ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

ГОСТ Р

ИСО 15746-2— 2019

Системы промышленной автоматизации и интеграция

ИНТЕГРАЦИЯ ВОЗМОЖНОСТЕЙ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И ОПТИМИЗАЦИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ

Часть 2

МОДЕЛИ ДЕЙСТВИЯ И ОБМЕН ИНФОРМАЦИЕЙ

(ISO 15746-2:2017, ЮТ)

Издание официальное

Стандартинформ

2019

Предисловие

1    ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью «НИИ экономики связи и информатики «Интерэкомс» (ООО «НИИ «Интерэкомс») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 100 «Стратегический и инновационный менеджмент»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 19 сентября 2019 г. № 718-ст

4    Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 15746-2:2017 «Системы промышленной автоматизации и интеграция. Интеграция возможностей усовершенствованного управления технологическими процессами и оптимизации для производственных систем. Часть 2. Модели действия и обмен информацией» (ISO 15746-2:2017 «Automation systems and integration — Integration of advanced process control and optimization capabilities for manufacturing systems — Part 2: Activity models and information exchange», IDT).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6    Некоторые положения международного стандарта, указанного в пункте 4. могут являться обьек-том патентных прав. Международная организация по стандартизации (ИСО) и Международная электротехническая комиссия (МЭК) не несут ответственности за идентификацию подобных патентных прав

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

© ISO, 2017 — Все права сохраняются © Стандартинформ, оформление. 2019

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии II

5.2 Стадия «разработки»

Стадия «разработки» включает рабочий процесс, показанный на рисунке 2. АРС-О модуль включает один или несколько отдельных компонентов, выполняющих специальные функции (производственные задания). Компоненты могут быть изготовлены отдельно, а затем собраны в готовый АРС-О модуль.

Внешние интерфейсы стадии «разработки» включают информационные модели, не входящие в АРС-О модуль. Это могут быть глобальные указатели ресурсов любого уровня, а также (передаваемая в ручном режиме) информация, описывающая различные системы, с которыми рассматриваемое АРС-О приложение устанавливает связь на стадиях «исполнение» и/или «техническая поддержка».

Стадия «разработки» работает с архивными данными различного уровня. Например:

–    спецификация продукта;

–    архивные данные процесса;

–    архивные лабораторные данные;

–    производственные затраты.

Стадия «разработки» задействует АРС-О системы на стадиях «исполнение» и «техническая поддержка». При этом проводится определение АРС-О модуля. Это могут быть совершенно новые определения или модификации существующего определения. Действия на стадии «разработки» могут быть обусловлены завершением стадии «проектирования», а также осознанием необходимости усовершенствования АРС-О системы на стадии «технической поддержки».

5.3 Стадия «исполнения»

5.3.1 Рабочий процесс стадии «исполнение»

Рабочий процесс стадии «исполнение» приведен на рисунке 3.

Действия общего характера определяются чаще, чем индивидуальные действия отдельных функциональных модулей. Рассматриваемые модули могут отличаться способом выполнения действий. Данные отличия в настоящем стандарте не рассматриваются. Особенности рабочего процесса стадии

«исполнение» могут отличаться при переходе от одного коммерческого пакета программ АРС-О к другому. Данные отличия в настоящем стандарте не рассматриваются. Для простоты ниже рассмотрен однопотоковый рабочий процесс стадии «исполнение». Некоторые коммерческие пакеты так и подготовлены. Но есть также коммерческие пакеты с асинхронной обработкой информации в полном объеме. пакеты с сильно распределенной обработкой информации.

Рисунок 3 показывает порядок запуска АРС-О компонентов в непрерывном контуре обратной связи, работающем в соответствии с календарным планом работ. Процесс активируется, если текущее состояние АРС-О модуля — «прогон». На стадии «разработки» выясняется, что АРС-О модуль включает один или несколько компонентов На стадии «исполнение» АРС-О компоненты могут обновляться по-отдельности, как показано на рисунке 3. Обновить можно и весь модуль сразу целиком.

Ниже определены интерфейсы стадии «исполнение», не принадлежащие АРС-О модулю. Подробное описание см. в разделе 6:

а) Обмен информацией Уровня 2 для данных типа:

1)    параметры ПИД-контура обратной связи;

2)    настройки исполнительного звена системы управления (например, положение клапана, скорость привода и т. п.);

3)    результаты измерения параметров процесса такими инструментами, как датчик расхода, датчик температуры и т. л.;

4)    общие значения дескрипторов системы управления;

5)    предупреждающие сигналы и сигналы о наступлении события:

Ь) Обмен информацией Уровня 3 для данных типа:

1)    спецификация продукта;

2)    рецептурные настройки процесса;

3)    лабораторные результаты;

4)    производственные затраты.

