Михаил Шехтман. АСУ ТП плюс искусственный интеллект. Часть 1. Функции работы с данными

Главный редактор
By Главный редактор Август 7, 2018 15:43

Михаил Шехтман. АСУ ТП плюс искусственный интеллект. Часть 1. Функции работы с данными

Все чаще эксперты говорят о пришедшей эре искусственного интеллекта. Он научится распознавать образы, управлять роботами и беспилотниками, возьмет на себя множество операций и решений, и сделает это нетривиально. Он найдет применение в самых разных сферах – промышленности, банкинге, услугах, где угодно. Однако эти изменения происходят не с нуля. Интересен переход к этой новой реальности из существующего положения. Так, во многих инженерных системах уже стоят комплексы АСУ ТП. Как может сюда вписаться искусственный интеллект?

Предлагаем серию статей эксперта.

 

 

 

 

 

Михаил Шехтман, к.т.н., Председатель Совета директоров НПФ «КРУГ», г. Пенза

 

Какова может быть общая концепция применения искусственного интеллекта (ИИ) в АСУ ТП и ключевые направления развития? Какие задачи могут решаться посредством ИИ при автоматизации в технологических процессах?

 

Часть 1. Функции работы с данными

Сначала разберемся, какова роль человека в АСУ ТП. В системах автоматизации участие человека достаточно четко регламентировано, как и решения, которые на него возложены. Их можно классифицировать следующим образом:

  • контроль работы автоматики;
  • контроль работы неавтоматизированных оборудования и технологических процессов;
  • оценки работоспособности оборудования и качества протекания технологического процесса в границах регламента;
  • управление технологическим процессом в нештатных ситуациях, в том числе и при отказах отдельных систем автоматики и др.

Каковы роли участников процесса в АСУ ТП? Представим в виде таблицы.

Таблица 1

Роли участников процесса автоматизированного контроля технологических процессов

 

Роль Функционал
Оператор/диспетчер Оперативное управление технологическим процессом
Специалист 1 службы автоматизации Контроль работоспособности оборудования АСУ ТП
Специалист 2 службы автоматизации Контроль работоспособности средств КИП
Специалист 3 службы автоматизации Периодическая настройка цифровых регуляторов
Начальник смены Ответственность за рациональное ведение ТП в рамках технологического регламента, «хранитель технологического опыта»
Специалист службы главного механика Контроль работоспособности оборудования, решения о его ремонте, замене и т.п.
Специалисты других служб (технологической, электротехнической, метрологической и др.) В рамках своего функционала

 

Каждый из пользователей для принятия решений в рамках своего функционала анализирует собственный набор информации. Однако в любом случае все указанные решения априори подвержены влиянию «человеческого фактора», а значит, могут оказаться ошибочны. И цена таких ошибок может иметь огромные и экономические, и экологические, и социальные последствия. Самые печальные из примеров всем хорошо известны.

Можно сделать вывод, что главной целью применения искусственного интеллекта в автоматизированных системах управления технологическими процессами должно стать уменьшение влияния «человеческого фактора».

При этом, зачастую решения ИИ находятся вне человеческой логики, а их качество напрямую зависит от датасета, на котором происходит обучение. Даже в далекой перспективе мы ожидаем от ИИ не полной «безошибочности», а уменьшения количества ошибок и снижения тяжести последствий от них.

В рамках систем автоматизации можно выделить 12 основных функций и по каждой рассмотреть возможности и перспективы использования искусственного интеллекта (ИИ) при их реализации.

Информационное взаимодействие компонентов АСУ ТП можно представить в виде следующей схемы.

 

Рис. 1. Схема информационного взаимодействия в рамках АСУ ТП

 

Начнем разбирать по каждой функции и собирать в табличку выводов.

Что касается первичной обработки поступающей информации, здесь перспективы использования ИИ не просматриваются, так как известные алгоритмы обработки вполне справляются с задачей.

 

Функция 1.

