4season

從引進PI System勾勒出的未來藍圖

Blog Post created by 4season on Jul 1, 2019

一 藍圖的勾勒初步

1993年去美國OSI總部學習PI2 System Manager,一轉眼間已經26個年頭,這麼多年來鑽在PI的應用領域中,每天想的就是把這套PI System的應用到極致!

PI這套系統原先剛發展出來是為了把DCSRealtime Process information拉到一般的PC,User不用親臨DCS Control Room去看Trend或操作數據!早期的PI2是架在DECMainframe Server,一般的User Client PC必須安裝DEC Terminal 模擬軟體來看PI2TrendGraphics,想起以前畫PI的控制圖都有點心酸,因為不像現在用Process Book的功能這麼多,真的是純手工打造!

PI為什麼會被各行業先後引進,因為它有各式各樣的InterfaceConnect Data Resource,我用PI DDE Interface連結西門子PIMS(電力監控系統), TM-2000,DM-2000, DM-3500 Vibration System,PI OPCAMS(儀表監控系統),PI-APISample Manager(LIMS),環保監控系統最早送林園的IPCC,後來送環保局…..幾乎通通都在PI上完成,這許多年下來,User已經養成習慣去使用PI來分析來開會,會計結帳,採購原物料進貨都是靠PI來獲知現場桶槽的存量,自動通知廠商.太多的應用在腦海裡,尤其自動化控制,控制策略的改善都是靠PI的龐大數據來運算,然後修正到DCS,然後運用到操作員的Cross Training,晉升考試,CI(Continue Improvement),EMOC…..,以上總總只是我還記得的!下面兩張圖是PI的資料擷取架構及PI在的企業架構

 

二.PI未來應用

現在PI的安裝,是一個挑戰的開始,環境設備,公司文化思維的不同,但也因為PI 的持續跟新了許多功能,可以省掉許多以前應用的Gap,可以設計出許多以前要另外花錢購買的系統,Alarm Manager 可以用PI EventFrame來做出應用,PI Notification可以取代Push Mail來通知User,還有PI AF可以簡單與其它的Database做資料交換應用.PI Coresight可以讓User不用安裝Client軟體,就可以獲得現場的資訊.雖然資訊科技的改進,讓人可以少掉許多時間來做整合系統,但資料是死的,真正PI的核心價值是人的應用,去發掘出整個公司的改善在製程,安全,環保,採購,人力節省….

首先來談談PI的初期導入,初期導入最容易看到的成果是原來一堆用人去現場或DCSKeyinExcel報表,可以利用PI Datalink的功能直接要到某個時間點的資料. 我們希望製程改善,則需要大量數據來分析,來分析跳俥原因,來分析品質變差原因,而許許多多的數據要整合,要能容易拿到,分析工具能簡單上手.時間就是人才最重要的武器,而不是把時間拿來去找資料填報表,開會叫出Tags趨勢圖,找出是那個設備最先開始作動Interlock連鎖作動系統.每個人可應用PI System做出他的KPI,算出單位產能耗用多少能源,多少原物料.時間就是人才最重要的武器!

從多個數據源採集、分析、可視化大量高保真時間序列數據並將其與所有運營人員和系統共享。通過獲取關鍵數據和洞察,實現卓越運營改進並找到突破口,最終實現全面的業務轉型。

以下一個我曾經碰到的案例,因為我的發現阻止了一場停爐及安全事故,也許是自己浸在PI的研究中,最引以為傲的,雖然上面還是不知道我已經幫它們節省了千萬或工安事故!這就是默默行善吧!運用PI多年後竟然阻止了緊急停爐!

那就是DCSPerformance Monitor.

我很多的想法都是用觀察實體的操作環境來做Advance Improve,這次介紹的DCS Node Performance 是我以前看Honeywell Performance Menu 的參數時,引發的構想,當時的PIDCS InterfaceHoneywellCM 50S,通常收到PIinformation 不外乎是PV SP OP,後來再加入Digital StateMODE ,Digital Composite , DI點的PV值等!幾乎沒看過有人想監控DCS 其他的參數.