Ниже определены интерфейсы АРС-О компонентов. Подробное описание см. в разделе 6:

а) Обмен АРС-О информацией. Например:

1)    данные, предупреждающие сигналы и события АРС-О;

2)    статистика производственного процесса АРС-О;

3)    запросы и результаты их выполнения;

4)    определения АРС-О модулей.

5.3.2 Распределенные АРС-О системы

Рисунок 4 иллюстрирует взаимодействие распределенных АРС-О компонентов. Так. на указанном рисунке шесть АРС-О модулей взаимодействуют при выполнении нескольких взаимосвязанных функций:

–    Модуль 1 — программно-управляемый датчик, доставляющий один или несколько элементов данных в Модуль 3;

–    Модуль 2 — второй программно-управляемый датчик, отличный от Модуля 1. доставляющий один или несколько элементов данных 8 Модуль 3;

–    Модуль 3 — АРС модуль, выполняющий функции усовершенствованного управления производственным процессом полностью только в рамках Уровня 2;

–    Модуль 4 — АРС модуль, выполняющий функции усовершенствованного управления производственным процессом полностью в рамках Уровня 2, а также одну или несколько функций МОМ в рамках Уровня 3;

–    Модуль 5 — Модуль оптимизации, выполняющий функции оптимизации процесса полностью только в рамках Уровня 3;

–    Модуль 6 — Модуль оценки рабочих характеристик производственного процесса, анализирующий. отслеживающий и фиксирующий состояние производственного процесса Модулей 1—5.

Различные взаимодействия между Модулями показаны на рисунке 4. Программные Модули 1 и 2 доставляют данные в Модуль 3 аналогично тому, как это делают физические инструменты, встроенные в производственный процесс. На Модуль 3 также приходят один или несколько выходных сигналов с Модуля 4. Указанные выходные сигналы могут быть контрольными точками регулируемых переменных Модуля 4. Они могут использоваться в качестве целевых значений управляемых переменных Модуля 3. Аналогично. Модуль 4 потребляет один или несколько выходных сигналов Модуля 5. Так как Модуль 5 является Модулем оптимизации, то за пример можно взять целевые значения управляемых переменных Модуля 4. Эти целевые значения определены Модулем 5 и являются оптимальными целевыми значениями бизнес-целей МОМ-систем Уровня 3.

Рисунок 4 — Пример распределенного взаимодействия АРС-0 компонентов

5.4 Стадия «технической поддержки»

Стадия «технической поддержки» включает рабочий процесс, показанный на рисунке 5. Рабочий процесс стадии «технической поддержки» использует интерфейсы, задействованные на предшествующих стадиях

Стадия «технической поддержки» — это совместная работа по совершенствованию и техническому обслуживанию производственного процесса в рамках АРС-0 системы. Работы на стадии «технической поддержки» часто выполняются в ручном режиме. Инженер принимает решение на основании информации и результатов, полученных с модуля оценки рабочих характеристик производственного процесса. Другие три модуля предоставляют статистику производственного процесса для модуля оценки рабочих характеристик производственного процесса. Статистические данные собираются путем отслеживания внутренних параметров и анализа функционирования системы. Работу на стадии «технической поддержки» можно полностью автоматизировать с помощью модуля оценки рабочих характеристик производственного процесса. Работа указанного модуля также может быть полностью автоматизированной.

Ю

Рисунок 5 — Рабочий процесс стадии «технической поддержки»

6 Обмен информацией

6.1 Обзор сервисов обмена информацией

Рабочие процессы жизненного цикла АРС-О определяют следующие интерфейсы, не принадлежащие АРС-О модулю. Указанные интерфейсы должны поддерживаться системами АРС-О:

a)    Уровень 2:

1)    Глобальные указатели ресурсов, определяющие степень доступности и возможности ресурсов. не принадлежащих АРС-О модулю. Например:

О ПИД-контур обратной связи;

ii)    исполнительные звенья (элементы) системы управления (например, клапаны, приводы

и т. п.);

iii)    инструменты производственного процесса;

iv)    предупреждающие сигналы и сигналы о наступлении события.

