CC BY
9
УДК 658.52.011.56:681.5:662
ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕГЛАМЕНТ В ИНФОРМАЦИОННО-
УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМАХ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ОТРАСЛИ
СПЕЦХИМИИ Абрамов Дмитрий Георгиевич, аспирант, начальник отделения вычислительной техники и автоматики (e-mail: [email protected]) Кодолов Артём Владимирович, аспирант, зам. начальника отделения вычислительной техники и автоматики (e-mail: [email protected])
Литвинов Андрей Владимирович, к.т.н., зам. генерального директора
(e-mail: [email protected])
Попов Фёдор Алексеевич, д.т.н., профессор Бийского технологического института, главный научный сотрудник АО «ФНПЦ «Алтай», г. Бийск, Россия (e-mail: [email protected])
В работе представлены проблемы реализации потенциально опасных технологических процессов отрасли спецхимии, в качестве их решения предложено создание информационно-управляющей системы. Одним из элементов данной системы выступают механизмы - активные сценарии управления, построенные на представлении электронного регламента производства в системах автоматизации. Указаны преимущества использования активных сценариев, выполнено их опробование на имитационном стенде и показаны результаты экспериментов.
Ключевые слова: электронный регламент, информационно-управляющая система, активные сценарии управления, потенциально опасный технологический процесс.
На сегодняшний день реализация потенциально опасных технологических процессов на предприятиях отрасли спецхимии сталкивается с целым рядом проблем:
- отсутствие достоверных данных о ходе технологических процессов в функциональных подразделениях работников предприятия, специалисты различных категории имеют возможность получать информацию с некоторым запаздыванием, что приводит к потере актуальности этих данных;
- частичное или полное отсутствие резервирования архивной производственной информации, некоторая информация регистрируется только на бумажных носителях (журналы оператора, журнал оперативных решений и др.) в ходе ведения технологического процесса и в последствии хранится в единственном экземпляре в архиве;
- отсутствие возможности оперативного доступа к полному набору архивной информации производственной деятельности, прежде всего это связано с частичным представлением производственной информации на
бумажных носителях и отсутствием терминалов для доступа к архивной информации в электронном виде;
- отсутствие контроля технологии производства со стороны автоматизированной системы, функции контроля последовательности, длительности производственных операций лежат на оперативном персонале, что далеко не всегда приводит к точному соблюдению технологического регламента;
- отсутствие полного набора производственных данных в электронном виде, что в конечном итоге сказывается на возможности создания различных систем контроля и управления производственной деятельностью подразделений предприятия;
- отсутствие оперативного влияния на производственный процесс со стороны систем управления более высоких уровней.
По мнению коллектива авторов, решение представленных проблем видится в создании и внедрении на предприятии интегрированной информационно-управляющей системы [1]. В основе функционирования такой системы закладывается сбор технологической информации, оперативный контроль и управление, обеспечение качества и безопасности процессов производства.
Важным условием получения готовой продукции требуемого качества, рационального и экономичного ведения производственного процесса, обеспечения сохранности оборудования, безопасных условий труда и защиты окружающей природной среды является соблюдение всех требований технологического регламента. В связи с этим одним из ключевых моментов является разработка электронных регламентов (активных сценариев управления) технологических процессов изготовления изделий, используемых для целей управления этими процессами в автоматическом или автоматизированном режимах.
На сегодняшний день контроль соблюдения всех требований технологического регламента повсеместно возложен на оперативный персонал. Это объясняется прежде всего тем, что отсутствует действенный способ представления в системах управления требований технологического регламента, переходных процессов пуска, останова и реконфигурации, знаний и понимания технологической схемы производства, взаимосвязи и влияния одних технологических параметров на другие, взаимодействия оборудования и положение точек контроля на нём.
В мировой практике наблюдается рост уровня автоматизации, обусловленный повышением динамики и маневренности автоматизируемых объектов и процессов; усложнением режимов функционирования и алгоритмов; увеличением нагрузки на оператора и как следствие - повышение числа ошибок и увеличением времени реакции оператора [2].
Очевидно, что реализация функций контроля соблюдения требований регламента в системах управления позволит выйти на новый уровень автоматизации потенциально-опасных технологических процессов и решить
важную техническую задачу - повышение надежности управления технологическими процессами вследствие снижения рисков ошибок персонала при управлении.
