Поставки приборов для АСУ ТП


8 (351) 735-38-26, 735-38-28, 735-38-23
Состояние и перспективы развития приборостроения для технологических процессов
{article-edit-del}

СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯПРИБОРОСТРОЕНИЯ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ


Лекция К.Эндресса для студентов и преподавателей ЮУрГУ и специалистов ОАО «Теплоприбор», (г. Челябинск)


Я считаю, что сам тот факт, что сегодня я стою перед вами и делаю свой доклад, является для меня знаком отличия и честью. Честью для меня, так как всего лишь несколько дней назад я впервые в жизни ступил ногой на вашу землю. Честь для моей компании, потому, что до сих пор мы не проявляли достаточной активности в этой стране и в вашем регионе. И, в конце концов, также честь для моей родины Швейцарии, Confedereratio Helvetica.

На протяжении нескольких дней, пока я здесь нахожусь, я уже получил множество незабываемых впечатлений. Мои сотрудники и я были очень тепло приняты. На меня большое впечатление произвели технические стандарты местной промышленности. Я получил благоприятное впечатление от выдающегося уровня образования, обучения, науки и технологии – особенно того, что представлено в вашем университете.

Дамы и господа, моя сегодняшняя лекция была заявлена как «Состояние и перспективы развития приборостроения для технологических процессов». Вы сразу же поймете причины выбора такой темы, как только я представлю вам область компетенции моей компании Endress+Hauser.

Приборы для технологических процессов – это только часть широкого спектра измерительных приборов. Технологические приборы работают в техпроцессах. То есть там, где хранятся материалы, где они транспортируются, претерпевают химические или физические изменения. Измерение касается как технологических параметров, (например, температуры, давления, скорости расхода в технологических линиях) так и качественных параметров продукта (например, химического состава, плотности, цвета, стабильности).

Технологические приборы, таким образом, касаются материалов, занятых в процессе и условий этого процесса. В отличие от этого, производственные приборы касаются геометрических параметров в технических производственных процессах, где материалы обрабатываются физически, деформируются, изменяются, собираются. Такие геометрические величины, как, например – расстояние, длина, гладкость, шероховатость.

Сегодня я буду говорить исключительно о приборостроении для технологического процесса, о промышленном приборостроении для применения в технологических процессах. Почему?

Потому что моя компания Endress+Hauser работает исключительно в области прмышленного технического оборудования. И мы занимаемся этим с момента основания компании, уже почти 50 лет назад моим отцом доктором Георгом Энд_ рессом и его партнером в то время Людвигом Хаузером. Я даже не хотел бы перечислять все типы приборов и систем, которые мы разрабатываем, производим и продаем. Я приведу несколько примеров позднее. Я предпочту охарактеризовать для вас область нашей компетенции. И я убежден, что каждая компания, занятая в данной области технологического приборостроения для оборудования технологических процессов, должна обладать именно такой компетенцией. Итак, центр тяжести нашей основной компетенции – датчик. Это – преобразователь различных сигналов, измеренных физическим или химическим способом и преобразованный в электрический сигнал.

Существует около 150 физических или химических явлений, которые используются для целей измерений. Например, для изменения электрического сопротивления металла под воздействием температуры. Или промежуток времени, за который проходит волна, звуковая волна, электромагнитная волна – это для измерения расстояния.

Существует 150 явлений. Мы в настоящее время используем из них 41 в наших приборах. Это означает, что мы должны достичь совершенства в технологии 41 датчика, по меньшей мере. В большинстве случаев нам это удалось. Освоение принципов работы датчика не достаточно для создания технологического прибора, подходящего для обслуживания. Вам так же понадобится практическое ноу-хау от промышленных процессов, т.е. процессов ваших заказчиков. Это может касаться технологий химической, фармацевтической, нефтехимической промышленности или нефтеочистных установок, или пищевой индустрии, систем водоочистки и канализации, выработки и передачи электроэнергии – все, что мы обнаруживаем в большом количестве в вашей стране – целлюлозно-бумажная промышленность или судостроение. Те, кто не понимает какова сфера применения и реальные рабочие условия технологического прибора – не в состоянии разработать и сконструировать устройство, подходящее для использования. Это, конечно, необходимо. Но далеко не достаточно. Потому, что каждый должен знать и понимать структуру построения технологической информатики. Так как каждый прибор – это компонент технологической информатики. Я объясню значимость данного утверждения чуть позже.