2)    Обмен информацией, не принадлежащей АРС-О модулю. Например:

О параметры ПИД-контура обратной связи;

ii)    настройки исполнительных звеньев системы управления (например, положения клапана, скорости привода);

iii)    результаты измерений параметров процесса такими инструментами, как датчик расхода, датчик температуры и т. п.;

iv)    общие значения дескрипторов системы управления;

v)    предупреждающие сигналы, сигналы о наступлении события.

b)    Уровень 3:

1) Глобальные указатели ресурсов, определяющие степень доступности и возможности ресурсов. не принадлежащих АРС-О модулю. Например:

О спецификация продукта;

ii)    рецептуры;

iii)    архивные данные процесса;

iv)    лабораторные результаты;

v)    производственные заказы.

2) Обмен информацией, не принадлежащей АРС-0 модулю. Например:

i)    спецификация продукта:

ii)    настройки рецептур:

iii)    архивные данные процесса;

iv)    лабораторные результаты:

v)    производственные затраты.

Ниже определены внутренние интерфейсы между АРС-О модулями. Они определены для рабочих процессов промежуточных уровней, обеспечивают интеграцию коммерческих программных продуктов. формируют гетерогенную АРС-О систему. Это уменьшает зависимость производства от частных коммерческих АРС-О продуктов, поддерживающих частные технологии. АРС-О системы должны поддерживать следующие интерфейсы:

a)    определения АРС-О модулей;

b)    данных АРС-О;

c)    предупреждающих сигналов и сигналов о наступлении событий АРС-О.

6.2 Информационная модель

6.2.1 Общие понятия

Все интерфейсы используют результирующую информационную модель АРС-О системы, показанную на рисунке 6. АРС-О система включает один или несколько АРС-О модулей. АРС-О модуль идентифицируется именем или типом. Он может иметь один или несколько специальных атрибутов продавца, предоставляемых поисковыми услугами интерфейса.

В настоящем стандарте использованы следующие обозначения информационных моделей.

Таблица 2 — Обозначения информационных моделей

Обозначения Описание | Объект | Объект Объект — это элемент, который существует (или сможет существовать) сразу после его создания — физического или в информационном пространстве Связи между объектами должны образовывать структуру объектов в моделируемой системе, те представлять статические и структурные аспекты системы ▲ Взаимосвязь между агрегацией и участием Фундаментальная структурная взаимосвязь между агрегацией и участием является источником данных, позволяющим объединять один или несколько задействованных (участвующих) элементов и целевые позиции, в осмысленное целое А Взаимосвязь между представлением и определением характеристик Фундаментальная структурная взаимосвязь между представлением и определением характеристик означает, что элемент представляет или определяет характеристики другого элемента Эти взаимоотношения связывают элемент представляющего источника с одним или несколькими целевыми позициями, которые должны идентифицировать его характерные особенности Л Реляционная связь «обобщение— специализация» Соотношение «обобщение—специализация» — это соотношение, распространяющее понятие наследования как на объекты, так и на процессы Элементы специализации имеют те же структурные (производственные) соотношения, что и общие элементы А Реляционная связь «классификация— реализация» Соотношения «классификация—реализация» соединяют классы с их реализациями

Программно-управляемые датчики АРС-О модулей, а также датчики усовершенствованного управления и оптимизации технологических процессов имеют тип определения, относящийся к типу объекта с подтипами, определяющими специальные реализации АРС-О модуля. Примерами типов определения APCDefinition являются MatrixMPC (матричное упреждающее управление). ExpertSystem (экспертная система), TransitionProcedure (процедура перехода из одного состояния в другое). Приме-

ры типов определения программно-управляемых датчиков: Equation (уравнение). NeuralNetwork (нейронная сеть). Примеры типов определения оптимизации: SteadyStateOpt (стационарная оптимизация). DynamicOpt (динамическая оптимизация). ExpertSystemOpt (оптимизация экспертной системы). АРС-О модуль формирует свою специальную структуру типа определения с помощью поисковых услуг интерфейса.

Модуль оценки рабочих характеристик производственного процесса не имеет типа определения. Он имеет свои ключевые показатели производственного процесса (KPI-показатели), необходимые для оценки производственного процесса АРС-О системы. Специальные KPI-показатели и их определения предоставляются АРС-О системой с помощью поисковых услуг интерфейса.

6.2.2 Свойства типа событий АРС-О

АРС-О модуль содержит перечень событий, которые рассматриваемый модуль контролирует или создает. Указанные события зависят не только от типа АРС-О модуля. Они зависят также от типа производственного процесса, ассоциированного с модулем. События указанного перечня EventSet — это объекты типа события АРС-О. Специальные события и их определения предоставляются АРС-О системой посредством интерфейса поиска услуг. «Отказ связи», «запуск производства продукта», «изменение сорта продукта» — примеры событий, характерных для АРС-О системы. События могут привести к запуску действия. Например, событие «изменение сорта продукта» может привести к изменению целевых установок и ограничению значений параметров АРС модуля.

