Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Автоматизация управления качеством тонколистового проката. Автоматизация управления свойствами тонколистового проката. Книга 1. Учебное пособие
.pdf
по производству электротехнических, бытовых, строительных изделий и
т.д.) – как в России, так и за рубежом.
В блоке х23 на основе данных блока х13 проводится прогноз наиболее
вероятных изменений потребностей, перечисленных выше объектов (рынков,
предприятий и т.п.). В соответствии с информацией блоков x13 и x23, в блоке x33
управляющих воздействий решаются задачи, направленные на создание
долгосрочных планов работ по формированию необходимой сырьевой базы,
базы ресурсов производства, по реконструкции и модернизации технических
средств и средств автоматизации, по оптимизации состава и соотношения
основных видов продукции цеха (комбината) и т.д.
Практическая реализация разрабатываемых долгосрочных планов
неразрывно связана с тактическим уровнем, к которому можно отнести
замкнутый цикл, включающий принятие решений о разработке и
последующем производстве нового вида продукции (или корректировка
состава и соотношений среди выпускаемых видов), выбор и определение
необходимого уровня показателей качества и наиболее вероятные для его
получения диапазоны технологических режимов обработки на основных
агрегатах цеха (комбината), создание программ обеспечения качества, выпуск
продукции, анализ и оценку результатов (аттестация качества) и в
соответствии с этими результатами корректировку режимов обработки.
Так, в блоке x12 проводится среднесрочный анализ данных об уровне
качества выпускаемой продукции и технико-экономических показателях
работы цеха за определенные промежутки времени (смена, сутки, неделя и
т.д.) и сравнение его со средним уровнем качества, сложившимся к
рассматриваемому промежутку времени на рынке. В этом же блоке
производится анализ данных о технологии, состоянии оборудования и
количестве внеплановых простоев основных агрегатов цеха. Оценивается
правильность выбора технологических режимов обработки определенных
11
видов продукции и эксплуатации установок, систем и оборудования агрегатов.
Устанавливаются причины, приведшие к внеплановым простоям агрегатов.
В функциональном блоке x22 прогнозируются уровень качества
выпускаемой продукции цеха и диапазоны технологических факторов,
обеспечивающие получение этого прогнозируемого уровня. Осуществляется
прогноз технико-экономических показателей работы отдельных агрегатов и
цеха в целом. Делается среднесрочный прогноз требований рынка к
выпускаемой за данный промежуток времени продукции. Кроме того, в блоке
x22 можно прогнозировать с достаточной долей вероятности степень износа
оборудования, агрегатов цеха и рассчитывать вероятности отказа технических
средств и средств автоматизации за заданные промежутки времени.
Информация блоков x12 и x22 используется в блоке x32 управляющих
воздействий для принятия решений при определении и выборе наилучших
диапазонов управляемых технологических факторов на различных агрегатах
цеха в функции заданных уровней показателей качества и техникоэкономических показателей. Помимо этого, выбор технологии, управление
эксплуатацией оборудования, технических средств и средств автоматизации
(своевременная профилактика, плановые ремонты и т.п.) способствуют
экономии ресурсов, уменьшению времени внеплановых простоев агрегатов,
расходов сырья, топлива, энергии, материалов, металла и т.д., что, в свою
очередь, позволит регулировать технико-экономические показатели работы
отдельных агрегатов и цеха в целом относительно заданного их уровня.
Функционирование контура управления системы на тактическом уровне
охватывает последовательность циклов оперативного управления, которая
реализует решение краткосрочных задач с помощью АСУ ТП, локальных
автоматизированных систем управления и систем автоматического
управления и регулирования и т.п.
В блоке x11 производится анализ данных о технологии обработки металла
на агрегатах и показателях качества выпускаемой продукции в режиме
12
реального времени, то есть в такте с технологическим процессом, а также
анализируется информация о входных показателях качества подката и
входных технико-экономических показателях, позволяющая оценить объём
затрат на его производство.
Информация блока x11 позволит в блоке x21 осуществлять краткосрочный
прогноз входных показателей качества и технико-экономических показателей
для определенных видов горячекатаного подката, а также прогноз (выбор)
технологических режимов, обработки металла на различных агрегатах при
заданном уровне качества продукции и полупродукта, качества готовой
продукции при заданных режимах обработки.
Блок x31 вырабатывает управляющие воздействия на основе информации
блоков x11 и x21. В этом блоке принимаются решения о значениях управляемых
технологических факторов, обеспечивающих оптимальные уровни
показателей качества продукции и технико-экономических показателей
работы цеха.
В рамках описанных уровней управления возникают дополнительные
задачи, связанные с распределением функций управления и производства
продукции по локальным критериям качества и экономическим критериям, в
связи, с чем для обеспечения их согласованности в рамках единого
информационного пространства КАСУКК необходимо разработать алгоритмы
взаимодействия информационных процессов и управляющих воздействий
различных контуров в пространстве и во времени. Алгоритмы смогут
обеспечить интеграцию, суть которой заключается в постоянном
установлении и поддержании связей между функциональными задачами,
решаемыми АСУК отдельных цехов. Опишем упрощенный алгоритм
взаимодействия АСУК с другими системами [6, 59-63].
13
)(..к
пи
П
)(
..
)(
).(.
)(
..
)(
).(.
)(
..
к
пи
к
iпи
к
пи
к
iпи
к
пи
Ц
Ц
W
W
П
,
(1.1)
I
i
к
iпи
к
пи
W
I
W
1
)(
).(.
)(
..
1
I
i
к
iпи
к
пи
Ц
I
Ц
1
)(
).(.
)(
..
1
.
(1.2)
Nn
tttt
,...,,...,,
21
)(
)(
)(.
)(
)(
)(
)(
)(
i
п
i
jп
i
п
i
jп
i
jП
Ц
Ц
W
W
П
,
(1.3)
Стратегический уровень (рынок изделий из проката)
1. За заданные промежутки времени t1, t2, …, tn, …, tN вычисляются
–
показатели эффективности реализации различных изделий из листового
проката
где к=1, 2, …, К – вид изделия (автомобили, холодильники,
трансформаторы и т.д.); W
(типоразмера) листового проката, i=1, 2, …, I; W
объемов продаж к-го изделия:
i-го вида; Ц
(к)
- средняя цена к-го изделия:
и.п.
(к)
– объем продаж к-го изделия из i-го вида
и.п.(i)
(к)
- среднее значение
и.п.
(к)
; Ц
– цена к-го изделия из
и.п.(i)
2. Для каждого промежутка времени t1, t2, …, tn, …, tN выбираются
максимальные значения П
(к)
и определяются наиболее эффективные виды
и.п.
листовой продукции металлургического комбината, пользующиеся
наибольшим спросом на рынке проката.
Стратегический уровень (рынок листового проката)
3. За заданные промежутки времени
, предшествующие
промежуткам для определенных в п.2 видов проката, вычисляются показатели
эффективности производства прокатного цеха того или иного уровня качества:
где W
(i)
– объем продаж i-го вида проката j-го уровня качества; W
п.(j)
среднее значение объемов продаж i-го вида проката; Ц
(i)
– рыночная цена i-
п.(j)
(i)
-
п
го вида листового проката j-го уровня (группы) качества; Ц
рыночная цена i-го вида проката.
14
(i)
- средняя
п
N
ttП
ttПP
nn
i
jП
N
n
N
i
jПm
1
)(
)(
1
)(
)(
,
(1.4)
n
i
jПn
i
jПnn
i
jП
tПtПttП
)(
)(1
)(
)(1
)(
)(
4. Далее реализуется долгосрочный прогноз объемов производства
наиболее выгодной для комбината номенклатуры продукции. Прогноз может
осуществляться на заданный предстоящий временной промежуток (квартал,
полугодие, год, пятилетка и т.д.). Для этого представлена формула расчета
вероятности получения наибольшей прибыли от реализации определенных
(см. п.2) типоразмеров определенных (см. п.3) групп качества:
где
; m=1, 2, …, M=IJ.
Максимальные величины вероятностей (max Pm) позволяют выбирать
наиболее прибыльные виды продукции цеха оптимальных с техникоэкономической точки зрения групп качества.
5. На основе анализа результатов исследований и расчетов по п.1-4
разрабатываются новые перспективные виды продукции листопрокатных
цехов в функции наилучших показателей качества, технико-экономических
показателей (максимальная цена реализации за счет высокого уровня качества
при минимальной себестоимости за счет оптимизации производственного и
технологических процессов).
6. Для практической реализации результатов по п.5 разрабатываются
перспективные планы, а на их основе конкретные технические задания по
реконструкции, модернизации и замене оборудования, технических средств и
средств автоматизации.
7. В АСУК цехов определяются оптимальные диапазоны изменения
технологических режимов обработки металла на основных агрегатах,
обеспечивающие максимальную вероятность производства любого заданного
вида продукции с заданными показателями качества при условии наилучших
технико-экономических показателей работы агрегатов и цеха в целом.
Тактический уровень
15
X
(l)
i
=F(Y
(зад)
m (i)
, C
min
i
),
(1.5)
U
(l)
m
=P(X
(l)
i
, Y
(зад)
m (i)
, E
(m)
),
(1.6)
X i – вектор диапазонов изменения технологических факторов на l–м
агрегате при производстве i–го вида продукции; Y
показателей качества проката i–го вида продукции; C
(зад)
– вектор заданных m
m (i)
min
- минимальное
i
значение себестоимости i–го вида проката. Результаты передаются в группы
качества для анализа и корректировки.
Оперативный уровень
8. На основе результатов п.7 вырабатываются диапазоны управляющих
воздействий для каждого агрегата и каждого показателя качества для i–го вида
продукции с учетом выбранных диапазонов изменения технологических
факторов Х
где U
(l)
и возможных случайных возмущений E
(l)
– диапазон управляющих воздействий на агрегате l при
m
(m)
на агрегате l:
обработке i–го вида продукции и получения заданного значения показателя
качества Y
(зад)
m (i)
.
Результаты передаются технологам на агрегаты и в службы АСУ ТП для
анализа и корректировки. После проверки результатов в локальные системы
вводятся соответствующие поправочные коэффициенты и корректируются
задаваемые параметры.
В ходе процессов постоянно производится адаптация регулировочных
значений на основе информации, циркулирующей в АСУК цеха между
различными уровнями управления. При изменениях, произошедших в любом
из перечисленных пунктов, осуществляется корректировка результатов
вычислений и после соответствующего анализа выдаются новые результаты.
При стабильных процессах анализ, корректировка, пересчет и т.д.
производятся в АСУК периодически в задаваемых промежутках времени.
16
Таким образом, учитывая вышеизложенное, можно обеспечить решение
различных функциональных задач и осуществить взаимодействие АСУК с
АСУ различного иерархического уровня, что, в свою очередь, может с
достаточной точностью и надежностью способствовать повышению
эффективности управления качеством продукции металлургического
комбината.
Особую роль в этом играет максимальная автоматизация процессов
управления на конечном переделе производства продукции – в
листопрокатных цехах, сводящаяся в итоге к созданию автоматизированных
систем управления качеством на цеховом уровне (тактическом и
оперативном).
1.2 Состав и структура автоматизированных систем управления
качеством продукции листопрокатного цеха
Структура АСУК ЛПЦ определяется в зависимости от содержания
функциональных задач, связанных с управлением качеством и решаемых на
тактическом и оперативном уровнях (см. рис. 1.1) в условиях конкретного
листопрокатного цеха. Приоритетными критериями при этом могут быть
выбраны: сортамент выпускаемой продукции, обуславливающий перечень
регламентированных показателей качества согласно действующим в цехе
стандартам; состав оборудования (основного и вспомогательного); уровень
технического оснащения и автоматизации; себестоимость продукции и др.
Показатели качества тонколистового проката можно разделить на
отдельные группы [6]: геометрические (точность, плоскостность);
механические свойства (предел текучести, временное сопротивление,
относительное удлинение, твердость и др.); качество поверхности, в том
числе, и качество покрытия (шероховатость – высота и плотность
микровыступов, наличие дефектов, толщина и адгезия покрытия,
электросопротивление покрытия для электротехнических марок сталей и др.);
электромагниные свойства (магнитная индукция, удельные магнитные потери
др.) - для электротехнических сталей; технико-экономические (расходные
17
коэффициенты металла, время простоев агрегатов, себестоимость продукции,
рентабельность производства и др.).
