Interfețe de Proces

Cap.1. Noţiuni de bază despre interfeţe de proces

În primul capitol, Noţiuni de bază despre interfeţe de proces, se va defini termenul de proces, asociind şi o clasificare-discuţie asupra a ce înseamnă proces; se vor defini noţiunea de automatică, noţiunea de automatizare şi noţiunea de conducere, ca şi cea de proces condus. Noţiunea de calculator va fi prezentată într-o formă caracteristică acestui domeniu, al interfeţelor de proces, de asemeni noţiunea de sistem de prelucrare numerică SPN. Un termen important în automatizări este cel de conducere în timp real. Odată acestea bine înţelese, se va prezenta interfaţa de proces prin locul şi rolul ei într-un ansamblu proces condus – sistem de prelucrare numerică.

Prin proces se înţelege o succesiune de transformări ce caracterizează diferite obiecte sau fenomene în desfăşurarea lor spaţio-temporală 10. Include atât transformări de masă cât şi de energie, şi în final este vorba de un ansamblu de schimbări.

Sub numele de proces se ascunde o întreagă diversitate.

Aici se vor avea în vedere trei situaţii, potrivit unui prim criteriu de clasificare al proceselor, şi anume posibilitatea omului de a interveni în crearea şi conducerea sistemului 9.

În prima, procesul care se desfăşoară este de tip supraveghere (monitorizare), cu scopul de a obţine date privind comportarea unui sistem natural, sistem asupra căruia nu avem acces. Exemple ar fi astronomia, sau seismologia. Fireşte, se poate observa uşor că activitatea omului nu poate fi considerată ca perturbatoare asupra mişcării corpurilor cereşti, în timp ce diverse activităţi umane sunt generatoare de efecte seismice: prăbuşirea unei clădiri, încercările diverselor tipuri de arme, etc. Pe considerentul că nu acesta e scopul lor principal, şi pe considerentul că nu se pot repeta exact în acelaşi loc, deci asupra aceluiaşi sistem, şi în aceleaşi condiţii (iar studiul ştiinţific presupune repetabilitate), excludem din discuţia despre comenzile date unui sistem ambele domenii ştiinţifice. Utilitatea studiului unor astfel de domenii rămâne însă indiscutabilă.

În a doua situaţie se discută despre procese cu intrări impuse, ca de exemplu în experimentele din biologie, în care într-adevăr se urmăresc rezultatele intrărilor impuse, dar asupra unui sistem natural, nemodificabil.

Abia în cel de-al treilea caz situaţia se referă la procesele industriale, caz în care sistemul suport al procesului este artificial. I se impun anumite intrări şi se monitorizează procesul, totul pentru o obţine rezultatele dorite, deci sistemul este condus.

În toate cazurile enumerate, prelucrarea datelor poate fi făcută în sisteme numerice de calcul.

Conform 10, automatica este acea parte a ştiinţelor tehnice care se ocupă de teoria şi practica realizării constructive a sistemelor de conducere, destinate eliminării intervenţiei umane în elaborarea deciziilor directe privind funcţionarea proceselor industriale. Face parte din progresul industrial, reprezentat de mecanizare, automatizare, robotizare, cibernetizare, cu observaţia că definiţia dată acoperă şi ultimele 2 etape. În primele două cazuri prezentate de primul criteriu de clasificare luarea deciziei nu este lăsată în seama sistemului de calcul decât parţial, ceea ce contravine definiţiei automaticii, în consecinţă, această noţiune de proces va fi folosită în continuare numai în cazul sistemelor create de om, în mediul industrial, cu extensie la cazurile legate de învăţământ / cercetare (laboratoare).

Prin automatizare se înţelege aplicarea automaticii la un proces sau clasă de procese specificate 10, într-un domeniu oarecare al ştiinţei.

Termenul de conducere a unui proces industrial trebuie înţeles atât ca impunere de obiective, cât şi ca urmărire (supervizare), diagnoză, reglare…(deci un ansamblu de funcţiuni). Engleza fiind o limbă tehnică larg răspândită, trebuie ţinut cont că termenul corespunzător în engleză este cel de “control”. Expresia “industrial process control” se traduce ca şi “conducerea procesului industrial”, în timp ce în expresia “control loop” echivalentul este de reglare (buclă de reglare). Cu alte cuvinte conducerea este un ansamblu de funcţiuni (cele enumerate mai sus) ce vizează atingerea unui obiectiv sau a unei strategii impuse.

