Design av ett grafiskt användargränsnitt för en MPC-regulator i ABB ...
Design av ett grafiskt användargränsnitt för en MPC-regulator i ABB ...
Design av ett grafiskt användargränsnitt för en MPC-regulator i ABB ...
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Sammanfattning <strong>av</strong> exam<strong>en</strong>sarbete Fredrik Wåhlin<br />
<strong>Design</strong> <strong>av</strong> <strong>ett</strong> <strong>grafiskt</strong> <strong>användargränsnitt</strong> <strong>för</strong> <strong>en</strong><br />
<strong>MPC</strong>-<strong>regulator</strong> i <strong>ABB</strong> mjukvarumiljö<br />
Introduktion<br />
Företaget <strong>ABB</strong> kallar sig själva ”ledande inom kraft- och automationsteknik”. Inom<br />
verksamhetsområdet automationsteknik ingår styrsystemet Industrial IT System 800xA. Projektet<br />
som det här exam<strong>en</strong>sarbetet ingår i syftar undersöka möjligheterna att<br />
inkludera <strong>en</strong> <strong>MPC</strong>-<strong>regulator</strong> i 800xA. Exam<strong>en</strong>sarbetet går ut på att designa<br />
och utveckla det grafiska användargränssnittet <strong>för</strong> operatörer till <strong>en</strong> sådan<br />
<strong>MPC</strong>-<strong>regulator</strong>.<br />
Figur 1 Företaget <strong>ABB</strong>:s logo<br />
<strong>MPC</strong><br />
Model predictive control, <strong>för</strong>kortat <strong>MPC</strong>, är <strong>en</strong> relativt ung, <strong>av</strong>ancerad reglerteori och -metod<br />
som bygger på bland annat prediktion och optimering. <strong>MPC</strong> har många tillämpningar och har haft<br />
<strong>ett</strong> stort g<strong>en</strong>omslag speciellt inom processindustrin. Intresset <strong>för</strong> <strong>MPC</strong> startade inom industrin och<br />
utvecklades tillämpades långt innan forskarvärld<strong>en</strong> fick upp ögon<strong>en</strong> <strong>för</strong> dess pot<strong>en</strong>tial.<br />
En de stora <strong>för</strong>delarna med <strong>MPC</strong> g<strong>en</strong>temot andra reglermetoder är dess <strong>för</strong>måga att hantera<br />
gränser, både på processvariablerna och på styrsignalerna, se Figur 2. Många industriella<br />
processer gagnas <strong>av</strong> att operera nära eller vid sina begränsningar, dels på grund <strong>av</strong><br />
produktionseffektivitet<strong>en</strong> och därmed ekonomiska orsaker m<strong>en</strong> också ofta på grund <strong>av</strong> säkerhets-<br />
och miljömässiga skäl.<br />
Figur 2. Enkelt blockdiagram som visar signalernas namn.<br />
<strong>MPC</strong> passar utmärkt <strong>för</strong> effektiv styrning <strong>av</strong> flervariabla system m<strong>en</strong> äv<strong>en</strong> mindre återkopplade<br />
system kan effektiviseras med hjälp <strong>av</strong> <strong>MPC</strong>, speciellt vid tillämpningar som innehåller<br />
dödtidsproblem. Eftersom <strong>MPC</strong>-algoritmer är mer beräkningskrävande än <strong>en</strong>klare algoritmer som<br />
till exempel PID-styrning ökar nyttan <strong>av</strong> <strong>MPC</strong> ytterligare i takt med att beräkningshastighet<strong>en</strong><br />
hos datorer ständigt ökar.<br />
Faceplates<br />
De interaktionsfönster som pres<strong>en</strong>terar information om <strong>ett</strong> objekt till användar<strong>en</strong> kallas <strong>för</strong><br />
faceplates. Det finns tydligt uppsatta standarder <strong>för</strong> hur dessa ska se ut och fungera. <strong>MPC</strong><strong>regulator</strong>n<br />
som exam<strong>en</strong>sarbetet handlar om har stöd <strong>för</strong> upp till fem processvariabler, fem<br />
styrsignaler och fem assisterande variabler. Förutom <strong>MPC</strong>:ns eg<strong>en</strong> faceplate har var och <strong>en</strong> <strong>av</strong><br />
signalerna har <strong>en</strong> eg<strong>en</strong> faceplate som visar information och inställningar <strong>för</strong> d<strong>en</strong> signal<strong>en</strong>.
