Aktuální vydání

celé číslo

07

2018

Hospodárné využívání energií a surovim

Monitorovací systémy životního prostředí

celé číslo

Recenze: Advanced Control Unleashed – Plant Performance Management for Optimum Benefit

číslo 3/2006

Recenze: Advanced Control Unleashed – Plant Performance Management for Optimum Benefit

Blevins, T. L. – McMillan, G. K. – Wojsznis, W. K. – Brown, M. W.: Advanced Control Unleashed – Plant Performance Management for Optimum Benefit. Instrumentation, Systems, and Automation Society (ISA), 2003, 434 stran, cena 89 USD (79 USD pro členy ISA). ISBN 1-55617-815-8.

Anglický výraz „advanced„ se do odborné češtiny překládá špatně. Někdy se používá „pokročilý„, jindy „moderní“. Volný překlad názvu knihy by tak mohl být např. Pokročilé řízení zbavené tajemství. Zní sice poněkud netechnicky, ale po přečtení celého svazku asi příhodnější název nenajdeme. Poznamenejme, že termín Advanced Process Control (APC) – tedy moderní způsob řízení procesů – se v knize vyskytuje velmi často. Čtenář proto jistě odpustí, bude-li zkratka APC jako ustálený výraz použita i v této recenzi.

Kniha vznikla na základě mnohaletých, praxí nabytých zkušeností autorů a jejich spolupracovníků. Dva z autorů knihy pracovali mnoho let u firmy Emerson Process Management. Autoři spolupracovali také se světově uznávanými odborníky z univerzit, jako jsou profesoři Karl J. Aström (Universita Lund, Švédsko), Tom Edgar (Texaská univerzita v Austinu, USA), Dale Seborg (Kalifornská univerzita, Santa Barbara, USA) a Tom McAvoy (Marylandská univerzita, USA). Svým dílem přispěli i vývojoví a výzkumní pracovníci firmy Solutia Inc., USA, která se zabývá vývojem a implementací speciálních technologií pro chemický průmysl.

Úvodní stránky knihy obsahují poděkování, představení autorů a předmluvu. Dále je text knihy rozdělen do deseti kapitol, s náplní úvod (4 strany), obecné základy (84), kde a jak aplikovat moderní řízení (30), výkonnost řídicího systému a jeho hodnocení (44), funkce řídicího systému v mimořádných situacích (20), automatické nastavování parametrů regulátorů (56), fuzzy regulace (22), estimátory stavu a odhadování veličin (46), prediktivní regulátory (76) a simulátory a virtuální procesy (26).

Vyjma úvodu se každá kapitola skládá ze tří částí – praktické, aplikační a teoretické – a je zakončena tematickým seznamem použité literatury.

Praktická část vždy začíná přehledem zevrubně popisujícím danou metodu a zároveň sloužícím jako motivace k hlubšímu studiu. Ve druhé sekci praktické části je uvedeno, ve kterých oblastech a jaký okruh problémů daná metoda řeší a kde je vhodné ji použít. Třetí sekce obsahuje vybrané příklady použití.

Aplikační část každé kapitoly je v podstatě jakousi kuchařkou s jasným návodem, jak postupovat při zavádění dané metody APC v praxi. Úvodem obsahuje obecný postup při použití metody, jako seznam kroků, které je nutné udělat a vyvarovat se přitom fatálních chyb. Druhá sekce podrobně uvádí, co vše musí inženýr znát. Všude, kde je to možné, je při výkladu použito blokové schéma. Třetí sekce shrnuje pravidla, kterými je dobré se při zavádění APC v praxi řídit. Poslední sekce je průvodcem softwarem, mocným nástrojem velmi zjednodušujícím postup implementace APC, protože mnoho potřebných informací o řízeném procesu, bez kterých se APC neobejde, lze při použití vhodného softwaru získat automaticky.

Teoretická část kapitolu vždy uzavírá. K jejímu studiu čtenáře značně motivují předcházející praktická a aplikační část. Klasická učebnice APC by zařadila teorii na začátek s tím výsledkem, že inženýra z průmyslu demotivuje svojí složitostí a on takovou knihu odloží a již se nikdy nepokusí APC použít.

Součástí knihy jsou i čtyři užitečné přílohy, z nichž příloha A obsahuje strukturovaný seznam otázek, který pomůže návrháři vyhodnotit situaci a dospět k závěru, zda použití moderních metod, zde myšleno převážně prediktivní regulátorů, bude přínosem. Otázky jsou sestaveny do tematických okruhů: obecné, zvýšení výnosů, snížení spotřeby energie, snížení emisí, snížení výrobních nákladů, snížení nákladů na údržbu, méně požadavků na laboratorní analýzy, zlepšení kvality produktu, méně přepracovávání výsledného produktu, méně odstávek a nových spouštění, zkrácení výrobního cyklu a snížení ostatních investičních nákladů. Příloha B je návodem k uskutečnění přechodu ze šaržové (vsádkové) ke kontinuální výrobě a příloha C obsahuje výkladový slovníček 62 pojmů používaných v knize. V příloze D je seznam dvaceti chyb, kterých se inženýři v praxi nejčastěji dopouštějí při návrhu, instalaci a provozu řídicích systémů (převzatý z časopisu IEEE Control System Magazine).

Knihu uzavírá čtyřstránkový dvousloupcový rejstřík a doplňuje ji CD-ROM s příklady a prezentací v programu PowerPoint. V době psaní recenze recenzent neměl tento CD-ROM k dispozici.

