Построение автоматизированной системы управления производством шихты

УДК 666.1.013

Д.Ю. Петров, О.А. Крайнов

ПОСТРОЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ПРОИЗВОДСТВОМ ШИХТЫ

Предложена методика построения автоматизированной системы управления производством шихты, разработанной на основе современных информационных технологий с применением программных комплексов:

Business Studio 3, Simatic IT и Simatic PCS7.

Автоматизированная система управления, производство шихты

D.Yu. Petrov, О. А. Kraynov CONSTRUCTION AUTOMATED CONTROL SYSTEM BY PRODUCTION OF GLASS-CHARGE

It was proposed technique of construction automated control system by production of glass-charge, which was elaborated on base of modern informatics technologies with application programs: Business Studio 3, Simatic IT, Simatic PCS 7.

Automated control system, production of glass-charge

Введение. Автоматизированная система управления производственными процессами (АСУ 1111) позволяет объединить все процессы управления предприятием с технологическими процессами, т.е. она заполняет свободное пространство между АСУ предприятия (АСУП) и АСУ технологическими процессами (АСУТП). Реализуемый в АСУ 1111 сбор данных в реальном времени (от производственных систем и технологических линий) и принцип вертикальной интеграции (от формирования производственных заданий до передачи сведений о готовой продукции) выводят организацию производственной деятельности на качественно более высокий уровень, тем самым улучшая управляемость предприятия: повышение отдачи

основных фондов, ускорение оборота денежных средств, снижение себестоимости, своевременность поставок, повышение качества продукции и производительности. Кроме того, в АСУ11 рассчитываются производственные показатели, необходимые для более качественной работы АСУП. Ее применение позволяет получить значительный эффект при достаточно высоком уровне автоматизации технологических процессов (ТП) и управления предприятием. Согласно международному стандарту ISA-S95 на АСУПП (Management execution system -MES) возложено решение задач: управления производством изделий, ресурсами, оборудованием и определения технико-экономических показателей (ТЭП). АСУПП позволяет ответить на вопросы: «Что производить?», «Чем производить?», «Когда производить?», «Что и как было произведено?». Разработка АСУПП на предприятиях с преобладанием непрерывных ТП в настоящее время наиболее эффективна на основе системы Simatic IT [1]. Решение задач управления в ней основано на формализации производственных процессов (ПП) управления и их тесной интеграции с АСУТП и АСУП.

1. Определение целей производства. Для построения АСУПП необходимо сформулировать цели ПП. Цели определяют, какие решения о внутреннем устройстве и принципах функционирования системы будут приняты для их достижения. Управление объектом - это приведение его в целевое состояние [2]. Целевое состояние объекта описывается с помощью системы целей и показателей.

Для построения системы целей и показателей АСУПП «Шихта» использован программный комплекс Business Studio 3. Система целей показывает, каких результатов необходимо достичь в процессе приготовления шихты в целом (стратегические цели) и какая стратегия будет реализовываться на операционном уровне (операционные цели и цели деятельности).

Стратегическими целями являются: «Снижение себестоимости продукции», «Повышение качества стекла» [3]. Полученная система целей и показателей позволяет реализовать методику сбалансированной системы показателей, повышающую управляемость производства. Процесс производства шихты описывается моделями: IDEF0, процедур и EPC.

Процесс приготовления шихты состоит из шести взаимосвязанных функций: 1) выгрузки и складирования сырьевых материалов, 2) обработки и хранения сырьевых материалов, 3) собственно приготовления шихты, 4) транспортировки и дозирования стеклобоя, 5) обработки результатов контроля различных показателей ПП шихты, 6) расчета технологических параметров, необходимых для приготовления шихты (рецепт, корректировка рецепта, циклограмма). Выполнение процесса характеризуется цепочкой преобразования: сырьевые материалы - принятые сырьевые материалы - обработанные сырьевые материалы - однородная шихта - шихта из бункера запаса - шихта со стеклобоем в загрузочном кармане.

На всех этапах преобразования шихты производится сбор статистических показателей ТП: химического (содержание различных оксидов) и гранулометрического (остаток на различных ситах) состава сырьевых материалов, процесса подготовки песка (температуры и разрежение), влажности сырьевых материалов в бункерах запаса, качества готовой шихты. К показателям качества готовой шихты относятся: химический состав, категория шихты, массовая доля влаги в смесителе и перед дозатором стеклобоя, качество смешивания шихты и т. п. Эти показатели используются для статистического контроля и управления процессом, что является неотъемлемой частью АСУПП. Эффективным средством управления ТП и сбором технологических параметров является система SIMATIC PCS 7.

2. Автоматизация управления технологическим процессом на PCS7. Современный уровень автоматизации отдельных технологических процессов (ТП) достаточно высок, чему способствует значительное разнообразие средств их автоматизации. В таких условиях повышение эффективности функционирования промышленных предприятий основано на построении интегрированных АСУ на основе одной из концепций комплексной автоматизации. Наиболее эффективной является концепция Totally Integrated Automation (TIA), разработанная фирмой Siemens [1] Уровень АСУ ТП в этой концепции реализуется на основе примене-

ния системы управления процессами SIMATIC PCS 7 (Process Control System). SIMATIC PCS 7 - программно-технический комплекс, состоящий из: промышленных контроллеров SIMATIC S7-4GG и станций распределенной периферии SIMATIC ET2GG с расширенными функциями диагностики, промышленных компьютеров SIMATIC PC; программного обеспечения SIMATIC, средств человеко-машинного интерфейса SIMATIC HMI, промышленных сетей SIMATIC NET и DP.

Основными достоинствами PCS7 являются: масштабируемость проектов; увеличение скорости разработки; решение вопросов обслуживания и разработки в рамках единой системы; переход от программирования к конфигурированию систем; применение типовых компонентов обычных систем SIMATIC S7 для разработки систем противоаварийной защиты; реализация уровня безопасности SIL З и AK б на обычных CPU; обеспечение работы систем управления во взрывоопасных зонах (Ex - зонах); взаимодействие с АСУП и АСУПП.

Затраты на инжиниринговые работы представляют собой важнейший фактор при рассмотрении рентабельности АСУТП. Поэтому при разработке PCS7 этому вопросу было уделено особое внимание. В результате PCS7 существенно сокращает затраты на проектирование. Генерация программ осуществляется на базе стандарта IEC 11З1 с широким использованием графических средств. Все структурные данные системы хранятся в единой базе данных, что позволяет исключить двойной ввод одной и той же информации. Графические редакторы (CFC и SFC) обеспечивают не только проектирование, но и тестирование и ввод в эксплуатацию проекта.

Таким образом, система SIMATIC PCS7 позволяет легко масштабировать проект АСУТП, разрабатывать оптимальные решения, максимально адаптированные к требованиям систем управления конкретных промышленных предприятий в рамках концепции TIA.

З. Управление производством шихты на основе SIMATIC IT. В концепции TIA система Simatic IT обеспечивает управление ПП предприятия в целом. Функционирование Simatic IT основано на взаимодействии четырех подсистем: Historian (сбор и анализ технологической информации), UniLab (автоматизация заводской лаборатории) и Interspec (анализ производственных показателей, которые дают ответа на вопрос «Что и как было произведено?») и подсистема Production Suite, отвечающая на оставшиеся вопросы. Подсистема Production Suite состоит из пяти модулей:

1. SIMATIC IT Framework - предназначен для построения модели производства по стандарту ISA-S95, определения правил функционирования отдельных участков производства и исполнения полученных моделей. Основой для разработки моделей служат диаграммы, разработанные в системах Business Studio или ARIS.

2. «Управление продукцией» - обеспечивает управление спецификациями изделий с учетом необходимых ресурсов для их производства.

3. «Управление заказами» - предназначен для импорта списка заказов с уровня АСУП; определения расписания выполнения заказов и планирования производства.

4. «Управление использованием материалов» - обеспечивает мониторинг материалов в процессе производства; отслеживание изменений материалов при их обработке на оборудовании; формирование ведомостей материалов с автоматическим пересчетом количества.

5. «Управление персоналом» - предназначен для определения расписания для сотрудников; поверки квалификации персонала для запуска технологической операции.

На основе информации из SIMATIC IT Framework в подсистеме Report Manager формируются отчеты. Расчет ТЭП, накопление и обработка данных из различных источников выполняется в подсистеме Historian в модуле Plant Performance Analyzer.

Компоненты, модели и логические операции могут быть сведены в различные библиотеки и строятся на основе моделей из Business Studio. Для уменьшения степени риска ошибочных решений и времени разработки проекта могут быть использованы готовые библиотеки Simatic IT [1]. Simatic IT предоставляет широкие возможности по автоматизации

управления ПП, повышению качества выпускаемой продукции, снижению производственных издержек, что в целом повышает эффективность производства.

Заключение. Предложенная методика построения автоматизированной системы управления производством шихты на основе интеграции программных комплексов: Business Studio З, Simatic IT и Simatic PCS7 позволяет эффективно управлять качеством шихты. При этом обеспечивается постоянство состава шихты при изменении химического состава и физических свойств сырьевых материалов. Дополнительной особенностью методики построения АСУПП является соответствие основным требованиям стандарта ISO 9GG1:2GGG.

ЛИТЕРАТУРА

1. Промавтоматизация в России [Электронный ресурс]: Шопин А.Г. SIMATIC IT. Режим доступа: http://www.industrialauto.ru/Reviews/sms_articles/simatic-it.asp.

2. Программный комплекс Business Studio [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.businessstudio.ru.

3. Макаров Р. И. Система менеджмента качества цеха приготовления шихты / Р. И. Макаров и др. // Стекло и керамика. 2GG5. № 7. С. 29^G.

4. Промавтоматизация в России [Электронный ресурс]: Кузнецов К.Н. SIMATIC PCS7. Режим доступа: http://www.industrialauto.ru/Reviews/sms_articles/pcs7.htm.

Петров Дмитрий Юрьевич -

кандидат технических наук, доцент кафедры «Системотехника» Саратовского государственного технического унвиерситета

Крайнов Олег Александрович -

аспирант Института проблем точной механики и управления РАН

Статья поступила в редакцию 25.09.09, принята к опубликованию 25.11.09