Тип событий АРС-0 — это тип объекта, определяющий общие атрибуты событий, используемые АРС-О. На рисунке 7 показана информационная модель типа событий АРС-0 и соответствующие подтипы. Пример перечня событий приведен в приложении А.

Свойства типа событий АРС-О:

–    Source (источник) — ссылка на объект, создавший данное событие:

–    Time (время) — время наступления события;

–    Туре (тип) — тип события;

–    EventCategory (категория события) — определенная группировка событий (например, события технологического процесса, события системы);

–    Severity (серьезность) — неотложность события;

–    Vendor-SpecificAttributes (специальные атрибуты продавца) — дополнительные атрибуты, определенные специальным пакетом АРС-0 программ. Указанные атрибуты предоставляются интерфейсом поиска услуг.

Condition Event (условное событие) — это подтип типа событий АРС-О. используемый для указания наличия изменений в некотором условии (например, аварийное состояние измерительной системы технологического процесса, изменение статуса звена связи с системой и т. п.). Условное событие имеет дополнительные свойства:

–    ConditionName — имя условия;

–    NewState — новое состояние.

TrackingEvent (событие отслеживания) — это подтип типа событий АРС-О. используемый для указания действий (например, инициирование изменения сорта продукта, начало нового лабораторного измерения и т. п.). Событие отслеживания не имеет свойств, отличных от свойств типа событий АРС-О.

Рисунок 7 — Информационная модель типа событий АРС-О 6.2.3 Свойства типа АРС-О переменных Все типы АРС-0 модулей имеют наборы переменных базового типа АРС-О переменных. VariableSets — это наборы переменных, используемые АРС-О системой. Наборы переменных указывают для каждого типа АРС-О модуля. Переменные каждого указанного набора — это подтипы типа АРС-О переменных. Могут быть определены и другие наборы переменных АРС-О системы. Они предоставляются интерфейсом поискового сервиса. Наборы входных и выходных переменных — это наборы переменных базового типа АРС-О переменных. Специальные поведенческие атрибуты отсутствуют. Тип АРС-О переменных — это тип объекта, определяющий общие атрибуты всех переменных, используемых АРС-О. На рисунке 8 приведена информационная модель типа АРС-О переменных и соответствующие подтипы. Атрибуты типа АРС-0 переменных: – Набор значений переменных включает: – ProcessValue (значение переменной процесса) — текущее значение переменной процесса, считываемое с некоторого источника;

–    Quality (качество) — качество значений переменных процесса;

–    TimeStamp (отметка времени) — дата и время, ассоциированные со значением переменной процесса;

– Набор атрибутов переменной включает;

• Name — описательное имя переменной;

–    VariablelD — идентификатор уникального описания переменной в специальном формате продавца;

–    DataType — тип данных переменной процесса (например. REAL, INT, BOOL и т. д.);

–    ModuleType — тип АРС-О модуля, с которым ассоциирована переменная (например. АРС модуль, программно-управляемый датчик);

–    Source — ссылка на внешний источник данных. Подтипы VariableSource (источник переменных) включают: PIDLoop (ПИД-контур обратной связи). FinalControlElement (исполнительное звено обратной связи). CalculatedVariable (вычисленная переменная). SoftSensor (программно-управляемый датчик). Данные подтипы описаны в разделах 6.3 и 6.4.

–    EngineeringUnits — инженерные единицы измерения, определяющие значения переменных;

–    Variable Is Active — флажок, указывающий, участвует ли данная переменная в вычислениях компонента;

–    VariableStatusEvent — событие, сигнализирующее об изменении статуса переменной АРС-О;

–    Специальные атрибуты продавца — любые дополнительные атрибуты, обусловленные специальным пакетом АРС-О программ;

–    BehaviourSpecific — подтипы переменной АРС-О. отражающие особенности поведения;

Рисунок 8 — Информационная модель типа АРС-О переменных

6.2.4 Типы определения модуля

Для АРС модуля, модуля программно-управляемого датчика и модуля оптимизации определены три типа обьектов.