Sammanfattning <strong>av</strong> exam<strong>en</strong>sarbete Fredrik Wåhlin<br />
<strong>Design</strong> och utveckling <strong>av</strong> faceplates<br />
Det finns sedan tidigare ing<strong>en</strong> <strong>MPC</strong>-<strong>regulator</strong> implem<strong>en</strong>terad i<br />
800xA på så sätt att dess <strong>användargränsnitt</strong> kunde användas som<br />
utgångspunkt. Dessutom bestämdes det att faceplates till <strong>MPC</strong>:n<br />
skulle använda sig <strong>av</strong> <strong>ABB</strong>:s nya grafikstandard ”PG2”. Det<br />
innebar att alla faceplates blev utvecklade från grund<strong>en</strong> i <strong>ABB</strong>:s<br />
eg<strong>en</strong>utvecklade verktyg.<br />
Det faktum att <strong>MPC</strong>:n var unik inom 800xA gjorde också att <strong>ett</strong><br />
flertal nya grafiska kompon<strong>en</strong>ter behövde skapas <strong>för</strong> att kunna<br />
pres<strong>en</strong>tera information på <strong>ett</strong> intuitivt och okomplicerat sätt. Till<br />
exempel skapades tre indikatorer som kan växla utsee<strong>en</strong>de och<br />
därmed informera om status hos <strong>en</strong> signal. Några <strong>av</strong> dessa<br />
indikarorer kan ses i Figur 3.<br />
<strong>Design</strong>arbetet präglades <strong>av</strong> många frågor som vid <strong>för</strong>sta anblick<br />
tycktes <strong>en</strong>kla m<strong>en</strong> som vid närmare eftertanke krävde <strong>en</strong> grundlig<br />
g<strong>en</strong>omgång. Ofta fanns det inte möjlighet att g<strong>en</strong>om<strong>för</strong>a det som<br />
tycktes vara d<strong>en</strong> bästa lösning<strong>en</strong> utan <strong>av</strong>vägningar och<br />
prioriterangar blev nödvändiga.<br />
Här följer <strong>ett</strong> exempel på <strong>ett</strong> designproblem. En processvaribel kan<br />
styras med hjälp <strong>av</strong> <strong>ett</strong> börvärde och <strong>av</strong> gränser. Det finns två typer<br />
<strong>av</strong> gränser: fasta gränser och <strong>av</strong>vikelsegränser från <strong>ett</strong> bestämt<br />
värde. Det beslutades under designarbetet att <strong>av</strong>vikelsegränserna<br />
bestäms <strong>av</strong> <strong>av</strong>vikels<strong>en</strong> från börvärdet. Operatör<strong>en</strong> ska ha möjlighet<br />
att välja att styra processvariabeln med alla kombinationer <strong>av</strong><br />
gränser och börvärde. Alltså kan börvärdet användas <strong>för</strong> att definiera<br />
<strong>av</strong>vikelsegränserna utan att det används <strong>för</strong> återkoppling. Hur ska<br />
d<strong>ett</strong>a pres<strong>en</strong>teras på <strong>ett</strong> intuitivt sätt? Hur d<strong>ett</strong>a löstes kan ses i Figur<br />
4 där faceplat<strong>en</strong> <strong>för</strong> <strong>en</strong> processvariabel visas. Kryssrytor användes<br />
<strong>för</strong> att välja och visa om <strong>en</strong> gräns används. Avvikelsegränserna<br />
reducerades till att vara symmetriska kring börvärdet. En separat<br />
kryssruta anger om börvärdet används <strong>för</strong> återkoppling och styrning<br />
eller inte m<strong>en</strong> fältet där dess värde kan anges visas både om d<strong>en</strong> är<br />
ikryssad eller om kryssrutan <strong>för</strong> <strong>av</strong>vikelsegränser är ikryssad.<br />
Avslutning<br />
Faceplates som skapades testades också i <strong>en</strong> simulerad miljö. Ett<br />
mindre användartest g<strong>en</strong>om<strong>för</strong>des <strong>för</strong> att ge <strong>en</strong> uppfattning om hur<br />
användarvänligt <strong>användargränsnitt</strong>et var. Arbetet g<strong>av</strong> värdufulla<br />
erfar<strong>en</strong>heter om utvecklingsarbete m<strong>en</strong> också utökad uppfattning <strong>av</strong><br />
användarperperspektiv i <strong>en</strong> utvecklingsprocess.<br />
Figur 3 Ett exempel på <strong>en</strong><br />
faceplate. Visar <strong>en</strong> översikt över<br />
signalerna och deras status kan<br />
följas med hjälp <strong>av</strong> små<br />
indikatorer.<br />
Figur 4 Faceplate <strong>för</strong> <strong>en</strong><br />
processvariabel. Styrning med<br />
gränser och/eller med börvärde<br />
möjlig.
Change language