KURZUS: Számítógépes folyamatirányítás

MODUL: A rendszer

1.1. lecke: A számítógépes folyamatirányítás szintjei

| Számítógépes folyamatirányításról általában akkor beszélünk, ha a technológiai folyamat irányításában a számítógép közvetve vagy közvetlenül részt vesz. Ez igen tág értelmezés és a későbbiekben le is fogjuk szűkíteni.
Cél: A lecke célja, hogy a tananyag felhasználója
megismerje a technológiai folyamatok irányításának információs hierarchiáját; közelebbről megismerje a technológiai irányítás szintjét és annak rétegződését; megismerje a számítógép lehetséges helyeit a hierarchián belül; megismerje a számítógép és a folyamat kapcsolatának kialakítási formáit; megismerje a real-time működés fogalmát.
Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha
fel tudja vázolni a technológiai folyamatok irányításának informatikai rétegződését; el tudja mondani az egyes szintek jellemzőit (kezelt adatok, tipikus feladatok); képes a real-time működés fogalmát meghatározni, fel tudja vázolni és tudja elemezni a folyamat és a számítógép kapcsolatának lehetséges kialakítási formáit; felsorolni a szabályozó irányítás megvalósításának technikai fokozatait.
Időszükséglet: 1 óra
Kulcsfogalmak:
felügyelői irányítás, sorrendi irányítás - szakaszos technológia, szabályozó irányítás - folytonos technológia, real-time működés, közvetett (kapcsolat), közvetlen (kapcsolat), alapjel-állító irányítás (SPC), közvetlen digitális irányítás (DDC).
A technológiai folyamatok működésének szervezeti kerete a vállalat, a gyár. Ez a keret a kezelt információk szempontjából eléggé élesen két különböző hierarchia-szintre tagolható (1. ábra).
A vállalati hierarchia
1. ábra
A felső szintet a gazdasági irányítás vagy termelésirányítás szintje képviseli. Az itt kezelt információk a vállalati tevékenység egészére, alapvetően annak globális, gazdasági aspektusaira jellemzők. Olyan információk ezek, amelyek a vállalati tervezésre, a piacelemzésre, a beszerzésre, a készletgazdálkodásra, az értékesítésre, a termelésprogramozásra, a pénzügyi helyzetre, a munkaerőgazdálkodásra, stb., stb. vonatkoznak. Ezeket az információkat természetesen általában számítógépek dolgozzák fel, ám ezek a számítógépek szokványos ügyviteli feladatokat látnak el és kevés, vagy semmi közük a technológiai folyamat olajszagú világához.
Biztosan látott már képen, filmekben, régi híradókban erőművi vezénylőtermet. Idézze fel a látottakat, képzelje magát a kezelő (diszpécser) helyébe, és gondolja át, milyen feladatai vannak.
Az alacsonyabb hierarchia-szint a technológiai irányítás szintje. Ezen a szinten a technológiai folyamat működésével közvetlenül kapcsolatos, fizikai információk forgalma zajlik. Ide futnak be a folyamat, illetve a környezet fizikai állapotát jellemző jelek és innen indulnak ki a folyamat állapotát módosító beavatkozások. Ez a szint tovább tagolható bizonyos alszintekre:
A) Felül helyezkedik el a felügyelői irányítás alszintje. Ennek feladatköre megfelel a hagyományos vezénylőtermi funkcióknak. E szinthez az alábbi feladatok kötődnek:
analóg és digitális folyamatjelek mérése és regisztrálása, ellenőrzések, számított mennyiségek képzése, adattárolás és archiválás, adatmegjelenítés, adat- és eseménynaplózás, kezelői beavatkozások, beállítások, munkapontváltások, parancsok kiadása az alacsonyabb szint számára.
B) A felügyelői irányítás szintje alatt helyezkedik el egymás mellett a sorrendi irányítás, valamint a szabályozó irányítás alszintje.
A sorrendi irányítás alszintjén valósul meg a vezérlő rendszerek működtetése (bekapcsolás, kikapcsolás, léptetés, programváltás, stb.). Ez a szint főként az un. szakaszos technológiákra jellemző, ahol a végtermék szerelési lépések sorozatán keresztül, adagokban, darabokban keletkezik A szabályozó irányítás alszintjéhez a szabályozási körök működtetése (vagy működése) kapcsolódik. A szabályozó irányítás főként az un. folytonos technológiákra jellemző, ahol a termék folyamatos átalakulás során képződik. Itt a fő cél a technológiai működés folyamatosságának fenntartása, bizonyos állapotjelzők állandóságának biztosítása, így a jellemző irányítási mód a szabályozás.