1994
,我開始研究LCN NodePerformance Monitor,因為DCS HMTrend Storage有限,若能將 Honeywell DCSPerfomance Monitor 參數引進到PI system,操作也方便,也可以進行Long Time Monitor .剛開始用LCN NodeCPUFREE ,這個參數是DCS System 中硬體還剩下多少CPU Free的意思.接下來的參數就List 在下面;
Report PSDP Parameters Common To All LCN Nodes
CPUFREE: Percentage CPU free time over previous 15 second sample. Consistent averages below 15-20% 
HEAPFRAG:Heap memory fragmentation index. Values at or above 2 indicate a potentially fatal condition. 
PARSEC :Parameters per second read from or stored to this node by other LCN nodes over previous 15 second sample. Recommended maximums (node specific) are as follows: 
AM = 615 for 68040, 410 for 68020, 270 for 68000 
NIM = 1400 for 68040, 750 for 68020
因為NIMDCS System中伴演最重要的溝通角色,所以特別針對UCNPerformance 來做Monitor,其參數如下:
Specific PSDP Parameters Common To NIM Nodes
DHPARSEC(1):Parameters (stored) per second due to operator initiated regulatory control actions (manual valve changes schematic stores, raise/lower commands), over last 15 second sample
DHPARSEC(2):Parameters (fetched/stored) per second due to AM, CG, HM (high level control),over last 15second sample
DHPARSEC(3):Parameters (fetched) per second due to display invocation (new display call-up), over last 15second sample
DHPARSEC(4);Parameters (fetched) per second due to normal display updates, over last 15 second sample
接下來就是我做的PI DCS Performance Monitor, 這次以BU2Demo我以BU2DCSDemo探討,因為這個DCS Performance Monitor,發揮很大的力量來發現DCS Problem, Bu2在 過完2012農曆年後開爐,可是UCN 03 PM11Status卻發生如下的情況,整個PM Module 所有AI DI的狀態會瞬間消失,然後I/O 出現"?????' ,這是一個很緊急的狀況,剛開始我以為是BU2 新增加的設備接地沒做好,所以會造成Noise!因為WWT曾因現場加裝了變頻器,導致HPM Noise 造成UCN Cable Fail,但是這次的情況NoiseNomal ,大家可看下面兩張截圖:

但是問題找不到原因,後來我看到的BU2 PI DCS Performance,我發現Real Time CPU AVG的值只有0.3.接下來的參數介紹,你應可了解這些參數的意義;
Parameters for(PM. APM, and HPM) 

COMCFAVG:Percent Communication CPU average free time, over last min.Minimum recommended is 20%
CTLCFAVG:Percent Control CPU average free time, over last min. 
這次出現的問題就是Communication CPU造成的,一個PMM ModuleMonitor的有兩大Key module ,一個是Communication 另一個是Control ,底下的PI Trend,可看出來.

由此問題的發生,我們來探討DCS Hardware問題,此次發生的是BU2 的PM 11,你知道Honeywell 的DCS Control設備已經從PM-->APM-->HPM-->C200-->C300了,你的PC 若是超過20年,你會怎麼認為呢?哈哈 !簡直是骨董阿伯級的!不曉得已進博物館多久了,但BU2 PM卻是已Service了20年.而我們的現場的Control Tag 只會增不會減,而我們又不會去care PM它到底已經LKK了嗎? 

PM,APM,HPM裡有個Process Units的容量,PM200 APM400 HPM800,這就像PC過去286,386,486,Pentium..Pentium4, 越來越快.這次問題的產生其實是一個警訊.到底我們的DCS Life Cycle是怎麼看待,難道一定要等工廠發生無法控制才面對嗎?

 

下面再介紹我設計的一個東東,Alarm Panel, 首先來談我當初的設計Idea,DCS 還沒UpgradeHoneywell EPKS,是用Honeywell TDC3000來操控現場製程的,通常在控制盤面旁會有一組Alarm Panel,它的接線方式是利用Rack RoomMonitor Switch 定義Alarm Setpoint,這個Monitor Switch我曾經在Bu1/2 DCS Revamping 時測過,現場數據一超過Setpoint,Alarm PanelBox Light就會亮起來及閃爍,還有蜂鳴器會響.
而我就是看到這個Alarm Panel,想說如果在Process Book裡也設計一個Alarm Panel 則Manager, Engineer也可以用一目了然的方式去Monitor 現場的狀況,我利用PI ProcessBook裡面一個MultiState 的工具,它可以Define很多條件的State 比如舉例來說HFIC301.PV 的IE Range是0-100好了,通常我們Normal Control落在 60-70之間,那其他的Range我就可以Define HiHi Alarm , Hi Alarm ,Low Alarm ,Low Low Alarm,還有儀表故障的Bad Input等.....,當Box變色時,你可以Move Mouse 到此Box,它會Display PI Tagname給你,

接下來介紹Energy Monitor2006年時,為了CCR整合時,我提出的構想,利用PI 的計算能力,及原先已有的Power Monitor System,建立起衡量的基礎,由技術室提供2005年的Consumption Base ,再將ISBLSteam , LNG , PowerOSBL BOILER EFFIENCY AND BIOGAS ....當作Real time Tagname and Performance Equation tagname , 至於如何計算及評估由技術室來負責,建計算TagnamePI Dataset 則我來負責,以下是energy monitor display ,現在因為KHP Shutdown 所以Real time information 都是CAlC fail,這是遺憾! 