Тип определения АРС описывает объект усовершенствования управления технологическими процессами. Определение данного объекта зависит от рассматриваемого АРС типа. Примеры типов АРС: MatrixMPC (матричное упрехадающее управление). ExpertSystem (экспертная система). TransitionProcedure (процедура перехода из одного состояния в другое). Существуют также и другие АРС типы. Им соответствуют уникальные определения объектов. Определения типов определения АРС предоставляются специальным пакетом АРС-0 программ.

Тип определения программно-управляемого датчика описывает объект, работающий с данным программно-управляемым датчиком. Определение объекта зависит от типа используемого программно-управляемого датчика. Примеры типов датчиков: Equation (уравнение), NeuralNetwork (нейронная сеть) и т. п. Существуют и другие типы программно-управляемых датчиков. Им соответствуют уникальные определения объектов. Определения типов определения программно-управляемых датчиков предоставляются специальным пакетом АРС-О программ.

Тип определения оптимизации описывает объект, инстанцирующий конкретную процедуру оптимизации. Определение объекта зависит от используемого типа Оптимизации. Примеры типов оптимизации: SteadyStateOpt (оптимизация стационарной системы). DynamicOpt (оптимизация динамической системы). ExpertSystemOpt (оптимизация экспертной системы). Существуют и другие типы Оптимизации. которым соответствуют уникальные определения объектов. Определения типов определения оптимизации предоставляются специальным пакетом АРС-0 программ.

6.3 Интерфейсы систем, не включенные в АРС-О

6.3.1    Общие требования

Ниже рассмотрены интерфейсы между АРС-О системами и системами, не включенными в АРС-О.

6.3.2    Данные и события уровня 2

6.3.2.1    Общие требования

На стадии «исполнение» АРС-О системы считывают данные программных компонентов традиционных систем управления или систем Уровня 2. Большая часть указанных данных — это простые отображения типа «дескриптор — значение». Указанные отображения соответствуют стандартам, построенным на базе спецификации ОРС, например, «доступ к данным ОРС (МЭК 62541. OPC-DA)». Для обеспечения сложных взаимодействий необходима доработка имеющихся программ.

Рассматриваемый интерфейс основан на существующих стандартах связи, таких как «Унифицированная архитектура ОРС (МЭК 62541, OPC-UA)». Данная информационная модель предназначена специально для АРС-0 клиентов. Это позволяет программному обеспечению разработки АРС-0 приложений воспользоваться функциями поиска для обеспечения связи с механизмом запуска АРС-О в рабочем режиме. Это обеспечивает стандартный доступ к данным (к информации о событиях) механизма запуска АРС-0 в рабочем режиме. Обмен информацией поддерживает как синхронный, так и асинхронный методы обеспечения доступа.

Все переменные АРС-О системы обеспечивают обмен данных и обмен информации о событиях с внешними системами через их источник Source, который является универсальным отображением на источник внешних данных типа VahableSource. Подтип типа VariableSource просто ассоциирует данные со значением переменной технологического процесса инструмента базовой системы управления. В настоящем стандарте рассматриваются два класса типа VariableSource. ассоциированных с внешними системами. Они достаточно сложные и достаточно общие. Этими классами являются:

1)    PIDLoop (ПИД-контур обратной связи),

2)    FinalControlElement (исполнительное звено системы управления).

6.3.2.2    ПИД-контур обратной связи (PIDLoop)

–    PIDLoop — это представление ПИД-контроллера системы управления Уровня 2. На рисунке 9 приведена информационная модель PIDLoop. передающая информацию обратной связи на АРС-О. В рассматриваемой информационной модели многие особенности и параметры реального ПИД-контроллера опущены, чтобы акцентироваться на основных АРС-0 требованиях. Определения свойств PIDLoop:

–    Name — описательное имя переменной;

–    ProcessValue (значение переменной процесса) — значения, считываемые с измерительного инструмента и управляемые П ИД- контроля ером;

Содержание

1    Область применения………………………………………………………..1

2    Нормативные ссылки………………………………………………………..1

3    Термины и определения………………………………………………………1

4    Сокращения………………………………………………………………3

5    Рабочий процесс АРС-О……………………………………………………..3

5.1    Жизненный цикл АРС-0 системы……………………………………………3

5.2    Стадия «разработки»…………………………………………………….7

5.3    Стадия «исполнения»…………………………………………………….7

5.4    Стадия «технической поддержки»…………………………………………..10

6    Обмен информацией……………………………………………………….11

6.1    Обзор сервисов обмена информацией……………………………………….11

6.2    Информационная модель…………………………………………………12

6.3    Интерфейсы систем, не включенные в АРС-О………………………………….16

6.4    Межсистемные и внутрисистемные интерфейсы………………………………..23

Приложение А (справочное) Пример составления перечня событий АРС-О…………………36

Приложение В (справочное) Объектно-процессуальный язык…………………………..38

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных

стандартов национальным стандартам……………………………….44

45

–    SetPoint (контрольная точка) — целевое значение, отслеживаемое ПИД-контроллером;