Предполагается дополнить существующие автоматизированные системы управления технологическими процессами механизмами - активными сценариями управления, позволяющими с одной стороны автоматизировать ряд функций, выполняемых до этого оператором, а с другой - ограничить влияние персонала на ход технологического процесса в конкретный момент [3]. То есть выполнение последовательности операций будет автоматизировано и решение персонала потребуется только в том случае, когда предусмотрена вариативность управления в технологическом регламенте производства или необходимо выполнить не реализованные в системе управления. Функции контроля исполнения предписаний технологического регламента перейдёт к автоматизированной системе, контроль исполнения ручных операций по-прежнему останется на оперативном персонале.
В общем случае производственную цепочку на отдельно взятой технологической фазе потенциально опасных производств можно представить в виде структурированного поведения технологического объекта управления. Структурированное поведение предполагает иерархию подобно устроенных процессов и задания последовательности операций в виде активных технологических сценариев, представляющих последовательность управляющих и организационных процедур для достижения цели управления, определенной в регламентной документации.
Оператор по средством человеко-машинного интерфейса имеет возможность вариативного запуска активного сценария в зависимости от заложенной регламентной последовательности. В системе автоматизации запускается функция выполнения активного сценария, оператор контролирует выполнение, подтверждает квитируемые операции, выбирает альтернативные варианты исполнения, обеспечивает и подтверждает выполнение ручных действий, вводит данные по мере требований регламента.
Каждому сценарию соответствует начальное, конечное и несколько промежуточных состояний технологического оборудования. Каждый переход из состояния в состояние происходит в результате выдачи управляющих воздействий, при этом контролируются диапазоны изменения параметров технологического процесса, ведётся регистрация данных
Следует упомянуть, что система управления, дополненная механизмом активных сценариев в сочетании с событийными моделями оборудования, обеспечена информацией о проводимой в текущей момент операции в соответствии с технологическим регламентом. Принимая во внимание данное обстоятельство, можно говорить о преимуществах разработанной схемы управления по сравнению с традиционными подходами.
Любая система управления потенциально опасным технологическим процессом снабжена системой блокировок и предупреждений. Введенная информация о выполнении в текущий момент конкретной операции позво-
ляет реализовать более гибкую систему блокировок и предупреждений, что в традиционной схеме управления потребует значительных усилий разработчиков или зачастую не реализовано.
Кроме того, на сегодняшний день функции контроля выхода за допустимые диапазоны технологических параметров реализуются оператором, что показывает свою неэффективность при больших наборах данных и быстро меняющих состояния процессов. Предлагаемая схема управления в автоматическом режиме отслеживает допустимость величины тех или иных параметров в зависимости от конкретной операции.
Помимо этого, регламентом предусмотрена регистрация оператором по ходу ведения процесса некоторых данных, отсутствующих в системе управления или частота их регистрации отличается от требуемой. В предлагаемой схеме управления оператор имеет удобные механизмы регистрации такой информации в электронную базу, что в положительную сторону отличает от традиционной схемы управления, где происходила фиксация на бумажные носители и требовались дополнительные действия для перевода в электронный вид.
В результате внедрения механизмов активных сценариев реализуется возможность управления производственным процессом с верхних уровней системы управления предприятием. Так без внесения значительных изменений в существующие традиционные схемы управления, дополняя их указанными механизмами, возможно создать способ оперативной корректировки нормальных режимов эксплуатации оборудования, переходных режимов пуска, остановки, реконфигурации процесса, подготовки производства при изменении регламента технологического процесса на конкретной производственной фазе.
Подводя итоги, можно выделить основные преимущества системы управления дополненной активными сценариями управления по сравнению с традиционной схемой управления:
1. Строгое соблюдение предписаний технологического регламента, последовательности и длительности операций, контроль нахождения в допустимых диапазонах параметров процессов;
2. Более гибкая система блокировок и предупреждений оперативного персонала с привязкой к конкретной производственной операции;
3. Представление полного набора технологической информации в электронной базе данных;
4. Разгрузка оперативного персонала при достаточно сложных технологических процессах, часть функций контроля и управления перейдёт к автоматизированной системе управления.
С целью опробования представленных механизмов в дополнение к существующим системам управления, в состав которых входят стандартные контуры управления и подсистема автоматической защиты, разработан специализированный отладочный стенд, имитирующий поведение объекта управления на одной из операций технологического процесса производст-
ва [3-5].
Выбранная операция - перемещение гидравлического поршня в смесе-вом ракетном твердом топливе разбита на три последовательно следующие стадии с ограничивающими условиями на скорость передвижения. Установленные требования на скорость передвижения представлены в технологическом регламенте и соблюдение их строго обязательно:
1. На участке перемещения 0 - 50 см скорость не должна превышать 50 см/мин.
2. На участке перемещения 50 - 100 см скорость не должна превышать 32 см/мин.
3. На участке перемещения 100 - 112 см скорость не должна превышать 25 см/мин.
Оператор по средством человеко-машинного интерфейса управляет давлением масла на гидравлический поршень, в результате происходит перемещение. Результирующие зависимости на реальном технологическом процессе перемещения и скорости перемещения представлены на рисунке 1 (слева).
100 Зона 1 Зона 2
0-50 см 50 -100 см 1П( -112 см
о;
50 £ 1 i- Ф о з- о 3
АО 20 10 0
О 5
О)
Ш -Е-
Рисунок 1. Зависимости перемещения поршня и скорости перемещения на реальном технологическом процессе (слева) и имитационном стенде (справа) от времени.
Как видно из представленных зависимостей, условия регламента на реальном процессе нарушаются при проведении операции перемещения поршня.
В последствии были внесены некоторые изменения в гидравлическую схему и добавлены в существующую систему управления активные сценарии. Оператор запускает выполнение активного сценария и контролирует ход его исполнения. Система управления в автоматическом режиме выдаёт управляющие воздействия и контролирует строгое исполнение регламентных условий. Строгое исполнение регламентных предписаний можно наблюдать на рисунке 1 (справа).
В заключении можно говорить о том, что внедрение механизма активных сценариев позволит выйти на новый уровень автоматизации произ-
водственных процессов, уменьшить риски возникновения ошибок персонала и представить полный набор технологических данных в электронной базе. Активные сценарии прошли апробацию на имитационных стендах, при этом были достигнуты хорошие результаты. В настоящее время ведется разработка концепции управления потенциально опасными технологическими процессами с использованием электронного регламента и методики создания активных сценариев управления. Список литературы
1. Абрамов Д.Г., Звольский Л.С., Кодолов А.В., Литвинов А.В., Попов Ф.А. Структура и особенности построения интегрированных информационно-управляющих систем для опытных производств предприятий спецхимии // Информационные технологии в проектировании и производстве. 2015, №3, с. 29-32.
2. Прангишвили И.В., Амбарцумян А. А. Основы построения АСУ сложными технологическими процессами. - М.: Энергоатомиздат, 1994. 304 с.: ил.
3. Амбарцумян А.А., Браништов С.А. Модель технологического регламента в АСУТП // Проблемы управления. 2008, №3, с. 73-77.
4. Абрамов Г.Г., Абрамов Д.Г., Кодолов А.В., Попов Ф.А. Особенности создания систем противоаварийной защиты для современных специальных химических производств // Автоматизация в промышленности. Февраль 2016, №2. с. 10-12.
5. Абрамов Д.Г., Кодолов А.В., Попов Ф.А. Система противоаварийной защиты процесса кассетного формования малогабаритных изделий из смесевого композиционного материала // Международный симпозиум «Компьютерные измерительные технологии». Москва, 2015. с. 38-40.
6. Абрамов Д.Г., Кодолов А.В., Литвинов А.В., Попов Ф.А. Особенности отладки и тестирования АСУТП производств спецхимии // Сборник научных статей международной конференции «Ломоносовские чтения на Алтае: фундаментальные проблемы науки и образования», 2015. - Барнаул, с. 889-892.
Abramov D.G., postgraduate, Head of computer engineering and automatics department
(e-mail:[email protected])
JSC FR&PC ALTAI, Biysk, Russia
Kodolov A.V., postgraduate, Deputy-head of computer engineering and automatics department
(e-mail:[email protected]) JSC FR&PC ALTAI, Biysk, Russia Litvinov A.V., Candidate of Technical science, Deputy-Director general (e-mail:[email protected]) JSC FR&PC ALTAI, Biysk, Russia
Popov F.A., Doctor of Technical science, associate professor of Biysk Technological Institute, JSC FR&PC ALTAI, Biysk, Russia (e-mail:[email protected])
ELECTRONIC REGULATION IN INFIORMATION-MANAGEMENT SYSTEMS FOR SPECIAL CHEMISTRY PLANTS.
Abstract. Problems of realization of potentially hazard technological processes of special chemistry are presented in this paper. The establishment of information-management system has been proposed as their solution. Mechanisms-active control scenarios built on the base of presentation of the plant electronic regulation in the automation systems are one of the elements of this system. Active scenarios as shown are superior. They have been tested at the simulation bench and test results are presented.
Key words: electronic regulation, information-management system, active management scenarios, potentially hazard process.
