3rd International Workshop on Networked Control Systems

3rd International Workshop on Networked Control Systems : Tolerant to Faults (NeCST)
Nancy, Ranska, 2007

Mikko Huovinen, Tampereen teknillinen yliopisto, Automaatio- ja säätötekniikan laitos
Ville Hietanen, Metso Automation, Research And Technology Development

Networked Control Systems : Tolerant to Faults (NeCST) on projekti, jonka ydinryhmän muodostaa neljän akateemisen ja kolmen teollisen osapuolen yhtymä. Projektin päätavoitteena on tutkia hajautettuja säätöjärjestelmiä siten, että niiden vikadiagnostiikkaa ja vikasietoisuutta voidaan parantaa. Tällä haetaan erityisesti laajojen kokonaisuuksien parempaa hallintaa ja turvallisuutta. Mukana on mm. säätöä ja vikadiagnostiikkaa, joista jälkimmäistä meidän esityksemme oli lähempänä.

Itse tapahtuma 3rd International Workshop on Networked Control Systems : Tolerant to Faults, eli projektin kolmas seminaari, järjestettiin tällä kertaa Ranskassa Nancyssä. Kaupunki sijaitsee teitä pitkin 370 km:n päässä Pariisista itään, melko lähellä Saksan rajaa. Aiemmat kaksi seminaaria on järjestetty Ajacciossa Ranskassa sekä Rendessä Italiassa. Itse matka sujui lentämällä Tampereelta Tukholman kautta Pariisiin ja jatkamalla sieltä TGV-junalla Nancyyn.

Ohjelmassa oli kahden päivän aikana normaalisessioiden lisäksi vierailijaluennoitsijoita Yhdysvaltojen ja Italian yliopistoista sekä Euroopan komissiosta. Perussessioita oli yhteensä yhdeksän ja päivälle tuli mittaa ensimmäisenä päivänä kymmenen tuntia, mikä on ehkä hieman liikaa esitelmien aktiiviseen seuraamiseen. Asiaa oli paljon ja esitelmistä suurin osa käsitteli verkon yli tapahtuvan säädön ongelmia ja haasteita.

Oleellinen haaste verkon yli tapahtuvassa säädössä on säätöpiiriin syntyvä verkosta aiheutuva muuttuva stokastinen viive ja sen vaikutus säädön suorituskykyyn ja stabiilisuuteen. Nykyiset kenttäväyläratkaisut ovat paikallisia "säätöverkkoja", joissa käytetään reaaliaikasäätöön soveltuvaa väylänjakoalgoritmia, jossa jokainen väylään kiinnitetty laite saa vuorollaan vakioajan väyläaikaa. Tällä tavalla voidaan taata viestin kulkuajalle maksimi, joka oletetaan merkityksettömäksi säädettävän prosessin dynamiikkaan verrattuna.

Tämä teknologia toimii hyvin kun oletetaan että väylällä on tiukasti rajattu määrä laitteita (esim max 32 laitetta/Profibus väyläsegmentti), laitteiden välinen kommunikaatio on vähäistä ja että laitteet ovat fyysisesti lähellä toisiaan. Yleensä prosessiteollisuudessa nämä oletukset toteutuvat. Jos taas tarvitaan enemmän laitteita, kommunikaatiota on enemmän tai laitteet sijaitsevat pitkien etäisyyksien päässä (>1 km) toisistaan, joudutaan käyttämään monimutkaisempia verkkorakenteita, jolloin verkko ei enää toteuta reaaliaikaisuusvaatimuksia.  Toinen mahdollinen syy on halu vähentää kustannuksia ja käyttää halvempia toimistokäyttöön suunniteltuja ethernet verkkokomponentteja.

Säätöverkkoon saadaan väylä-ratkaisuun verrattuna redundanssia, koska viesti voi kulkea verkossa eri reittejä jos jokin verkon solmu vaurioituu. Säätöverkko mahdollistaisi muunmuassa globaalisti toimivia sovelluksia, joissa sensoreita ja toimilaitteita voidaan hajauttaa ympäri maailmaa tai jopa satelliitteina kiertoradalle. Tällaisia tarpeita löytyy ainakin sotilastekniikasta, esimerkiksi viimeaikoina uutisissa puhuttu ohjuspuolustusjärjestelmä vaatii tämän tyyppistä teknologiaa.  Torjuttava ohjus ja torjuntaohjus havaitaan maassa olevista tutka-asemista ja satelliiteistä, tiedot välitetään salaisessa paikassa sijaitsevaan komentokeskukseen, joka sitten ohjaa torjuntaohjusta siten että se törmää torjuttavaan ohjukseen suunnitellussa paikassa. Komentokeskusken pitää olla mobiili (esim sukellusvene) jotta järjestelmällä olisi mitään strategista merkitystä. [http://news.bbc.co.uk/2/hi/americas/5101886.stm]

Osa esityksistä käsitteli tilannetta, jossa säätöverkossa on useita keskenään kommunikoivia agenttityyppisiä sensoreita, jotka "neuvottelevat" keskenään oikean mittaustuloksen "consensus", jolloin mittausvirhettä voitaisiin vähentää.

Oma esityksemme käsitteli Metsä-Botnian Joutsenon sellutehtaalle toimitettua uudenlaista prosessinseurantajärjestelmää ja yleisesti ottaen laajamittaisen prosessinseurannan haasteita sekä vaatimuksia. Kirjoittajien näkemys on, että tieteellisissä julkaisuissa on kiitettävästi käsitelty seurantajärjestelmien toiminnallisia vaatimuksia kuten vianhavaitsemisnopeutta, mutta todelliseen teollisuusympäristöön asennettavalta sovellukselta vaadittavat muut ominaisuudet ovat jääneet liian vähälle huomiolle. Erityisesti vaaditaan taloudellisuutta, käytettävyyttä, varmatoimisuutta, ylläpidettävyyttä ja skaalautuvuutta isoihin kokonaisuuksiin. Näihin asioihin ei yleensä tutkimuksissa oteta kantaa juuri ollenkaan vaikka ne ratkaisevat tuleeko teknologia koskaan käyttöön vai ei.

Päivän päätteeksi ohjelmaan kuului myös opastettu kaupunkikierros upealla Place Stanislas-aukiolla, joka on yksi YK:n maailmanperintökohteista sekä illallinen ravintolassa aukion laidalla.

Seuraavana aamuna ehdimme valitettavasti seuraamaan vain aamupäivän esitykset, sillä lentomme Pariisista lähti samana iltana. Suurin osa suomalaisista osallistujista oli myös päätynyt ratkaisuun paluusta hieman etuaikaan juhannuspyhien vuoksi. Paluumatkalla ehdittiin vielä lentoa odotellessa tutustua Pariisiin lisää. Erityisesti ihmetytti talojen kehno kunto ja kaikenlaisten töherrysten määrä. Pahimmilla alueilla ei ollut ollenkaan yksiväristä seinää ja joidenkin töherrysten teko on edellyttänyt tekijoiltään melkoista akrobatiaa. Töherryksiä ei ilmeisesti enää edes yritetä siivota.