在當(dāng)今競爭激烈的制造環(huán)境中，領(lǐng)先者需要對整個工廠的每個過程實(shí)現(xiàn)性能最大化。 但你無法控制你不能測量的內(nèi)容，而及時、準(zhǔn)確的過程測量不總是有效?，F(xiàn)在，有了一種高性價比的方法， 提高實(shí)驗(yàn)室分析和儀器儀表的能力－使用羅克韋爾的模型創(chuàng)建器（plantpax modelbuilder）。構(gòu)建器能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時監(jiān)視和預(yù)測過程關(guān)鍵特性是否到達(dá)峰值性能。其結(jié)果幫助用戶提高了生產(chǎn)效率，減少了生產(chǎn)的波動和浪費(fèi)，增加了利潤。
軟傳感器（soft sensors）概述
軟傳感器（也稱 軟儀表）是一種軟件模型，基于實(shí)時過程數(shù)據(jù)預(yù)測過程值。軟傳感器能實(shí)現(xiàn)對有些變量的虛擬測量，因這些變量用物理設(shè)備測量非常困難，且受到可靠性和成本的限制。這種模型彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室測量需要較長時間的不足，結(jié)果的產(chǎn)生從幾小時減少到了幾分鐘。
● 面臨的挑戰(zhàn)
很多生產(chǎn)過程都需要儀表的測量。無論是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室的能力不足或者在線測試的費(fèi)用太高，很多生產(chǎn)過程的檢測，需要幾小時甚至幾天才能獲得實(shí)室樣品。在此期間，生產(chǎn)過程的參數(shù)可能已經(jīng)在不知不覺中產(chǎn)生了漂移。
● 解決方案
plantpax modelbuilder創(chuàng)建在線預(yù)測模型，擴(kuò)充了硬件儀表及實(shí)驗(yàn)室分析，提供了實(shí)時的過程和生產(chǎn)條件評估。這些軟件模型，用軟傳感器的形式，提供了保持正常生產(chǎn)所需的反饋和預(yù)測過程的信息。
● 建立軟傳感器
為了更好地理解過程的行為，plantpax modelbuilder 可以離線使用。在離線模式下，用戶可以對復(fù)雜的線性和非線性過程進(jìn)行分析。
使用分析工具，可以對歷史過程數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、清理和模仿，獲得對影響質(zhì)量最大的關(guān)鍵過程變量的洞察。
● 簡單、直觀的用戶界面
模型構(gòu)建器使用指向-點(diǎn)擊技術(shù)，使得建模過程更加容易。這種環(huán)境自動引導(dǎo)用戶完成數(shù)據(jù)提取、建模和場景建立，花幾分鐘就可完成任務(wù)，而在過去則要花費(fèi)幾個小時或者幾天。這種環(huán)境使用戶感覺非常良好，同時結(jié)合了最佳工程實(shí)踐。
● 從任何環(huán)境中提取數(shù)據(jù)
模型構(gòu)建器從歷史數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)，并且馬上使這些數(shù)據(jù)生效，建成一種簡單、類似電子表格的模型。
● 數(shù)據(jù)預(yù)處理工具
數(shù)據(jù)預(yù)處理是建立一個強(qiáng)鍵過程模型的關(guān)鍵部分。使用預(yù)處理數(shù)據(jù)工具，用戶能夠在幾分鐘里分析幾千萬個數(shù)據(jù)點(diǎn)。
· 輕松編輯和刪除數(shù)據(jù)；
· 對多個文件進(jìn)行分析；
· 把不同日期和時間的變量合并到一個公共數(shù)據(jù)集。
● 增強(qiáng)的數(shù)據(jù)可視化
模型構(gòu)建器的高級數(shù)據(jù)可視化功能，讓用戶容易地看到模型中的數(shù)據(jù)。該工具提供一種更廣泛的繪圖選項(xiàng)，用于篩選和分析數(shù)據(jù)，包括直方圖、主要組件、時間序列、相關(guān)性、散點(diǎn)圖和概率。模型輸出的三維繪圖允許用戶仔細(xì)檢查響應(yīng)面、描述過程變量的多維影響。
● 模型建立和訓(xùn)練的自動化
建模過程用兩個步驟來執(zhí)行：
先配置一個模型，然后訓(xùn)練這個模型。用戶通過指定過程的輸入變量和輸出變量以及指定變量之間存在的時間延時關(guān)系來配置一個模型 。模型構(gòu)建器具有自動計算延時時間的選項(xiàng)。
