Hierarchical structure of automation application

Abstract

Prosessiautomaatiossa sovellukset, jotka ohjaavat tehtaan toimintaa suunnitellaan usein tehdaskohtaisesti. Tehdaskohtaisen automaatiosovelluksen kehitys pohjautuu lähtötietoihin kuten toimintakuvauksiin ja -kaavioihin. Automaatiosuunnittelija muuntaa kuvatun toiminnon automaatiojärjestelmän ominaisuuksien puitteissa sovellukseksi, jolla prosessia ohjataan. Automaatiosovellukset suunnitellaan toimilohkokaavioina. Toimilohkokaavioiden ilmaisuvoima on rajallinen ja niitä tarvitaan tehtaan toiminnallisuuden kattamiseen tuhansia. Sovellus rakentuu laitekohtaisista toimilohkokaavioista, jotka yhteen kytkettyinä muodostavat koko prosessin ohjauksen. Automaatiosovellukset eivät noudata yhtenäistä rakennetta vaan eri toimittajilla on omat mallinsa. Automaatiosovelluksen suunnittelu on monivaiheinen ja useampaa eri toimijaa koskeva kokonaisuus. Suunnittelu on aikaa vievää ja käytetyt rakenteet epätehokkaita. Sovelluksen suunnitteluun kuluvaa aikaa voidaan vähentää käyttämällä valmiita ratkaisuja joko tuotteistettujen tai kopioitujen rakenteiden muodossa. Diplomityössä kartoitetaan sovellusrakenteen muuttamista hierarkkiseen malliin. Hierarkkisella eli allekkaisten eri tarkkuustason omaavien rakenteiden avulla haetaan suunnitteluun tehokkaampia työtapoja. Työn tavoitteena oli saavuttaa näkemys hierarkkisesta sovellusrakenteesta, joka sopii jatkuvatoimiseen prosessiautomaatioon. Selvitys on tehty pääasiassa käyttäjähaastatteluin. Haastatteluiden tueksi työ avaa suunnitteluprosessia ja siihen vaikuttavia tekijöitä, joita tukee kirjallisuuslähteet sekä muiden sovellusrakenteiden selvitys. Nykyisen automaatiosovelluksen mallin todettiin sisältävän liikaa vaihtelua ja sen sisältö paljastaa liikaa yksityiskohtia. Oleellisimpana muutoksena kohti parempaa sovellusmallina on abstraktimpi toimilohkokaavio, joka mahdollistaa muiden toimilohkokaavioiden käytön suunnitteluelementteinä. Abstraktimmalla mallilla, jossa on mahdollista käyttää suurempia kokonaisuuksia, voitaisiin suunnitella laitekokonaisuuksia ohjaavia rakenteita. Työssä nousi esiin vaatimuksia ja yksityiskohtia, jotka on hyvä huomioida, jos rakennetta muutetaan. Hierarkkista rakennetta tukee sen mahdollisuus työtehtävään sopivaan yksityiskohtien määrään sekä visuaaliseen rakenteen hahmottamiseen. Esitetty sovellusmalli sellaisenaan ei nopeuta suunnittelutyötä, jos lähtötietoihin ei saada rakenteellista muutosta, päinvastoin sillä voi olla negatiivinen vaikutus.

The automation application that controls a process is designed separately for each plant. The plant specific application development is based on initial information such as functional descriptions and diagrams. An automation engineer transforms those specifications into automation application with the features the automation system offers. The applications are designed as function block diagrams. The function block language has a limited capability to express complex functions so thousands of diagrams are needed to represent the full functionality of a factory. The application is built of separate device specific controls that are connected to form the control logic of the factory. The automation applications do not conform to a uniform format as all suppliers have their own. Designing automation application is a multiphase and multi-stakeholder process. The application engineering is time consuming and the used structures are inefficient. The engineering can be accelerated by using former applications, either productized solutions or copying existing functionality. This thesis concentrates on alternative application format. A hierarchical format where the level of application details varies between design levels was proposed to streamline engineering. The focus was to assemble a model that would fit into continuous process automation. The main research method was user interviews. The interviews are supported by review of the application engineering process and its effecting variables. Current application model contains too much variation and is too detailed for intended use. The main development item towards better format is the possibility to use application diagrams as visual design elements in other diagrams. An abstract format would allow the design of larger structures. Other implementation details and requirements came up that are worthwhile to consider if changing the application structure. The hierarchical structure was supported by its ability to adapt to the needed detail level and to visualize the structure better. The proposed model would not on its own help the application engineering efficiency if there is no change on the specification format.