skripta BAU

Pomorski fakultet u Rijeci, Vinko Tomas: Brodsko automatsko upravljanje.

Uvjeti koritenja Pristupom ovim stranicama prihvatili ste sljedee uvjete. Ukoliko ne prihvaate sljedee uvjete, primite na znanje da Vam nije doputena uporaba ove stranice. Sva prava koja nisu izriito ovdje dana, zadrana su. Reproduciranje, prijenos, distribucija ili spremanje dijela ili cjeline sadraja u bilo kojem obliku prije pisanog doputenja Autora, zabranjeno je, osim u suglasnosti sa slijedeim uvjetima. Autor Vam doputa pregledavanje stranica Brodsko automatsko upravljanje na Vaem raunalu ili ispis kopija izvoda s tih stranica, samo za Vau osobnu uporabu a ne za redistribuciju, osim uz pisanu suglasnost Autora. Uporaba ove stranice i njenog sadraja, doputena je za osobnu, ne-komercijalnu uporabu. Ova stranica i njen sadraj dati su za Vau pogodnost. Sadraj stranica Brodsko automatsko upravljanje dan je na osnovi "kako jeste" i "kako je raspoloivo". Autor ne jami da e ove Web stranice biti neprekinute ili bez greke. Autor pridrava pravo promjene stranica ili povlaenje pristupa njima u svakom trenutku. Autor e biti zahvalan svima koji mu ukau na greke u ovim materijalima ([email protected]).

1


1. UVOD Prouavanje i razvoj raunalnih sustava za upravljanje i nadzor je zahtjevna djelatnost i od onih koji se bave time zahtjeva solidne osnove u matematici i inenjerstvu, intenzivnu uporabu raunalnog softvera i hardvera kao i sposobnost da se uoe i rijee problemi u mnogim podrujima kao na primjer: zrakoplovstvu, pomorstvu, procesnoj industriji pa sve do biologije i ekonomije. Sustavi za nadzor i upravljanje u dananje vrijeme omoguavaju izvravanje i najsloenijih procesa. Pored osnovnih funkcija voenja kao to su regulacija i upravljanje, sustavi za nadzor i upravljanje obavljaju i sloene funkcije optimizacije i adaptacije. Zasnovani su na modernim raunalnim, informatikim i komunikacijskim tehnologijama koje omoguavaju obavljanje nadzora i upravljanje na udaljenim (distribuiranim) procesima te koordinaciju istih unutar cjelokupnog sustava. Raunalni sustav za nadzor i upravljanje ine proces kojim se upravlja i njegova upravljaka oprema ili materijalna oprema te operateri. esto se za raunalne sustave nadzora i upravljanja procesima koriste i nazivi raunalni sustavi procesnog voenja, odnosno krae procesno voenje. Procese obino analiziramo na osnovi njihove ekonomske iskoristivosti, jer to odraava i prave odnose i efikasnost ulaganja. Osnovne funkcije voenja kao naprimjer regulacija zahtijevaju od procesnih raunala rad u realnom vremenu. Rad u realnom vremenu podrazumijeva pribavljanje (akviziciju) podataka iz procesa u tono odreenim vremenskim intervalima te u tono odreenim trenucima davanje izlaznih naredbi izvrnim upravljakim ureajima. Sustavi koji rade u realnom vremenu danas omoguavaju nadzor i upravljanje i najsloenijim tehnolokim procesima kao to su recimo automatsko upravljanje: letjelicama, brodovima ili proizvodnjom elektrine energije u nuklearnoj centrali. Materijalna oprema procesnog voenja obuhvaa ureaje procesne instrumentacije, izvrne upravljake ureaje, procesne kontrolere (zasnovane na raunalnim jedinicama) i komunikacijske naprave, koje povezuju i objedinjuju rad sustava. Oprema procesnog voenja podrava i obavlja razliite funkcije procesnog voenja, poput upravljanja i regulacije, zatite, blokade, nadzora procesa (akvizicija podataka i njihov prikaz), voenje procesa (viehijerarhijsko upravljaje) itd. Projektiranje materijalne opreme zasniva se na funkcijskoj analizi cjelokupnog procesa. No2


cjelokupan proces moe se podijeliti na osnovne procesne jedinice i kontrolnike, koji se projektiraju tako da obavljaju funkcije pojedine osnovne procesne jedinice. Kontrolnici se izrauju za svaki pojedini funkcijski sustav i specifine funkcije procesnog voenja, a komunikacijska oprema im se dodaje radi komunikacije podataka i komandi izmeu kontrolnika. Opa pravila za generiranje signala, prikupljanje podataka, komunikaciju podataka i komandi, izvoenje komandi i procesnih akcija rukovode se obradom podataka. Stoga, svojstva sustava procesnog voenja ovise o efikasnosti obrade podataka u procesnim ureajima i kontrolnicima, o njihovim meuvezama, o ulazno/izlaznim ureajima i koordinaciji rada svih jedinica. Tipian sustav procesnog voenja sastoji se od procesa, procesnog kontrolera i procesnog operatera. Procesi se klasificiraju prema njihovim kriterijima upotrebljivosti. Daju se analitike relacije za neke linearne i nelinearne procese, kako bi se potpomoglo njihovo ugraivanje u vee dijelove sustava. Pri izradi ovoga materijala nastojao sam prikazati tehnologije koje omoguavaju rad u realnom vremenu, naine povezivanja sustava za upravljanje tehnolokim procesima te praktinom primjenom tih sustava na procesima.

Takoer sam elio prikazati povijesni razvoj i perspektive razvoja te prikazati osnovne probleme pri izradi programske aplikacije za rad u realnom vremenu.

3


2. POVIJESNI RAZVOJ AUTOMATIZACIJA BRODA I OEKIVANA POBOLJANJA 2.1. UVOD Meunarodna regulativa sve je sloenija u pogledu sigurnosti plovidbe i smanjivanja utjecaja na morski okoli. Zahtjeva se sigurnost, efikasnost i visoka kvaliteta prijevoza, a za oekivati je da e se ovi zahtjevi u bliskoj budunosti i poveati. Nasuprot ovome, starost brodova, vienacionalna posada, te oekivani manjak kvalificirane posade poveava probleme u eksploataciji i gradnji. Jedno od podruja koje moe znaajnije utjecati na poveanje efikasnosti poslovanja i sigurnosti broda je razvoj novih sustava upravljanja i nadzora koji povezani sa informacijskim sustavima na kopnu (u brodskim kompanijama, proizvoaa opreme, klasifikacijskim zavodima i pomorskih vlasti) poboljavaju funkcije upravljanja brodom u plovidbi i njegovo odravanje te udovoljavaju zahtjevima u pogledu sigurnosti upravljanja i sprijeavanja zagaivanja. Pored toga sustav upravljanja i nadzora mora biti pouzdan i lako upravljiv sustav kao i suelje operaterstroj koji omoguuje korisniku da "vidi to se dogaa", tj. sve vane informacije moraju biti jednoznano prikazane, a rukovanje mora biti jednostavno i uinkovito. Brodogradilita i proizvoai opreme moraju biti ukljueni u izradu takvog sustava, ime bi se omoguila efikasnija razmjena informacija izmeu njih od faze izrade broda pa sve do faze upravljanja u eksploataciji. U ovom poglavlju na temelju prikaza automatizacije brodskih sustava u prethodnom periodu razmatramo poboljanja koja se mogu oekivati u

4


skoroj budunosti. Dosadanji razvoj automatizacije na broda prikazujemo kroz etiri generacije. Razmatramo budua podruja poboljanja sustava upravljanja i nadzora koja e biti najznaajnija za poveanje efikasnosti poslovanja i sigurnosti broda. Da bi poduprli ova razmatranja prikazana su i trenutna kretanja u razvoju komunikacija, sustava, opreme i standarda. Takoer su navedeni utjecaji ovih faktora na brodovlasnika i posadu. 2.2. HISTORIJSKI RAZVOJ Prva generacija automatizacije broda ( 1960-1980) sadri automatizaciju proizvodnje elektrine energije, daljinsko upravljanje glavnog motora, kao i: - Automatska regulacija krugova temperatura, tlakova, razina i drugih veliina - Automatsko nadgledanje i reagiranje u sluaju kvara, tj. automatska zamjena sa ispravnim ureajem - Automatsko voenje dnervnika stroja i registriranje dogaaja Ovu fazu karakterizira relejno upravljanje i analogna regulacija, ne postoji mogunost nadozara cjelokupnog sustava stroja iz jedne kontrolne prostorije, jer postojeim instalacijama (bakrene cijevi) nije bilo mogue prenijeti toliki broj oitavanja (tlak, razina itd.). Koristili su se senzori ija su mjerenja prikazivana mjernim instrumentima u kontrolnoj prostoriji kao vrijednosti struje ili napona. To je bio prvi korak daljinskog pokazivanja. Za posadu je to znailo mnogo ugodniju strau koja se sada provodila u kontrolnoj klimatiziranoj prostoriji.p n l uk nro o p st riji a e o t ln j ro o fu k n ln p k a i t k n cio a i re id i ip e p k ziv oa aKO TRO APRO RIJASTRO U N LN STO JA KLJU JE U - D LJIN A SKOU V PRA LJAN G .STRO JE L JEM , - U VLJAN PO O IMM TO A , PRA JE M N O RIM - PRIN N ALA A , TA JE RM - V JE B D GD EV IKASTRO O EN RO SKO N N JA :

TIP UPRAVLJAKE I REGULACIJSKE OPREME RELEJNO UPRAVLJANJE I ANALOGNA REGULACIJA

:

v nili et senzori

p me u p

Sl.1 Prva generacija automatizacije na brodu ( 1960 - 1980 ) Iako je prva generacija brodske automatizacije dovela do odreenog smanjenja i pojednostavljenja radnih postupaka suelje operater-stroj jo

5


nije bilo na odgovarajuoj razini. Nije postojao uvid u procese jer se suelje operater-stroj sastojao od velikog broja prekidaa, pokazivaa itd.funkcionalni prekidai i tipke

g v i i p d n p n li la n o re e i a epokazivaEkran

Koritenje mikroraunala za : - registracija i prikaz stanja - koritenje grafike - proraun sadraja tankova - upravljanje ventilima i pumpama

Lokalni pokaziva i prilagodba signala

TIP UPRAVLJAKE I REGULACIJSKE OPREME RELEJNO UPRAVLJANJE I DIGITALNA REGULACIJA

:

....ventili senzori

....

pumpe

Sl.2 Druga generacija automatizacije na brodu ( 1980 - 1990 ) Upotreba mikroprocesora je dovela do daljnjeg pojednostavljenja radnih postupaka i pojednostavljenja rada, to je rezultiralo pojavom druge generacije automatizacije na brodu ( 1980- 1990). I dalje imamo relejno upravljanje, a novost je digitalna regulacija i distribuirano prikupljanje informacija. Znaajke ovih inovacija su u poboljanom rukovanju i jednostavnijem mijenjanju parametara i slijeda funkcija, u racinalnijem koritenju sustava postrojenja i viom pouzdanou pri rukovanju. Daljnji korak i posebna prednost ove nove tehnologije je analiza stanja. Ova karakteristika je vana za npr. dijelove motora podlonih habanju. Raunala se takoer koriste u nadzornim sustavima u svrhu izrade prorauna ekonomske efikasnosti i npr. za potrebe analize stanja. Takoer se koriste za izraunavanje vrstoe, stabiliteta, plana ukrcaja tereta, lista posade itd. Upotreba mikroprocesora je dovela do daljnjeg pojednostavljenja radnih postupaka i pojednostavljenja rada, to je rezultiralo pojavom druge generacije automatizacije na brodu ( 1980- 1990). I dalje imamo relejno upravljanje, a novost je digitalna regulacija i distribuirano prikupljanje informacija. Znaajke ovih inovacija su u poboljanom rukovanju i jednostavnijem mijenjanju parametara i slijeda funkcija, u racinalnijem koritenju sustava postrojenja i viom pouzdanou pri rukovanju. Daljnji korak i posebna prednost ove nove tehnologije je analiza stanja. Ova karakteristika je vana za npr. dijelove motora podlonih habanju. Raunala se takoer koriste u nadzornim sustavima u svrhu izrade

6


prorauna ekonomske efikasnosti i npr. za potrebe analize stanja. Takoer se koriste za izraunavanje vrstoe, stabiliteta, plana ukrcaja tereta, lista posade itd.

grafiki prikaz glavna upravljaka konzola ravni displej , funkcionalne dirke i tipkovnica izbor moda radna stanica

Radne stanice omoguavaju -

:

proireni prikaz stanja poboljano suelju operater -stroj poboljano odravanje integracija individualnih sustava u jedinstven sustav - prikupljanje podataka iz procesa

Lokalno upravljanje

...

