9.8. Интегрированное автоматизированное управление цементным производством

Имеющийся опыт разработки и внедрения АСУ ТП в отече­ственной цементной промышленности позволяет определить ис­текший этап автоматизации как этап первого поколения авто­матизированных систем управления. Характерной особенностью этого этапа являлось независимое рассмотрение наиболее важных технологических участков и построение соответствующих одно-функциональных (в технологическом смысле) систем управления.

В то же время известно, что для эффективного управления сложными системами, к которым относятся все крупные произ­водственные комплексы, необходим переход к многофункцио­нальным иерархическим системам управления с обязательным согласованием целей управления между уровнями иерархии. Ука­занное согласование целесообразно осуществлять путем интегра­ции информационного, математического, организационного и тех­нического обеспечении отдельных подсистем в рамках единой системы, исходя из целостного представления о производствен­ной, финансовой, организационной и т. д. деятельности предпри­ятия. Такие системы принято называть интегрированными авто­матизированными системами управления (ИАСУ). В общем случае целью функционирования ИАСУ является организация согласованного многоуровневого и многофункционального управ­ления производственными и организационно-экономическими процессами предприятия, направленного на выполнение установ­ленной производственной программы и достижение наилучших технико-экономических показателей производства в целом.

Современное промышленное предприятие как объект управ­ления представляет собой сложную систему с большим числом переменных и ограничений, для которой построение единого ал­горитма оптимального поведения практически неосуществимо. Отсюда следует необходимость разделения такого объекта управ­ления на ряд менее сложных объектов, имеющих свои системы управления более локального характера как по автоматизируе­мым функциям, так и по критерию оптимизации поведения. В каждой такой подсистеме при выработке управляющих воздействий должны приниматься в расчет не только параметры состо­яния объекта, но и взаимодействие с другими подсистемами и влияние внешних возмущений. При этом за счет согласования локальных целей и критериев эффективности отдельных подси­стем можно добиться совокупного (интегрального) эффекта фун­кционирования ИАСУ, превышающего сумму эффектов автоном­ных систем.

Децентрализованное управление с помощью локальных систем управления первого (нижнего) уровня иерархии должно коорди­нироваться управляющими системами второго уровня, определя­ющими целевые установки, задания, ограничения и любые другие способы влияния на управление первым уровнем.

Такая двухуровневая иерархия может быть расширена до лю­бого числа уровней, где каждый уровень управления должен под­держивать значения агрегированных переменных, задаваемые вы­шестоящим уровнем, и, в свою очередь, устанавливать критерии и ограничения для подчиненных уровней управления.

Рассмотрим представленную на рис. 9.5. укрупненную функци­ональную структуру ИАСУ основным производством цементного завода. Данная схема является обобщением ряда перспективных разработок, предназначенных для вновь строящихся или реконст­руируемых отечественных цементных заводов. В большой степени она соответствует также техническим решениям, положенным в основу действующих автоматизированных систем, разработанных в последние годы передовыми зарубежными фирмами.

В соответствии с представленной схемой ИАСУ современного цементного завода имеет трехуровневую функциональную струк­туру, причем нижний уровень образуют системы автоматизации (СА) отдельных технологических процессов, средний уровень — автоматизированная система оперативно-диспетчерского управ­ления (АСОДУ) и верхний уровень — автоматизированная систе­ма управления производством (АСУП).

К общим функциям СА нижнего уровня, реализуемых на ос­нове программируемых контроллеров и (или) микропроцессорных комплексов, относятся:

автоматический контроль состояния оборудования и хода тех­нологического процесса (сбор и первичная обработка информа­ции);

автоматическое программно-логическое управление группами взаимосвязанных механизмов агрегатов (сблокированный про­граммный пуск и останов);

автоматическое регулирование (стабилизация) режимных па­раметров технологического процесса как в установившихся, так и в переходных режимах;

автоматическая диагностика состояния технологического про­цесса и оборудования по данным автоматического контроля.

Система среднего уровня, АСОДУ, представляет собой сово­купность АРМ персонала основных технологических служб це­ментного завода. Автоматизированные рабочие места создаются на основе персональных компьютеров общего назначения или предназначенных специально для АСУ ТП вычислительных ком­плексов, оснащенных, как и ПЭВМ, дисплеем, клавиатурой и принтером.

АРМ технологов-операторов участков подготовки сырья, об­жига и помола цементной шихты функционируют в тесном вза­имодействии с СА соответствующих технологических процессов, реализуя функции выработки заданий и уставок контурам регу­лирования систем автоматизации. Кроме того, они осуществляют расчеты и логические процедуры, связанные с:

оптимизацией режимов работы и выработкой рекомендаций технологам-операторам;

длительным хранением информации (смена, сутки, декада), не­обходимой для работы оператора и ее представления на видео­терминалах и устройствах печати в виде динамических мнемос­хем, диаграмм, графиков, таблиц, отчетных сводок;

организацией диалога оператора с техническими средствами АСУ ТП с помощью универсальной или функциональной клави­атуры и видеотерминала.

АРМ начальника смены (диспетчера производства) предназна­чено для:

контроля и учета работы основного оборудования, расходов и запасов материальных и энергетических ресурсов по цехам и агрегатам;

общей сменной отчетности по производству;

оперативного управления производством в виде согласования нагрузок и режимов работы отдельных цехов и агрегатов.

АРМ персонала заводской лаборатории реализует функции ар­хивирования и статистического анализа качества исходного сырья полуфабрикатов и цемента; ведения документации о характеристи­ках материалов, производимых отдельными цехами и агрегатами, и в целом способствует принятию рациональных оперативных ре­шений по стабилизации и улучшению качества продукции.

АРМ персонала горного цеха предназначено для ведения баз данных геолого-маркшейдерской информации; построения моде­лей месторождения и проведения расчетов, связанных с опреде­лением качества и запасов материалов; планирования разработки карьеров и оперативного управления добычными работами.

АРМ персонала отделения отгрузки цемента осуществляет:

регистрацию данных, полученных при взвешивании отгружа­емого цемента;

заполнение и печать сопроводительных документов (наклад­ные на отгрузку и доставку, накладные возврата, грузовые счета);

статистическую обработку данных; промежуточное накопление сопроводительных документов.

Система верхнего уровня, АСУП, предназначена для органи­зационно-экономического управления производством в целом. Она должна быть реализована в виде отдельных взаимосвязан­ных информационными потоками АРМ, установленных непосред­ственно в отделах и подразделениях заводоуправления. В состав АСУТП входят автоматизированные рабочие места технического директора (главного инженера); персонала производственно-тех­нического отдела (ПТО) и, в частности, главного технолога пред­приятия; персонала отдела главного механика (ОГМ); персонала отдела главного энергетика (ОГЭ); персонала планового отдела (ПО); персонала отделов снабжения (ОСИ) и сбыта (ОСБ); пер­сонала бухгалтерии.

Создание каждого из перечисленных АРМ преследует цели автоматизации рутинных работ, облегчения и ускорения выпол­нения стандартных функций конкретного пользователя, реализа­ции новых функций с использованием широких возможностей компьютерной техники.

В целом, АСУП, как головной компонент ИАСУ, обеспечивает решение комплекса задач:

планирования производственной программы на год, квартал, месяц;

формирования нормативных и плановых показателей по рас­ходу материальных и энергетических ресурсов, по производи­тельности труда, по заработной плате, по себестоимости продук­ции;

управления материально-техническим обеспечением производ­ственного процесса;

сбыта и финансов, включая расчет плановых, фактических и прогнозных показателей по поставкам готовой продукции и рас­четам с потребителями;

бухгалтерского учета производственно-хозяйственной деятель­ности предприятия.

В рамках концепции интегрированной АСУ все подсистемы АСУ и ТП АСУП должны быть реализованы на базе распре­деленных локальных сетей, связывающих между собой отдель­ные контроллеры, ЭВМ, АРМ, пульты контроля и управления. Все сети должны быть, в свою очередь, связаны между собой информационными потоками. Подобная техническая структура является основой централизованной системы обмена информа­цией, обеспечивающей каждого пользователя необходимыми дан­ными работы смежных подсистем. Специальная обработка дан­ных при их обмене обеспечивает требуемый уровень агрегирования информации, отвечающий конкретному иерархи­ческому уровню.