Prin comandă 14, ne referim la ansamblul de operaţii prin care stabilim o dependenţă între mărimea din proces ce ne interesează şi o mărime aplicată, deci externă procesului, după o anumită lege prestabilită.

În esenţă, un proces supus automatizării este un proces condus. Se aşteaptă fie ca desfăşurarea lui să respecte o anumită succesiune (secvenţă), fie ca o anumită mărime (sau mai multe) să prezinte o formă de variaţie impusă. Aici apare un al doilea criteriu de clasificare al proceselor industriale, şi anume în procese de tip secvenţial şi procese de reglare.

Noţiunea de control în limba română se apropie de cea de verificare, măsurare - controlul fiind un ansamblu de operaţii destinat garantării înscrierii performanţelor unui produs (aparat, instalaţie, dispozitiv…) în limite de toleranţă admise 10. În cazul asimilării (omologării) unui produs, ca şi în cazul în care acest produs este “controlat”, adică testat, măsurat, verificat în timpul desfăşurării procesului, rezultatul controlului are efect asupra desfăşurării procesului. Este vorba de un control de tip (în opoziţie cu controlul de lot, când se vizează doar produsele finite, iar concluziile nu se repercutează asupra condiţiilor de funcţionare ale procesului, ducând doar la acceptarea sau respingerea lotului). În funcţie de momentul în care se desfăşoară controlul de tip, el poate fi pasiv, dacă se efectuează doar la încheierea producţiei, sau activ, dacă e efectuat în cursul procesului de producţie; în această ultimă variantă se disting două cazuri, al controlului activ off-line, la care datele prelucrate statistic dau informaţii asupra procesului global, şi cazul controlului activ on-line, datele prelucrate determinând concluzii ce se repercutează asupra procesului. Acesta din urmă, controlul activ automat, devine parte integrantă a conducerii automate a unui proces industrial. Efectuarea controlului activ automat se face în anumite momente, faze ale desfăşurării procesului, deci conform celui de-al doilea criteriu de clasificare un proces în care se desfăşoară activităţi de control activ automat este de tip secvenţial, dar efectul ar putea fi modificări ale parametrilor unei legi de reglare, sau chiar al alegerii unei alte legi de reglare. Rigoarea trebuie deci să urmărească nu a răspunde unei anumite clasificări, ci de a reuşi să impunem acelui proces condus atingerea obiectivelor dorite de noi.

Un al treilea criteriu de clasificare al proceselor industriale ar viza organizarea obiectului transformării: dacă e vorba de un flux continuu de materiale, într-un proces tehnologic (de exemplu în industriile chimică, petrochimică), sau de obiecte distincte supuse prelucrărilor, în procese de fabricaţie (în care totalitatea activităţilor umane sau automate concură la realizarea unui produs de o anumită concepţie şi o anumită destinaţie dată, pornind de la starea de semifabricat până la cea de produs finit).

Observaţie: Dacă primul criteriu de clasificare este general valabil pentru toate procesele existente, ultimele două criterii se referă doar la procesele care, conform primului criteriu şi definiţiilor automaticii şi automatizării, se încadrează în cea de-a treia situaţie.

Prin calculator se înţelege în sensul cel mai larg un ansamblu fizic care calculează (efectuează operaţii aritmetice şi logice).

Primele calculatoare erau analogice (sistem de calcul destinat rezolvării ecuaţiilor diferenţiale în care una din variabilele independente esenţiale este timpul).

În sistemele de prelucrare numerică – SPN - există o structură numerică cu acest rol, deci un calculator numeric, care este completată de unităţi de comandă şi control, regiştrii cu diferite funcţiuni, memorii, porturi de intrare şi ieşire, conectate în diverse variante prin intermediul unor magistrale şi linii de comandă, şi fie că circuitul pe scară largă pe care se bazează SPN-ul este microcontroler, microprocesor, procesor numeric de semnal, putem identifica aceleaşi blocuri funcţionale în diverse variante constructive şi acelaşi rol al SPN: de a prelucra numeric datele venite din proces pentru a obţine informaţii despre starea procesului - memorarea şi redarea informaţiei – şi / sau semnale de comandă pentru proces.

Noţiunea de interfaţă de proces IP este legată de conducerea proceselor industriale cu echipamente numerice. Structura din figura 1.1 prezintă un ansamblu de proces condus şi sistem de prelucrare numerică SPN, fiind explicativă pentru locul unei IP.