Co to vlastně APC podle autorů je a se kterými metodami kniha čtenáře seznamuje? V knize je APC chápáno především jako způsob efektivního využití informace o řízeném procesu a úloze řízení v maximální možné míře. K tomu je třeba nejdříve umět vyhodnotit chování procesu, a to i v abnormálních situacích. I toto patří k APC. Metody APC zpravidla najdou efektivní uplatnění na nejnižší úrovní řídicího systému. Mohou částečně nahradit chybějící měření, eliminovat i výrazné dopravní zpoždění a nedostatečný odstup signálu od šumu a zaručit delší dobu života řídicího systému. Protože dobré a spolehlivé měření rozhodujících veličin je spolu s citlivými akčními členy základním předpokladem úspěchu každého automatizačního řešení, je této problematice věnována nejobsáhlejší kapitola knihy (obecné základy, kap. 2). Zde jsou diskutovány vliv šumu v měřicím signálu a reprodukovatelnost a opakovatelnost měření a dosti podrobně také charakteristiky vybraných akčních členů. Následují kapitoly pojednávají o vybraných metodách APC: o samonastavování parametrů regulátorů, fuzzy regulátorech, estimátorech stavu se stavovým modelem a modelem postaveným na neuronových sítích, prediktivních regulátorech s modelem a virtuální soustavě.

Lze říci, že téma každé z kapitol knihy by běžně vydalo na samostatnou knihu. V současné době však nikdo nemá dostatek času na to, aby všechny takové knihy prostudoval. Žádá se přehledně psaný stručný výtah nejpodstatnější informace, a tím recenzovaná kniha zcela jistě je. Při čtení je možné kapitoly vynechávat a věnovat se jen tomu, co čtenáře zajímá. V každém případě se ovšem doporučuje seznámit se s kapitolou 2, popisující základní charakteristiky procesů, a kapitolou 3, věnovanou obecnému postupu při implementaci APC.

Po prostudování první třetiny knihy je také zřejmé, komu je celá kniha určena. Cílovým čtenářem je inženýr, manažer nebo projektant řídicích systémů procesů, se kterými se lze setkat především v chemickém průmyslu. Toto je v podstatě jediné omezení, se kterým je třeba při studiu jednotlivých kapitol počítat a neustále si je uvědomovat. Důsledkem omezení se na chemické a jim příbuzné procesy je částečné omezení výběru sledovaných veličin, snímačů, akčních členů i statických a dynamických vlastností řízených systémů. Tím ovšem nechceme říci, že si strojní inženýr zabývající se automatizací z knihy nic neodnese, ale jen to, že mu není primárně určena.

Dále tuto jinak skvělou knihu rozhodně nelze doporučit za vysokoškolskou učebnici. Je stavěna tak, že podle ní základy moderního řízení přednášet nelze. Pokud však bude scházet na pracovním stole inženýra, který má ve výrobním závodě na starost návrh, instalaci, provoz a údržbu řídicích systémů, bude to velká chyba. Každý inženýr s praxí v oboru tento názor po přečtení knihy jistě potvrdí.

Profesor Aström, kapacita v oboru regulace, o knize napsal: „V uplynulých padesáti letech jsme byli svědky dynamického vývoje metod řízení procesů. Bylo vyvinuto mnoho nových metod, které byly ovšem převážně publikovány v knihách určených pro výzkumné pracovníky a inženýry s doktorátem v oboru teorie automatického řízení. Pro provozního inženýra mají takové knihy poměrně malou cenu, protože předpokládají dosti rozsáhlé znalosti zejména aplikované matematiky, která se v nich používá. Takto pojaté knihy jsou v podstatě inženýrskému duchu nepřátelské a odrazují potenciální uživatele nových metod od jejich studia i od případného použití v praxi. To je bezesporu velká škoda, protože se jedná o metody s velkým aplikačním potenciálem a inženýři by je rozhodně měli znát. Většina věcí v praxi fungujících je postavena na jednoduchých principech a nejinak je tomu i v případě moderních metod řízení. Tyto jednoduché principy však zpravidla bývají jakoby utajeny, neboť popis detailů metod, které tyto principy využívají, je komplikovaný. Z tohoto důvodu je velmi žádoucí, aby byly nové metody prezentovány způsobem, který nevyžaduje doktorát v oboru a je přístupný čtenáři na úrovni provozního inženýra. Tato kniha je prvním takovým pokusem.„ S tímto názorem profesora Aströma se lze plně ztotožnit.

Současný stav v oblasti softwaru umožnil vložit mezi složité algoritmy a jejich použití v praxi uživatelsky příjemné rozhraní. Tím se APC posunulo z univerzitních poslucháren blíže k provozním inženýrům a od této chvíle je patrný rychlý růst počtu úloh, v nichž se uplatňují v praxi. Účel a použití APC ovšem byly a stále jsou ve stínu teorie, a stejně jsou koncipovány i učební texty určené pro studenty inženýrského studia na vysokých školách. Aplikačně zaměřené články se zase téměř výhradně věnují popisu určité konkrétní úlohy a výhodám, které zde použití APC přineslo, takže jsou spíše reklamou konzultačních a softwarových firem než inženýrským návodem k použití daných metod. Statí na téma, jak zvolit, navrhnout, konfigurovat a nastavit parametry algoritmů APC, které potřebují inženýři z praxe, bylo napsáno velmi málo. Cílem autorů této knihy bylo zbavit APC mystické roušky a zpřístupnit je široké odborné veřejnosti. Jsem přesvědčen, že se tento cíl podařilo splnit.

Knihu lze snadno objednat přímo u vydavatele na http://www.isa.org (pozn. red.).

doc. Ing. Petr Horáček, CSc.,
ProTyS, a. s., Centrum aplikované kybernetiky, FEL ČVUT v Praze