Thông tin chi tiết về điều khiển theo hướng dữ liệu: Tìm hiểu sâu hơn

Hầu hết các cơ sở sản xuất đều duy trì “tiêu chuẩn điểm” được ghi chép đầy đủ, trong đó liệt kê các điểm đặt được khuyến nghị và các chế độ bộ điều khiển thông thường để duy trì hoạt động tối ưu. Các cài đặt này được chọn dựa trên các cân nhắc về sản xuất, chất lượng, sử dụng năng lượng và an toàn, đồng thời dự kiến ​​chúng sẽ được áp dụng nhất quán trong các trường hợp bình thường.

Trong thế giới dựa trên dữ liệu ngày nay, ngày càng phổ biến các nhà sản xuất giám sát và phân tích các điểm bất thường trong vận hành để khám phá sự kém hiệu quả của quy trình và cơ hội tối ưu hóa, nhưng cũng có những hiểu biết quan trọng được phát hiện từ các phân tích tập trung vào kiểm soát quy trình. Ví dụ: theo dõi điểm ngoại lệ tiêu chuẩn là bước đột phá cơ bản đầu tiên vào phân tích dữ liệu dựa trên bộ điều khiển và nhóm (Bảng 1).

Có nhiều thông tin chi tiết bổ sung để khám phá ngoài việc tuân thủ các chế độ bộ điều khiển thông thường và các điểm đặt tối ưu, chẳng hạn như theo dõi sự khác biệt giữa các đội (ca với ca) liên quan đến tương tác của lớp kiểm soát quy định, hiệu suất quy trình và hiệu quả bảo trì.

Thông thường, các phương pháp vận hành khác nhau giữa các nhóm do tính cách tập thể khác nhau, kiến ​​thức về quy trình và các yếu tố con người khác. Nhưng việc so sánh và đối chiếu cách mỗi nhóm sử dụng các chiến lược điều khiển tự động và vận hành/bảo trì thiết bị xử lý có thể tiết lộ những hiểu biết có giá trị để tối ưu hóa hoạt động.

Các rào cản đối với việc triển khai phân tích dựa trên nhóm

Việc triển khai phân tích dựa trên nhóm đưa ra một số thách thức lấy con người làm trung tâm bên cạnh những thách thức khác mang tính chất kỹ thuật. Để bắt đầu, có một nỗi sợ hãi dễ hiểu về việc tạo ra một môi trường tiêu cực và cạnh tranh giữa các nhóm nếu không được áp dụng đúng cách.

Các rào cản lớn hơn được tìm thấy ở khía cạnh kỹ thuật, nơi các phân tích dựa trên bảng tính thường được sử dụng giữ người dùng làm con tin kịp thời. Những người dùng này bỏ lỡ rất nhiều lợi ích do các giải pháp phân tích nâng cao mang lại, bao gồm:

• Bối cảnh hóa: chỉ định thời điểm tiến hành tính toán để có kết quả chính xác, có ý nghĩa nhất
• Lặp lại với tốc độ suy nghĩ: xác nhận các đặc điểm tín hiệu quy trình, khoảng thời gian được bối cảnh hóa và kết quả tính toán khi phân tích được phát triển
• Hiệu quả mở rộng: duy trì một bộ tính toán duy nhất trên các thiết bị, bộ điều khiển và các tài sản khác tương tự

Phân tích chuỗi thời gian hiện đại là cần thiết để giải phóng người dùng xử lý linh hoạt các khía cạnh độc đáo của các trường hợp sử dụng khác nhau, trao quyền cho họ với các khả năng phân tích dựa trên nhóm, chẳng hạn như:

• Gắn cờ tỷ lệ phần trăm thời gian cao bất thường ở chế độ thủ công cho bộ điều khiển, trong khoảng thời gian chạy quy trình thích hợp
• Tổng hợp các chỉ số theo thời gian so sánh hoặc điểm chuẩn quy trình, có thể là “x” số ca làm việc trước đây của nhóm hoặc “y” số lô quy trình được sản xuất, thay vì sử dụng thời gian đã trôi qua
• Không bao gồm các quy trình bảo trì xảy ra giữa các ca để có thể tách biệt sự khác biệt giữa các hoạt động bảo trì của nhóm

Các trường hợp sử dụng sau đây làm nổi bật những hiểu biết sâu sắc về hoạt động dựa trên nhóm độc đáo bên cạnh các quy trình phân tích chính có liên quan.

Giám sát tương tác của phi hành đoàn với lớp kiểm soát quy định

Trường hợp sử dụng 1: Giám sát việc sử dụng bộ điều khiển trên toàn đơn vị của phi hành đoàn

Các vòng điều khiển quy định, chẳng hạn như bộ điều khiển PID, thường chạy ở chế độ tự động hoặc theo tầng, thực hiện các điều chỉnh bù để giữ giá trị quy trình của bộ điều khiển ở hoặc gần điểm đặt. Việc chuyển đổi bộ điều khiển ra khỏi chế độ bình thường của chúng có thể tạo ra những tác động không lường trước được đối với mức tiêu thụ năng lượng và nguyên liệu thô, chất lượng sản phẩm và tình trạng của thiết bị hạ nguồn.

