Перспективы создания развитых информационных систем в горнорудном производстве

Рахимбеков С.М., КазНТУ, Алматы, Республика Казахстан

Динамика информационных преобразований в горном деле для управления в реальном масштабе времени, по сравнению с другими отраслями характеризуется не столь значительными успехами.

В созданных АСУТП у операторов было очень мало эффективных инструментов для слежения за процессами и обеспечением режима реального времени. Системы контроля за процессом создавали множество  данных для различных функциональных подразделений, но инструментов для их длительного хранения, быстрого извлечения и анализа не было. Операторы, руководители производства не  могли оперативно  следить и проверять течение различных процессов в режиме реального времени, и решать рабочие проблемы, проблемы безопасности и эксплуатации прежде, чем они станут серьезными и неотвратимыми.

В настоящее время становится  актуальным вопрос использования такого  общего набора инструментов и доступа к этой производственной информации, который обеспечил бы эффективное управление в любое время и в любом месте. Интеллектуальное управление производством – это развивающаяся совокупность технологий, разработанных для управления и постепенного совершенствования всех аспектов производственного процесса. Понятно, что это значительно экономит время, позволяя сотрудникам сосредоточиться на основных задачах – обеспечении высокого качества, роста производства и безопасности.

Для этого необходимо, чтобы  большие объемы данных по добыче, проходке, вентиляции, качеству руды, условиям оборудования и энергетических затрат хранились бы с исходным разрешением в определенном месте как данные реального времени и  также как и архивные данные могли отображаться на рабочем столе управленческого персонала в лаконичном, легком для понимания и анализа формате. Современные  программные средства позволяют просматривать эти данные в виде графических изображений оборудования, отчетов и трендов. Унифицированная динамическая информационная среда дает возможность персоналу на всех уровнях использовать данные реального времени для лучшего и точного принятия решений. На уровне производства персонал должен быть постоянно осведомлен о ключевых переменных процесса, скорости производства, планах и производительности оборудования. Используя информацию реального времени, он имеет возможность прогнозировать и предотвращать потери производительности. Постоянная осведомленность руководства предприятия обо всех проблемах позволяет им быстро принимать стратегические решения.

В зависимости от задачи, информация должна быть предоставлена на требуемом уровне детализации. Данные сохранены с оригинальным разрешением для того, чтобы любой сотрудник мог получить и воссоздать информацию с любой степенью точности, необходимой для решения конкретной задачи. Вместе с тем обрабатываемые  данные  должны быть использованы для итоговых и статистических отчетов – сумм, средних, максимальных и минимальных значений, стандартного отклонения и медианы; сложных вычислений по формулам над данными без дополнительного программирования. В формулы можно включать различные параметры, относящиеся, например, к  свойствам руды или к модели технологических процессов. Можно вычислить величины, которые нельзя получить напрямую с измерительных приборов. Вычисления выполняются с заданной частотой по расписанию или по событиям. Формулы можно применять для вычисления энергетического, теплового и материального балансов, производительности оборудования, выработки и себестоимости продукции (в реальном времени), сводки по партиям транспортируемой или отгружаемой продукции.

Наблюдения за производительностью оборудования и проверка его работоспособности может быть, например, организована, учитывая работы дробилки, которая может находиться в нескольких состояниях – норма, перегрузка, низкая производительность, техобслуживание, неизвестное состояние и т.п.

Для упрощения доступа к производственной информации реального времени, необходима организация портала данных на экране, данных трендов и сообщений о  найденных производственных проблемах с помощью  Internet-обозревателя. Это сделать также просто, как ввести обычный Web-адрес. Пользователи могут легко организовать компоненты окна обозревателя для отображения данных в выбранном ими формате. Таким образом под термином «информационная система производства» мы понимаем:

- автоматический сбор и унификацию информации от различных АСУТП предприятия и других источников технологической информации; Сбор данных осуществляется с помощью коллекторов – специальных программных модулей, работающих,  как правило, на одном ПК с источником данных. Коллекторы поддерживают технологию «сохрани и передай», т. е. умеют в случае потери связи с сервером хранить данные локально, чтобы потом передать их на сервер, а также функцию автоматического восстановления связи. Коллекторы делятся на две основные группы: сбор производственных данных с различных источников и реализация вычислительных задач и задач обмена между серверами.

- создание единого защищенного хранилища производственных данных (не обязательно на одном сервере);

- возможность быстрого доступа к информации для пользователей и представление ее в едином формате для дальнейшего анализа;

- единообразный стандартизированный обмен данными с бизнес-системами.