Tip upravljake i regulacijske opreme Digitaln O UPRAVLJANJEI REGULACIJA

:

...

Karakteristike IV generacije automatizacije : -dijagnostika neispravnosti -kvalitetno grafiko suelje -visoka korisnost sustava -vei memorijski prostor -otvorenost

ventili

....senzori

....

p me u p

Sl.3 Trea generacija automatizacije na brodu ( 1990 - 1995) Do pojave tree generacije automatizacije na brodu ( 1990-1995) dolazi upotrebom modernih radnih stanica ime je dolo do daljnjih znaajnih poboljanja: - Dugorono spremanje podataka. Mogunost dobivanja podataka starih nekoliko dana i ako je potrebno podataka od zadnjih nekoliko tjedana ili mjeseci. - Proireni prikaz stanja. U svrhu omoguavanja pravilne procjene snimljenih novih i starih podataka potreban je moderan prikaz toka - Funkcije odravanja. Memorirani podaci (radni sati, stanja i mjerenja...) i kombinacije podataka mogu korisniku dati preciznu informaciju kada i gdje je potrebno odravanje. - Poboljano suelje operater-stroj. Prvi korisniki grafiki programi su bili vie manje ogranieni na prikaz dijagrama, znai da nije bilo lako upravljati i brzo razumjeti procese. Radne stanice su jednostavane za koritenje i u integraciji a poslije i u eksploataciji. Pomou

7


"trackball"-a funkcijskih tipki na temelju prozoria i grafikog suelja korisnikov rad je jednostavan. Dobro vizualno prikazani procesi mogu se lake nadgledati i upravljati jer korisnik vidi to se u danom trenutku tono dogaa. To poboljava radnu pouzdanost. Radna stanica treba da podrava prilagodljiv prikaz dijagrama takvog procesa. Uobiajeni odabrani podaci procesa se mogu umetnuti u dijagram toka kao vrijednosti ili simboli s biljekom ili oznaeni bojom. Mogunou direktne intervencije u algoritam itav proces postaje daleko laki za razumjevanje i upravljanje. A kako je cijela hijerarhija radnog koncepta jednostavno izgraena korisnik prima sve smjernice potrebne za kontrolu nad procesom. - Integracija individualnih sustava u cjelokupni sustav. Sredstvima serijskih prikljuaka, individualni sustavi kao separator, teret, klima itd. se integriraju u cjelokupni sustav tako da mogu biti daljinski upravljani i nadgledani sa radne stanice. Slijedea prednost je u dodatnoj lakoi daljinskog upravljanja sustavima jer su podaci iz ovih sustava takoer dostupni kao rezultat intergacije, to znai da se mogu koristiti i za odravanje i slino. "etvrta generacija" razlikuje se od tree generacije, jer je jednostavno 100%-tno integrirano sustavsko rjeenje tree generacije u kojoj se operacije obavljaju iskljuivo na lokalnim monitorima. Zahtjevi na sustav koje mora ispuniti da bi bio dio "etvrte generacije" i koristi koje proizilaze za korisnike: - Visoka kvaliteta proizvoda i visoka korisnost sustava. Neminovnost posebno iz potrebe jer se korisnik mora osloniti na sustav. - Dijagnoza neispravnosti s prirunom help-funkcijom. Neispravnost u sustavu mora biti jednostavno i razumljivo prikazana. Help-funkcija daje korisniku dodatne informacije i omoguava jasne upute za otklanjanje neispravnosti. Tako se izbjegava dugotrajno traenje kvara i vrijeme odravanja je krae. - Jednostavno odravanje zamjenom modula. - Vei memorijski prostor za podatake i procjene. Omoguava bolje analize i produuje interval odravanja - Otvorenost. Otvorenost se odnosi na otvorenu strukturu podataka to omoguuje koritenje podataka iz sustava za upravljanje i nadzor u drugim programima i raunalnim sustavima. - Olakavanje rada dobro izraenim sueljem operater-stroj. Kako se cijela operacija provodi sa radnih stanica jako je vano imati dobro prikazane elemente/komponente procesa/postrojenja. Vrhunsko grafiko suelje sustava upravljanja i nadzora omoguava korisniku

8


da - "moe vidjeti to se dogaa", to rezultira pojednostavljenjem koritenja. 2.3. PODRUJA POBOLJANJA SUSTAVA UPRAVLJANJA U BUDUNOSTI U prethodnom poglavlju prikazane su tehnologije dananjice i impresivno je to ove tehnologije mogu postii. Zato se pitanje namee samo po sebi: koja daljnja poboljanja mogu donijeti sustavi upravljanja i nadzora u budunosti? Podruja poboljanja sustava upravljanja i nadzora na brodu mogu biti: 1. Procjena i iterpretacija podataka koritenjem dijagnostikih i ekspertnih sustava. Procjena dostupnih podataka e biti sredinji zadatak u budunosti. Neophodni dijagnostiki i ekspertni sustavi se mogu instalirati ili unutar sustava za nadzor i upravljanje ili glavnog raunala. Uglavnom ovi bi sustavi trebali pomagati korisniku dajui mu upute za rad. Npr. Black-out:-to treba uiniti? Vatra u strojarnici: to treba uiniti? Rezultat: Pojednostavljenje upravljanja sustavom poveanje sigurnosti i jednostavnije otklanjanje kvara. 2. Inteligentno upravljanje alarmom. Ovaj problem e zasigurno trebati ire promatrati jer postoji mnogo ideja kako ga rijeiti. Inteligentni sustav upravljanja alarmom bi trebao ispuniti barem slijedee uvjete: Ponitavanje alarma koji nisu izvorni (potiskuje one alarme koji su izazvani prethodnim) Identifikacija greaka npr. alarm s uestalim ponavljanjem Kombinacija razliitih alarma u jedan alarm ili jednu obavijest, npr. mjerenje temperature stijenke motora kod linijskog broda s lijeve i desne strane. Alarm se ukljuuje samo kad su preene obje vrijednosti. Inteligentni prikaz alarma na monitoru tako da se stanje broda moe vidjeti trenutno, npr. Jako kritino stanje alarmno Monitor bljeska uputama crveno s

Kritino alarmno stanje Alarm Nevaan alarm

Bljeskajui crveni prozori i upute Crvene upute svijetlee oznake i

Naranaste sjetlee oznake i upute9


Zahtjevi za integriranim mostom. Prikaz svih dijelova sustava i inteligentni pokaziva alarma. Rezultat: Jednostavnije rukovanje.

3. Predvianje perfomansi. Naposlijetku bi sustav sam mogao procijeniti

budui kapacitet rada kao cjeline i na temelju toga pripremiti postupke za rad (ekspertni sustav). Rezultat: Kompletnije upravljanje odravanjem 4. Integrani informacijski sustav brod/kopno. Jedno od podruja koje moe biti znaajno za poveanje efikasnosti poslovanja i sigurnosti broda je razvoj novih sustava voenja u brodskim kompanijama koji su povezani sa informacijskim sustavima brodogradilita, proizvoaa opreme, klasifikacijskih zavoda i pomorskih vlasti. Ovo nalae poboljanja u sljedeim podrujima: Koritenje informacija - Razvoj sustava koji e dati efikasniji pristup i efikasnije koritenje informacija. Pored toga treba razvijati nove sustave potpore sustavima voenja koji e biti osnova za stvaranje eksploataciji prilagodljivih sustava. Organizacije, popunjavanja i uvjebavanja Razvijanje operativnih strategija i tipova organizacija koje e uzeti u obzir postojee sposobnosti osoblja u nekoj organizaciji i razviti djelotvorne programe uvjebavanja, procjenjivanja osposobljenosti i novih naina suradnje s vanjskim partnerima. Potpora proizvoaa opreme Potrebno je uspostaviti komunikacijske kanale izmeu proizvoaa opreme, servisa i korisnika u cilju breg i efikasnijeg otklanjanja zastoja i tako uiniti poslovanje jo efikasnijim Klasifikacijski zavodi i vlasti - Zahtjevi za uvoenje efikasnijih pregleda i sustava izvjetavanja te smanjenje inspekcijskih zahtjeva uvjetuje potrebu za elektronskom dokumentacijom broda, kvalitete i raspoloivosti opreme. Potrebno je odrediti kriterije za stanje strojeva, opreme i trupa broda. Dokumentaciju e koristiti vlasti, klasifikacijski zavodi i brodovlasnici kako bi mogli procjeniti stanje broda prema prihvaenim kriterijima. Informacijsko modeliranje - Cilj je razviti informacijske i komunikacijske sustave te potporu sustavima voenja. Ovo podruje bi trebalo biti osnovna potpora drugim podrujima za razvoj sustava i organizacijskih struktura. Standardi - Meunarodni standardi su vani za jaanje upotrebe ovakvih sustava. Zato je potrebno uspostavljanje standarda razmjene, uvanja i prikazivanja informacija u razliitim odjeljenjima brodarskih kompanija, proizvoaa, klasifikacijskih

10


zavoda i vlasti. Novi satelitski komunikacijski sustavi omoguiti e, uz nie trokove, bru razmjenu najbitnijih informacija. To e biti osnova za bolje voenje na brodu i u uredu brodovlasnika u/bez suradnji s isporuiteljima opreme i klasifikacijskim zavodima.

sustav izvjetav. CS Fd s

elektronske karte

procjena perfomansi 111-1% % 12%

program odravanja

Bk o m d o pproraun tereta detekcija poara

r o bu r a s o b

d- v o o v l a e s n n j e i k r o d an v l j e a i z a p b i k a a nc b pj e v o i j e r o r o la s t d o g r a d i z . o p r e s t i a l i

Adm. mreabaza podataka

o

Interfejs Alarm

MITS- mrea sustava

r a d n e e r f o m r g a n

n

s

e k a

Int.nav. sustav

upravlj./ nadzor

praenje uvjeta

upravlj. balastom

o

a z a c i j a o d a t a

A

S

A

S

A

S

A

S

A

S A

S

S A

S

A

S

A

S

A

A

S

A

S

Instrument. mrea

A - aktuator S - senzor

Slika 4. Integrirani automatski sustav/Informacijski sustav brod-kopno 5. Planiranje i izvoenje postupka koji se tie odravanja. Planiranje i izvoenje postupka koji se tie odravanja isto kao i zalihe rezervnih dijelova i njihovo naruivanje, mogu biti podrani raznim softverskim paketima koje su razvili razni proizvoai softvera ukljuujui i proizvoae brodske opreme te proizvoae strojeva. Ovi paketi obino sadre: sustav nadzora radnog stanja, sustav dijagnosticiranja kvarova, sustav voenja odravanja i sustav za prijenos podataka. Prednost upotrebe ovakvih sustava (razvijenih od strane proizvoaa opreme) je to prenose iskustvo i znanje proizvoaa u otkrivanju i otklanjanju kvarova. Nedostatak sustava za voenje odravanja koje nudi proizvoa je taj da su bar danas takvi sustavi esto nefleksibilni glede postupaka pri odravanju [4]. Jo jedan nedostatak je u koliini struktuiranih informacija sadranih u jednom takvom sustavu, to neminovno vodi do nezgrapnih zakljuaka koje je teko shvatiti i upotrijebiti. Meutim, nesumljivo je tono da takvo odravanje bazirano na raunalnim sustavima pomae poboljanju raspoloivosti smanjivanjem MTTR-a i glavnog vremena preventivnog odravanja. Raunalni sustavi nemogu pokriti sve aspekte glede korektivnog odravanja, iznenedne kvarove i indirektne posljedice. Nadalje sva brodska oprema nije pokrivena sustavom baziranim na raunalnom nadzoru, a ak iako je, takvi sustavi su esto nekompatibilni i nisu integrirani u jedan sustav. Kao rezultat toga na brodu e se dogaati