Первичная обработка информации

 

Ввод/вывод данных и преобразование их в цифровой (физический) вид. Использование ИИ нецелесообразно

 

А вот следующая функция – верификация данных, может предполагать уже более сложный анализ. Причем в системах АСУ ТП используются как раз очень простые алгоритмы типа контроля допустимого диапазона. Однако человек для верификации данных включает более сценарные многофакторные решения.

Представим ситуацию, что насос остановлен, а датчик расхода выдает ненулевое значение, которое укладывается в диапазон. Вывод первого уровня – датчик неисправен, и его показаниям нельзя верить. Однако возможен и другой ход событий – что недостоверен сигнал об остановке насоса. В ход идет информация с других датчиков  позволяющая определить, какие же данные в системе достоверны. Например, если датчик давления, установленный на том же трубопроводе, показывает нулевое значение, можно сделать вывод, что расхода нет.

Заметим, что оператор в данном случае принимает во внимание не только значения, но и динамику показателей. Получается, человек в таких ситуациях опирается на сложную модель, включающую знания не только о процессе измерения, но и об объекте (и его модели), и если стоит задача заменить человека искусственным интеллектом, обучать его надо именно так.

А дальше нужно, в случае обнаружения недостоверных данных, заменить их на достоверные. В примере выше – установить значение расхода, равное нулю. И здесь также явная возможность для применения ИИ, например, в виде экспертной системы. Легко допустить появление в ближайшее время библиотек алгоритмов и программ, задачей которых будет именно интеллектуальная, «умная» верификация и достоверизация данных в различных информационных системах, в том числе в АСУ ТП.

 

Функция 2.

Верификация данных

 

Контроль достоверности данных и замена недостоверных достоверными.

Возможно применение ИИ, в т.ч. экспертных систем

 

Следующая функция – сигнализация, то есть оценка отклонения параметра от установленного диапазона, причем как по значениям, так и по скорости их изменения.

Наглядный пример – ситуация, когда давление в трубопроводе выше заданного граничного значения. Как действует специалист? Он смотрит на смежные сигналы. Например, в коллекторе работает насос, прокачивающий жидкость по трем трубопроводам, каждый из которых имеет датчик давления и ручную задвижку после него. Если сигнал о превышении давления сработал для всех трех трубопроводов – скорее всего, виноват насос, и человек его остановит. Если сигнализирует датчик на одном из трех трубопроводов, то, вероятно, на нем прикрыли ручную задвижку.

Чтобы заменить здесь человека, ИИ должен учитывать причинно-следственные связи в технологическом процессе и работе оборудования и на их основе делать вывод о первопричине сигнализации, после чего принимать соответствующее решение. Какой инструментарий ИИ наиболее эффективно справится с этой задачей – это тема самостоятельной научной работы.

 

Функция 3.

Сигнализация

 

Оценка отклонения параметра от установленных регламентных границ.

Возможно и целесообразно применение ИИ, предстоит выбрать инструментарий

 

Для следующей функции – архивирования информации – применение ИИ не кажется целесообразным по причине тривиальности используемых алгоритмов сжатия и архивирования, а также извлечения данных.

 

Функция 4.

Архивирование

 

Сжатие, архвивирование, извлечение их архива.

Применение ИИ нецелесообразно

 

Таким образом, вполне возможно и целесообразно применение искусственного интеллекта, заменяющего человека, на этапах проверки данных на достоверность, восстановления достоверности, сигнализации о нарушениях.

В следующей части речь пойдет о таких функциях АСУ ТП, которые требуют действий – противоаварийная защита, автоматическое регулирование, дистанционное управление.

 

ЕА: В качестве иллюстраций к серии статей мы использовали фото из архива НПФ “КРУГ”, в данном случае – отладка на полигоне АСУ ТП солезавода в Варнице.

 

Больше оперативных новостей   в Телеграм

Присоединяйтесь к ЕА

на Facebook

Главный редактор
By Главный редактор Август 7, 2018 15:43
Добавить комментарий

Нет комментариев

Нет Комментариев!

Вы можете быть первым, кто прокомментирует эту статью.

Написать комментарий
Просмотреть комментарии

Добавить комментарий

Ваш E-mail адрес не будет опубликован.
Обязательные к заполнению поля помечены*

*

code

Избранное в Telegram