–    RemoteSetPoint (удаленная контрольная точка) — контрольная точка, поддерживаемая Контроллером верхнего уровня (например, главным узлом каскада. АРС-О системой и т. п.);

–    SetPointParameters (параметры контрольной точки) — группировка параметров, определяющая предельные значения контрольной точки (например, минимальное значение, максимальное значение, степень изменения и т. п.);

–    Output (выходные параметры) — выходной сигнал, направленный от ПИД-контроллера к исполнительному звену системы управления (например, к клапану);

–    RemoteOutput (удаленный выход) — выходные сигналы, формируемые контроллером верхнего уровня (например. АРС-0 системой);

–    OutputLimits (предельные значения выходных параметров) — группировка параметров, определяющая предельные значения параметров на выходе ПИД-контроллера (например, минимальное значение, максимальное значение, степень изменения и т. п.);

–    Специальные атрибуты продавца — любые дополнительные атрибуты, предоставляемые специальным пакетом АРС-О программ;

Рисунок 9 — Информационная модель ПИД-контура обратной связи PIDLoop

Введение

Средства автоматизации и управления производственными системами повышенной сложности, применяемые в соответствии с существующей методологией «усовершенствованного управления и оптимизации технологических процессов» (АРС-О). обеспечивают эффективное выполнение календарного плана работ и производства продукции в целом. Методология АРС-0 требует интеграции управления производственными операциями (МОМ) со средствами автоматизации и управления производственными процессами и оборудованием.

Технологии промышленной автоматизации и АРС-О системы, включающие программное обеспечение и компоненты аппаратных средств, обеспечиваются различными поставщиками. Вследствие большого разнообразия средств разработки и проектирования, а также предъявляемых требований, решения по автоматизации, предлагаемые различными поставщиками, оказываются изолированными и относительно несовместимыми, при этом интеграция технологий автоматизации сильно затрудняется. По этой причине заказчики приобретают различные компоненты технологий автоматизации с избыточными и дублированными функциями. Это приводит к неэффективности использования ресурсов, ограничивает их интероперабельность. Настоящий стандарт устанавливает требования интероперабельности к АРС-О-системам, создает наилучшие условия интеграции и информационной совместимости технологий автоматизации.

Настоящий стандарт определяет связную структуру (фреймворк) для интеграции и интероперабельности АРС-О систем, компонентов АРС-О систем, систем автоматизированного управления технологическими процессами Уровня 2, систем управления производственными операциями Уровня 3. Задействуются функциональные модели, определенные в ИСО 15746-1 (функциональные модели АРС-О систем), и требования к обмену информацией для поддержки указанных функциональных моделей. Моделируемые действия принадлежат Уровням 2 и 3. в том числе, учитывается взаимодействие между указанными Уровнями.

Настоящий стандарт не ограничивает пользователей в использовании только рассматриваемой в настоящем стандарте методологии усовершенствованного управления и оптимизации технологических процессов. Допускается использование также и других методологий.

Настоящий стандарт предназначен для пользователей и провайдеров АРС-О методологии: поставщиков проектных решений, специалистов-интеграторов систем автоматизации, сотрудников производственных подразделений компаний, инженеров-технологов. сотрудников организаций независимого тестирования программного обеспечения, специалистов по внедрению АРС-О методологии, консультирующих сервисные организации в части программного обеспечения, сотрудников государственных органов и научных академических организаций и т. п.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Системы промышленной автоматизации и интеграция

ИНТЕГРАЦИЯ ВОЗМОЖНОСТЕЙ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И ОПТИМИЗАЦИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ

Часть 2

МОДЕЛИ ДЕЙСТВИЯ И ОБМЕН ИНФОРМАЦИЕЙ

Industrial automation systems and integration Integration of advanced process control and optimization capabilities for manufacturing systems Part 2 Activity models and information exchange

Дата введения — 2020—01—01

1    Область применения

Настоящий стандарт устанавливает:

–    модели действий для описания динамических аспектов АРС-О модулей:

–    требования к обмену информацией касательно динамических аспектов АРС-О модулей;

–    рабочие процессы и жизненные циклы АРС-О элементов;

–    определения сервисов по поддержке информационного обмена между:

–    компонентами Уровня 3 и компонентами АРС-О;

–    компонентами Уровня 2 и компонентами АРС-О:

–    компонентами АРС-О одной или нескольких АРС-О систем.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных — последнее издание.