Чтобы быть в состоянии разрабатывать и конструировать прибор, подходящий для использования, мне нужно ноу-хау, существующее в технологических отраслях, т.е. практическое ноу-хау; и в управлении техпроцессами, т.е. практическое ноу-хау информатики. Это абсолютно необходимо, но недостаточно.

Все эти пункты в сочетании составляют технологический прибор, пригодный для использования: всевозможные техники и технологии, опыт, осмысление конкретного применения и ноу-хау. И если в вашем распоряжении есть все эти пункты, то и этого недостаточно, чтобы быть успешной компанией. Так как вам еще понадобятся:

Во-первых, предоставить для вашего заказчика больше выгоды, чем ваши конкуренты.

Во-вторых, изготовить поставляемые продукты более эффективным способом, чем конкурент.

«Выгода для заказчика» и «производственная эффективность» - направления решающей важности для управления компанией, любой компанией.

Каждый в нашей промышленной группе знает наше видение. Оно представляет собой маяк, на который мы настраиваем наши стратегии. И начинается оно так: «Заказчик определяет…».

Я сказал вам прежде со всей скромностью, что мы были и остаемся достаточно успешной компанией. Сейчас хочу объяснить вам причины этого. Потому что, считаю их универсально применимыми.

Факторы успеха компании таковы:

Во-первых, непрерывность управления. Мой отец основал компанию в 1953 г. и к началу 1995 г. передал мне всю ответственность за производство. Большинство из высокопоставленных членов нашей ассоциации начинали свою трудовую жизнь вместе с нами и росли понемногу, шаг за шагом, вместе с нами.

Во-вторых, у нас существует выраженная корпоративная культура. У нас есть видение, миссия, мы знаем область нашей компетенции и осуществляем ее. У нас существуют в пись- менном виде на протяжении десятилетий принципы компании, это наше кредо, мерило и руководство для нашей повседневной деловой активности.

В-третьих, мы выработали интенсивную способность к обучению и адаптации к меняющимся условиям. Это не случайность, что первое предложение из девиза нашей компании гласит: «Мы учимся у наших заказчиков, которых обслуживаем».

В-четвертых, мы культивируем культуру инноваций, которая очень открыта для всего нового и достаточно терпима к ошибкам. Мы поощряем наших сотрудников на использова- ние новинок, на разведку новых путей, и на постоянный непрерывный поиск новых путей. В процессе «новое» не означает ценность само по себе. Это – всегда открытый вопрос «А получит ли заказчик выгоду от этого?» или «А улучшит ли это нашу эффективность?» В-пятых, мы очень консервативны в финансовых вопросах. Мы не торгуем своим будущим ради моментальной, краткосрочной выгоды. Мы всегда были, да и теперь твердо убеждены в необходимости хранить корпоративную независимость от любых внешних влияний.

В-шестых, мы всегда ищем самых лучших сотрудников, каких только можно найти. И именно их мы поощряем и продвигаем. Мы даем им достаточно пространства, чтобы развер- нуться, даем им существенные задачи, через решение которых они смогут проявить себя.

Если теперь мы оглянемся назад на то, что дало приборостроению и средствам управления производством такую сильную позицию в промышленном мире, что сделало их настолько независимыми, то здесь мне на ум приходят те же причины, с которыми вы хорошо знакомы.