И хотя современные системы поддерживают открытые стандарты обмена данными, тем не менее, попытка организации «индивидуальных» взаимосвязей с бизнес-системами, как правило, обречена на неудачу. Во-первых, это будет трудно администрируемый запутанный клубок связей , во-вторых, непонятно как систематизировать доставку данных, установить единое расписание опроса. Возрастет нагрузка и на сервер бизнес-системы. И еще – как обеспечить надежную доставку данных?

В последнем случае просто передача данных «наверх», это только одна из проблем. Возникает задачапредставления разрозненных и разнородных данных в едином и интегрированном виде для специалистов верхнего и среднего звеньев управления предприятием – для руководства предприятия, начальников производств и цехов, плановиков, экономистов, энергетиков, технологов, механиков, диспетчерских служб. В общем случае им нужна не частная мнемосхема, с которой работает оператор, а картина в целом.– возможность анализировать, видеть развитие процессов во временной перспективе. И информация эта должна быть обобщенной по участку, цеху, производству, предприятию.  И еще, для горнорудных предприятий часто характерна значительная территориальная удаленность производственных участков, цехов, шахт. Для объединения их в единое информационное пространство предприятия должны быть вложены значительные средства в новейшие технологии автоматизации, связи и компьютерные сети. Но даже эти системы часто не позволяют организовать доставку информации для персонала с достаточной эффективностью и надежностью. В результате, из-за потерянных, неточных и несвоевременных данных по- прежнему затруднено принятие правильных деловых и технических решений. Большую часть своего времени специалисты тратят на поиск и объединение информации. Рентабельность производства тесно связана с эффективной работой и оптимальным использованием технологических ресурсов предприятия.  С этой точки зрения,  является актуальной задача сбора информации о функционировании оборудования, ее структуризация и представление данных в удобном формализованном виде для последующего анализа и одновременного использования различными приложениями в масштабах всей информационной инфраструктуры предприятия.

Именно для решения этой производственной задачи предназначено новый программный пакет iDownTime компании Intellution. Впервые представленный в декабре 2000, пакет iDownTime уже стал неотъемлемой частью инфраструктуры систем автоматизации промышленного производства многих предприятий. Пакет  iDownTime - новое программное обеспечение по контролю за отказами оборудования, которое работает в тесной интеграции со SCADA-системой iFIX и предназначено для решения задачи повышения эффективности производства предприятия в целом. Оно помогает определить основные причины неадекватной работы оборудования и принять меры по их устранению.

Любое предприятие стремится производить больше продукции, при минимизации затрат на эксплуатацию уже работающих систем и на создание новых систем автоматизации, по возможности с использованием уже существующих на предприятии аппаратных и программных ресурсов. Для оценки эффективности функционирования технологических ресурсов предприятия достаточно часто применяют коэффициент общей эффективности оборудования (Overall Equipment Effectiveness - OEE), который характеризует процент времени, когда оборудование в действительности производит качественную продукцию. Увеличение OEE непосредственно приводит к увеличению эффективности производства. Многие предприятия отслеживают OEE, принимая его, как ключевой показатель производительности предприятия и, стремятся к его увеличению.

Очень важна организация интерфейсов, т. е. таких программ которые предназначены для связи с конкретными источниками данных и сервером. Они и должны обеспечивать двухсторонний обмен данными между серверами и различными специальными программными средствами. Один сервер может принимать данные от множества интерфейсов. Надежность передачи данных от АСУТП в серверы должна  обеспечиваться благодаря буферизации информации в интерфейсе, который накапливает и сохраняет данные при потере физической связи с сервером до восстановления этой связи.

Программное обеспечение клиентских приложений  применяется для анализа технологических процессов, оно позволяет строить мнемосхемы, отчеты, графики и статистические диаграммы в удобном формате. Основные  его свойства: объектно-ориентированная структура; должен иметь встроенный язык программирования; быть совместим с MS Office.

Особо важный вопрос наличие эффективных систем контроля и автоматизации производственных процессов в горном деле, где степень автоматизации  недостаточно высока по сравнению с другими отраслями , а между тем без современных систем автоматизации добиться стабильного высокого показателей  невозможно На рудниках имеют место только показывающие приборы, старые локальные аппаратные схемы регулирования, защит и блокировок . Современное оборудование для систем управления технологическими процессами должно включать промышленные компьютеры, программируемые логические контроллеры и даже роботы.

Состав технических средств автоматизации, как показывает просмотр каталогов может быть обеспечен: контроллеры ЭК-2000 российской фирмы Эмикон, контроллеры АББ, контроллеры Siemens, контроллеры Autolog,  информационные панели UniOP для контроля, управления и тестирования по месту, операторские станции на базе ПК: инженерная станция FIX SCADA Server Development и  станции оператора FIX SCADA Server Runtime, контроллеры Ломиконт и драйверы ввода/вывода для контроллеров Ломиконт, разработанный специалистами компании ИндаСофт (1).