11


izvanredne i opasne situacije koje su povezane sa kvarovima opreme koji se ne mogu rijeiti na vrijeme sa gore spomenutim raunalnim sustavima ili prirunicima te prijanjim iskustvom. Openito, i kod starih i kod novih brodova, sa malo ili visoko automatiziranim sustavima, takve situacije e nastajati kada posada nema odgovarajue iskustvo ili podrku na brodu da rijei odreeni problem bez pomoi izvana. Zadatak takve daljinske tehnike potpore je da skrati vrijeme do obnove (MTTR) kod iznenadnih kvarova. Dijagnosticiranje kvarova i osnovno voenje procesa obnavljanja se vodi od strane strunjaka na mjestu dogaaja uz upotrebu vizuelnih i zvunih informacija te podataka mjerenja. Kod daljinske tehnike potpore informacije se moraju izmjeniti izmeu mjesta dogaaja i udaljenog mjesta. Da bi se prikazala situacija na mjestu dogaaja potreban je prijenos informacija, zvuka i video podataka putem telekomunikacija. Prijenos zvuka, mirnih i pokretnih slika, raunalnih podataka i visoko kvalitetnih audio signala omoguuje multi medija telekonferencije i raunalno meudjelovanje izmeu dva mjesta. Takav sustav doputa osim daljinske potpore i rutinski daljinski nadzor, daljinske procjene napretka i veliine tete. Meutim, prijenos ovakvih podataka, osobito digitalnih pokretnih slika, postavlja ozbiljne zahtjeve na komunikacijski lanac posebno glede irine pojasa. Velika irina pojasa kod pomorskih komunikacija je ovisna o satelitskim vezama.2.4. IMBENICI KOJI DOPRINOSE RAZVOJU I NJIHOV UTJECAJ

Dakle na pitanje to sustav za nadzor i upravljanje moe ponuditi danas i u budunosti je uvelike odgovoreno. Da bi poduprli sve do sada reeno ne smijemo zaboraviti prikazati imbenike iji razvoj pridonosi ostvarenju gore navedenih ciljeva.2.4. 1. Sustavi

Danas se tei prema individualizaciji, malim automatskim sustavima koji se onda integriraju u cjelokupni sustav npr. integrirani generatori, integrirani separatori, integrirani kotlovi itd. Proizvoai ovih sustava usavravaju/poboljavaju svoje sustave i tako pomau stvaranju veeg broja kvalitetnih informacija. Na kraju e ovi sustavi imati uniformirane hardverske module koji e biti programirani razliitim softverom (standard IEC 1131). To e omoguiti ispunjenje elje brodskih kompanija za unificiranim hardverom na brodu (to je vie mogue) radi pojednostavljivanja odravanja i skladitenja rezervnih dijelova. Sve se vie koriste standardne komunikacijske veze izmeu aktuatora (pokreta) i senzora jer njihova upotreba smanjuje trokove. Standardne komunikacijske veze zbog jednostavne strukture garantiraju laku instalaciju, zatim kroz isti kabel prenosi se i napajanje i podaci ime

12


smanjujemo trokove materijala i instalacije, zatim mogu je brz i jednostavan pregled. Koritenje ove tehnologije e pruiti dodatne informacije. Daljnje pogodnosti za korisnika su: jednostavne strukture garantiraju jednostavno rukovanje, poveanje radne pouzdanosti radi stalne kontrole. Inmarsat je trenutno najvei satelitski sustav s globalnom pokrivenou i do nedavno je praktiki bio jedini (18 tisua instaliranih brodskih terminala). Ovaj sustav standardno podrava zvuk, fax, telex i prijenos podataka. Konkurencija u cijeni izmeu raznih CES-a (Coast Earth Station) unutar Inmarsat sustava (A, B, C, M) i postojanje alternativnih satelitskih opcija kao to su American Mobile Satellite Corporation satelit i Intelsat-ovi sateliti, doprinijela je da cijene telekomunikacija ostanu u razumnim granicama sa trendom sniavanja. Inmarsat A je analogni sustav komunikacije pa ne omoguava vee brzine prijenosa podataka kao Inmarsat B koji je digitalni sustav. Inmarsat M (mobile) sustav se uglavnom ne koristi u pomorstvu a po brzinama prijenosa je sporiji od B sustava. Inmarsat C nudi najjeftiniju komunikaciju preko satelita ali omoguava samo slanje teleksa i elektronske pote. Za veinu brodskih komunikacija kao to su dnevno slanje izvjetaja o teretu, potrebama za hranom i gorivom, Inmarsat A sustav sa 9.6 Kbit/s je dovoljan. Uz pomo koritenja kvalitetnijih modema i matematikog algoritma za kompresiju podataka koji u sebi ima veina komunikacijskih programa, mogue je postii neto vee brzine te tako smanjiti trajanje veze preko satelita i na taj nain smanjiti trokove komunikacije. Prijenos video signala je najzahtjevnija vrsta komunikacije s obzirom na irinu kanala i brzinu prijenosa. Prijenos digitalnog video signala TV kvalitete zahtjeva brzinu prijenosa veu od 100 Mbit/s. Kako je tako velika brzina preko satelita neostvariva, brzina prijenosa se smanjuje kompresiranjem video signala, pa nam za istu kvalitetu videa treba manja brzina prijenosa. Dobro kompresiran digitalni video zahtjeva od 384-768 kbit/s. Pojavom Inmarsat B sustava i digitalnog prijenosa omoguen je prijenos preko satelita brzinom 64 kbit/s (HSD- High Speed Data ). Prijenos ovom brzinom odvija se samo izmeu broda i zemaljske stanice a do korisnika na kopnu dolazi manjom brzinom osim u sluaju ako je korisnik na kopnu spojen na raunalnu mreu koja takoer omoguava 64 kbit/s. Kako brzina od 64 kbit/s nije u potpunosti dostatna za prijenos digitalnog video signala visoke kvalitete uivo ( on-line), video signal se digitalizira, kompresira te sprema na disk raunala i alje korisniku na kopno brzinom 64 kbit/s, gdje se dekompresira i prikazuje u normalnom obliku. Ako istovremeno aljemo zvuk i sliku u digitalnom obliku, tada zvuk zauzima 16 kbit/s a slika 48 kbit/s. Danas postoje i bre satelitske komunikacije od Inmarsat A i B sustava koje se kreu ak do 2 Mbit/s, ali je njihova

13


isplativost u ovom sluaju upitna (daleko vea cijena opreme i koritenja). Jedan drugi razvojni korak bila bi alternativna zamjena satelitske veze sa dva GSM (mobile cellular telephony ) kanala, jednim za prijenos podataka , a drugi za prijenos glasa (nije mogu prijenos video zapisa jer GSM doputa najvie 9.6 kbit/s. Mogu je prijenos slika snimljenih digitalnom kamerom ili naknadno digitaliziranih sa video kamere). Ovakav sustav moemo koristi za daljinski nadzor popravki koji se obavlja u brodogradilitima tj. u obalnom podruju s GSM pokrivenou. Pored toga u nekim aplikacijama su dovoljne samo slike a ne i video zapisi, a takoer treba uzeti u obzir i 20 puta manje trokove pri prijenosu usporeujui sa satelitskim komunikacijama. Ovakav sustav integriran sa odgovarajuim softverom za podrku moe se takoer koristiti kod pregleda broda.2.4. 2. Meunarodni standardi

Razmjenu podataka izmeu dva sustava i korisniko grafiko suelje znaajno unaprjeuje otvorena struktura sustava s MS WINDOWS. Komunikacijske standardi MITS, PROFIBUS, MODBUS itd. znaajno pojednostavljuju komunikaciju sustava. Meunarodna pomorska organizacija (IMO - International Maritime Organization) sa STCW konvencijom postavila je nove uvjete za sustav uvjebavanja i osposobljavanja pomoraca. To rezultira potrebom razvoja programa uvjebavanja u okviru sustava voenja na kopnu i sustava upravljanja i nadzora na brodu, gdje e svaki lan posade dobiti njemu prilagoeni program uvjebavanja. Kao podproizvod izrade elektronske dokumentacije, proizvoa softvera moe razviti efikasne softverske programe uvjebavanja na raunalima za odreenu opremu. MITS (Maritime Information Technology Standard) je razvijen kao jednostavno i jeftino rjeenje problema povezivanja opreme razliitih proizvoaa u jedinstveni brodski sustav upravljanja. Ostale znaajke su: - to je sigiran, jednostavan i jeftin pristup pomorskim informacijama - to je kompletan alat za integraciju brodskih sustava upravljanja - on je otvoren i neovisan o prodavau - baziran je na standardnim industrijskim komponentama. MITS softver je prenosiv i lako se ugrauje u postojeu ili novu opremu. - MITS softver je ve ugraen u vei broj ureaja i sustava na bazi raunala - podrava ga MITS Forum - MITS je priznat od Meunarodne Elektrotehnike Komisije za standardizaciju (IEC TC80/WG6)

14


- MITS se moe koristiti za izgradnju iroke brodske mree koja objedinjuje veliki broj upravljanih aplikacija. Omoguava razmjenu informacija meu svim tipovima opreme u jednostavnom direktnom obliku. - MITS je razvijen da bi se proirili standardi koji se ve koriste na brodu. Njegova graa omoguuje svakom pojedinom standardu odreeno mjesto u integriranom sustavu. - MITS mrea je cjelokupna brodska razmjena informacija izmeu razliitih aplikacija - Svaka aplikacija kao poarni alarm, kontrola balasta ili stroja ima svoju vlastitu mreu instrumenata koja obuhvaa senzore i aktuatore. Jedan primjer uspostavljenog instrumentnog mrenog standarda je NMEA 0183 za navigaciju. - Veina modernih brodova ima vei broj osobnih raunala za administrativne svrhe koji su integrirani u adminidrativne mree i modemom povezani sa obalom ili drugim brodom. Svojstva MITS-a omoguuje kupcu i konstruktoru integriranog sustava upravljanja da odabere najbolje rjeenje za svaki dio sustava. MITS omoguava da svi dijelovi kompatibilni s MITS mogu meusobno suraivati. to prua MITS sa gledita brodovlasnika i posade broda Brodovlasnici: - Smanjeni trokovi izgradnje sustava. MITS je otvoren i standardiziran. Svaki dio opreme moe koristiti jedan kabel, nevisno o proizvoau. MITS kompatibilni standard moe smanjiti trokove instalacije i pregleda. - Smanjeni trokovi odravanja. MITS potie koritenje uobiajenih komponenti opremi sustava upravljanja. Dolazi do vee kompatibilnosti razliitih proizvoaa i trokovi odravanja se mogu smanjiti. - Poboljana obuka posade. MITS kompatibilni proizvoai surauju u ostvarenju sigurnih i jednostavnih radnih procedura. To pojednostavljuje sustav i poboljava obuenost posade. - Manja ovisnost o dobavljau. MITS osigurava kombiniranje i integriranje opreme razliitih proizvoaa. Takoer je jednostavnija nadgradnja neovisno o proizvoau. - Poveanje kvlitete sustava. Koristi jednu integriranu mreu s manje specijalniih serijskih vodova to smanjuje kompleksnost i ini ga robusnijim - Poveanje ekoloke sigurnosti broda. Bolji sustavi (na bazi komponenti od MITS kompatibilnih proizvoaa) ime se smanjuje

15


vjerojatnost radne greke i opeg otkaza sustava. To pomae smanjenju broja nesrea. - Lanana integracija pomorskog prometa. Upotreba standardne industrijske opreme olakava povezivanje raunala na brodu sa sustavima na kopnu ili drugom brodu. Posada broda: - Stalno suelje operater-stroj. MITS proizvoai su dogovorili osnovne principe za suelje ovjek-stroj. Jednostavniji rad s razliitim vrstama opreme ukljuujui i administrativna raunala. - Manje ekrana. Koristi sandardne industrijske protokole da omogui integriranje funkcija upravljanja veeg broja proizvoaa na jedan ekran.To uvelike moe smanjiti broj monitora na mostu. - Sigurniji brodovi. Stalno suelje operater-stroj i dodane nove funkcije (dijagnostika, simulatori i sl.) smanjuju korisnike greke. Nove funkcije se mogu koristiti za bre pronalaenje problema prije nego se desi nesrea, to poveava brodsku, ekoloku i sigurnost posade. - Integracija administrativnih zadataka. Olakava sakupljanje statusnih podataka iz sustava upravljanja i koristi ih u administrativne svrhe npr. planiranje odravanja i javljanje o stanju broda. - Lake odravanje. Koritenje standardnih industrijskih komponenti ini odravanje i popravak lakim. Komunikacijski protokoli omoguavaju jednostavan daljinski pristup brodu kvalificiranog servisnog osoblja iz bilo kojeg dijela svijeta. Standardi i trendovi ovdje spomenuti omoguuju ostvarenje vizije u bliskoj budunosti: -Formiranje i spajanje sustava bi trebalo biti jednostavno -Informacija iz pojedinanih sustava dostupne u optimalnom obliku -Grafiki prikaz upravljanja s opcijama i uputama za rad -Instrukcije za odravanje -Dokumenti s uputama za vjebe -Ostale informacije proizvoaa. 2.5. ZAKLJUAK Impresivno je to tehnologije dananjice mogu postii za ispunjenje modernih zahtjeva rada broda. Napredak u komunikacijskoj tehnologiji omoguuje iroko koritenje informacijske tehnologije, koja e donijeti daljnja poboljanja sustava upravljanja i nadzora u budunosti. Cilj informacijskih tehnologija u upravljanju je razvoj sustava koji e integrirati

16


informacije na razini procesa. Informacijski procesi su uveliko neintegrirani , te je njihovo spajanje inovacija za mnoge kompanije. Sve stroije zahtjeve na sigurnost broda, smanjenje utjecaja na okoli moe se postii boljom organizacijom u fazi eksploatacije broda sa veom ulogom proizvoaa opreme i softera u toj fazi. Za njih, kroz dugorone dogovore i meusobnu suradnju, biti e to velika poslovna prilika. Najvaniji zadaci koje bi obavljali proizvoai opreme i sofvarskih sustava su: servisiranje i odravanje, razvoj elektronske dokumentacije, izrada dijagnostikih podsustava za dijagnosticiranje greaka u fazi eksploatacije, razrada strategije odravanja uz potporu dobavljaa, razvoj standarda i modula (programa) za uvjebavanje za odreena plovila. Ovo bi olakalo postupke posade u sloenim situacijama i pojednostavilo i povealo djelotvornost pregleda klasifikacijskih zavoda i vlasti. Postoje razlozi koji oteavaju uvoenje ovakvih sustava neki od njih su: pouzdanost opreme (npr.koderi), trokovi (cijene prijenosa su visoke), izobrazba, novi postupci (zakonske implikacije najvjerovatnije su najvee prepreke pri prihvaanju ovakvih sustava), pitanje odgovornosti i pravomonosti postojeeg sustava osiguranja u brodarskoj industriji. Kada se spomenuti problemi uklone oekujemo da e pomorska industrije prihvatiti ovakve sustave na korist brodarstva sa stajalita standarda kvalitete, sigurnosti i raspoloivosti brodova.

3. RAZVOJ RAUNALNIH SUSTAVA UPRAVLJANJA 3.1. RAZVOJ SUSTAVA Prije odluke o moguem razvoju i implementaciji raunalnog sustava upravljanja i nadzora u tehnolokom procesu postavlja se pitanje je li taj sustav stvarno potreban. Stoga se organizira izrada preliminarne studije ili studija podobnosti. Tehnoloki proces ili postrojenje sastoji se od krupnih mehanikih jedinica i njihovih meuspojeva, koji omoguuju skladitenje materijala i energije, njihovu obradu, izmjenu i reciklau. Primjeri su rezervoari, kondenzacijske posude, izmjenjivai topline, grijai, pumpe, elektromotori,

17


transformatori, generatori, kotlovi, reaktorske posude i sl. integrirani u vee jedinice ili postrojenja, omoguuju odvijanje tehnolokog procesa dakako uz pridruenu razmjenu materije i energije. Takve su jedinice brod kao sustav, termoelektrane, alatni strojevi, valjaonike staze i sustavi cjevovoda, i druga procesna postrojenja. Integracija jedinica u postrojenje izvodi se zapravo komplementarnim povezivanjem krupnih elemenata cjevovodima, ventilima, energetskim kablovima, remenicama, reduktorima i sklopkama.Poetak Izrada studije podobnosti Idejno projektno rjeenje Izvedba sustava (realizacija sklopovske i programske opreme) Integracija i ispitivanje

Putanje u rad sustava Kraj

Slika 5. Razvojni ciklus sustav Pojedinane jedinice u postrojenju esto se opremaju senzorskim i upravljakim elementima tipino, transmiterima i indikatorima temperature, razine i tlaka, ventilskim prigonima, elektrohidraulikim regulatorima protoka, motornim regulatorima, pumpama itd. Mjerni, osjetilni i upravljaki elementi procesnih varijabli (tj. temperature, napona, protoka, meuveza jedinica i samih upravljakih elemenata) omoguuju da se upravlja svakom procesnom jedinicom postrojenja. Grupa procesnih jedinica kojom se upravlja na odgovarajui nain ini postrojenje. Nekoliko procesa ili postrojenja moe se integrirati u vei sustav koji se nadzire ili upravlja raunalno-komunikacijskom mreom. Razvoj sustava voenja, dakle, zapoinje studijom podobnosti iza koje slijedi idejno projektno rjeenje (idejni projekt) te izvedba sustava realizacijom sklopovske i programske opreme sustava (prema izvedbenom projektu). Konano se sustav puta u rad, i time dovrava njegov razvojni ciklus. Pritom se razlikuju dva tipa rada na razvoju sustava procesnog voenja:

18


1. Rad

usmjeren problemu: ovo ukljuuje izradu funkcijske specifikacije podataka i analizu toka informacije. Zahtijeva se multidisciplinarni pristup, a vano je korisnika kupca temeljito konzultirati u ovoj fazi razvojnog ciklusa

2. Rad usmjeren podacima: ukljuuje idejni projekt, projektiranje raunalne opreme i programa, implementaciju sustava i radne promijene.D efiniranje problem a Proraun v rijednost i

Prob lem

D efiniranje problem a Raslam ba problem a

za tje h vi

Stvaranje modela

Proces kom prom isa

Analiza

Faza odreivanja zahtjeva

Faza zasnivanja

Prora un v rijednost i St aranje vspecifikacije

Proraun v rijednost i Izv edba hardv i era soft era v Analiza

Proraun v rijednost i Int egracija sust a av

Proces k prom om isa

Proces kom prom isa

Test iranje

Analiza

Analiaza

Faza izrade specifikacija

Faza izvedbe

Faza testiranja

Slika 6. Pet osnovnih faza u razvoju sustava Ako je rezultat analize u studiji podobnosti pozitivan pristupa se razvoju sustava. Razvoj sustava sastoji se od vie faza, svaka od njih moe biti izvedena vie puta prije nego se dobije prihvatljivo rjeenje. Slika 6 prikazuje razliite faze u procesu razvoja kao i njihov prirodni slijed. Pet osnovnih faza prikazanih na slici 6 su: faza odreivanja zahtijeva, faza zasnivanja, faza projektiranja, faza izrade i faza ispitivanja. Te faze su neophodne da bi se razvilo jedan ili vie prototipova ureaja, odnosno sustava. Unutar tih faza nalaze se osnovne podfaze pri procesu razvoja ukljuujui definiranje problema, utvrivanje zahtijeva, ralamba problema, stvaranje modela, analize visokog stupnja, projektiranje hardvera i softvera, izrada hardvera i softvera, detaljne analize, testiranje,

19


integracija sustava i testiranje sustava. Svaka od etapa procesa razvoja ukratko je opisana u odjeljcima koji slijede. 3.1.1. Definiranje problema Svako projektiranje zapoinje s definiranjem problema. Na primjer, problem koji se javlja pri izradi sustava za navigaciju broda, vatrodojavnog sustava, sustava za upravljanje proizvodnjom i raspodjelom elektrine energije na brodu, sustava za upravljanje letom helikoptera, sustava za upravljanje poloaja satelita u prostoru, mrea raunala u procesu bankarskih transakcija. Prvi korak u bilo kojem procesu konstruiranja je definiranje problema. U mnogo sluajeva, sposobnost da se napie na papir jasan i jezgrovit iskaz problema najvaniji je korak pri rjeavanju problema. Najbitnija svrha faze definiranja problema pri procesu projektiranja je razumijevanje cjelokupnog problema koji se mora rijeiti. Bez tog razumijevanja proces projektiranja ne moe se uspjeno nastaviti. 3.1.2. Zahtjevi sustava Drugi korak u procesu izrade sustava je izvedba ili stvaranje niza zahtijeva iz opisa problema. Znaajni uvjeti koje sustav treba ispuniti su: pouzdanost, cijena, masa, potronja energije, fizike dimenzije, performanse (npr. brzina, snaga), odravanje i ostali atributi sustava. Mnogi zahtijevi (npr. pouzdanost) su koliinske, a ostali (npr. kompatibilnost sa postojeim konstrukcijama) su vie kvalitativne naravi. Izvoenje zahtijeva moe dovesti do ponovnog analiziranja opisa problema, boljemu sagledavanju problema i njegovih odreenih karakteristika. Definiranje problema, takoer, moe uzrokovati neispunjenje nekog od zahtijeva. Pri utvrivanju zahtijeva krajnje je vano biti razuman u postavljanju zahtijeva tako da se mogu eksperimentalno i analitiki provjeriti. Na primjer, moe biti nerazumno da raunalo ima pouzdanost od 0.999 kada je pouzdanost motora kojim raunalo upravlja 0.9. Ne mora tako neto biti nerazumno, ali moe biti skupo. 3.1.3. Raslamba sustava Jednom kada su zahtijevi sustava dobro definirani i jasni, pristupamo procesu projektiranja zahtijeva raslambom sustava u izvedive podcjeline koje nazivamo podsustavi. Diobom sustava u podsustave omoguava se individualnim timovima inenjera projektanata jednostavniji razvoj. Za male projekte, svaki tim moe imati jednog inenjera odnosno jedan konstruktor moe voditi nekoliko dijelova konstrukcije. Kod sloenih sustava, svaki konstruktorski tim moe sadrati na desetine pa ak i stotine inenjera. Cilj procesa

20


raslambe je razdvajanje cijelog problema u niz dijelova prikladnih za voenje. Dio procesa raslambe sustava ukljuuje kategorizaciju pojedinih dijelova sustava zasnovanu na pouzdanosti (ili korisnosti, odravanju ili nekom drugom atributu). Radi boljeg predoavanja uzeemo u obzir pouzdanost. to je vea potreba sustava za pouzdanosti takoer je potrebno vie redundantnosti. Na primjer, kompleksan sustav moe imati jedan podsustav koji je ivotno vaan kao to je navigacijski sustav za upravljanje brodom dok je drugi samo komforni ureaj kao to je kontrolno No Smoking svijetlo na putnikim brodovima. Jasno je da ova dva podsustava ne zahtijevaju isti stupanj pouzdanosti. Jedan od naina za raslanbu sustava zasnosnovanu na zahtijevima pouzdanosti je kategorizacija sustava na razliite stupnjeve kritinosti. Na primjer, u sluaju broda moemo razlikovati funkcije koje su vane za plovidbu, funkcije vane za obavljanje zadataka ukrcaja/prekrcaja i funkcije koje utjeu na komfor. 3.1.4. Stvaranje modela Jedan od najvanijih koraka pri konstruiranju sustava otpornih na greke je stvaranje nekoliko modela. Naravno, poetni modeli biti e znatno reducirani u detaljima potrebnim za cjelovitost konstrukcije, ali kao takvi predoiti e nam osnovni pristup konstruiranju. Jedan od kljunih razloga za razvoj nekoliko modela je taj da proces odreivanja prednosti jednog pristupa e vrlo vjerojatno otkriti nedostatke drugog pristupa i obrnuto. Razvoj modela je kljuni korak u cjelokupnom procesu konstruiranja. 3.1.5. Analize visokog stupnja im su definirani modeli sustava, pristupa se uvodnoj analizi svakog pojedinog modela. Uvodne analize mogu sainjavati proraun pouzdanosti, proraun trokova, proraun teine itd. Na ovom stupnju konstruiranja, mnogi modeli koji oigledno nisu prikladni za odreenu primjenu mogu biti brzo izuzeti iz razmatranja i daljnjeg detaljnog razvijanja. Dobrom visokostupanjskom analizom konstruktor moe lako utedjeti na trokovima tako da znaajno smanji broj modela. Na primjer, moe se za poetak TMR (trostruka redundantnost) smatrati sposobnom alternativom za industrijski upravljaki sustav, ali TMR se mora eliminirati kada nam analize visokog stupnja ukau da znaajno prelazi zahtijeve za pouzdanou i ogranienu cijenu. Problem pri izvoenju analiza visokog stupnja je da mnoge od analitikih tehnika zahtijevaju znatnu koliinu informacija specifine konstrukcije, prije negoli analiza bude izvedena. Na primjer, moramo imati nekakvu ideju o veliini greke na dijelu sustava, odnosno