Во-первых, существует насущная потребность в производстве продукта все более быстрым способом и по более конкурентным ценам. Именно по конкурентным ценам, так как конкуренты действуют так же, и даже чуть быстрее, потому что все большее количество людей имеет деньги, чтобы покупать товары.

Во-вторых, существует насущная потребность в производстве товаров лучшего качества. И вновь это обусловлено поведением покупателей – они становятся более требовательными – но также и конкуренцией. А преимущество здесь такое – по крайней мере, как мы его понимаем: продуманное качество экономит ресурсы.

В-третьих, осведомленность людей об ответственности за состояние окружающей среды значительно выросла. По крайней мере, со времен доклада Римского Клуба большинство людей поняли, что наиболее важные жизненные ресурсы планеты не безграничны, и что с ними нужно обращаться бережливо и сохранять.

В-четвертых, существует все возрастающая потребность в понимании, что производственные мощности, заводы стали настолько сложны в своих технологических процессах, что надежность и безопасность теперь могут регулироваться только автоматизированными технологиями соответствующего уровня.

В-пятых, технология – движущая сила, другими словами, в технических областях знания за последние несколько десятилетий произошел взрыв. Никогда ранее в человеческом обществе не было разработано и стало доступным столько новых технологий и способов производства, в такой стремительной последовательности и с такими далеко идущими ре- зультатами, как на протяжении последней половины столетия. Многие разработчики работали на переднем крае, помогая открывать новые способы измерения, исследуя более подходящие материалы, составляя алгоритмы обработки сигнала, составляя микроэлементные схемы, разрабатывая новые инструменты программного обеспечения, свивая сетевые структуры информационных технологий.

В производстве микроэлектроника и информационная технология были и остаются основной движущей силой за пределы нашей технологии. Это закон Мура (который означает «удвоение функциональных возможностей на единицу площади полупроводникового чипа каждые два года»), он действовал и будет продолжать действовать, по крайней мере, следующие десять лет, обеспечивая такие возможности управления процессами о которых мы даже не мечтали десять лет назад. Сегодня и, более того, в будущем «управление технологическим процессом» будет прежде всего означать «информационные технологии», и только затем это будут датчики и пускатели, регуляторы и сервомоторы, компьютеры и укладка кабеля. Архитектура информационной технологии в рамках предприятия, в рамках целого бизнеса будет все более возрастающим фактором, вне зависимости от того, будут ли действительно достигнуты цели технологии автоматизации. Но это имеет далеко идущие результаты и влияет на то, что производитель датчиков, такой же, как мы, делает, или то, что от него ожидают. Это уже не достаточно - определить измерение насколько возможно точно, скрупулезно, и воспроизвести из этого масштабированный электрический сигнал. Сегодня уже недостаточно сконструировать материал и схему технологического процесса таким образом, чтобы это выдерживало реальные условия в точке измерения. Сегодня уже недостаточно сконструировать устройство таким образом, чтобы оно могло выдержать все мыслимые механические, термические, химические, электромагнитные и другие эффекты там, где оно используется. Также более недостаточно производить и поставлять все это по максимально конкурентоспособным ценам. Хотя все эти качества абсолютно жизненно важны, они, тем не менее, все же недостаточны для удовлетворения требования сегодняшних и завтрашних потребителей. Новое дополнение к этому – абсолютная потребность полностью интегрировать датчик данного устройства в технологический процесс на предприятии в аспекте информационной технологии Датчик не просто предполагается для обеспечения измерения значения. Он должен так же показывать, установлен ли он таким образом, чтобы измерять правильно, не нуждается ли он в обслуживании, и может ли оно ему понадобиться в ближайшее время.

Он должен быть в состоянии провести дистанционную калибровку, без прикосновения оператора. Он должен давать информацию о своем расположении в технологической цепи. Вдобавок, он должен, если возможно, давать информацию об обнаружении чего – либо неординарного на предприятии, что может являться лишь непрямой функцией к его действительной задаче измерения.

