Управление с предсказване

Управление с предсказване, изпреварващо управление, моделно базирано управление или предуправление са различни наименования на алтернативата на регулирането с обратна връзка. Възможността да се реализира такова управление се основава на наличието на достатъчно точен модел на процеса, даващ възможност да се предсказва неговото поведение. По този начин става възможно решаването на две задачи:

Този подход е известен отдавна и по-голямата част от съответстващия му математически апарат не е от вчера. Но едва през 90-те години на миналия век с приложението на цифровите системи, базирани на реализацията му, предсказващото управление получи по-широко разпространение. Наименованието, което най-вече се използва е "изпреварващо управление с оптимизация в реално време" (Advance Process Control/ Real Time Optimization) или наложилата се в практиката абревиатура APC/RTO. Терминът обхваща програмни пакети, които се вграждат в цифровите системи и на практика управляват процеса, докато операторът управлява модела, като определя критерия и ограниченията. Вече има достатъчно реализирани подобни системи, за да може да се направи категорично заключение за тяхната огромна ефективност. Неслучайно над 70% от инсталациите каталитичен крекинг в света се управляват по този начин.

Honeywell предлга комплекс от програмни пакети за APC/RTO под търговското наименование Profit Suit, включително:

Profit Sensor - софтуерен пакет за анализ на данни и моделиране на взаимовръзките (корелацията) между променливите на процеса. Моделът може да бъде линеен или нелинеен. Прилагат се различни математически методи (невронни мрежи (NN), обикновенни или частни квадратични функции (OLS/PLS), робастни регресии (RR)), интегрирани в eдинен пакет. Предлага се off line и on line версия, като последната е в основата на APC/RTO.

Profit Controler - пакет, реализиращ опималното управление, прилагайки методология, която Honeywell е патентовал под наименованието "Робастно многопроменливо изпреварващо управление" (Robust Multivariable Predictive Control Technology - RMPCT). Пакетът се сътои от три основни модула - събиране и анализ на данните, идентификация на модела, регулиране. Основният метод използван за регулирането е алгоритъм за параметрично регулиране (Range Control Algorithm - RCA), който именно позволява многоканалното управление (Multi Input/ Multi Output- MIMO).

Profit Loop е частен случай на Profit Controler за оптимален регулатор с един вход и един изход. Приложението му е особено ефективно при обекти с голямо времезакъснение. Пакетът е стандартно интегриран в контролера С200. Profit PID - използвайки математическия апарат на Profit Suit се определят оптималните параметри на обикновен регулатор.

Profit Optimizer - пакет, който осигурява глобалната оптимизация на комплекс от свързани процеси. Обикновено се използват икономически критерии и се прилагат алгоритми за динамично квадратично програмиране. Пакетът не само определя оптималните параметри на процеса, но и оптималната траектория, по която да се достигнат тези параметри, функционалност която не се предлага от други пакети на пазара.

ProfitMax - осигурява координирането на работата на производствен комплекс от много процеси с оптимално управление.

Наличието на подходящи пакети е необходимо, но съвсем не достатъчно условие за реализацията на проект по APC/RTO. Необходим е достатъчен инженерен опит - реализацията на APC/RTO е колкото наука, толкова и изкуство. То се проявява основно при структурирането на модела, постановката на експерименталното събиране на данни за идентификация на модела. Honeywell има доказан капацитет и опит за реализацията на такива проекти и е безспорен световен лидер в APC/RTO. Компанията прилага следните фази на проектиране и внедряване на APC/RTO - проучване и оценка на потенциалния ефект, идеен проект и потвърждаване на ефекта, инсталиране на софтуера за изчисляване на неизмерваните променливи, настройване на базисните регулатори, провеждане на тестовете (Step Test), идентификация на модела, работен проект и Off-line тест, инсталация и предаване в експоатация и експлоатационни изпитания.

APC/RTO работи автоматично, както ПИД регулатор, но и също както него изисква периодична настройка. Honeywell предлага Profit Guardnarship Program - програма за поддържане и развитие на внедрените от компанията APC/RTO. Програмата осигурява редовно обновяване на софтуера, консултации, периодичен преглед и настройка.

За разлика от традиционния подход при използване на разширени средства за управление, където внедряването и експлоатацията изискват специализирани познания и ресурси, при интегрираните в системата за управление инструменти отпада нуждата от допълнителни средства и време за внедряване. Елиминира се изграждането на допълнителна система и всички свързани с нея дейности по конфигуриране на база данни, програмиране настройки, пуск и т.н. Инструментите за управление на индустриални процеси с предсказване, представляват интегрална част от набора разширени средства за управление DeltaV Advanced Control Suite на цифровата система за управление DeltaV на Emerson Process Management.

