PROGNOS vuosiseminaari Kymenlaakson ammattikorkeakoulu Lappeenrannan teknillinen yliopisto Vaativien säätösovellusten käyttövarmuus automaation elinkaarimallin näkökulmasta Tampere Teemat Vaativat säätösovellukset Säätösovellusten käyttövarmuus Käyttövarmuus automaatiojärjestelmien elinkaaren aikana Vaativat säätösovellukset Monikerroksisuus kaskadirakenteet Monimuuttujaisuus monta ohjattavaa ja säädettävää suuretta Laskenta-algoritmien monimutkaisuus malliprediktiivisyys (MPC) optimointilaskenta Läpinäkymättömyys black box Konesäiliö Viirakaivo Pyörrepuhdistus Ilmanpoistin Painesihdit Perälaatikko Viiraosa Puristusosa Kuivatusosa Mittapalkki Rullain Alasäädin 1 FIC-101 Asetusarvot: Alasäädin 2 1. Kuivamassa FIC-102 2. Tuhka 3. Kosteus 4. Koneen nopeus Ylätason monimuuttujasäädin Mitattava suure: Malliprediktiivinen 4. Koneen optimointilaskenta-algoritmi nopeus Alasäädin 4 SIC-104 Alasäädin 3 Mitattavat PIC-103 suureet: 1. Kuivamassa 2. Tuhka 3. Kosteus Kymenlaakson ammattikorkeakoulu 1
Säätösovelluksen käyttövarmuus Toimintavarmuus tarkoittaa sovelluksen kykyä suorittaa vaaditut säätö- ja ohjaustoiminnat. Kunnossapidettävyys liittyy sovelluksen kykyyn pysyä säätökykyisenä tai palautua säätökykyiseksi. Kunnossapitovarmuus riippuu kunnossapitoorganisaation ylläpito- ja kehittämiskyvystä. Palvelun laatu ja varmuus Toimintavarmuus Suorituskyky Kunnossapitovarmuus Käyttövarmuus Kunnossapidettävyys Säätösovellusten käyttövarmuuteen vaikuttavia tekijöitä 1. Prosessilaitteiston toiminta 2. Automaatioon liittyvien laitteiden ja ohjelmistojen toiminta mittalaitteiden toiminta ja signaalinkäsittely toimilaitteiden toiminta säätöpiirin hitaus (aikavakio) miten nopeasti muutokseen pystytään reagoimaan vaimennettaville häiriöille ylärajataajuus (kaistanleveys) säätöalgoritmin toiminta 3. Henkilöstön osaaminen operointi, kunnossapito, kehitys Säätösovellusten käyttövarmuus automaation elinkaaren aikana MÄÄRITTELY SUUNNITTELU TOTEUTUS ASENNUS TOIMINNALLINEN TESTAUS KELPOISTUS TUOTANTO Kymenlaakson ammattikorkeakoulu 2
Perusta määrittelyvaiheesta Esisuunnittelu automaatiokohteen tarkka kuvaus suunnittelun alkamista varten käyttäjävaatimukset (tilaaja) mitä automaatiojärjestelmältä edellytetään suunnittelu-, ohjelmointi- ja testaustavat kehittämismahdollisuudet elinkaaren aikana Perussuunnittelu toiminnallinen kuvaus (toimittaja) kuvaus järjestelmästä käyttöliittymineen ja toimintoineen projekti- ja laatusuunnitelma selvityksiin varattava riittävästi aikaa toimitussopimus lopuksi Kunnossapidettävyyttä suunnitteluvaiheesta Toteutuksen aloitus järjestelmä- ja kenttäsuunnittelu Piirikohtaiset toimintakuvaukset perusinstrumentoinnin osalta vakiintuneita tarkennukset ajotapapalavereissa Ohjelmiston moduulikuvaukset sovelluksen hahmottaminen vaativien sovellusten dokumentointikäytäntö vaihtelevaa räätälöityjen moduulien kuvaukset suotavia Sovellusten käyttöliittymät visuaalisuus ja käsitteiden yhtenäisyys suorituskyvyn esittäminen Toimintavarmuuden toteaminen toiminnallisessa testauksessa Asennettujen järjestelmien, ohjelmistojen ja kenttäinstrumentoinnin toimivuuden varmistaminen Kylmä- ja kuumatestaus Hyväksymistestaus (System Acceptance Test SAT) toiminnallisen kuvauksen mukaisuus vaativien säätöalgoritmien osalta testaus vakiintumatonta Toistuvuus keskiarvolla, varianssilla ja keskihajonnalla mittalaitteet, toimilaitteet, säätöalgoritmit Kymenlaakson ammattikorkeakoulu 3
Tuotteen laadun toteaminen kelpoitusvaiheessa Automaation tekninen loppukelpoistus Prosessikelpoistus prosessi ja automaatio sekä sillä valmistettavat tuotteet vaatimustenmukaisia Keskiarvo, varianssi σ², keskihajonta σ tulosten tulkinnassa otettava huomioon signaalien esikäsittely (keskiarvoistus, suodatus) paperiteollisuudessa offline-raina-analysoinnin arvot mahdollisia referenssinä 2 σ mv Harris-minimivarianssi-indeksi I H = 2 σ I H Harris-minimivarianssi-indeksi y σ 2 mv teoreettisesti saavutettavissa oleva minimivarianssi todellinen mitattu säädettävän suureen varianssi σ 2 y IAE Suorituskyvyn toteaminen tuotantovaiheessa Asettumisaika Näyttökaaviokuvaesimerkki Kehittäminen tuotantovaiheessa Tehospektrit signaalin tehon jakautuminen eri taajuusalueille jaksolliset ominaisuudet ja värähtely Korrelaatioanalyysi säädettävien suureiden jaksollisuus ja keskinäinen riippuvuus Mallintaminen Prosessin ajo, vuodenajat Prosessiautomaatio Paperikonehäiriöt Raakaaineet Prosessilaitteisto Ajomoodi 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 1 10 2 10 3 10 4 Frequency (Hz) Kymenlaakson ammattikorkeakoulu 4
Säätösovellusten käyttövarmuus automaation elinkaaren aikana MÄÄRITTELY SUUNNITTELU käyttäjävaatimukset toiminnallinen kuvaus piirikohtaiset toimintakuvaukset moduulikuvaukset ja käyttöliittymät TOTEUTUS Factory Acceptance Test FAT tehdastestit, tarkennukset prosessikelpoistuksessa tuotteen laatu: varianssi ASENNUS SAT, suorituskyky: toistuvuus vaativien säätöalgoritmien testaus? TOIMINNALLINEN TESTAUS KELPOISTUS operointi: ajomoodi, IAE, asettumisaika prosessin ja automaation kehittäminen: spektrit TUOTANTO Kiitokset mielenkiinnosta! Kysymyksiä, kommentteja? Kymenlaakson ammattikorkeakoulu 5