Для того чтобы сообщить это богатство информации надежно и безопасно были впервые разработаны шины датчиков, а затем полевые шины (fieldbuses). Как это часто происходит в технологии, вначале было не одно решение, а несколько, а затем – множество. При невероятном множестве производственных установок неизбежно, что к информационной технологии предъявляют требования, а носители информации необычайно разные: быстрые и медленные, широкодоступные и не очень, действующие на большие и короткие расстояния, несущие высокоплотную информацию и не очень, и т.д.

Микроэлектроника, микросистемы и информационные технологии будут, и довольно драматично, изменять функции датчиков как провайдеров информации в технологическом процессе.

Измерение температуры или давления в технологической цепи важно для обеспечения оптимального течения процесса.

Однако, еще более важно знать, что продукт, производимый в настоящий момент, соответствует требуемым характеристикам в отношении цвета, грануляции, состава, вкуса и запаха, вязкости, консистенции и т. д. Итак, в настоящее время все, что должно было довольно затратным образом определяться в лаборатории в режиме офф-лайн, теперь возможно измерить в интерактивном и действующем режимах во время производственного процесса. Дамы и господа, в качестве символа автоматизации типичного технологического процесса в 80-е годы можно использовать пирамиду.

Фараон сидит на вершине, называемой уровень управления корпорацией, он правит всем. Ниже него расположены жрецы – на уровне управления производством; гражданские служащие – на уровне управления технологическими процессами;а в самом низу – рядовой состав, рабы – они представляют оборудование и станки, которые круглые сутки работают для передачи и получения надежных данных , которые затем передаются на верхние уровни, от одного к другому.

Идеальный мир: все на своих местах. Существуют определенные ответственности в отношении функций и информационных потоков.

Затем появляется HART- протокол, который был первым надежным цифровым протоколом для средств управления технологическим процессом, этакий квази-стандарт, начинающийся в ранние 80-е годы и сегодня широко признанный во все мире.

HART вызвал трещину во всей пирамиде. А сегодня она рушится. Рабы освобождены, они уже побывали в школе. Сегодня они – умные устройства, имеющие дело со свободным потоком информации, независимо от своего положения в иерархии. Они интегрированы в сетевую структуру, которая очень сходна с технологией, которая подходит ближе всего – с Интернетом.

Введение технологии полевых шин, как, например, Profibus, PA или Fieldbas Fundation, заставило нас сделать шаг далее в этом направлении. Больший объем информации о состоянии полевых приборов привел к появлению профилактик, к лучшему использованию Asset Management (управления активами) для снижения себестоимости системы управления. «НАМУР» – одна из важнейших европейских организаций, объединяющая пользователей технологий автоматизации процессов в химической и фармацевтической промышленности

 недавно опубликовала рекомендацию под заголовком «Требования к системам Asset Management». Здесь определяется термин и описываются все его необходимые функции.

Что на самом деле важно - чтобы пользователи были способны достичь соглашения с нами, производителями, на ясных, одинаковых позициях. Это еще один пример для разработки правил внутри сети. Цель данной рекомендации описать требования пользователя и обеспечить импульсы к будущим исследованиям.

Я здесь упомянул рекомендацию «НАМУР», прекрасно зная, что существует множество других организаций в мире, котрые также разрабатывают различные нормы регулирования, стандарты, спецификации и рекомендации. Наша цель должна быть – мыслить в сетях, здесь, сейчас, чтобы в будущем все подходило друг к другу. Наша компания открыта для любой организации, которая озабочена данными темами и которая заинтересована в активной роли. Мы называем это Web-enabled Asset Management – или W@M. Полный жизненный цикл завода разделяется, в частности, на пять бизнес процессов: Разработки; Закупки; Установки; Пуска; Технологического процесса.