Szűkebb, de igazibb értelemben akkor beszélünk számítógépes folyamatirányításról, ha a számítógép a technológiai irányítási szint valamely alszintjén helyezkedik el, vagyis az ott megjelenő információkat dolgozza fel, illetve az ott jelentkező feladatokat látja el.
A hierarchia-szintek és az elvégzendő feladatok jellemzői között bizonyos összefüggés észlelhető. Általában az egyre magasabb szinteken egyre kevesebb a rutin-jellegű, periodikus feladat (vagy hosszabbak a periódusidők), egyedibb feldolgozási igények jelennek meg, egyre nagyobb a kezelt adathalmaz és egyre nagyobb horderejű döntések születnek.
Egészen a közelmúltig általában a felügyelői irányítási szint számítógépesítése volt a jellemző. Ennek fő oka az, hogy a hagyományos vezénylőtermi irányítás infrastruktúrája, műszerbázisa már ki volt építve, így a számítógép ennek szerepét könnyebben vehette át. Újabban azonban egyre inkább megfigyelhető, hogy a számítógép alsóbb szinten is megjelenik és a sorrendi irányítás, valamint a szabályozó irányítás feladatkörét is átveszi (részben vagy egészében kiszorítva a hagyományos vezérlő és szabályozó berendezéseket).
Akárhol helyezkedik is el a számítógép a folyamatirányítás hierarchikus rendszerében, real-time működésűnek kell lennie. Ez mindennél fontosabb, alapvető követelmény:
Akkor mondjuk, hogy egy rendszer real-time (valós idejű) működésű, ha az érzékelt adatok alapján meghozott döntés eredményeképpen létrejövő beavatkozás még időszerű (vagyis hatásos).
(Ha egy számítógép a mai adatok alapján a holnapi napra vonatkozó időjárási prognózist csak holnaputánra számítja ki, akkor nem real-time működésű, mert csak holnapután dönthetünk arról, hogy holnap vigyünk-e esernyőt.) A rel-time jelleg relatív fogalom. Nem egyszerűen gyors működést jelent, hanem elég gyorsat (olyant, hogy a folyamat változásainak és a számítógép feldolgozási műveleteinek időléptéke azonos legyen).
A számítógép és a folyamat jelkapcsolatának jellege (szorossága) szerint közvetett (off-line), illetve közvetlen (on-line) kapcsolatról szokás beszélni (2. ábra).
Folyamat-számítógép kapcsolat
2. ábra
Közvetett (off-line) működés esetén mind a folyamat érzékelői (É) és a számítógép bemenetei (I), mind a számítógép kimenetei (O) és a folyamat beavatkozó szervei (B) között kezelőszemély (K) tart kapcsolatot. A kezelő leolvassa a folyamatjelek műszerrel mért értékeit, az adatokat valamilyen hagyományos géptermi periféria segítségével beviszi a számítógépbe. A számítógép előállítja a beavatkozási utasításokat, amelyeket szintén valamilyen hagyományos periférián közöl a kezelővel, aki ennek megfelelően működteti a beavatkozó szerveket.
Ha a számítógép és a folyamat között legalább egy irányban közvetlen kapcsolat van on-line működésről beszélünk. A csak egy irányú közvetlen kapcsolatot (on-line open loop) általában az érzékelő ágban szokták kialakítani. Itt a számítógép speciális input perifériákon keresztül kapja az információt, míg a "veszélyesebbnek" tekintett beavatkozási művelet végrehajtása továbbra is a kezelőszemély feladata (és felelőssége). Ha a beavatkozó ág is közvetlenné válik és a számítógép speciális output perifériákon keresztül maga végzi a beavatkozást, zárt hurkú közvetlen kapcsolatról (on-line closed loop) beszélünk. Napjaink számítógépes folyamatirányító rendszereire egyre inkább ez a kialakítás jellemző. A kezelő személy tehát folyamatosan kiszorul az irányítási láncból, egyre inkább csak szemlélővé válik, feladata arra korlátozódik, hogy felügyelje a működés zavartalanságát, észlelje az esetleges meghibásodásokat és - némi malíciózus túlzással - üzemzavar vagy katasztrófa esetén legyen kit lecsukni.
