В статье представлен опыт создания информационно-аналитической системы управления прозводством на ОАО “Червонский цукровык”. Описаны структура и функции системы.
ДП “ИндаСофт-Украина”, г. Киев
Открытое Акционерное Общество “Червонский цукровык” расположено в Житомирской области, Андрушевского района, пгт. Червоне, в 15 км от районного центра. Сахарный завод имеет проектную мощность 2200 т свеклы в сутки и вырабатывает до 150 т сахара за 12-часовую смену. Режим работы предприятия - сезонный. Традиционно, ежегодно, по показателям эффективности извлечения сахара, Червонский завод выходит на 1-2 место среди предприятий области. Руководство завода планирует в течение ближайших 2-3 лет довести производительность предприятия до 3000 т переработанной свеклы в сутки. В настоящее время на заводе выполняется комплекс мер по снижению потребления энергоносителей и поэтапной модернизации существующих систем автоматизации.
Рис. ОАО “Червонский цукровык”
Основные принципы построения информационно-аналитической системы
За год до начала работ по внедрению сотрудниками ДП “ИндаСофт-Украина” было проведено обследование и разработана концепция построения Информационно-Аналитической Системы Управления Производством (ИАСУП). Предложенная концепция определяла стратегическое направление развития информационно-управляющих систем завода как построение единой распределенной иерархической системы управления предприятием. Составляющими элементами этой системы должны были стать локальные АСУ ТП участков, лабораторная система, системы автоматизированного учета сырья и энергоресурсов, а также уровень ПХД заводоуправления, а объединяющим ядром - сервер единого хранилища производственных данных.
В качестве основных принципов построения ИАСУП были приняты следующие:
- соответствие предлагаемых решений существующей структуре и финансовым возможностям предприятия;
- требования к защите вложенных инвестиций и снижение уровня затрат на владение;
- комплексный подход, включающий возможную интеграцию средств автоматизации различных подсистем и в результате обеспечивающий эффективное взаимодействие структурных подразделений предприятия;
- общее информационное поле предприятия с использованием единого хранилища технологической информации и недопущения избыточного дублирования данных;
- унифицированная форма и способ доступа клиентов различных уровней управления к единому ресурсу технологической информации;
- соблюдение требований к надежности функционирования и информационной безопасности;
- масштабируемость, простота и гибкость настройки компонентов.
Предварительный анализ имеющихся на рынке продуктов MES-уровня (уровня управления производством) показал существенные преимущества средств Proficy, предоставляемых компанией GE Fanuc и ее дистрибьютора в Украине, странах СНГ и Балтии - компании ИндаСофт. Это комплексное программное решение в области промышленной автоматизации обеспечивает эффективное решение задач на всех уровнях управления в рамках АСУ ТП - MES. Proficy включает в себя функционально мощные, но простые в использовании компоненты для различных уровней производства. Технология основана на использовании открытых стандартов, что позволяет применять как комплексные решения, так и использовать отдельные приложения во взаимосвязи с продуктами сторонних производителей. Применение средств Proficy позволяет перейти от уходящей в прошлое технологии лоскутной автоматизации к внедрению современных корпоративных систем, основанных на идеологии единого информационного поля. Такие системы характеризуются наличием сквозного вертикального потока данных между системами управления отдельными процессами на уровне оператора до системы обеспечения принятия управленческих решений бизнес-уровня. Результатом такого подхода становится снижение затрат и повышение качества выпускаемой продукции за счет роста эффективности и полноты использования технологических данных предприятия.
Таким образом, для достижения поставленных концепцией целей путем решения наиболее актуальных для предприятия задач MES, в проекте были применены следующие программные продукты производства компаний GE Fanuc и ИндаСофт (табл. 1).
Таблица 1
Первый этап внедрения системы
В качестве старта работ по синтезу ИАСУП было решено обеспечить оперативное диспетчерское управление в пределах трех основных участков производства - диффузии, дефекосатурации и выпарной станции. АСУТП этих участков были внедрены в 1995 - 1997 годах. Оборудование и программное обеспечение систем автоматизации морально и физически устарело. ПО АРМ-ов операторов основных участков не поддерживают внешние интерфейсы передачи данных и подключение других типов ПЛК. Однако руководством завода была поставлена задача - разработать интерфейс передачи данных с этих устаревших SCADA-систем в единый архив производственной информации. Такое решение (драйвер PHAdaptSS1) было разработано специалистами ИндаСофт на базе Text Collector (текстовый коллектор архива Proficy Historian). Text Collector представляет собой службу Windows, которая инсталлируется на источнике данных и предназначена для сбора и передачи информации в архив из текстовых файлов. Драйвер и коллектор обеспечили надежный сбор данных с трех АРМ-ов с периодичностью 1-3 сек. Сервер данных Proficy Historian стал шлюзом между сетями АСУТП и АСУП предприятия и обеспечил всех принимающих решения едиными и непротиворечивыми данными.