DeltaV Predict и DeltaV PredictPro използват възможностите на динамичното матрично управление за решаване на задачи за управление на многосвързани обекти или на силно динамични процеси. Интегрирането на DeltaV Predict и DeltaV PredictPro в системата за управление DeltaV, позволява използването на предварително подготвени модули и функционални блокове за бързо и лесно конфигуриране, проверка, тестване и внедряване на алгоритмите за управление. Тези мощни инструменти за управление могат да бъдат използвани и със съществуващи системи за управление чрез серийна или OPC връзка.

DeltaV Predict предлага един напълно нов подход при внедряването на алгоритми за управление с предсказване. Използването на стандартен функционален блок, който се изпълнява в контролера на системата, позволява внедряването на алгоритмите за управление с предсказване да става по-лесно в сравнение с използването на класически ПИД алгоритми. При изграждане и дефиниране на контурите за управление се използват стандартните инструменти на DeltaV Control Studio. Тестването на обекта с цел определяне на динамичните му характеристики става напълно автоматично. Допълнително предимство е възможността за резервиране на стратегиите за управление, чрез използването на резервирани контролери.

DeltaV PredictPro разширява възможностите на DeltaV Predict позволявайки използването на значително по-сложен алгоритъм и по-големи динамични матрици за управление, следене на състоянието на входовете, симулация и вградена LP оптимизация. Използваните матрици могат да управляват до 80 изходни променливи следейки до 40 входни параметъра. Една матрица с размер 40х80 може да управлява сложни и големи инсталации или да обедини в един алгоритъм за управление няколко такива. Експертите по управление с предсказване имат възможност да използват различни допълнителни инструменти и функции, като редактиране на реакцията на алгоритъма за управление при стъпаловидно входно въздействие, създаване на приоритети, възможността за копиране на характеристики между различни модели и др.

Интегрираната архитектура (IA) на Rockwell Automation обединява огромен набор от предварително интегрирани компоненти и системи, разработени с цел управление на процесите в съвременните предприятия от целия обхват на индустриалното производство. Тя включва Logix контролери, NetLinx отворени индустриални мрежи, интегрирани сервозадвижвания Kinetix, ViewAnyWare платформи за визуализация, интелигентен Motor Control (MCC) и мощен набор от софтуерни инструменти, като RSBizWare Batch, RSBizWare Historian и RSLoop Optimizer.

Управлението с предсказване се базира на клас алгоритми, пресмятащи последователност/процедура на настройка на контролираните променливи с цел оптимизация на бъдещото поведение на процеса или производството в даден завод. Следователно, естествено стигаме до извода, че за реализацията на подобно управление е необходим максимален брой данни в реално време за стойностите и трендовете на входните и изходни променливи, участващи в процеса. След което се прави преценка на степента на въздейсвие на входните задания, базирани на анализ и оценка на обратните връзки, от изходните процесни променливи. Целият огромен обем от информация може лесно да бъде обработен, систематизиран и да се вземе оптимално решение за въздействие чрез информационно ориентираната Интегрирана архитектура (IA) на Rockwell Automation.

Чрез мощните софтуерни пакети RSBizWare Batch, RSBizWare Historian могат да се създават модели на управление с предсказване позволяващи:

Софтуерният пакет RSLoop Optimizer е изключително мощно средство за оптимизиране на управлението. Интуитивната развойна среда автоматично генерира модел на процеса и управляваните регулатори, позволявайки да се анализират и симулират текущите работни условия. Улавяйки динамиката на процеса RSLoop Optimizer диагностицира възможните предпоставки за разбалансиране на управлението и предлага оптимални стойности на параметрите, константите и филтрите. Въздействието на новите стойности може да бъде тествано и сравнено с текущите параметри, да бъде направена прогноза за реакцията и оптимизацията на управлявания процес и едва тогава те да бъдат въведени онлайн. С RSLoop Optimizer могат да се реализират нелинейни модели на управление с пресказване; адаптивни самонастройващи се модели на управление с пресказване; оценка за надеждност и стабилност на модела; оптимизационни изчисления с цел намаляване девиацията на параметрите на процеса, както и оценка на въздействието при каскадни регулатори и на косвеното въздействие между паралелно работещи такива.

Всички тези функции за реализиране на модел на управление с предсказване - точки на установяване, зони и траектории на процеса, филтри и др. - ще бъдат стандартизирани и заложени в бъдещите процес контролери на Rockwell Automation. По този начин идеологията на Интегрираната архитектура (IA) на Rockwell Automation ще допринесе за: