Streszczenie
W artykule omówiono proces technologiczny umoĪliwiający automatyczną ocenĊ jakoĞci regenerowanych olejów odpadowych. Ze wzglĊdu na specyfikĊ zdecydowano siĊ na automatyzacjĊ weryfikacji barwy i lepkoĞci produktu z wykorzystaniem metod komputerowej wizji, co zapewni stabilnoĞü i powtarzalnoĞü parametrów produktu. Opisywany projekt rozbudowy systemu w juĪ istniejącym przedsiĊbiorstwie, działają-cym w branĪy zbiórki i przetwarzania odpadów przemysłowych rozbudowywany jest o moduły realizujące zdalny monitoring i zarządzanie procesami technologicznymi w Zakładzie Rafinacji działającym w systemie ERP.
Słowa kluczowe: przemysłowa, ERP, przetwarzanie odpadów przemysłowych Wprowadzenie
Technologie teleinformatyczne w coraz szerszym stopniu umoliwiaj centralizacj i integracj procesów zarzdczych w przedsibiorstwach o strukturze sieciowej. Nasilenie tych działa obser-wujemy od ponad pitnastu lat, w szczególnoci w branach usługowych takich jak, łczno telekomunikacyjna i pocztowa, usługi transportowe oraz bankowe. Koncerny, realizujce usługi w tych branach, integracj i centralizacj zarzdzania opieraj najczciej na własnych (lub dzier-awionych), dedykowanym tym celom sieciach teleinformatycznych, obejmujcych swym zasigiem niejednokrotnie obszar wykraczajcy poza dany kraj, czy te kontynent. Proces centrali-zacji zarzdzania umoliwia tym koncernom popraw, jakoci wiadczonych usług i uzyskanie znacznych oszczdnoci eksploatacyjnych.
Firma Eurobac Sp z o.o. z siedzib w Paterku jest jedn z nielicznych firm, które realizuj usta-wowy obowizek odzysku i recyklingu olejów odpadowych (proces R9) w imieniu producentów i importerów olejów smarowych. Obowizek ten nałoony został w zwizku z art. 3 Ustawy o obo-wizkach przedsibiorców w zakresie gospodarowania niektórymi odpadami oraz o opłacie produktowej i opłacie depozytowej. W oddziale firmy w Trzebini zbudowano nowoczesn instalacj do regeneracji olejów odpadowych. Kompleks destylacji olejów odpadowych został oddany do uytku w 2008 roku. Moc przerobowa tej instalacji okrelona została na 6600 ton rocznie. Róno-rodno procesów przetwórczych i wytwórczych powoduje z kolei konieczno zindywidualizowanego doboru narzdzi realizujcych w/w operacje i ich oprogramowania, co rzu-tuje na wzrost kosztów takiego przedsiwzicia. Nowoczesne narzdzia pomiarowe, tele-informatyczne oraz komputerowej wizji pozwalaj obecnie efektywnie przełama barier ekono-miczn takich działa, nawet w przypadku sieci rednich i małych przedsibiorstw wytwórczych.
Głównym celem naszego artykułu jest zaprezentowanie moliwoci wykorzystania systemu nadzorujcego prac instalacji do przetwarzania oleju przepracowanego, składajcego si z zinte-growanych modułów ERP, wizualizacji i sterowania umoliwiajcego automatyczn ocen jakoci
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 79, 2016
W celu poprawienia parametrów produktu zdecydowano si na filtracj oleju bazowego z odbieral-ników w mieszaninie ziem okrzemkowych. Zdecydowano si na automatyzacj weryfikacji barwy i lepkoci produktu co zapewni stabilno i powtarzalno parametrów produktu.
1. Ogólne przedstawienie systemu
Intensywny rozwój technologii teleinformatycznych pozwala na automatyzacj oraz optymali-zacj działalnoci zakładów przetwarzajcych oleje przepracowane. Daje to szans na popraw jakoci realizowanych procesów, obnienie kosztów i w dłuszej perspektywie wpłynie na sku-teczn ochron rodowiska naturalnego. Bardzo wanym aspektem, odgrywajcym ogromn rol jest bezpieczestwo procesu technologicznego. Zatem wprowadzenie systemu cigłego monitoringu i kontroli instalacji jest z ekonomicznego punku widzenia jednym z najistotniejszych elementów pozwalajcych oceni stan wykonywania zada w zakresie osigania standardów jakociowych i ilociowych. Zaprezentowane rozwizanie składa si z istniejcych osigni w dziedzinie telein-formatyki, zarzdzania przedsibiorstwem i automatyki. Zaprojektowane rozwizanie w szczególnoci pozwala na regularne przetwarzanie, odprowadzanie, składowanie oraz zbieranie olejów odpadowych w firmie zajmujcej si przetwarzaniem oleju przepracowanego. Dziki poł-czeniu tych trzech elementów (ERP wizualizacji i sterowania) moliwe jest przeprowadzenie analizy na dowolnym etapie procesu technologicznego i wprowadzenia niezbdnych zmian w pro-cesie przetwarzania oleju przepracowanego. Omawiane zagadnienie wykorzystania nowoczesnych narzdzi do monitorowania i zarzdzania procesami technologicznymi dotyczy sieci przedsi-biorstw składajcych si z:
1. Centralnej jednostki znajdujcej si w Paterku k/Nakła (woj. kujawsko-pomorskie), 2. Oddziału w Bydgoszczy,
3. Oddziału w Szczecinie (woj. zachodniopomorskie), 4. Zakładu Rafinacji w Trzebini (woj. małopolskie).
Rysunek 1 przedstawia ogólny schemat zakresu działalnoci rozpatrywanej sieci przedsi-biorstw. Wraz z rozwojem sieci tworzeniem kolejnych i przyłczaniem do centrali wyej wymienionych oddziałów zmieniały si priorytety w zakresie informatyzowania procesów techno-logicznych. Pocztkowo, najwaniejszym problemem było informatyczne połczenie „on-line" wszystkich oddziałów z central, oraz pełne zinformatyzowanie procesów transportowo logistycz-nych, co zostało opisane w artykułach [1–4] Działania te umoliwiły uzyskanie wymiernych efektów ekonomicznych. Rozszerzenie sieci, w ramach pionowej integracji przedsibiorstw zajmu-jcych si zbiórk i utylizacj odpadów przemysłowych, Zakładu Rafinacji w Trzebini wywołało konieczno przyłczenia, do istniejcego ju systemu ERP, przedsibiorstwa o całkowicie odmien-nej specyfice procesów technologicznych, to jest produkcji oleju bazowego o niskiej lepkoci oraz komponentów oleju opałowego.
Ogólny schemat jednego z etapów procesu technologicznego przedstawia rysunek 2. Łatwo zauway, e automatyzacja i informatyzacja procesu technologicznego wymaga zastosowa-nia dedykowanych rozwiza w zakresie stosowanych do tego celu narzdzi. Wstpna analiza moliwoci wykorzystania istniejcych ju w Zakładzie Rafinacji systemów monitoringu i sterowa-nia procesami technologicznymi wykazała niezadawalajc przydatno do realizacji pełnego zintegrowania informatycznego Zakładu Rafinacji z Central [5].
Rysunek 1. Ogólny schemat obszarów działania rozpatrywanego oddziału
ródło: opracowanie własne.
W wyniku przeprowadzonej analizy podjto decyzj o stworzeniu nowego systemu monito-ringu i sterowania procesami technologicznymi w Zakładzie Rafinacji w oparciu o wykorzystanie nowoczesnych sterowników firmy SAIA oraz rozbudowy infrastruktury teleinformatycznej, które umoliwiaj w relatywnie łatwy i ekonomiczny sposób włczenie tego zakładu w system zintegro-wanego, zdalnego monitoringu i zarzdzania ju istniejcym przedsibiorstwem. W trakcie zautomatyzowania i zinformatyzowania procesów technologicznych wynikła moliwo i potrzeba modyfikacji samych procesów w celu uzyskania poprawy, jakoci tych procesów oraz wyniku eko-nomicznego przedsibiorstwa. Do podjcia decyzji o zdatnoci oleju stosuje si metody komputerowej wizji. Zastosowanie modułu wideo-akwizycji pozwoli na cigłe monitorowanie pa-rametrów oleju. W opracowywanej metodzie brane s pod uwag szereg papa-rametrów pozwalajcych na wizualn ocen przetwarzanego produktu (np. przeroczysto itp.). System automatycznej pa-rametryzacji produktu kocowego zawiera etap akwizycji, etap przetwarzania wstpnego zawierajcy filtracj cyfrow, konwersj obrazu do przestrzeni luminancji i chrominancji, etap se-lekcji cech oraz etap decyzyjny. Na etapie okrelajcym przydatno produktu decyzja bdzie podejmowana w oparciu o parametry wizualne substancji spełniajce kryteria oleju bazowego. Na rysunku 3 przedstawiono schemat pogldowy działania systemu w Zakładzie Rafinacji.
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 79, 2016
Rysunek 2. Wizualizacja etapu „Suszenie” w Zakładzie Rafinacji
ródło: opracowane przy uyciu SCADA.
2. NarzĊdzia zastosowane do monitoringu i zarządzania oddziałami przedsiĊbiorstwa
Jak wspomniano wyej w rozdziale drugim, po analizie szeregu ofert takich firm jak Siemens, Mitsubishi, Saia, do realizacji omawianego projektu zastosowano narzdzia firmy Saia-burgess ze wzgldu na wyróniajce te narzdzia własnoci. Najwaniejsze cechy sterownika PLC firmy SAIA istotnie poprawiajce integracj z systemem ERP: Saia®S-Net to koncepcja elastycznej komunika-cji sieciowej opracowana przez firm Saia-Burgess Controls, oparta o otwarte standardy sieci Profibus oraz Ethernet. W sterownikach implementowane s standardy i funkcjonalnoci ze wiata IT (Internetu, stron www, e-maili). Saia®S-Web (patrz rysunek 4) jest unikaln funkcjonalnoci zintegrowan z platform PLC SAIA serii PCD i PCS, pozwalajc na kontrol oraz monitoring procesu, prezentowanego w postaci stron HTML. Saia proponuje rozwizanie nie wymagajce ja-kichkolwiek licencji runtime, kluczy lub dodatkowych, dedykowanych modułów. Połczenie z Webserver-em, zaimplementowanym w firmware podstawowego modelu sterownika, odbywa si poprzez rónorodne kanały komunikacyjne (standardowe porty szeregowe RS232 i RS485, Profi-S-Net, Ethernet, modem, USB).
Technologia Saia®S-Web stanowi alternatyw dla SCADA (Supervisory control and data acquisition), optymalizujc system pod wzgldem zarzdzania, bezpieczestwa jak równie kosz-tów wdroenia i eksploatacji. Jest to szczególnie zauwaalne w przypadku prostych systemów diagnostyki, kontroli i monitoringu, gdzie SCADA jest narzdziem zbyt drogim. S-Web nie wymaga dedykowanego oprogramowania. Kolejne lata eksploatacji instalacji wykazały konieczno akwi-zycji danych procesowych w bazie SQL. Dziki takiemu rozwizaniu mona efektywniej zarzdza procesem. Obecnie w procesie sterowania na instalacji znajduje si około 2500 (tag)sygnałów
po-Rysunek 3. Schemat poglądowy działania systemu ERP w Zakładzie Rafinacji na wszystkich szczeblach i obszarach zarządzania
ródło: opracowane własne.
Takie rozwizanie umoliwia łatw integracj z eksploatowanym w centrali systemem ERP (patrz rysunek 5), co pozwola na efektywne zarzdzanie magazynami a tym samym uzyskanie poprawy parametrów ekonomicznych przedsibiorstwa.
Rozkazy z przegldarki dekodowane s na protokół powizany z PCD i wysyłane do sterow-nika. Odpowied z PCD konwertowana jest na protokół TCP/IP i przekazywana do przegldarki. Dziki temu czas przesyłu danych jest zdecydowanie krótszy i moliwe jest zachowanie cyklu pracy sterownika w reimie czasu rzeczywistego. Dane procesowe ze sterownika identyfikowane s na podstawie klucza PDP (PCD data point) powizujc klucz z odpowiednim elementem w pamici sterownika (rejestr, flaga, wejcie, wyjcie, timer, licznik, Data Bock, tekst, status pracy PCD). Istnieje moliwo magazynowania elementów aplikacji (obraz, klasy Java) bezporednio na dysku komputera PC, co usprawnia komunikacj ze sterownikiem. Najczciej wykorzystywanym kana-łem komunikacyjnym jest połczenie bezporednie przez tzw. Gateway, połczenie TCP/IP oraz połczenie modemowe. Odczyt i generowanie stron internetowych znajdujcych si w pamici ste-rowników odbywa si w czterech głównych etapach. W pierwszej kolejnoci odczytywane s strony wygenerowane za pomoc narzdzia WebEditor, nastpnie za pomoc modułu WebBuilder two-rzony jest kod ródłowy, który w póniejszym etapie przetwarzany jest przez PG5 do postaci
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 79, 2016
Rysunek 4. Zmiany poziomów w zbiornikach surowcowych zapisane w bazie SQL
ródło: opracowane własne.
Rysunek 5. Widok konfiguracji sprzĊtowej z programu SIMATIC Manager STEP7
S-web nie wymaga dedykowanego oprogramowania, co za tym idzie uytkownik kocowy nie potrzebuje dodatkowych licencji i nie jest uzaleniony od systemu operacyjnego czy przegldarki internetowej. Ma to istotne znaczenie przy opomiarowaniu najwaniejszych parametrów instalacji w warunkach funkcjonowania składu podatkowego na terenie Zakładu Rafinacji.
3. Algorytm podejmowania decyzji o zdatnoĞci produktu w procesie regeneracji olejów odpadowych
Algorytm podejmowania decyzji o zdatnoci produktów w procesie regeneracji olejów odpa-dowych uwzgldnia metody komputerowej wizji na podstawie, których bdzie podejmowana ostateczna decyzja. Proces przetwarzania obrazu jest podzielony na etapy przetwarzania wstpnego, do którego nale operacje akwizycji obrazu, filtracji i konwersji przestrzeni barw, oraz etap wy-dzielania cech gdzie podstawie współczynników chrominancji Cr oraz Cb formowany jest wektor
cech dla obrazu produktu. Ostatnim elementem jest podjcie decyzji o przydatnoci produktu, gdzie na kryterium klasyfikacyjne stanowi odległo wektora cech z wartociami granicznymi okrelo-nymi na podstawie normy PN-80/C-04034.
3.1. Transformacja przestrzeni kolorów
Obraz kolorowy uzyskany z etapu akwizycji reprezentowany przez trzy współczynniki formatu RGB jest zamieniany na posta YCrCb. Obraz ten moe by reprezentowany w trójwymiarowym
układzie współrzdnych lub za pomoc trzech macierzy. W przypadku reprezentacji macierzowej składowa Y przedstawia obraz w skali szaroci, pozostałe dwie macierze to składowe chrominancji (koloru). Dziki zastosowaniu modelu YCrCb moliwe jest wyeliminowanie wpływu zmian
owie-tlenia na poszczególne składowe koloru. Zadana konwersja takiej przestrzeni kolorów realizowana jest za pomoc nastpujcego przekształcenia:
) B' * 18.214 – G' * 93.786 – R' * (112.0 + 128 = Cr ) B' * 112.0 + G' * 74.203 – R' * (-37.797 + 128 = Cb ) B' * 24.966 + G' * 128.553 + R' * 65.481 ( + 16 = Y' (1)
3.2. Filtracja cyfrowa obrazu
Nastpnym etapem przetwarzania obrazu otrzymanego z etapu transformacji przestrzeni kolo-rów) jest filtracja cyfrowa, która stosowana jest w celu poprawy jakoci i uwypuklenia szczegółów, a ponadto ułatwia jego dalsz obróbk. Filtracj obrazów w dziedzinie przestrzennej uzyskuje si wykorzystujc operacj splotu (mnoenie dwóch transformat w dziedzinie czstotliwoci). Operacja splotu oblicza now warto punktu obrazu na podstawie wartoci punktów ssiadujcych. Kada warto jest odpowiednio klasyfikowana i wpływa na kocow warto punktu obrazu po filtracji [10].
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 79, 2016
»
»
»
¼
º
«
«
«
¬
ª
=
− − − − − − 1 , 1 1 , 0 1 , 1 0 , 1 0 , 0 0 , 1 1 , 1 1 , 0 1 , 1f
f
f
f
f
f
f
f
f
A
(2)}
{
b
i
M
j
N
P
=
ij;
1
≤
≤
1
≤
≤
(3)(
f
)
(
r
s
)
A
(
i
j
)
P
med
b
i r j s A ij=
+ +∈
∈
∧,
;
,
;
, (4)Filtr medianowy sortuje wartoci jasnoci punktów i przyjmuje warto, którego jasno po sortowaniu znalazła si w rodku przedziału. Stosujc filtr do całego obrazu mona wyeliminowa znaczn cz szumu. Zalet filtru medianowego jest brak efektu rozmywania oraz mała złoono obliczeniowa.
3.3. Tworzenie wektora cech klasyfikacyjnych
W kolejnym kroku formowany jest wektor cech, który bazuje na współczynnikach CrCb:
}
,
{
Cr
nCb
nFV =
(5)gdzie:
Cr – warto składowej koloru (cr)
Cb – warto składowej koloru (cb)
n – kolejne wartoci punktów pomiarowych.