21


ureaju (sklopu) prije utvrivanja pouzdanosti sustava. Jednako tako, ako elimo simulirati sustav u smislu prorauna vrijednosti funkcionalnosti, mnogi dananji simulacijski alati zahtijevaju da znaajni detalji budu dostupni prije negoli se simulacija izvede. U mnogim sluajevima te probleme nadvladavamo analizirajui sustav kroz niz parametara. Rezultati analiza visokog stupnja su jedan ili vie modela, a svaki od njih mora biti konstruiran sa to vie detalja. Ako se mora izabrati samo jedan model, analize esto moraju biti detaljnije da bi se omoguio pametniji odabir modela. Savren odabir nije neopoziv. Ako se u kasnijim fazama konstruiranja utvrdi da je napravljen neodgovarajui odabir, proces konstruiranja se moe vratiti u fazu analize ili ak na neku od ranijih faza i sve poeti iz poetka. 3.1.6. Projektiranja hardvera i softvera Specifikacija je detaljni plan za konstruiranje prikladan odreenim zahtijevima. Na primjer, jedan od zahtijeva moe biti postizanje pouzdanosti od 0.995 za jednostavan digitalni filter, a specifikacija bi bila openiti prikaz konstruiranja da bi se postigao taj zahtijev. im su visokostupanjska rjeenja problema razvijena, analizirana i poboljana moraju se izraditi projekti softvera i hardvera kako bi se prilo izradi modela. Na ovoj toki procesa konstruiranja od posebne je vanosti suradnja, koja mora biti intenizivna izmeu projektanata sustava i hardverskih i softverskih inenjera koji e izraditi fiziku konstrukciju. Projektom se mora ostvariti potrebna ravnotea sustavnih zahtijeva za praktinosti, provedivosti i upravljivosti proizvoda konstruiranja. Sustav koji je loe projektiran nee se ponaati kako smo oekivali. U odnosu na uzroke pogreki, greke u projektu prevladavaju greke u izvedbi kod sloenih konstrukcija koje danas susreemo. 3.1.7. Izrada i analize hardvera i softvera Rezultat analiza visokog stupnja trebao bi biti izbor konanog niza modela koji rjeavaju izvorni problem. Niz moguih rjeenja moe sadravati samo jedan model, ako su svi ostali iz bilo kojeg razloga eliminirani. U drugu ruku, niz moe sadravati dva ili vie rjeenja koji se razvijaju neovisno jedan od drugog kako bi se omoguila detaljnija usporedba. Svaki model koji ostaje nakon anliza visokog stupnja razvija se nezavisno kroz projektiranje hardvera i softvera sve do konanog prototipa. U mnogo sluajeva, izrada hardvera i softvera moe biti izvedena paralelno sa meudjelovanjem izmeu dvije grupe kako bi se osiguralo da hardverska rjeenja ne utjeu negativno na softver odnosno da softver ne utjee negativno na hardver.

22


3.1.8. Testiranje Jedan krajnje vaan dio u procesu razvoja je izrada plana za testiranje konstrukcije. Testiranje obuhvaa pronalaenje svih vrsta greaka ukljuujui greke proizale iz projektiranja, greke pri izradi i nedostatke kod komponenti. Krajnja svrha faze testiranja u procesu konstruiranja je osiguravanje pravilnog rada sustava. Kao u svim koracima procesa razvoja, posljedice testiranja mogu dovesti do rekonstrukcije hardvera, softvera ili oba. Takoer, proces testiranja moe otkriti arhitektonske ili algoritamske probleme koji se moraju ispraviti. 3.1.9. Integracija i testiranje sustava im su hardverski i softverski prototipovi testirani, moraju se sjediniti tako da formiraju cjelokupan sustav. Proces sjedinjenja hardvera i softvera obino se naziva integracija sustava. Osnovna svrha integracije sustava je sjedinjenje svih podsustava kako bi se izvrile sve eljene sustavne funkcije. Svaki od podsustava moe savreno raditi kada je zasebno testiran, meutim, kada je potrebno podsustave koordinirati moe se pojaviti problem u meusklopnoj vezi. Prije negoli je integrirani sustav postavljen u stvarnu radnu okolinu, integracija sustava moe biti prvo izvedena u laboratoriju. Jednom kad je integracija sustava zavrena sustav se testira. Zadnji ishod faze testiranja sustava biti e radni sustav. Isto kao i kod integracije sustava, testiranje sustava moe biti izvedeno u laboratoriju prije postavljanja u stvarnu radnu okolinu. 3.2. IZBJEGAVANJE POGREAKA U PROCESU RAZVOJA Osnovni cilj tehnika za izbjegavanje pogreaka je spreavanje nastajanja pogreki. Na primjer, tehnikama za izbjegavanje pogreaka sprijeavaju se pogreke u projektu (konstrukciji) i pogreke pri izvoenju projektnog zadataka. Kroz proces razvoja, na razliitim tokama, moe se primijeniti nekoliko tehnika za izbjegavanje pogreaka. Primjeri ukljuuju razliite vrste pregleda konstrukcija, slijeenje pravila pri konstruiranju, zatitu od vanjskih smetnji i provjere kvalitete. Slika 7 prikazuje proces konstruiranja koji je bio prikazan na slici 6; ali sada su, na nekoliko kljunih mjesta ukljuene tehnike za izbjegavanje pogreke. Mnoge tehnike za izbjegavanje pogreaka mogu izgledati trivijalne, ali njihova vanost mora se uzeti u obzir.

23


D efiniranje problem a

Proraun v rijednost i

Pro le bm

D efiniranje problem a Raslam ba problem a

za tje h vi

Stvaranje modela

Proces kom prom isa

Pregledk onstruk ihzaht a cijsk jev

Analiza

Pregledk oncepcijek onstruiranja

Faza odreivanja zahtjeva

Faza zasnivanja

Proraun v rijednost i St aranje vspecifikacije

Proraun v rijednost i Izv edba hardv i era soft era v Analiza

Proraun v rijednost i Int egracija sust a av

Proces kom prom isa

Proces kom prom isa

Test iranje

Analiza

Pregledk onstruk ihspecifik cijsk acija

D aljni pregledk ruk et onst cije

Analiaza

Konani pregled

Faza izrade specifikacija

Faza izvedbe

Faza testiranja

Slika 7. Pet osnovnih faza razvoja - ukljuene tehnike za izbjegavanje greke 3.2.1. Pregled konstrukcijskih zahtjeva Svrha pregleda konstrukcijskih zahtijeva je postojanje nezavisnog tima inenjera (konstruktora) koji pregledavaju i slau zahtijeve koji su proizili kao dio definicije problema i raslanbe. Na ovoj toki vano je osigurati pogodnost zahtijeva koji e biti provjeravani tijekom analize u procesu testiranja. Takoer je vano identificirati sve potrebne zahtijeve. Na primjer, ako postoji granica mase ali je jednostavno zaboravljena, konstrukcija se mora modificirati kako bi se masa smanjila i podudarala sa granicama mase. Pregled konstrukcijskih zahtijeva pomae pri eliminiranju specifikacijskih pograaka koje su uzrok kvarova. 3.2.2. Pregled koncepcije konstruiranja Pregled koncepcije konstruiranja dogaa se odmah nakon to je konstrukcijski model razvijen. Svrha pregleda koncepcije konstruiranja je utvrivanje tonosti osnovnog koncepta konstrukcije modela i podudarnosti sa zahtijevima koji su predloeni. Pregledom koncepcije konstruiranja pokuavaju se eliminirati specifikacijske pogreke koje mogu biti uzrok kvarova, tako da se osigura ispravnost konanog koncepta. Pregled bi trebao izvriti tim nezavisnih konstruktora koji bi garantirali zrelost napravljenih pregleda, pa bili oni za ili protiv pretpostavljanog rjeenja.24


3.2.3. Pregled konstrukcijskih specifikacija Rezultat faze pregleda konstrukcijskih specifikacija je detaljna specifikacija hardvera i softvera i plan njihova testiranja. Svrha pregleda konstrukcijskih specifikacija je provjeravanje specifikacija kako bi se osigurala ispravnost, prije negoli zapone projektiranje i izrada hardvera i softvera vana je ispravnost i razumijevanje specifikacije. Naprotiv, pogreke nastale zbog specifikacijske greke zasigurno e utjecati na projektiranje i izradu. Kao i u ostalim konstrukcijskim pregledima, neovisan tim konstruktora treba provesti provjeru konstrukcijskih specifikacija. Nakon zavretka pregleda i moguih ispravaka, hardverske i softverske specifikacije trebaju biti spremne za detaljnu obradu i detaljni proces konstruiranja moe zapoeti. 3.2.4. Detaljni pregled konstrukcije Detaljni pregled konstrukcije mora se izvriti nezavisno, na hardveru i na softveru, prije konane primjene. Svrha provjere je da se osigura podudarnost specifine konstrukcije sa specifikacijama, kako bi se ispunile potrebe sustava. Detaljni pregled konstrukcije je jedan od najvanijih i najteih pregleda koji se mora izvesti zato jer specifini detalji konstrukcije moraju biti pregledani i provjereni. Detaljna provjera konstrukcije obuhvaa detaljno konstruiranje i detaljnu analizu. Kada je detaljni pregled konstrukcije zavren i sve provjere zavrene, konstrukcija je spremna za izvedbu. Proces pregleda je kljuna tehnika u prevenciji konstrukcijskih greaka unutar sustava. 3.2.5. Konani pregled Konani pregled je zadnja provjera u procesu konstruiranja. Za vrijeme konanog pregleda esto nam je dostupan upotrebljiv prototip. Osnovna svrha konanog pregleda je ispitivanje performansi prototipa i rezultata konanih analiza, tako da se slau sa specifikacijama i podudaraju sa potrebama sustava. Ako je konstrukcija pravilno napravljena i konstrukcijski pregledi posve uspjeni, konani pregled ne bi trebao predstavljati nikakav vei problem. Konani pregled treba biti jednostavna afirmacija dobro napravljenog posla. 3.2.6. Odabir dijelova Odabir dijelova za sustav moe biti presudan u ostvarenju pouzdanosti, korisnosti ili nekog drugog atributa sustava. Postoje mnoge razine kvalitete komponenata koje su dostupne za upotrebu u konstruiranju kao i razlika u cijeni. Veoma je vana zagarantiranost da

25


su odabrane odgovarajue komponente. Primarne postavke pri odabiru dijelova su: 1. odnos cijene i veliine kvara, 2. odnos raspoloivosti i veliine kvara, 3. cijena (financijska i druge) kvara. 3.2.7. Pravila konstruiranja Pravila konstruiranja esto igraju vrlo vanu ulogu pri konstruiranju sustava. Striktno slijeenje pravila konstruiranja moe bitno poboljati sustav. Pravila konstruiranja mogu biti pakiranje, testiranje, zatite ili nacrt sklopa. Na primjer, pravila konstruiranja mogu zahtijevati raslambu sustava u podsustave. Veliina podsustava moe biti kontrolirana u granicama broja logikih komponenti, fizike veliine podsustava, sveukupnog broja potrebnih kartica ili neke druge metrike veliine. Raslanbom zasnovanom na veliini, svaki podsustav postaje vie prikladnim za rukovanje, a vjerojatnost od pogreaka pri konstruiranju znaajno se smanjuje. 3.2.8. Konstrukcijska dokumentacija Dokumentacija je jo jedan vrlo vaan aspekt za izbjegavanje greaka. Izrada projekta esto zahtijeva da razliiti timovi konstruktora uestvuju u razliitim fazama konstruiranja. Na primjer, tim sustavskih inenjera razvija sustavsku arhitekturu, a zatim tim konstrukcijskih inenjera uzima od njih specifikacije pa konstruiraju hardver i softver. Ako sustavski inenjeri netono dokumentiraju osnovnu arhitekturu, krajnje hardverske i softverske konstrukcije mogu biti neispravne. Spomenuti pregledi konstruiranja mogu biti mehanizmi za otkrivanje dokumentacijskih greaka. Da bi se uspjeno napravio projekt potrebno je da svaki korak u procesu konstruiranja bude tono i jasno opisan u dokumentaciji.