ISO 15746-1. Automation systems and integration — Integration of advanced process control and optimization capabilities for manufacturing systems — Part 1: Framework and functional model (Системы промышленной автоматизации и интеграция. Интеграция возможностей усовершенствованного управления технологическими процессами и оптимизации для производственных систем. Часть 1. Структура и функциональная модель)

3    Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ИСО 15746-1, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 предупреждающий сигнал (alarm): Сигнал особой важности об отклонении производственных условий от нормальных значений. Сигнал передается компонентам АРС-О (3.2).

Издание официальное

Примеры

1    температура, контролируемая АРС Модулем, превышает верхний предел;

2    уровень входного сигнала Модуля SoftSonsor (Программно-управляемый датчик) лежит вне допустимого диапазона.

3.2    компонент АРС-О (АРС-О component): Производственный объект АРС-О системы, являющийся реализацией (посредством создания экземпляра) функционального АРС-О модуля.

Примечание — Компоненты АРС-О могут выполнять различные функции, включая анализ ситуации, связь с другими компонентами АРС-О. а также взаимодействие с учетом особенностей моделирования, оптимизации, диагностики, прогнозирования и управления.

3.3    АРС-О пакет программ (АРС-О package): Совокупность коммерческих программных продуктов. поставляемых одним Продавцом, для одного или нескольких функциональных АРС-О модулей.

3.4    АРС-О платформа (АРС-О platform): Компьютерная система, управляющая работой АРС-О системы. Задействует один или несколько АРС-О компонентов (3.2).

3.5    систематическая ошибка (систематическая погрешность) (bias): Поправка к вычисленному значению для обеспечения соответствия результатам измерений.

Примечание — Систематическая погрешность учитывается также при оценке неизмеряемых отклонений

3.6    управляемая переменная (controlled variable): Переменная, значение которой контроллер выдерживает либо в заданной (контрольной) точке, либо в интервале между минимальным и максимальным пределами.

Примечание — Понятие «управляемая переменная» дополняется понятием регулируемая переменная

(311).

3.7    переменная возмущения (disturbance variable): Переменная, которую контроллер рассматривает как оказывающую влияние на управляемую переменную (3.6). но не как регулируемую переменную.

3.8    событие (event): Очевидное изменение или явление, изменяющее состояние компонента АРС-О (3.2) или требующее задействования компонента АРС-О.

Примеры

1    Режим работы ПИД-контура (Пропорционально-Интегрально-Дифференциального контура) обратной связи, ассоциированный с регулируемой переменной (3.11) в АРС Модуле, изменяет состояние системы на REMOTE (удаленное).

2    Процесс, управляемый АРС-О системой, изменяет свое состояние с аВкл» на «Выкл».

3.9    исполнительное звено системы управления (конечный управляющий элемент) (final control element): Физическое оборудование, которое фактически задействуется для управления производственным процессом.

Пример — Клапаны, демпферы, приводы переменной скорости и т. п.

3.10    жесткое ограничение (hard limit): Предел, который контроллеру запрещено переходить ни при каких обстоятельствах.

3.11    регулируемая переменная (manipulated variable): Переменная, настраиваемая контроллером.

Примечание — Регулируемые переменные настраиваются в контрольных точках ПИД-контуров обратной связи Регулируемые переменные могут относиться к исполнительным звеньям системы управления (3.9)

3.12    базовые показатели производственного процесса (performance baseline): Совокупность значений ключевых индикаторов производственного процесса перед запуском АРС-О системы.

Примечание — Попытка оценить эффект от внедрения АРС-О системы по отношению к некоторому базовому состоянию производственного процесса

3.13    предел изменения величины (rate of change limit): Предел изменения значения величины в течение определенного периода времени.

3.14    рецептура (recipe): Набор ингредиентов, спецификаций продукта, настроек производственного процесса, определяющих порядок производства продукта.

3.15    мягкий предел (soft limit): Предел, который контроллер стремится не переходить, но может нарушить при необходимости.

3.16    отслеживание (tracking): Приведение значения одного параметра в соответствие со значением другого параметра.

Пример — Контроллер ПИД-контура обратной связи может отслеживать значение контрольной точки производственного процесса в ручном режиме (режиме MANUAL).