A kezelő szerepének eme rohamos csökkenése egyébként teljesen érthető, ha arra gondolunk, hogy az idők során a számítógépek és egyéb berendezések megbízhatósága rohamosan nőtt, és mára a korábban oly megbízhatónak tűnő ember vált a rendszer legkevésbé megbízható elemévé, legfőbb veszélyforrásává.
A perifériára szorult kezelőt a kezelő helyére került periféria pótolja...
A számítógép és a folyamat kapcsolatának egyre szorosabbra fűződését, majd közvetlenné válását egy új perifériacsalád megszületése és kifejlődése kísérte. Az un. folyamatperifériákról van szó, amelyek különböznek minden más addigi perifériától, és amelyek input és output irányban egyaránt lehetővé teszik a folyamat és a számítógép illesztését (a találkozást).
A szabályozó irányítás alszintjén a közvetlen zárt hurkú üzemmódnak három, egyre szorosabb kapcsolatot képviselő realizációs formája van:
A leglazább kapcsolatot az alapjel-állító irányítás (Set Point Control, SPC) jelenti (3. ábra). Itt a számítógép még nem része a szabályozási körnek, hanem a meglevő hagyományos, analóg szabályozási körök számára ad alapjelet az aktuális igényeknek megfelelően.
SPC
3. ábra
Szorosabb kapcsolatot jelent az a struktúra, melyben a számítógép belép a szabályozási körbe, elvégzi a különbségképzést és a még mindig meglevő analóg szabályozók (jelformálók) számára előállítja a rendelkező jelet (4. ábra). A zárt kör dinamikai profilját meghatározó jelformálás itt még hagyományos eszközökkel (PID-szabályozó) történik.
Közvetlenebb kapcsolat
4. ábra
A legszorosabb kapcsolatot a közvetlen digitális irányítás (Direct Digital Control, DDC) valósítja meg (5. ábra). Itt a számítógép már nem csak a különbségképző, hanem a jelformáló szerv szerepét is átveszi, kiszorítva a hagyományos analóg szabályozókat. A jelformálás többé már nem fizikai eszközökkel, hanem algoritmikus úton, számításokkal valósul meg, a korábbiaknál lényegesen nagyobb lehetőségeket teremtve.
DDC
5. ábra
Megjegyezzük, hogy az érzékelő és a beavatkozó szervek önálló létét a számítógép nem veszélyezteti; ezek mindig is meg fognak maradni, mert feladatukat (folytonos-folyamatos jelekkel való közvetlen kapcsolat) a digitális számítógép nyilvánvalóan nem tudja átvenni.
Lépjen ki a tananyagból! Gondolja át a lecke tartalmát, rekonstruálja a szerkezetét! Vegyen elő egy lapot és írja le a lecke vázlatát! Ne sajnálja az erre fordított időt! Ha gondosan megcsinálja, már majdnem tudja is az anyagot.

| Önellenőrző kérdések
1. Rajzolja fel a termelési folyamat információs hierarchiáját!
2. Az alábbi feladatok közül melyek kötődnek a termelésirányítás szintjéhez?
| készletnyilvántartás
| a technológiai folyamat sémájának megjelenítése
| kezelői beavatkozás
| mérőhelyek aktiválása
| termelésprogramozás (tervszámok előírása)
3. Az alábbi feladatok közül melyek kötődnek a technológiai irányítás szintjéhez?
| eseménynaplózás
| munkapontváltás
| értékesítési adatok archiválása
| tartályban lévő olaj szintjének mérése
| piacelemzés
4. Mondja el saját szavaival a real-time működés fogalmát! Keressen példákat is!
5. Jelölje meg az igaz állításokat!
| Az off-line kapcsolat nem igényel speciális perifériákat.
| Az on-line kapcsolat esetén az ember soha nem vesz részt az irányításban.
| Az ember nem kerülhet ki az irányítási rendszerből, mert ő a rendszer legmegbízhatóbb eleme.
| A zárt hurkú (closed loop) on-line irányításnál a hagyományos vezénylőtermi műszerekre nincs többé szűkség.
| A nyílt hurkú on-line architektúrában a közvetlen kapcsolat csak az érzékelő ágban alakítható ki.
6. Jelölje meg a hamis állításokat!
| Az alapjelállító irányításnál a számítógép nem része a szabályozási huroknak.
| A DDC irányításnál a számítógép csak különbségképzést végez, vagyis rendelkező jelet generál a hagyományos analóg szabályozók számára.
| A DDC irányításban nincsenek analóg szabályozók.
| A DDC irányításnál a számítógép nem része a szabályozási körnek.