26


4. UPRAVLJANJE PROCESIMA Prema Websterovom rjeniku "proces je prirodna operacija koja se progresivno odvija kroz niz postupnih promjena koje slijede jedna drugu na relativno utvren nain i vode prema odreenom rezultatu ili ishodu, ili umjetna tj. namjerno izazvana progresivna operacija koja se sastoji od niza upravljanih akcija ili pokreta koji su sustavno usmjereni prema odreenom rezultatu ili cilju". Procesom se definira skup operacija koje izvode fizikalnu ili kemijsku transformaciju, ili serija tih transformacija. Takav proces mogu biti proizvodni proces, postrojenja, transportni sustav materije ili energije, sustav za prijenos i obradu informacije (kada se upotrebljava za proizvodnju i obradu materijalnih dobara, informacije i energije). Proces je sustav kojim se upravlja, a ini dio skupa proizvodnih i obradnih funkcija koje se izvode u procesnoj opremi i s pomou nje. Osobine procesa mjere se obino procesnim veliinama ili stanjima zvanim procesne varijable. Upravljanje procesnim varijablama postie se opremom voenja (npr. elektromagnetskim ventilima, transformatorskim otcjepnim pozicionerima itd.). 4.1. VRSTE PROCESA Prema prirodi operacija koje se obavljaju u tehnolokim procesima oni se mogu podijeliti u tri kategorije: Laboratorijski procesi Izvoenje sloenih eksperimenata koji zahtijevaju posebnu strunost operatera ili testiranje ispravnosti odgovarajue opreme. arni procesi Osnovna odlika arnih procesa je ta da se obavljanjem niza odreenih operacija dobiva jedan proizvod. Poslije toga se cijeli postupak ponavlja i dobije se slijedei proizvod. Izmeu dva postupka moe se promijeniti specifikacija proizvoda, njegov sastav ili slino. Tipini primjeri

27


ovakvih procesa su gradnja brodova, proizvodnja automobila, proizvodnja kruha, valjanje ingota, proizvodnja paketa stone hrane itd. Karakteristike arnih procesa su vrijeme pripreme u okviru kojeg se oprema priprema za otpoinjanje novog ciklusa proizvodnje i vrijeme operacije u tijeku kojeg se efektivno obavlja proizvodnja. Oigledno je da se vrijeme pripreme smatra izgubljenim vremenom i da je tenja da se odnos izmeu vremena operacije i vremena pripreme to vie povea. Kontinuirani procesi Kontinuirani procesi su procesi kod kojih se proizvodnja odrava tijekom dueg vremenskog perioda. Tipian primjer ovih procesa je proces prerade nafte u okviru kojeg se dobivaju razliiti derivati. U tijeku proizvodnje mogue je mijenjanje odnosa pojedinih derivata ali to se postie bez zaustavljanja samog procesa. Procesi se smjetaju u proizvodnu okolinu i na njih djeluju ljudski, vremensko prostorni, materijalno sirovinski, energetski, socioekonomski, informatiki i okolini utjecaji. Ti su utjecaji povezani na sloen nain. Tablica 1. daje glavne deskriptore procesa prema navedenim utjecajima proizvodne okoline. 1. Ljudski faktor odreuje uglavnom nain voenja procesa. Broj operatera, njihov rad, obrazovanje i kvalifikacija, te odgovornosti u voenju procesa, ovise o tipu odreenog procesa i primijenjenim sredstvima sustava voenja. ini se da je ljudski faktor najutjecajniji za ispravno funkcioniranje i ukupnu produktivnost procesa. 2. Vremensko prostorni utjecaj odreuje karakter vrste procesa i iskazuje uglavnom pet glavnih procesnih karakteristika: brzina (spor, brz), smjetaj (koncentriran, raspodijeljen), kontinuitet (konstantan, isprekidan), periodinost (cikliki, aperiodiki) i odreenost (deterministian, stohastian). Vremensko prostorni faktori utjeu na kompleksnost, automatinost i osjetljivost odreenog procesa. 3. Materijalno sirovinski utjecaj upuuje na etiri vrste procesa glede rukovanja: tekuine, krutnine, pojedinani komadi i procesi s tkaninama i folijama. Materijalno sirovinski faktori utjeu na izbor vrste procesne varijable, osjetljivost procesa i vrstu te opseg opreme procesnog voenja. 4. Energetski aspekt odreuju glavne procesne kategorije: proces koji generira energiju, transformira energiju ili dodaje energiju za obradu materije. Energetski su faktori vani prilikom prorauna efikasnosti proizvodnog procesa, a utjeu i na vrstu i opseg primijenjenog procesnog voenja. 5. Socioekonomski faktori odreuju prilagodbu na motive i interes ljudi angairanih u proizvodnom procesu. Prema tome, glavni tipovi

28


razvoja procesa jesu: kupovina nove opreme za novi proces, proirenje postojeih proizvodnih kapaciteta ili jednostavna zamjena postojeih proizvodnih kapaciteta. 6. Informatiki faktori odreuju izbor procesne instrumentacije i opreme za obradu podataka. 7. Okolini faktori odreuju postupke, mjere i opremu za zatitu okoline. Tablica 1. Glavni deskriptori procesa Runo voeni proces, runo/automatsko voeni proces, automatsko voeni proces, automatsko voeni proces s LJUDSKI uenjem, automatsko voeni proces s uenjem i predvianjem Brzi/spori proces, koncentriran/distribuiran proces, VREMENSKO kontinualno/diskretni proces, aperiodiki/cikliki proces, PROSTORNI deterministiki/stohastiki proces MATERIJALNO Fluidi, sirovi dijelovi, pojedinani komadi, folije i tkanine SIROVINSKI ENERGETSKI Proces s generiranjem energije, proces s transformacijom energije, proces s dodavanjem energije SOCIO Novi proces, proces s poveanjem kapaciteta, proces s EKONOMSKI nadomjeskom kapaciteta Informacija o voenju procesa, informacija o nadzoru INFORMACIJSKI procesa, pomona procesna informacija Okolino bezopasni, proces s otklonjivim zagaivaem, OKOLINI proces s neotklonjivim zagaivaem Prema glavnim deskriptorima iz tablice 1. postoji vei broj tipova procesa. No svim procesima zajednike su etiri znaajke: ekonominost procesa, procesni kapacitet, brzina odvijanja procesa i sigurnost procesa. Razliiti stupnjevi tih osobina procesa dovode do raznih stupnjeva sloenosti procesa. 4.2. SIGNALI 4.2.1. Izvori i odredita signala Utjecaj procesnog elementa, dijela sustava ili sustava na druge elemente, dijelove sustava ili sustave bilo kojom fizikalnom veliinom moe se smatrati signalom u irem smislu definicije. Tako signal, osim svog fizikalnog iznosa i konkretnog efekta na proces ili sustav, sadri i informaciju koju nosi njegov signalni parametar. Osnovno za proces i procesno voenje jest identinost procesnog efekta i vrijednosti signalnog parametra. Uobiajena vrijednost signalnog parametra jest sam fizikalni iznos signala, ali to moe biti i neki njegov dio kao promjenjiva vrijednost iznad njegove srednje vrijednosti, poput sila vibracije izmeu dva tijela,29


kada se kao signal ne razmatra statiki tlak tijela na drugo tijelo. Jednostavno govorei, on ne sadri nikakvu informacijsku vrijednost za promatrani sluaj. Na taj nain signal obino izraava samo odreeni vid meudjelovanja izmeu dvaju dijelova sustava. Pored informatikog vida signala, vaan je i smjer signala. Signali su uvijek usmjerene veliine, to znai da imaju svoj izvor i odredite, odnosno mjesto gdje se mogu razumjeti i upotrijebiti. Izvor signala je izlazni signal za dio procesa koji ga izdaje, a ulazni signal za dio procesa koji ga prima. Razliite izvore i odredita signala jednostavnog a tipinog sustava procesnog voenja prikazuje slika 8. Na taj nain signal moe prenositi podatke o tome to se stvarno dogaa u procesu, ili moe poprimiti oblik komande pri upravljanju procesom.

Slika 8. Izvori i odredita signala u tipinom sustavu procesnog voenja Signali se razlikuju prema vrsti, veliini i fizikalnom obliku do granica varijacije svih moguih fizikalnih oblika i iznosa. Zbog rtvovanja razliitosti na raun dobivanja tehnike i opisne jednostavnosti, praksa je smanjila sve oblike signala na malobrojne tehniki podobne oblike signala koji se tradicionalno nazivaju, prema obliku u kojem se javljaju, analogni i digitalni signali. Obje su forme standardizirane tako da se javlja stvarno vrlo malen broj odreenih signalnih oblika u procesu voenja. Tako transmiter tlaka 1151 GP tvrtke Fischer Controls ima izlaz 4 do 20 mA istosmjerno ili 10 do 50 mA istosmjerno za cijeli opseg tlakova koji mjeri. Analogni signali mogu biti neprekidni ili djelomino prekidni, dok su digitalni signali uvijek prekidni. Najpoznatije vrste signala za prikaz, analizu i izvoenje funkcija procesnog voenja jesu vremensko prekidni30


signali, jer predstavljaju stvarno snimljene, prihvaene i obraene podatke u kompjutorskim sustavima procesnog voenja. Signali predstavljaju rezultat djelovanja u sustavima procesnog voenja, a snimaju se s mjernih i registracijskih toaka u procesu ili u procesnom kontrolniku. 4.2.2. Vrste signala Signali se sistematiziraju prema oblicima njihovih signalnih parametara. Ako iznos signala poprima bilo koji iznos danog mjernog podruja, tada se on smatra analognim signalom, ali ukoliko iznos poprima samo odreene skokovite iznose, smatra se digitalnim signalom. Analogni signal moe biti dvojak: 1.vremenski neprekidan, poput signala transmitera tlaka; 2.vremenski prekidan analogni signal, poput signala tlane sklopke, koji povremeno prelazi u stanje ''izvan podruja''. Digitalni signali pripadaju dvjema vrstama: 1. binarnim signalima, poput signala krajnje sklopke 2. brojakim signalima, kao to su impulsi mjeraa protoka tekuine Ta etiri osnovna tipa signala prikazuje slika 9. Postoje odreeni standardni oblici signala, koji se zovu singularni signali, a upotrebljavaju se za analizu signala, procesa i sustava. Njih prikazuje slika 10. kao : 1. Jedininu skok funkciju s(t), koja poprima vrijednost jedan u trenutku t=0 i traje neizmjerno dugo, dok je prije toga trenutka jednaka nuli 2. Jedinini impulsni signal, del(t); uobiajeno se zove delta funkcija, koja ima ''neizmjernu'' vrijednost unutar vrlo kratkog intervala vremena t0-e, t0+e, u svim ostalim trenucima vremena jednaka je nuli, a ukupan intenzitet signala jednak je jedinici. Dakle:t 0 +e t 0 e

del (t )dt =1,

e 0

(1) 3. Pravokutni impulsni signal, koji je jednak jedinici u danom vremenskom intervalu (t1, t2), a izvan tog intervala jednak je nuli. 4. Stacionarni sinusoidni ili kosinusoidni signal, tj. signal koji mijenja svoju veliinu prema relaciji: u(t) = asin( 0t + 0) (2)

31


Slika 9. Vrijednost signalnih parametara analognih i digitalnih signala 4.2.3. Razmjena informacija U osnovi svakog tehnolokog procesa nalaze se procesi razmjene: energije, materijala i informacija. U vrijeme industrijske revolucije konstruirani su ureaji koji omoguavaju i olakavaju prijenos i razmjenu energije i materijala. Trei oblik razmjene razmjena informacija doao je u centar interesa skoro cijelo stoljee kasnije i to zahvaljujui razvoju raunala. Sa gledita oblasti u kojima se raunalo danas primjenjuje, injenica da je ono konstruirano kao sustav za brzo rjeavanje sloenih matematikih jednadbi predstavlja svojevrsni paradoks. Uoivi da je broj onih koji imaju potrebu za sloenim proraunima razmjerno mali, raunalna industrija je u potrazi za tritem ispitivala sve oblike ljudskih aktivnosti pokuavajui uoiti one kod kojih bi koritenje raunala donijelo znaajne prednosti. Kao rezultat ovih napora raunalo se danas koristi u

32


najraznovrsnijim poslovima poevi od kunih aparata do sloenih sustava poput kontrole leta ili proizvodnje i distribucije elektrine energije.