3.17    траектория (trajectory): Набор значений (массива данных), представляющих ожидаемое поведение рассматриваемой системы в течение рассматриваемого интервала времени.

Примечание — В приложениях АРС траектория регулируемой переменной (3.11) — это набор перемещений, планируемых контроллером Траектория управляемой переменной (3 6) — это ожидаемые перемещения, основанные на ранее принятых решениях и предшествующей истории изменения производственного процесса

3.18    надзорный орган (сторожевое устройство) (watchdog): Определяет, функционирует ли рассматриваемый компонент системы управления (внешней системы) надлежащим образом.

Примечание — Обычно сторожевое устройство следует некоторому набору инструкций, если выясняется, что контролируемый компонент функционирует ненадлежащим образом

3.19    рабочий процесс (workflow): Последовательность действий с явно указанными точкой начала и точкой окончания выполнения производственного задания.

Примечание — Рабочий процесс может иметь ответвления, точки принятия решений и события (3 8) Рабочий процесс — это тип модели действия

4    Сокращения

АРС (advanced process control) — усовершенствованное управление технологическими процессами: АРС-О (advanced process control and optimization) — усовершенствованное управление и оптимизация технологических процессов;

CV (controlled variable) — управляемая переменная;

DV (disturbance variable) — переменная возмущения;

KPI (key performance indicator) — ключевой показатель производственного процесса:

МРС (model predictive control) — управление на основе прогнозирующих моделей (управление с прогнозированием);

MV (manipulated variable) — регулируемая переменная;

OP (output of а РЮ controller) — выходной сигнал ПИД-контроллера;

ОРС (орел platform communications) — семейство программных технологий, предоставляющих единый интерфейс для управления объектами автоматизации и технологическими процессами;

OPD (object-process diagram) — объектно-процессуальная диаграмма;

OPL (object process language) — объектно-процессуальный язык. OPL-язык. описание системы на естественном языке на основе построенной диаграммы;

ОРМ (object process methodology) — объектно-процессуальная методология;

РЮ (proportional, integral, derivative) — пропорционально-интегрально-дифференциальное регулирование;

SP (Setpoint) — контрольная точка.

5    Рабочий процесс АРС-0

5.1 Жизненный цикл АРС-О системы

Жизненный цикл АРС-О системы включает следующие стадии:

a)    «анализ требований»;

b)    «проектирование»;

c)    «разработка»;

d) «исполнение»;

e)    «техническая поддержка».

Окончание таблицы 1

Обозначение Наименование Описание А |-нйСГ> Связь объекта с процессом его потребления Существование (наличие) Объекта А связано с невозвратным запуском Процесса В Если Процесс В запущен, то Объект А будет потреблен Выполнение процесса продолжается в случае отказа устройства запуска Условная связь Существование объекта А — это условие протекания процесса В Если объект А не существует, то процесс В не идет, система функционирует в штатном режиме

Отметим, что на стадиях «анализ требований» и «проектирование» обмен информацией обычно происходит в ручном режиме (например, по электронной почте или на бумаге), а не через электронный интерфейс. Настоящий стандарт распространяется на стадии «разработка», «исполнение» и «техническая поддержка» (см. рисунок 1). На рисунке 1 процессы и объекты, лежащие вне области применения настоящего стандарта, обозначены штриховыми линиями; процессы и объекты, лежащие в рамках области применения, обозначены сплошными линиями.

На разных стадиях необходимо использовать различные инструменты вследствие различия функциональных требований. По этой причине настоящий стандарт содержит описание стадий жизненного цикла «разработка», «исполнение» и «техническая поддержка» как отдельных систем со своими интеграционными интерфейсами.

ИСО 15746-1 идентифицирует четыре функциональных АРС-0 модуля систем: модуль программно-управляемого датчика. АРС модуль, модуль оптимизации, модуль оценки рабочих характеристик производственного процесса. Рабочие процессы в рамках рассматриваемых стадий соответствуют указанным четырем функциональным модулям, но не идентичны им. В результате некоторые коммерческие АРС-О продукты включают независимые инструменты разработки, исполнения и технической поддержки указанных четырех функциональных модулей. Некоторые инструменты могут быть встроенными. Интеграционные интерфейсы, определенные в настоящем стандарте, обеспечивают интеграцию различных коммерческих АРС-0 продуктов, а также систем, как входящих в АРС-0 модуль, так и систем, не входящих в него. Все уровни внутренней интеграции имеют одинаковый приоритет.

Рисунок 1 — Рабочий процесс жизненного цикла АРС-О модуля