Так, например, технолог-оператор постоянно получает теку­щую информацию о состоянии управляемого им технологического процесса, а при необходимости — данные о характеристиках предшествующих и последующих процессов технологической це­почки. Диспетчер предприятия получает данные о среднесменных показателях со всех участков производства. Техническому ди­ректору по запросу предоставляются сводки показателей за сут­ки, неделю, месяц. Вместе с тем централизованная информаци­онная система должна обладать достаточной гибкостью, чтобы при необходимости предоставить руководителю предприятия или диспетчеру текущие данные о работе любого производственного участка или агрегата.

Необходимо заметить, что в ближайшей перспективе интег­рация управления производственным процессом будет обеспечи­ваться, главным образом, за счет широких возможностей обмена информацией и представления ее различным службам в форме, удобной для принятия рациональных решений по планированию и оперативному управлению. Можно, однако, ожидать, что в дальнейшем будет неуклонно повышаться доля участия вычис­лительной техники в выработке и реализации таких решений. Речь может идти, в частности, о решении задач комплексной оптимизации режимов всей последовательности технологических процессов от добычи сырья до отгрузки цемента; оперативного управления пуском-остановом агрегатов с учетом запасов в бу­ферных емкостях и состояния всего парка технологического обо­рудования; составления графиков ремонта оборудования с учетом индивидуальных показателей работы каждого агрегата; опти­мального перспективного планирования производства с учетом состояния сырьевой базы, возможностей технологического обору­дования, региональных потребностей в продукции и рыночной конъюнктуры и т. д.

Завершая раздел, относящийся к разработке ИАСУ, следует обратить внимание на несколько технических проблем, от реше­ния которых существенным образом зависят реальные успехи в деле комплексной автоматизации современного цементного про­изводства на основе средств вычислительной техники.

Во-первых, необходимо оснастить отрасль достаточно полным набором требуемых датчиков, имеющих соответствующие характе­ристики достоверности, оперативности, точности, надежности. Кро­ме распространенных стандартных датчиков температуры, давле­ния (разрежения), расхода газовых потоков и т. д., необходимо уделить особое внимание таким специфическим приборам, как ана­лизаторы химического состава, газоанализаторы, анализаторы влажности, качества клинкера, тонкости помола, расходомеры жидких и сыпучих веществ. Только наличие названных средств автоматического контроля, несмотря на их относительно высокую стоимость и существенные затраты на эксплуатацию, позволит получить значительный экономический эффект от АСУ ТП.

Во-вторых, важно разработать для всех подсистем АСУ ТП базовый комплекс однотипных микропроцессорных средств вы­числительной техники, обладающих полным набором программ­ных модулей контроля и регулирования; наличием языка логи­ческого управления для реализации блокировочных зави­симостей, используемых при управлении-пуском-остановом меха­низмов; наличием развитых типовых средств проектирования ди­алога пользователя с ЭВМ, позволяющих формировать на экране дисплея мнемосхемы, графики, таблицы, аварийные сигналы и сообщения.

В-третьих, целесообразно разработать базовые структуры АСУП с использованием однотипных (например, IBM-совмести­мых) персональных ПЭВМ и стандартных программных продук­тов (электронные таблицы, стандартные средства организации диалога, формирования отчетов, построения графических изобра­жений).

В-четвертых, необходимо разработать типовые технические и программные средства межмашинного обмена, позволяющие стандартным путем объединять различные компоненты подсистем АСУ ТП и АСУП в единую информационную сеть.

Учитывая, что все перечисленные проблемы в основном ре­шены передовыми зарубежными фирмами и находятся в той или иной стадии решения отечественными специализированными ор­ганизациями, можно рассчитывать на быстрый прогресс в области ИАСУ цементного производства в нашей стране.