Slika 10. Singularni oblici Naime konstruktivno rjeenje raunala bilo je takvo da njegova osnovna snaga lei u sposobnosti pamenja velikog broja podataka i obavljanja velikog broja elementarnih operacija u veoma kratkom vremenu. U skladu sa time raunalo se poinje promatrati kao ureaj koji moe prihvatiti najrazliitije vrste informacija i u veoma kratkom vremenu ih transformirati u neki drugi, pogodniji ili upotrebljiviji oblik. Otuda se njegova primjena prirodno iri ka podruju obrade informacija.

33


Informacijski sustavi za praenje materijalno-financijskog poslovanja, stanja u skladitima, nadzor nad radom postrojenja i sline poslove ulaze u masovnu primjenu krajem ezdesetih godina prolog stoljea. S vremenom raunala prodiru i u sustave ija osnovna funkcija nije obrada informacija, ali iji rad zahtijeva obradu odreenih informacija, pa se u skladu sa time njihova uinkovitost moe znatno unaprijediti efikasnom i blagovremenom obradom informacija. Ako se, naime, prihvati tvrdnja da upravljati znai odabirati izmeu razliitih mogunosti, onda se informacija kao neophodni preduvjet za obavljanje pravilnog izbora javlja kao bitni element pri upravljanju procesima i to na svim nivoima. Upravi kompanije (poduzea) informacije su potrebne radi planiranja poslovanja, rukovodiocima pogona za detaljno planiranje proizvodnje i ocjenu performansi, operaterima na pojedinim procesima za odvijanje procesa prema zadanom planu. Konano, ureajima na procesu neophodne su informacije u formi signala koji dolaze sa mjernih osjetila kako bi se odredile odgovarajue upravljake strategije koje ti ureaji ostvaruju. Imajui u vidu ovu kljunu ulogu koju informacija ima u upravljanju (bilo da se radi o ureaju, procesu, postrojenju, pogonu ili cijelom sustavu) raunalo se kao sustav koji ima sposobnost da prihvaa, analizira i prenosi veliku koliinu informacija, velikom brzinom, tonou i fleksibilnou, javlja kao prirodni izbor sredstva za upravljanje procesima. 4.3. Upravljanje kao informirani izbor opcija U osnovi, dakle, proces vodi prema ostvarenju nekog cilja. Meutim, neovisno o vrsti pojedinog procesa, injenica je da se on nikad ne nalazi potpuno izoliran od svoje okoline, koja na njega utjee na itav niz raznovrsnih naina. To zapravo znai da nijedan proces, sam po sebi, ne ispunjava u potpunosti postavljene zahtjeve. tovie, u prirodi je ovjeka da trai vie i bolje, to se, kad je u pitanju tehnoloki proces, svodi na zahtjev poveanja produktivnosti, smanjenja utroka energije, poveanja kvalitete itd. Ovako postavljeni zahtjevi mogu se ispuniti ako se na neki nain, vanjskim djelovanjem, upravlja izvravanjem procesa. Upravljanje jednim procesom moe se shvatiti kao izbor jednog od moguih naina funkcioniranja procesa (slika 11).

34


Slika 11. Upravljanje kao intuitivni izbor opcija Sposobnost ovjeka operatera na procesu da tijekom rada uoava efekte pojedinih odluka na proces i da na osnovu tako steenog iskustva donosi odluku vodila je ka usavravanju vjetine upravljanja. Sa razvojem ljudskog drutva tehnoloki procesi su postajali sve sloeniji, a time je rastao i broj moguih pristupa njihovom upravljanju. Istovremeno, rasla je i sposobnost korisnika da to preciznije specificiraju zahtjeve u pogledu kvalitete izvravanja procesa. Preciznim mjerenjima svih relevantnih parametara zamjenjeno je subjektivno procjenjivanje uvjeta pod kojima se neki proces odvija. Projektiranje i ugradnja mjerne opreme u proces omoguila je operaterima da mnogo lake donose odluke o izboru upravljakih akcija (slika 12), a neke upravljake procedure postale su standardizirane. Ipak, konana odluka i izvravanje neke upravljake akcije i dalje je zavisila od samog ovjeka.

Slika 12. Upravljanje kao informirani izbor moguih opcija S vremenom je postalo jasno da kvaliteta itavog niza proizvoda ovisi o tome da li su u procesu njihove proizvodnje odravani konstantni temperatura, tlak, nivo, protok i slino. Pri tome, kada se jednom odredi35


vrijednost odgovarajuih fizikih veliina, zadatak operatera bio je sveden samo na stalnu provjeru tih vrijednosti i poduzimanje uvijek slinih akcija kojima bi se te veliine odravale na zadanim vrijednostima. Ova injenica dovela je do pronalaska regulatora ureaja koji usporeuje vrijednost neke veliine na procesu sa zadanom vrijednosti i na osnovu toga generira upravljaku akciju kojom se ta vrijednost odrava na zadanom (referentnom) nivou. Instaliranjem regulatora posao operatera je znatno pojednostavljen, ali izbor pravilne referentne vrijednosti i dalje ovisi od njegovog iskustva i subjektivne ocjene o promjenama koje su neophodne za poboljanje procesa. S razvojem i usavravanjem mjerne opreme pojavio se postupno novi problem. Naime, operater je odjednom bio gotovo "zatrpan" obiljem informacija koje nije mogao pravovremeno obraditi. Radi pomoi operateru kako u organiziranju, tako i u obradi prikupljenih informacija formirani su posebni centralizirani komandni centri koji su opremljeni grafikim panelima, kontrolnim lampicama i itavim nizom drugih ureaja za prikazivanje informacija. Meutim, istraivanja su pokazala da se u praksi operater ograniava na promatranje jednog podskupa ovih informacija i da sve odluke o referentnim vrijednostima donosi iskljuivo u okviru tog podskupa. tovie, kod izbora podskupa operater unosi odreeni stupanj vlastite individualnosti. esta je pojava da sa novom smjenom dolazi do kompletne promjene kako podskupa koji se promatra, tako i referentnih vrijednosti i veliina kojima se efektivno upravlja. Ono to iznenauje pri tome je to da se ove promjene uope ne odraavaju na kvalitetu finalnog proizvoda. Svi operateri kao objanjenje uinjenog izbora navode svoje iskustvo ili jednostavno intuiciju da to treba ba tako uraditi. Zbog toga je bilo veoma teko automatizirati postupak za ovu vrstu podeavanja referentnih vrijednosti. 4.4. Sustav automatskog upravljanja Gledano potpuno openito u svakom procesu postoji neki ulaz u proces (informacija, materijal, signal) koji se mijenja unutar njega i naputa ga u izmijenjenoj formi (izlaz procesa). Svrha samog procesa je, prema tome, ostvarivanje odgovarajue promjene. Ve je istaknuto da ni jedan proces ne funkcionira onako kako bismo mi to eljeli, odnosno uvijek postoji jo neto to bi se moglo promijeniti tako da se povea njegova efikasnost, smanje trokovi i vrijeme izvravanja itd. Da bi se ostvario eljeni rezultat projektira se upravljaki sustav iji je zadatak da mijenja ulaze procesa radi poboljanja njegovih performansi. U skladu s time svaki sustav automatskog upravljanja ima dvije cjeline proces i upravljanje. Sa gledita upravljanja i krajnjeg proizvoda, proces se moe promatrati kao preslikavanje skupa vanjskih stimulansa (ulazi procesa nezavisne varijable) koji utjeu na operaciju koja se u procesu progresivno36


odvija na skup veliina koje odraavaju uvjete pod kojima proces radi i efekte koji se pri tome postiu (izlazi procesa zavisne varijable). Utjecaj promjene nekog ulaza na sam proces mjeri se promjenom izlaza. U principu izlazi procesa odreeni su mjernom opremom koja je ugraena u proces. Izbor ove opreme vri projektant procesa i on zavisi od niza faktora, poevi od cijene same mjerne opreme, pa do efekata koji se ele mjeriti. Izvjesno je jedino da izbor izlaza mora biti takav da se na osnovi izmjerenih vrijednosti moe dobiti kompletna slika o svim elementima procesa koji su od znaaja za ostvarivanje krajnjeg cilja. Ulazi procesa se takoer odreuju pri projektiranju. Pri tome se odabire niz veliina ijim izborom se direktno moe utjecati na ponaanje procesa (upravljivi ulazi). Za ovako odabrane ulaze ugrauju se odgovarajui izvrni organi pomou kojih se ostvaruje promjena ulaza. Meutim, pored ovih veliina postoje i vanjski faktori na koje operater ne moe utjecati (atmosferski uvjeti, vibracije itd.), a koji izazivaju odreene promjene u ponaanju procesa. Ovi ulazni signali se nazivaju poremeaji. Izvrni organi, sam proces i mjerna oprema ine sustav, odnosno cjelinu za koju se odreuje upravljanje (slika 13). Potrebno je napomenuti da se izraz "proces" veoma esto koristi i za oznaavanje cijelog sustava.

Slika 13. Grafiki prikaz sustava Kod sloenih procesa meusobne zavisnosti ulaza i izlaza su izuzetno kompleksne. Naime, promjena jednog ulaza izaziva promjene vie izlaza. Otuda se ne moe oekivati da e se podeavanjem samo jednog upravljivog ulaza postii eljeni efekt. Najee operater podesi jedan ulaz i saeka da vidi efekt te promjene na sve izlaze, zatim mijenja slijedei ulaz i tako redom. Veoma esto se poslije promjene drugog ulaza, mora ponovo podeavati prvi. Cijeli problem se dodatno komplicira uslijed nelinearnih zavisnosti izmeu ulaza i izlaza, koje oteavaju ili ak i ne omoguavaju da se predvidi efekt nekih promjena. Tome treba dodati i injenicu da itav niz procesa ima transportno kanjenje koje se ogleda u tome da se promjena nekog ulaza tek poslije odreenog vremena odraava na promjenu izlaza (tipian primjer su procesi zagrijavanja i hlaenja).

