Aktuální vydání

celé číslo

07

2019

Řízení dopravy a budov

celé číslo

APC neboli pokročilé metody řízení procesů

Zvýšené požadavky na výkon, kvalitu a efektivitu výrobních procesů není možné splnit bez podpory řídicích systémů. Jejich rozvoj je ovlivňován zejména dvěma důležitými faktory. První je pokrok v oblasti elektroniky a mikroelektroniky, jehož důsledkem je miniaturizace komponent, zrychlení jednotlivých výpočetních operací a výrazné zlevnění procesních řídicích systémů. Druhým významným faktorem je uplatnění matematických metod vyvinutých v teorii řízení, v kybernetice a v teorii informace. V praxi se tak začaly bezprostředně využívat řídicí metody nové třídy – tzv. APC, Advanced Process Control, neboli pokročilé metody řízení. Připomeňme alespoň některé z nich.
 

Adaptivní regulace

 
Základem adaptivní regulace je analýza (identifikace) parametrů regulované soustavy prováděná za provozu. Z jejích výsledků vychází výpočet parametrů regulátoru a nových regulačních zásahů. Dnes jsou nejrůznější „samonastavitelné“ adaptivní regulátory součástí většiny velkých řídicích systémů procesů, ale i množství různých automaticky řízených jednoúčelových zařízení v mnoha oborech. Uplatní se všude tam, kde se s časem mění charakteristiky regulovaných soustav, např. při opotřebení výrobního zařízení, změnách složení surovin nebo změnách pracovních režimů. Adaptivní regulátory přispěly především ke zvýšení kvality regulace, obecně ke zmenšení regulačních odchylek a zlepšení dynamiky systémů.
 

Algoritmy využívající fuzzy logiku

 
Na počátku vývoje fuzzy logiky byla snaha přiblížit automatické řízení tomu, jak by procesy řídil člověk. Využívají se k tomu fuzzy (neostře) definované soubory stavů a pravidla řízení (např. „je-li velká teplota, je třeba hodně zmenšit přívod paliva“). Je tak možné řídit jednoduché systémy od digitálních fotoaparátů až po automatické pračky, ale i složité soustavy s mnoha řízenými a řídicími veličinami.
 

Neuronové sítě

 
Rozvoj a dostupnost výpočetní techniky umožnily v praxi využít matematické postupy napodobující procesy učení. Tyto postupy, využívající tzv. neuronové sítě, představují pro řízení mnoha typů regulovaných soustav, zvláště těch složitých, kvalitativní skok vpřed.
 

Pokročilé metody řízení procesů v praxi

 
Moderní řídicí systémy procesů často kombinují uvedené metody APC s dalšími nástroji užité matematiky. Jak vypadá využití těchto metod v praxi a k jakým výsledkům vede, ukazují dva následující příklady.
 

Expert Optimizer EO

Tento systém APC firmy ABB byl původně vyvíjen a používán jako nástroj, který měl za úkol převést znalosti cementářských expertů s řízením rotačních pecí do obecných algoritmů, a umožnit tak jejich automatické řízení. Jeho úspěch umožnil další postupný vývoj. Současný Expert Optimizer EO je nástroj využívající všechny uvedené metody APC a mnohé další (obr. 1). Kromě nejnovějších metod APC je význačným rysem tohoto systému jednoduché grafické rozhraní, které využívá ABB System 800xA. Jen to totiž dovolilo úspěšně použít Expert Optimizer EO k řízení mnoha dalších technických zařízení, od technologie pro snižování emisí v energetice, přes flotační čištění rudy až po výrobu papíru. Postup práce je stejně snadný jako práce s textovým nebo tabulkovým procesorem. Expert na příslušnou technologii nemusí být expertem v teorii řízení ani nemusí detailně znát jádro systému. Musí pouze respektovat zásady, jak v systému Expert Optimizer EO vytvářet a používat řídicí strategie.
 
Výsledkem je nyní víc než 300 instalací systému Expert Optimizer EO po celém světě.
 

Plant-wide Disturbance Analysis

Plant-wide Disturbance Analysis (PDA, česky analýza výrobních odchylek) je nástroj, který rozšiřuje možnosti použití komerčně nabízeného produktu LPM (Loop Performance Manager), používaného k řízení kvality a optimalizaci regulačních smyček v mnoha chemických a petrochemických společnostech. Jak PDA pracuje, je zřejmé z obr. 2, který ukazuje část výrobního zařízení se dvěma destilačními kolonami. I přes veškerou snahu expertů se ve výrobě nedařilo nacházet zdroj oscilací regulovaných veličin s periodou přibližně 68 min. Pomocí PDA se podařilo příčinu poměrně rychle najít. Příčina všech oscilací byla diagnostikována v regulaci polohy hladiny v dekantéru LC2. To bylo poté i experimentálně potvrzeno – při změně parametrů regulace hladiny se výrazně změnila frekvence oscilací. Podařilo se nejen dojít k základní příčině problému, kterou byla hystereze ventilu regulační smyčky LC2, ale bylo i objeveno a opraveno další problematické místo systému, a to regulace průtoku destilátu z první kolony FC2.

Závěr

 
Zajímavých příkladů využití metod APC by bylo možné uvést ještě mnoho. Jsou pozoruhodné jak z odborného hlediska využitím velmi progresivních postupů vyvinutých v teorii řízení, tak z hlediska ekonomického rychlou návratností nákladů, která se obvykle pohybuje v řádu jednotek měsíců. Spojení výsledků současných matematických teorií a moderní výpočetní a řídicí techniky zavádí metody APC do stále dalších oblastí průmyslu a dále zlevňuje a usnadňuje jejich použití. Použitímjednotného integrovaného rozhraní řídicího systému ABB System 800xA se výrazně zjednodušuje a urychluje jejich použití v praxi.
Jiří Unčovský, ABB s. r. o.
 
 
Obr. 1. Expert Optimizer EO
Obr. 2. Využití Plant-wide Disturbance Analysis