3.4. Kryterium klasyfikacyjne przydatnoĞci produktu
Ostatnim etapem jest ocena przydatnoci produktu na podstawie odległoci od wartoci nomi-nalnych. W zaproponowanej metodzie działanie klasyfikatora sprowadza si na porównaniu wektorów otrzymanych w procesie uczenia z wektorem reprezentujcym nieznany znak. W tym celu dokonano analizy kliku powszechnie stosowanych klasyfikatorów bazujcych na pojciach ssiedz-twa i odległoci. Zdecydowano si na badanie algorytmów wykorzystujce midzy innymi nastpujcej miary odległoci:
¦
−−
=
N j r iC
R
j
A
j
C
D
1 2)
(
)
(
)
,
(
(6) gdzie: Ci – próbka predefiniowana,Cr– próbka aktualnie klasyfikowana,
R – wektor cech próbki aktualnie klasyfikowanej, A – wektor cech próbki predefiniowanej, N – liczba cech.
Na podstawie oceny skutecznoci rozpoznawania zaproponowanej metody bdzie mona okre-li przydatno metod odległociowych. Zaproponowana metoda przetwarzania obrazu moe by wykorzystana do weryfikacji przydatnoci przetwarzanych olejów odpadowych. Klasyfikacja obra-zów z wykorzystaniem ich przestrzeni barw YCrCb umoliwia wyrónienie cech
charakterystycznych, które s niezmienne wzgldem zmian intensywnoci owietlenia. 4. Podsumowanie
Przedstawiany projekt aktualnie został zrealizowany. Cało prac wdroeniowych zakoczono si w pierwszej połowie 2015 roku W przedstawionym referacie omówiono wdroony projekt roz-budowy systemu ERP w ju istniejcej sieci przedsibiorstw, działajcych w brany zbiórki i przetwarzania odpadów przemysłowych, o moduły realizujce zdalny monitoring i zarzdzanie procesami technologicznymi w Zakładzie Rafinacji, przyłczonym do istniejcej ju sieci przedsi-biorstw działajcych w systemie ERP.W dalszej kolejnoci planuje si, wykorzystujc du elastyczno stworzonego systemu monitoringu i zarzdzania, rozszerzenie funkcjonalnoci o ko-lejne moduły rozszerzajce zakres integracji pionowej realizowanych procesów.
Bibliografia
[1] Boniecki R, Rawłuszko J., Perspektywy rozwoju narzĊdzi teleinformatycznych do obsługi
małych firm transportowych, Ekonomiczne problemy usług nr 67 Zeszyty naukowe Tom I,
Drogi dochodzenia do społeczestwa informacyjnego, str.661–668, Szczecin 2011.
[2] Boniecki R., Using spline interpolation for the purpose of quality improvement of service
carried out by the courier company, International Postal and e-Communications Conference,
str 235–240, Pardubice 2010.
[3] Boniecki R., The use of the periodic cubic spline interpolant to control the logistic task, 7 th European conference of young research and science workers in transport and telecommunications, ylina 2007.
[4] Boniecki R., Use of java 2 enterprise edition technology in the development of the enterprise
resource planning and the customer-relationship management, Polish Academy of Sciences,
System Research Institute,Warszawa 2006.
[5] Boniecki R., Rawłuszko J., Miciak M., Bz 12/2011-Projekt rozbudowy infrastruktury
teleinformatycznej dla wdroĪenia systemu ERP w firmie z wieloma oddziałami, UTP
Bydgoszcz 2011.
[6] Strona producenta http://www.saia-support.com/
[7] Tora B., Kurzac M., Czerwiski J., Utylizacja olejów przepracowanych. Czysta energia, czyste rodowisko, ISBN 978-83-88316-83-8. – s. 457–464, 2008
[8] Haluch W., Kiciski K., Romanek J., Uregulowania prawne w gospodarce odpadami. Recykling, nr 1(49), 2005
[9] Magiera J., Rerefinacja olejów przepracowanych. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2006.
[10] Bellili A., Giloux M.: An MLP-SVM combination architecture for handwritten digit
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 79, 2016
THE CREATING A KNOWLEDGE BASE TO AUTOMATE THE DECISION ABOUT SUITABILITY REGENERATION OF WASTE OIL
Summary
The paper describes a new technological process enabling automatic evaluation of the quality of waste oil. The evaluation concerning the color and viscosity of the product is conducted with the use of computer vision methods, which ensures the sta-bility and recurrence of the parameters of the product. The described system, already applied in an company dealing with collection and treatment of industrial waste, is being expanded to incorporate remote monitoring and management of technological processes in an oil refinery.
Keywords: industrial automation, erp, industrial waste treatment, computer vision, image processing
Rafał Boniecki Mirosław Miciak
Wydział Telekomunikacji, Informatyki i Elektrotechniki Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy Al. Kaliskiego 7, 85-791 Bydgoszcz
e-mail: raboni@utp.edu.pl miciak@utp.edu.pl