Web-enabled Asset Management – это система связи, обработки и архивирования данных, а также для обеспечения информации для всего полного жизненного цикла предприятия – так сказать, это еще одна сеть. Здесь ключевым моментом является совместимость данных. Открытые, гибкие структуры в такой архитектуре, основанные на Интернет\Интранет технологии, помогают интегрировать информацию из разных источников. Данные структурируются в формате XML/HTML. Это система также позволяет нам создать сети для линков – инструментов для соединения продуктов и услуг.

Заказчики ожидают высокоскоростного доступа и оптимизированного потока информации от процесса разработки, через покупки, установку, настройку и само производство. Открытый обмен данными через интерфейсы, технические характеристики которых свободно доступны и не отягощены многочисленными правами собственников на данный продукт, гарантируют, что информационная сеть функционирует. И именно по этой причине мы сделали свой выбор в пользу «Field Device Tool» - технологии инструментов с полевым устройством, также известных, как ФДТ. Каждое устройство распределено за ДМТ (менеджер типа устройства), который и представляет данное устройство. Можно сравнить ДМТ с драйвером принтера. Он представляет каждый полевой инструмент стандартным способом. Он конфигурирует его и работает с ним, передает его параметры в открытом формате другим системам для планирования, архивирования или для управления процессом.

Менеджер типа ДМТ может работать в среде называемой ФДТ-фрейм. То есть, как драйвер принтера в Майкрософт Виндоус, ДМТ работает во фреймах ФДТ.

Здесь хорошо то, что фрейм может существовать как отдельно функционирующий программный модуль или как интегрируемый в систему управления или планирования.Но, вне зависимости от технических условий устройств

 так, как мозги нуждаются в обменных нейтронах, технология управления процессами нуждается в стандартных информационных узлах. И здесь у нас появляется вторая тема моей лекции: информация. Вы, наверное, все знаете: информация – это не тоже самое, что данные. Информация возникает из данных и ноу-хау. Ноу-хау нужно для определения динамики и состояния самого технологического процесса. Согласно самому простому сценарию, это можно применить к измерительному прибору, как, например, уровнемер, измеряющий уровень продукта в резервуаре. Сначала вам нужно узнать форму и размер резервуара, прежде, чем вы сможете получить информацию о содержимом танка в галлонах или литрах.

Но вам нужно более, чем это. Вам нужны правильные данные, правильная информация, в нужное время, в нужном месте.

Пример: таблица технических данных какого-либо устройства содержит данные. Эти данные, либо часть из них, нужны для различных процессов в рамках жизненного цикла станка или целой системы. Планировщик должен иметь доступ к этим данным во время стадии детального планирования. Специалист по закупкам нуждается в этих данных для обработки заказа на покупку. Системный программист, сборщик, инженер-эксплуатационник - все они нуждаются в специальных данных. И если они не знают, как получить доступ к этим данным в компании, то такую таблицу данных нельзя воспринимать как информацию.

Все это только тогда станет информацией, если будет в состоянии обеспечить нужные данные в нужном месте. Пользователи тоже сейчас думают об этом, и поэтому мы вновь возвращаемся к нашей сети. В прошлом доступ к заводской информации был ограничен, так как небольшие информационные островки появлялись на различных месторасположениях. Совершенно иные типы знания об этих самых устройствах накоплены в конструкторском отделе, в системном программировании, в отделе установки оборудования, в эксплуатационном отделе, даже у изготовителя оборудования и во многих других местах.Задача обеспечения знанием напрямую, быстро, в определенном месте, в определенное время – далеко не простая. Как только информация занесена в базу, она должна быть легко доступна в режиме реального времени – здесь я могу себе представить беспроводную связь с базой данных, так как только та информация, которая может быть использована на месте, является ценной.

Без информации разве не был бы завод просто грудой металла, стекла, пластика и резины? Каждый работник завода имеет свое собственное видение этой груды. Информация должна представлять из себя именно то, что нужно работнику с его точки зрения, то, что нужно для исполнения его обязанностей, только тогда информация сделает из груды металла завод.

