технологии в компьютерных науках?

Согласно сайтам, например, университетам.com, некоторые из новейших технологических областей исследований включают, но не ограничиваются: -

- Аналитика больших данных

- Машинное обучение

- Облачные вычисления

- Компьютерное обучение

- Биоинформатика

- Лучше кибербезопасность

Смотрите также

• 
  Рецепты с капустой пирог
• 
  Наливной пирог на сметане с капустой
• 
  Пирог с малиной простой рецепт со сметаной
• 
  Пирог кучерявый рецепт с творогом
• 
  Едим дома сливовый пирог
• 
  Начинки для закрытых пирогов
• 
  Простое дрожжевое тесто для пирога
• 
  Пирог оригинальный с яблоками
• 
  Едим дома луковый пирог
• 
  Пирог на быструю руку рецепт
• 
  Главная мысль мафин печет пироги