 

.怎麼實現PI的應用

A.種子的培養:

萬事起頭難,上面的支持是最重要的動力,PI是一個學習簡單的工具,但卻有無窮的應用空間去省思整個現有的規則與方法的改進!我的前25年把PI應用推到User把它跟Outlook同樣的不可缺少,每天的Morning Meeting叫出昨天的趨勢圖,產能,工安環保紀錄,成本分析,現場OIOL,NS Report,幾乎都是PI在提供各式運算及資料擷取!這麼多年來,很多原來的工程師都已升到廠長,副總,PI卻是他們最仰賴的製程資訊!自己做自己想要的趨勢圖,控制圖,報表,新進工程師一代傳一代的訓練,這就是我存在的價值!

 

B.找出KPIMonitor Process

KPI是種對平常工作的監督,透過數字的比較找出問題,然後大家找出方法來改善,前兩年把PI的功能熟悉,普及訓練,讓應用範例簡單易做,成果可容易取得,就像SPC, SQCCpk設定一樣,PI也很簡單設定.

 

C.接受各種不同思維,挑戰傳統

以一個Position來做Sample, 用反問自己在那個Position的規劃模式,有許多零散的System ,但若每天的開始要做什麼Job instruction and How to follow these instruction,以前設計了一個OI/OL ,這是針對Operation Dept等來設計的,但我們現在想獲得的是一個資訊整合的Display,以我當例子,System Engineer,我自己設計了Monitor System,KHP DCS Performance , Plant information System , server status Monitor.....以上這些是for Hardware ,至於 Information , 我用Key Point的方式來Check,所謂Key Point 就是採取每個系統的Kernel 來做,比如 PIReal Time information , 因為PI是現場各式各樣interface 的整合,所以定each interface monitor tags.來看interface是否正常運作!設計一張如下的3D圖來Link自己設計的各Chart

 

不同的思考方式來看製程資訊,以前的製程資訊就對是針對單點的,如控制器就是PV SP OP三點,流量計壓力計...就是PV而已,20幾年過去了!現在都往設備的整體來Monitor!Boiler 裡有設備資訊,維修計劃,維修記錄,還有Vibration Data,或蘑損資訊,然後配合Real Time ProcessHistory Trend......談了這些就是要把各式各樣DataBase結合,這樣的實驗還有很長的路要走,就算現有的PI AF(Asset Framework),也是需要很多Key in 的或Import data, 所以這種事情最好是發生在建置PI! 借助 PI AF,可在企業內使用同一顯示來比較所有相似的資產,無需為每個新資產重新創建顯示,從而在企業內實現資源分享。通過該集成方法,用戶還可以輕鬆查看相關資訊,獲取對現有資產、流程及其他物件的深入分析。

 

結論:
搜索和分析

即時對比歷史和實時信息

PI System 經過優化,可訪問幾十年的重要歷史數據並將其與現在的實時數據相整合,快速高效地交付數據。在短時間內,您便可發現原本冗長不堪或者無法獲取的信息。藉此,您能夠調查間歇性問題、排查設備故障、對比目前和過去的生產性能並針對現有設施衡量新工廠的啟動。

此外,複雜但直觀的計算工具還能夠:

  • 根據批次流程或關鍵事件查看實時流程數據
  • 交付至支持分析的第三方系統,包括ERP 系統數據
  • 隨時隨地在平板電腦、手機或筆記本電腦上進行隨機分析

可視化              

在任何設備上呈現信息

優先排定信息。創建上下限。突出要點。根據不同受眾自定義內容。讓查看者遠程參觀工廠。簡單高效地傳達最複雜的數據。借助於PI System 的可視化功能,除了上述功能,您還可以執行更多操作:

  • 整合併可視化運營數據和業務數據
  • 將數據導出至Microsoft Excel,揭示運營決策的真正成本和價值,並定制供監管機構審核的報告 翻譯至幾乎所有的設備——平板電腦、手機、筆記本電腦
  • 查看人工加載數據和自動化運營數據
  • 從詳細的流程圖和自配置顯示,到批次/事件分析和KPI/儀表板,均實現可視化

實現運營智能

改善運營,保持領先

採集。搜索。分析。可視化。共享。每個步驟都能加深對過去行動和當前情況的了解,讓機構從被動式決策變為主動式決策。這是一個持續的過程,通過下列方式能夠不斷地揭示發現新價值的機會:

  •  優化流程
  • 提升質量
  • 改善資產健康和正常運行時間
  • 改善管理風險和監管合規性
  • 促進安全性能
  •  

 

 

 

 


Outcomes