Контроллеры должны обрабатывать и передавать на серверы все аналоговые и  дискретные сигналы и параметры.

Таким образом, подбор оптимального решения по контроллерной технике для горнорудного производства есть самостоятельная важная задача для дальнейшего построения операторского интерфейса.

На Норильском комбинате на руднике « Октябрьский» были проведены испытания другого комплекса управления технологическими процессами фирмы Davis Derby и средств связи фирмы GAL Tronics DAC с целью оценки технических параметров программно-аппаратных средств системы и определения возможности их использования в составе АСОДУ горного предприятия. реализована система контроля параметров тепло-, водо-, газоснабжения – ТВГС  Эта система структурно состоит из двух уровней: нижнего и верхнего. Нижний уровень системы – датчики температуры, давления и расхода, информация с которых собирается на контроллеры Ш-711. Контроллеры установлены непосредственно на объектах – калориферных установках клетевых стволов КС-1 и КС-2, скиповых стволов СС-1 и СС-2, вспомогательно-закладочного ствола ВЗС, грузового ствола ГС. От контроллеров информация по линиям связи через многоканальный адаптер АПП-8М передается на верхний уровень системы – два персональных компьютера, установленных в энергодиспетчерской рудника и входящих в общерудничную вычислительную сеть. К каждому компьютеру можно подключить до восьми контроллеров. Верхний уровень системы реализован в программной технологической оболочке Trace Mode.

Основное преимущество системы микропроцессорного контроля параметров ТВГС по сравнению с традиционным контролем параметров по приборам КИП – оперативность и наглядность получения информации энергодиспетчером рудника.

Энергодиспетчер получает информацию на экране ПК в виде схем, гистограмм и графиков. Реализованы объемные схемы вентиляции стволов с указанием положения ляд, работы вентиляторов и калориферов. Кроме того, система имеет развитую схему определения аварийной ситуации, предупреждающую и аварийную сигнализацию, ведет отчет тревог и периодический отчет в форме журнала энергодиспетчера. Все основные параметры передаются  в вычислительную сеть рудника и фиксируются в уровневом архиве системы.

Первый вариант системы контроля ТВГС, охватывающий стволы основной площадки рудника, был введен в эксплуатацию в 1996 г. За два года работы системы служба тепловодоснабжения рудника убедилась в ее надежности и простоте эксплуатации. Модернизируется система (добавление новых точек контроля, изменение экранных форм) достаточно быстро. Нижний уровень системы эксплуатирует участок автоматики рудника, программирование и модернизацию верхнего уровня осуществляют специалисты информационно-вычислительного центра Управления обеспечения горного производства (ИВЦ УОГП).

Всвязи  с рассмотренными системами следует отметить следующий уровень развития, а именно, характерную тенденцию внедрения корпоративных информационных систем, которая имеет более развитую информационно- технологическую инфраструктуру и традиции. Корпоративные системы иногда называют локальными вычислительными сетями. Внедрение таких современных систем в какой-то степени, по выражению академика В.М. Глушкова, исключает ранее имевшие на разных предприятиях  напрасные усилия, когда «нельзя эффективно автоматизировать беспорядок». В последнее время, в особенности в нефтегазовом секторе, нарастающее распространение получает  информационная платформа PISystem , включающая в себя современное программное обеспечение, серверные приложения,  клиентские приложения, формирующие интерфейс пользователя, используемые модули.(2).

В верхней части рисунка (в виде плиточек) приведены исполняемые функции: управление финансами, планирование производства, техническое обслуживание, бизнес – процессы.

В нижней части приведены  существующая информационная структура предприятия, реляционные базы данных, системы управления  технологическими процессами, лабораторная система.

PI System является инструментом, позволяющим использовать текущие и архивные данные.  PI Server  и серверные системы собирают данные реального времени с локальных систем автоматизации производства, предоставляют настраиваемую среду для мониторинга операций на всех уровнях предприятия. PI System превращает разрозненные данные в информацию, на основе которой могут приниматься решения.

Малое пока еще распространение PI System в странах СНГ и России объясняется тем, что эта система эффективна только при наличии достаточно развитой «инфраструктуры автоматизации» (т.е. автоматизации всех или большинства установок и производств предприятия). Однако, на большинстве горнорудных предприятий автоматизация участков, установок и процессов такое развитие почти не имеет места. Тем не менее все острее становится вопрос о необходимости создания единой информационной системы, которая могла бы объединить все локальные автоматизации в единое информационное пространство.

Литература

1. The Measurement and Automation.  Сatalog  2001.

2. Бекасов В.Г., Иванов А.Н., Терлецкий М.Ю. Применение SCADA-пакета FIX32 на Оскольском электрометаллургическом комбинате // Промышленные АСУ и контроллеры. 2002. №2.

Прочитано 5332 раз