Состав оборудования ЛПЦ определяется технологией производства того
или иного вида продукции и обусловлен наличием и расположением
различных технологических агрегатов, складов, мастерских и др.
Уровень технической оснащенности и автоматизации ЛПЦ главным
образом зависит от срока ввода его в действие и степени последующей
реконструкции и модернизации.
Особо следует отметить, что причинно-следственная связь показателей
качества с технологическими факторами и состоянием оборудования
существенно отличается для каждой из выделенных групп (подробно этот
аспект изучен в работах [6,7]). Для одних (физико-механические и
электромагнитные свойства) эта связь имеет ярко выраженную
наследственную природу, для других (геометрические показатели, качество
поверхности и покрытия) – действует эффект «основной (главной)
технологической операции», когда показатели формируются на агрегате или
на ограниченном их числе [4-7].
Следовательно, для каждой из перечисленных групп показателей качества
существуют свои причинно-следственные зависимости формирования; это
учтено при изменении структуры АСУК и перечня решаемых
функциональных задач, по сравнению с представленными в работах [6, 7, 64-
65]. На рис. 1.2 представлены подсистемы, включенные в состав АСУК ЛПЦ.
18
БД
АСУК
Подсистема сбора
данных измерений
показателей
качества
полупродукта,
готовой продукции
и технологических
режимов на
различных
агрегатах цеха
Подсистема управления механическими и
электромагнитными свойствами проката
2
Подсистема управления качеством поверхности полос
Подсистема анализа и выбора технологии прокатки на
многоклетьевом (реверсивном) стане
1
4
5
ЦБД
Подсистема сбора и анализа технико-экономических
показателей
6
Подсистема управления плоскостью полос
3
Рис. 1.2. Состав АСУК ЛПЦ
Каждая подсистема предназначена для решения определенного круга
функциональных задач, содержание которых подробно описано в
последующих книгах цикла. Общим признаком для всех подсистем (кроме 6)
является наличие трех вычислительных модулей, в которых проводятся
процедуры анализа формирования соответствующих показателей качества
проката, их прогнозирования, а также оптимизации значений влияющих на
них технологических факторов и управляющих воздействий (см. раздел 1.1).
Выбор комплекса технических средств, типов ПЭВМ (мощность, тактовая
частота и пр.) обусловлен сложностью решаемых задач, объемом
используемых данных, необходимой скоростью решения, соизмеримой со
скоростью прохождения металла через агрегаты цеха, а также максимальной
надежностью (для исключения возможности сбоев в работе системы).
Структурная схема АСУК ЛПЦ представлена на рис.1.3.
Программное обеспечение АСУК, предназначенное для реализации
основных ее задач, размещается на автоматизированных рабочих местах
19
(АРМ) основных пользователей системы: экспериментальное бюро, старшие
мастера травильного, прокатного, термического участков. Для работы системы
необходимы данные о технологических режимах обработки порции металла
(рулона) на всех агрегатах цеха, которые поступают из сервера цеховой
системы слежения за металлом (ССМ). На каждом АРМ предусмотрена
возможность длительного хранения обработанных данных, которые
непосредственно используются при работе системы.
На сервере ССМ находится основная база данных (ОБД). В ОБД данные
поступают из серверов агрегатного уровня (АУ). Серверы агрегатного уровня
обрабатывают информацию, формируемую программируемыми логическими
контроллерами (ПЛК) на основе показаний датчиков, контрольноизмерительных приборов (КИП), программируемых логических контроллеров,
которые находятся на агрегатах цеха. Связь ПЛК с серверами агрегатного
уровня организована по токовому контуру через концентраторы
последовательных линий.
Результаты работы из сервера АСУК передаются в локальную сеть,
откуда ее может востребовать лицо, принимающее решение (ЛПР) –
заместитель начальника цеха по технологии, ответственное лицо от
экспериментальной группы, начальник прокатного участка, начальник
термического участка, работники УТК и др. (см. рис.1.4).
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]