Để giám sát việc sử dụng bộ điều khiển, cần có các bộ tính năng của ứng dụng phân tích, chẳng hạn như điều kiện và nhóm tài sản, để thực hiện các tính toán dành riêng cho nhóm. Những tính toán này sau đó có thể được chia tỷ lệ trên tất cả các bộ điều khiển trong một đơn vị.

Các điều kiện xác định khi nào một trạng thái là đúng và mỗi trường hợp của điều kiện được gọi là một viên nang. Các nhóm nội dung được sử dụng để phân loại các tập hợp các hạng mục tương tự—chẳng hạn như thiết bị, dây chuyền vận hành, chỉ số hiệu suất chính (KPI), v.v.—thông qua một công cụ điểm và nhấp đơn giản, ánh xạ các tín hiệu quy trình tương tự cho từng nội dung vào một cấu trúc duy nhất.

Ví dụ hiển thị trong Hình 1 chứa các viên nang theo ca 8 giờ dành riêng cho phi hành đoàn và dữ liệu tín hiệu chế độ bộ điều khiển (0=thủ công, 1=tự động, 2=xếp tầng) trong cấu trúc dữ liệu nội dung cho 21 bộ điều khiển. Tín hiệu chế độ được định hướng cho bộ điều khiển PC117 ở làn một. Việc lựa chọn chế độ thủ công theo ngữ cảnh, cụ thể cho phi hành đoàn cho PC117 được thể hiện rõ ràng bởi các viên nang Chế độ thủ công cho phi hành đoàn 1 và phi hành đoàn 2 ngay phía trên xu hướng tín hiệu.

Với tỷ lệ phần trăm thời gian hàng tuần trong thủ công của nhóm được chia tỷ lệ cho từng bộ điều khiển, mức sử dụng bộ điều khiển thấp đã dễ dàng được gắn cờ trong sơ đồ cây hỗ trợ nội dung. Những thông tin chuyên sâu sau đây được thu thập bằng cách so sánh thời gian của bộ điều khiển ở chế độ thủ công trong chế độ dành riêng cho phi hành đoàn Hình 2a-ctrong đó mỗi hộp điều khiển có màu xanh lục, vàng (thủ công > 15 phần trăm thời gian) hoặc đỏ (thủ công > 50 phần trăm thời gian):

1. Không giống như Đội 1 và 2, Đội 3 đang chạy TC109 ở chế độ tự động dưới 50% thời gian. TC109 là bộ điều khiển được đưa vào hoạt động gần đây được thiết kế để giảm sự thay đổi về chất lượng sản phẩm. Hành động đã được thực hiện để đào tạo thêm cho Phi hành đoàn 3 về tầm quan trọng của việc giữ bộ điều khiển này ở chế độ tự động.
2. Tất cả phi hành đoàn để FC157 và TC119 ở chế độ thủ công. Phản hồi của phi hành đoàn tiết lộ rằng các van điều khiển liên quan cần thay đổi kích thước để tránh các vấn đề về bão hòa, vì vậy việc bảo trì đã được lên lịch.
3. Phi hành đoàn 3 đã chạy PC117 ở chế độ thủ công từ 15 đến 50 phần trăm thời gian, dẫn đến ký hiệu màu vàng của nó. Cuộc trò chuyện với Phi hành đoàn 3 cho thấy PC117 luôn dao động theo quy trình thiết bị chỉ được lên lịch trong ca làm việc của họ, do đó, một mục hành động đã được giao cho kỹ sư điều khiển để giải quyết hành vi dao động này.

Trường hợp sử dụng 2: Cường độ và tần suất thay đổi điểm đặt

Trong một ứng dụng khác, người vận hành đã điều chỉnh điểm đặt nguồn cấp dữ liệu của lò phản ứng theo cách thủ công vì hoạt động và chất lượng của lò phản ứng rất nhạy cảm với những thay đổi về thông lượng. Quy trình vận hành tiêu chuẩn hạn chế thay đổi điểm đặt không quá 0,5 đơn vị và không quá một lần điều chỉnh mỗi giờ.

Bắt đầu chỉ với tín hiệu điểm đặt nguồn cấp dữ liệu lò phản ứng và lịch trình của phi hành đoàn, được bối cảnh hóa thành các viên nang tám giờ riêng lẻ kéo dài theo ca của mỗi phi hành đoàn (Hình 3)Seeq—một giải pháp phân tích nâng cao—được sử dụng để phân loại cường độ và tần suất thay đổi điểm đặt, đồng thời sắp xếp chúng theo nhóm (Hinh 4).