使用缺省選項(xiàng)配置和訓(xùn)練參數(shù)，自動建模者向?qū)椭脩艉喕Ｐ徒?。不熟練的建模者使用直觀的用戶界面所提供的簡單用法，就能建立預(yù)期的模型。高級的用戶可以指定所有參數(shù)，獲得更高精度的模型。
模型訓(xùn)練是測試和調(diào)整模型參數(shù)的過程，目的是找到最佳的可用模型。當(dāng)用戶訓(xùn)練一個模型時，該模型使用歷史數(shù)據(jù)模擬實(shí)際過程。另外加上已有的可視化，用戶可以控制和監(jiān)視訓(xùn)練過程的性能，或者在過程中使用暫停和重啟訓(xùn)練更改參數(shù)。
● 模型分析
plantpax modelbuilder提供了多種模型分析工具來驗(yàn)證模型的質(zhì)量。使用分析圖和如果－怎樣做情景工具，用戶可以模擬復(fù)雜和困難的過程。使用配置模型可以檢查輸入變量對輸出變量的影響。另外，用戶還可以用不同的格式繪制過程模型中的各種數(shù)據(jù)：相關(guān)圖、時間序列圖、柱狀圖、xy圖和主成分分析（pca）圖。
模型構(gòu)建器的如果－怎樣做功能提供了一種互動界面，觀察模擬模型輸入對預(yù)期輸出有多大的影響。這些模擬對理解模型行為和不同輸入組給予的性能非常有用。
用rslogix實(shí)施
● 可選在線應(yīng)用
一個選項(xiàng)組件，軟傳感器設(shè)計師（softsensor designer），可與plantpax modelbuilder配合使用，把模型轉(zhuǎn)換成自編指令（aoi）。用戶可以創(chuàng)建在線預(yù)測模型，提供實(shí)時過程評估。這些軟件模型，以軟傳感器的形式，提供了過程保持正常的反饋和信息。由軟傳感器設(shè)計師生成的aoi，包含了可執(zhí)行的邏輯和標(biāo)簽，允許用戶使用aoi在梯形圖中定義輸入和輸出標(biāo)簽，以在線模式監(jiān)視過程?，F(xiàn)有用戶可以輕松地把生成的aoi 集成到logix plc硬件平臺，實(shí)現(xiàn)對過程的控制和可視化。
典型應(yīng)用
plantpax modelbuilder 首先是一個數(shù)據(jù)挖掘工具，專門為產(chǎn)品質(zhì)量難以控制、在線難以測量甚至無法測量的連續(xù)過程工業(yè)而設(shè)計。這其中包括了有多重約束的連續(xù)運(yùn)行的過程，使用同樣原料以同樣生產(chǎn)率連續(xù)生產(chǎn)同樣產(chǎn)品。
工業(yè)應(yīng)用舉例
化工
活性污泥
懸浮固體
蒸餾產(chǎn)品
雜質(zhì)
餾出產(chǎn)品率
酸集結(jié)
高分子材料
反應(yīng)裝置密度
反應(yīng)裝置熔融指數(shù)/溶體流動指數(shù)
反應(yīng)裝置二甲苯溶解
擠出機(jī) 熔融指數(shù)/溶體流動指數(shù)
聚乙烯稠度指數(shù)
精練
切割點(diǎn)
云點(diǎn)
閃現(xiàn)點(diǎn)
凝固點(diǎn)
蒸餾 5% / 95%
密度
相對蒸氣壓力
蒸氣混合物
提純
所有流程單元（原油， 催化裂化裝置，氫化裂解，等）
所有產(chǎn)品（汽油、柴油、煤油、石腦油，等）
材料、采礦和水泥
純度
殘渣
硫磺酸
集中（石膏）
質(zhì)量流量確認(rèn)
電力
氧化氮排放
濃聚物
紙漿與造紙
污水生化物需氧量
摘要卡伯
亮度
熒光性
強(qiáng)度/硬度
消費(fèi)品和包裝零售
奶粉水分
咖啡水分
洗衣粉水分
收益總結(jié)
● 提高了產(chǎn)品質(zhì)量
· 每分鐘的反饋加快了運(yùn)營人員的實(shí)時決定，滿足了過程變化和制造條件；
· 關(guān)鍵產(chǎn)品質(zhì)量特性的預(yù)測提高了穩(wěn)定性；
· 軟傳感器能夠輕松與控制系統(tǒng)集成，與過程性能聯(lián)系更加緊密。
● 減少了生產(chǎn)成本
· 在過程錯誤發(fā)生之前就可以識別，因此減少了脫離規(guī)范的生產(chǎn)和原材料浪費(fèi)；
· 用延長采樣頻率和取消不必要的檢測，降低了實(shí)驗(yàn)室采樣的成本；
· 通過精心設(shè)計的如果－怎樣做功能可以避免風(fēng)險和降低潛在成本。
● 快速增值
· 快速開發(fā)和部署高精度預(yù)測應(yīng)用；
· 不需要對工廠現(xiàn)存的儀表進(jìn)行昂貴升級，提高控制能力；
· 軟傳感器應(yīng)用的投入產(chǎn)出（roi）總是少于一年。