2 Должны ли мы выделять такую информацию, как достоверные источники или активы?

Какие источники информации позволяют нам эксплуатировать завод в автоматическом режиме? Как производители оборудования, мы можем дать четкий ответ – измерительные приборы. Они превратились в источники информации. Они стали интеллектуальными. Но достаточна ли на сегодня интеллектуальность для удовлетворения всех требований, которые предъявляют нам наши заказчики, поставщики систем оборудования, а в будущем? Я думаю, что нет.

Традиционные приборы для измерения давления, температуры, расхода и уровня более не достаточны для автоматизации сложных процессов на сегодняшний день. Сегодня четыре традиционных вида устройств были объединены аналитическими системами непрерывного действия. Сложные процессы содержат даже больше «скрытой» информации, которую новые, прогрессивные технологии должны добыть. Растущее число биотехнологических заводов – это огромный потенциал, но что должны автоматизировать здесь новые принципы измерения?

Что нам действительно нужно – это внутри технологичные процессы. Для меня это означает анализ статуса продукта в стадии производства, с точным воспроизведением его в реальном времени. Анализ в реальном времени субстанций, использующих интерактивные датчики, все еще находится на этапе младенческого возраста. Бесконтактные измерительные технологии, такие, как ультразвуковые и микроволновые, содержат больший потенциал для развития. Постоянно растет спрос на приборы измерения вязкости, а для технологии электрохимической обработки – на приборы измерения коррозии.

Постоянная оптимизация процесса также требует новых идей и способов измерения и измерительных технологий в будущем. Уже говорят о модульных измерительных системах. С другой стороны, это можно осуществить только использованием программного обеспечения и объединением в сеть индивидуальных измерений Soft Sensors программных датчиков. В лабораторных экспериментах использовались формулы и линки, которые фактически косвенно ведут к анализу состояния. Идеи, творчество, изобретательство и дух предпринимательства – вот ключи к развитию этих решений. Мы должны передать их нашим заказчикам, и, поэтому мы напряженно работаем над ними сами, а не передаем их на разработку третьим компаниям.

Тот факт, что эти независимые носители ноу-хау впоследствии обращаются к лучшим поставщикам со специфическими задачами, не только очевиден, но жизненно важен, и дает возможность понять сложность задач, которые нужно решить. Поэтому для пользователей должно быть чрезвычайно интересно то, что «открытые» структуры управления доступны, что информационные структуры и носители информации согласованы по всему миру и доступны каждому. Надеюсь, я сумел донести до вас сложность этой области

 приборостроение для технологических процессов. Здесь достигнут очень высокий уровень надежности и доступности приборов и систем. Но разработки все еще продолжаются в полную силу, так как датчики и приборы теперь не только предоставляют измеренные значения, но и информацию о процессе, в связи с чем возникли совершено новые возможности.Информация стала реальной ценностью для средств разработки технологического процесса. Обратить ее в «знание» - вот вызов, стоящий перед нами сегодня и завтра.

Дамы и господа, мир вокруг нас и мир управления технологиями продолжает меняться с небывалой скоростью.

Движущие силы этого изменения – технологии, отмена государственногоо контроля, глобализация рынка и экономики. Те, кто хочет, по крайней мере, не отстать от всех этих многочисленных изменений, должны не только быть готовыми учить что-то новое каждый день, не только иметь наилучшие технические задания, не только быть готовы перемещаться в другие культуры и воспринимать чужие языки. Эти вещи важны, но недостаточны.

Что нам нужно добавить, так это – желание каждого человека действовать особенным образом, ежедневно и ежечасно. Простые люди, каждый индивидуально, вносят свой вклад в управление процессами, увеличивая возможности основных функций: более эффективное производство, достижение более высокого качества с потреблением меньшего количества материалов, щадя окружающую среду и защищая людей и сооружения от повреждений.


Версия для печати



Измерительные приборы. Торговый Дом "Прибор"