Phi hành đoàn 2 thực hiện ít thay đổi nhất trong các ngăn màu vàng và đỏ, và mặc dù phi hành đoàn này đã tránh được những thay đổi có cường độ lớn hơn, một phân tích về tần suất thay đổi điểm đặt (Hình 5) tiết lộ quá nhiều thay đổi trong khoảng thời gian ngắn.

Bằng cách cho phép các điều kiện quy trình diễn ra suôn sẻ, có thể tránh được một số thay đổi điểm đặt bổ sung, điều này sẽ cải thiện hoạt động tổng thể. Kiên nhẫn là chìa khóa khi động lực quá trình là quan trọng. Những loại phân tích này giúp mở mang tầm mắt cho các nhóm không phải lúc nào cũng biết có bao nhiêu điều chỉnh đang được thực hiện và tác động của những thay đổi đối với hoạt động.

Giám sát hiệu suất quy trình chịu ảnh hưởng của phi hành đoàn

Trường hợp sử dụng 3: Sử dụng năng lượng

Trong ứng dụng reboiler cột chưng cất, hoạt động đòi hỏi một lượng hơi nước đáng kể. Tổng lượng sử dụng phụ thuộc vào việc các đội duy trì điều kiện cột và tính nhất quán của nguồn cấp dữ liệu tốt như thế nào, chủ yếu bị ảnh hưởng bởi việc thay thế bộ lọc nguồn cấp dữ liệu thường xuyên. TRONG ban 2mức sử dụng hơi nước trung bình được chia theo nhóm trong mười ca làm việc vừa qua.

Dữ liệu tiết lộ mức sử dụng hơi nước cao nhất trong ca làm việc của Phi hành đoàn 3, thấp hơn tiêu chuẩn hiệu suất. Sau khi trò chuyện với Đội 1 và Đội 2, Đội 3 đã thực hiện các điều chỉnh bảo trì để giảm mức sử dụng hơi nước và tiến vào vùng xanh.

Giám sát hiệu quả bảo trì chịu ảnh hưởng của phi hành đoàn

Trường hợp sử dụng 4: Cô lập và định lượng hiệu suất bảo trì

Thực hành bảo trì tối ưu có thể được xác định bằng cách kiểm tra tần suất và thời gian bảo trì so với KPI chất lượng hoặc năng suất.

Trong ví dụ này, giảm áp suất là KPI, đạt được bằng cách làm sạch thiết bị bị tắc nghẽn trong thời gian sử dụng. Việc phân tích KPI này sẽ không thể thực hiện được nếu không có phần mềm phân tích phù hợp vì phần mềm này yêu cầu các bước bối cảnh hóa chính sau đây bằng cách sử dụng viên nang:

• Xác định thời gian bảo trì dựa trên sự sụt giảm áp suất lớn
• Ghi lại áp suất trung bình trước và sau khi bảo trì
• Căn chỉnh áp suất trước/sau về cùng một thời điểm để tính toán giảm áp suất
• Xác định tập hợp con của các giai đoạn bảo trì được hoàn thành bởi một đội duy nhất từ ​​đầu đến cuối

Các bước này được hoàn thành dễ dàng với các tính năng thao tác viên nang trong Seeq, như được minh họa trong Hình 6.

Sau đó, các giá trị “Giảm áp suất % (từ Bảo trì)”, được tách riêng cho từng đội (viên nang màu xanh lá cây), sau đó được phân tích để so sánh hiệu quả bảo trì giữa các đội.

Tạo điều kiện cho một môi trường chia sẻ kiến ​​thức và học tập tích cực

Các trường hợp sử dụng được đề cập cung cấp một mẫu nhỏ giá trị tiềm năng trong danh mục phân tích dữ liệu công nghiệp thường bị bỏ qua. Nắm bắt xu hướng và hành vi của người vận hành—có thể rất khác nhau giữa các nhóm khác nhau—là chìa khóa để cải thiện khả năng tự động hóa và kiểm soát, từ đó tối đa hóa sản xuất, giảm năng lượng và cải thiện chất lượng.

Các tổ chức phải cẩn thận khi áp dụng phân tích dữ liệu dựa trên nhóm vì thành công phụ thuộc vào việc thúc đẩy các bài học tích cực để ngăn chặn bầu không khí tiêu cực và cạnh tranh. Khi được triển khai một cách chu đáo, phân tích dữ liệu dựa trên nhóm có thể tạo điều kiện hợp tác hiệu quả giữa các nhóm, theo đó các nhóm thay đổi và kỹ sư xử lý làm việc cùng nhau để xác định và giải quyết các trở ngại trong vận hành. Trong hầu hết mọi trường hợp, kiểu cộng tác này dẫn đến sự gắn kết nhóm tốt hơn và hiệu quả hoạt động cao hơn.

_{Tất cả các số liệu lịch sự của Seeq}