37


5. RAUNALNO UPRAVLJANJE PROCESIMA 5.1. POVIJESNI RAZVOJ Prve ideje o primjeni raunala kao sastavnih dijelova sustava za

38


upravljanje procesima javljaju se tijekom 50-ih godina. Razvoj teorije upravljanja doveo je do formuliranja niza algoritama koje je bilo potrebno na neki nain i realizirati. U elji da se ostvari izvjesna fleksibilnost sustava koji realizira upravljanje inilo se prirodnim da se taj posao prepusti raunalima. Istini za volju u to vrijeme je prevladavalo miljenje da bi to mogla biti analogna raunala, mada ni mogunost primjene digitalnih raunala nije bila iskljuena. Industrija digitalnih raunala, meutim, prihvaa ovu ideju i okree se ka jedinom tritu koje je u to vrijeme pokazivalo interes vojnoj industriji. Zbog toga je 1954. godine proizvedeno prvo raunalo namijenjeno upravljanju procesima koje je koriteno za realizaciju autopilota i automatsko upravljanje orujem. Imajui u vidu mogunosti raunala na tom stupnju razvoja, kao i zahtjeve koje realizacija autopilota postavlja u pogledu brzine obrade podataka, prirodno je da ti napori nisu urodili oekivanim rezultatima. Drugim rijeima, raunalna industrija otkriva da vojna industrija svakako ne predstavlja trite na kojem se mogu razvijati i plasirati raunalni sustavi za upravljanje procesima. Uoavajui uzroke problema primjene raunala u upravljanju letjelicama, raunalna industrija shvaa da je neophodno trite potraiti na drugom mjestu. Trai se industrija koja ima dovoljno sredstava za ulaganje u razvoj, u kojoj su procesi daleko sporiji i konano kod koje se itav niz korisnih efekata moe postii i samom obradom informacija bez nunog zatvaranja kruga povratne veze. Polazei od ovih zahtjeva raunalna industrija se prirodno okree prema elektro i naftnoj industriji. Primat instalacije raunala u industriji pripada elektrodistribuciji u dravi Louisiana (SAD), koja je u rujnu 1958. godine pustila u rad raunalo za praenje i nadzor rada elektrine centrale u mjestu Sterling. Prvo raunalno upravljanje nekim postrojenjem vezuje se za kompaniju Texaco, koja je instalirala raunalo u rafineriji u Port Arthuru (SAD), gdje je 15. oujka 1959. godine ostvareno upravljanje u krugu povratne veze. Ideja o formiranju nadzorno-upravljakih raunalnih sustava stara je, dakle, skoro pola stoljea. Usprkos prvim uspjesima, primjena raunala nije zabiljeila neki spektakularan napredak. Tijekom ezdesetih godina iskristalizirale su se specifinosti raunalne opreme za nadzor i upravljanje procesom i pristupilo se razvijanju specijaliziranih raunalnih sustava za procesnu industriju (General Electric serij 4000, Ferranti Argus, IBM 1800, CDC 1700, SDS, Foxboro FOX 1, Varian 620i itd.). Nastojanja da se rijee problemi vezani za on-line akviziciju podataka i zadavanje naredbi izvrnim organima, kao i za brzinu obrade podataka doveli su do poveanja cijene raunalne opreme. Zbog toga se primjena raunala, s ekonomske toke gledita, mogla opravdati samo u sluaju kada se jedno raunalo koristi za vie funkcija na nekom sloenom procesu. Posljedica zahtjeva za sloenim upravljanjem bila je potreba za izuzetno sloenim

39


softverom. Pokazalo se da se programi za koritenje ovakvih raunalnih sustava vie ne mogu pisati u strojnom kodu i da oni zahtijevaju vie memorije od one sa kojom su raunala tada raspolagala. Sredinu ezdesetih godina obiljeila je pojava industrijskih miniraunala za rad u realnom vremenu (DEC, PDP-8 i PDP-11, Varian 68 i 73, Telemechanique T2000, Mitra 15, Data General Nova ), razvoj specijaliziranog softvera koji je obuhvaao vie programske jezike za formiranje nadzorno-upravljakih aplikacija (PROCOL, PEARL, CORAL), kao i operativne sustave za rad u realnom vremenu. Cijena miniraunala bila je dovoljno niska da se odustane od zahtjeva da jedno raunalo obavlja vie raznovrsnih poslova. Poetkom 70-tih godina instalacija ak dva raunala na jednom procesu, od kojih jedan slui kao priuva, dobiva ekonomsko opravdanje. Pored ekonomskih aspekata, strunjaci koji rade u procesnoj industriji pruali su svojevrstan otpor prema uvoenju raunala. Naime, s obzirom na vrstu i prirodu posla u procesnoj industriji, nesumnjivo je da primjena nedovoljno ispitanih metoda i tehnologija moe predstavljati znaajan rizik i to ne samo sa financijske toke gledita, ve i u pogledu sigurnosti ljudi koji rade na procesu i ugroavanja okoline u ekolokom smislu. Budui da svaka pogreka moe imati katastrofalne posljedice, ljude zaposlene u procesnoj industriji karakterizira izvjestan konzervativizam u prihvaanju radikalno novih ideja. Sve dok se takve ideje ne provjere i ne pokau kao visoko pouzdane, postoji otpor njihovom prihvaanju. Otuda se ini prirodnim da sve dotle dok nije stvorena mogunost da se na izuzetno osjetljivim mjestima udvoji raunalna oprema ili na neki drugi nain omogui nesmetani nastavak rada u sluaju potencijalnog otkaza raunala, inenjeri u procesnoj industriji nisu iskazivali pretjerano oduevljenje za primjenu raunala. Primjena raunala na veim tehnolokim postrojenjima uvijek je obrazlagana tvrdnjom da e i relativno malo poveanje produktivnosti (recimo 1% do 2%) opravdati trokove njegovog uvoenja. Paradoksalna je injenica da analize iz tog vremena pokazuju da gotovo ni u jednom sustavu, poslije uvoenja raunala nije bilo mogue utvrditi da je direktno postignuto neko poboljanje. Razlog to se sa instaliranjem raunalne opreme ipak nastavilo lei u injenici da je to donosilo niz nekih drugih prednosti. Dakle, neovisno od poetnog motiva, uvijek se pokazivalo da je uvoenje raunala u znatnoj mjeri utjecalo na poveano razumijevanje samog procesa. Ovo je proistjecalo djelomino iz neophodnosti da se u procesu projektiranja raunalnog sustava proces detaljno proui, a djelomino iz obilja podataka prikupljenih pomou raunala za vrijeme rada samog procesa. Ovako akumulirano znanje je, nadalje, omoguavalo projektiranje sustava za nadzor procesa iji je zadatak odravanje procesa u eljenim

40


radnim uvjetima. Isto tako, uoeni su i veliki gubici u vremenu prilikom zaustavljanja i ponovnog putanja pogona u rad, pa su razvijeni posebni postupci u cilju smanjenja ovakvih zastoja u proizvodnji. Konano, poslije instaliranja raunalnog sustava uvijek su uoavane nove mogunosti njegovog koritenja. S obzirom na gabarite, a donekle i cijenu, miniraunala su koritena prvenstveno za pribavljanje (akviziciju) podataka, nadzorno upravljanje generiranje referentnih signala za servomehanizme koji su bili instalirani na pojedinim dijelovima procesa kao posebne cjeline i nadzor nad radom procesa. U sluaju da se nije radilo o pretjerano brzom procesu kroz miniraunalo su se zatvarale i povratne veze. Komunikacijski pogonski programi (driveri), koji su se u to vrijeme mogli dobiti od proizvoaa opreme najee nisu bili dovoljno efikasni tako da je gotovo uvijek bilo neophodno da se dijelovi softvera za komunikaciju sa procesom i operaterskim panelom formiraju u svakom pojedinanom sluaju i to najee u asembleru. Primjena miniraunala zahtijevala je od inenjera upravljanja da detaljno poznaje samo raunalo, njegov strojni jezik i operativni sustav, kao i industrijske U/I ureaje koji se na njega spajaju. U aplikativnom smislu miniraunalo je dovelo do razvoja razliitih optimizacijskih tehnika za realizaciju nadzornog upravljanja, kao i tehnika obrade podataka s krajnjim ciljem identifikacije matematikog modela. Razliite upravljake strategije su bile primjenjivane samo na pilot postrojenjima. Naime, koritenje raunala za upravljanje u krugu povratne veze moglo se ekonomski opravdati samo ako se kroz njega zatvori nekoliko desetaka krugova, a to je podrazumijevalo klasine petlje sa PID regulatorima ili integralno-diferencijalnim kompenzatorima. Uinak koji bi se dobio zatvaranjem samo jednog adaptivnog ili optimalnog kruga povratne veze nije bio dovoljan u usporedbi sa cijenom instalirane opreme. S gledita zaposlenih u procesnoj industriji miniraunalo je donijelo svojevrsnu revoluciju na nivou dispeera i tehnologa. I jedni i drugi dobili su obilje, mahom tiskanih, podataka na osnovu kojih su vrene razliite analize u cilju poboljanja kvalitete procesa. Na nivou operatera nije se dogodila znaajna promjena. Raunalni terminali su bili tek u povoju, tako da se kao korisniko suelje najee koristio teleprinter. Shodno tome, operaterski pult i panel su ostali gotovo neizmijenjeni i samom operateru je bilo svejedno da li naredba koju zadaje ide direktno na neki relej ili u raunalo, kao i odakle dolazi signal koji pali kontrolnu lampicu. Formiranje prvih mikroraunala poetkom sedamdesetih godina predstavlja pravu revoluciju u procesnoj primjeni raunala. U jesen 1971. godine Intel izbacuje na trite mikroprocesor 4004. Ubrzo zatim slijedi P Intel 8008, pa Motorolla 6800, Z-80 itd. Raunala zasnovana na ovim procesorima karakteriziraju se visoko integriranom tehnologijom koja je

41


dovela do izuzetno malih gabarita, veoma niskom cijenom, velikom fleksibilnou i pouzdanou. Na alost ili na sreu odlikovali su se jo neim - potpunim odsustvom korisnikog softvera. Ova injenica dovela je do toga da procesna primjena raunala krene u sasvim drugaijem smjeru. injenicu da je mikroraunalo malih dimenzija i niske cijene inenjeri automatike doekali su rairenih ruku. Konano se dolo do ureaja koji moe raditi u realnom vremenu i na kojem je isplativo zatvaranje samo jedne povratne veze u okviru koje se mogu isprobati, pa na kraju i realizirati razliiti digitalni upravljaki algoritmi. Na trenutak je zaboravljena upravljako-nadzorna funkcija raunala i panja je usmjerena na najnii procesni nivo na kojem je poela zamjena klasinih analognih regulatora digitalnim realiziranim pomou mikroraunala. Ovaj trend bio je sa jedne strane svakako induciran svojevrsnom dugogodinjom tenjom inenjera automatike da projektiraju sustave za rad u realnom vremenu, ali je na to sigurno utjecala i injenica da je primjena mikroraunala, koji su imali samo ogoljeni operativni sustav i asembler, bila izuzetno sloena i odvraala i one najambicioznije od nekih sloenijih nadzornoupravljakih zahvata. Nastojei mikroraunala uiniti to prisutnijim u procesnoj industriji, proizvoai su se prirodno okrenuli ka rjeavanju onih zadataka koji su, sa jedne strane bili najrasprostranjeniji, a sa druge relativno jednostavni za programiranje. Tako se prirodno dolo do razvoja PLC-ova (programabilnih logikih kontrolera) namijenjenih poetno za zamjenu logikih krugova i sekvencijalnih elemenata koji su bili realizirani pomou velikog broja releja, tajmera, brojaa i drugih hardverskih digitalnih komponenti. Postepeno repertoar operacija PLC-a se irio i ukljuivao i sloenije operacije koje je zahtijevala realizacija digitalnog upravljanja. U osnovi PLC je projektiran za rad u izuzetno nepovoljnim klimomehanikim uvjetima koji vladaju na industrijskim postrojenjima. On je veoma pouzdan, jednostavan za odravanje i programiranje. PLC nije zamiljen kao raunalo ope namjene, ve kao sustav iji operativni sustem omoguava da se jednostavno i u realnom vremenu obavi pribavljanje velikog broja podataka, pouzdana i ne pretjerano sloena obrada tih podataka i prenoenje rezultata obrade na izvrne organe. Pored toga, PLC je zamiljen kao modularan sustav na koji se, prema potrebi, mogu prikljuiti raznovrsni ulazno/izlazni moduli. S vremenom ponuda U/I modula se irila tako da su formirani specijalizirani mjernopretvaraki moduli u kojima se mjereni signali obrauju na izuzetno sloen nain, kao i izlazni moduli koji sadre regulatore pojedinih izvrnih organa. Nesumnjivo je da je sa razvojem PLC-ova definitivno rijeen problem zatvaranja povratne veze pri upravljanju industrijskim procesima

Documents

skripta BAU