Рис. 1. Обобщенный экран производства
На основе данных, собираемых в едином архиве предприятия, при помощи Calculation Collector (коллектор вычислений), в реальном времени был обеспечен расчет важных производственных показателей (KPI - ключевых показателей производства), в качестве которых были выбраны удельные расходы газа на тонну производимого сахара, электроэнергии на тонну свеклы и пара на тонну сваренного утфеля. Calculation Collector способен извлекать данные из базы Proficy Historian, регулярно или по событию выполнять вычисления или логические преобразования и затем сохранять результат в новых архивных тегах. Синтаксис формул коллектора вычислений соответствует кодам VBScript.
Рис 2. Экран анализа истории
Средствами Proficy Real-Time Information Portal был разработан комплекс экранов контроля производства в составе обобщенного экрана хода технологического процесса (рис. 1), экрана анализа исторических данных (рис. 2), сводки технологических тревог, и обеспечен просмотр экранов операторов участков диффузии (рис. 3), дефекосатурации и выпарки (рис. 4). Средствами обычного обозревателя интернет, для пользователей был обеспечен удобный просмотр и анализ технологических и технико-экономических производственных данных. На первом этапе клиентами ИАСУП стали главный инженер, главный технолог, начальник КИП и А и директор предприятия. Для внешних клиентов было организовано подключение к порталу через интернет.
Рис. 3. Экран контроля участка диффузии (импорт из SCADA-системы)
Рис. 4. Экран контроля участка выпарки (импорт из SCADA-системы)
Специфика работы предприятий свеклосахарной промышленности заключается в том, что основные параметры хода технологического процесса могут быть определены только путем лабораторных анализов. В большой степени, именно по этим параметрам технологи ведут процесс извлечения сахара из свеклы. В этой связи, на первом этапе внедрения системы было решено обеспечить ввод лабораторных данных в единый производственный архив. В результате главные специалисты и администрация получили возможность сопоставлять лабораторные данные с измерениями от автоматических датчиков. В свою очередь, измеряемые параметры АСУ ТП и других систем сбора данных, стали доступны технологам на их рабочих местах, что снизило количество вводимых вручную параметров и повысило скорость реакции технологов на нарушение режима. Для целей лабораторного контроля производства Proficy имеет в своем составе компонент Quality пакета аналитических модулей Proficy Plant Applications. Это очень мощное средство управления качеством продуктов и полупродуктов технологического процесса, однако в данном проекте, в целях экономии было использовано другое решение. Применяемое для этих целей ПО производства ИндаСофт I-LDS (лабораторная система, рис. 5) позволило гибко настраивать задания на производство тестов, фиксировать, кто из работников лаборатории и когда осуществил ввод того или иного измерения. Автоматически отслеживается правильность ввода и соблюдение временного графика отбора проб.
Рис. 5. Экран ввода данных АРМ лаборанта
Все важные для производства параметры (автоматически измеряемые, рассчитываемые и внесенные вручную) были внесены в сменно/суточный рапорт работы завода (рис. 6). По решению руководства предприятия, традиционная планерка в конце каждой смены, сопровождалась выводом на печать и анализом сменного отчета. Причем расчет рапорта и его просмотр в браузере были организованы в соответствии с клиент-серверной архитектурой и с применением ПО разработки ИндаСофт I-RS (сервер отчетов).
Рис. 6. Фрагмент отчета
В связи с тем, что данные производства впервые стали доступны для клиентов бизнес-уровня управления предприятием в реальном времени, возникла потребность получения этих данных из архива ИАСУП в архив АСУП (ПХД). Сервер заводоуправления функционирует под управлением СУБД ORACLE и обслуживает около 30 клиентских АРМ в бухгалтерии, отделе расчетов с поставщиками/потребителями и т.д. С помощью инструментов OLE DB Provider (интерфейс доступа к данным Proficy Historian, используя стандартные SQL запросы) была обеспечена интеграция некоторых важных для бизнес-уровня данных из архива Proficy Historian в систему принятия решений на уровне планирования предприятием.
Перспективы развития системы
На сезон 2007 года существуют планы по дальнейшему развитию системы. В первую очередь предполагается расширить функциональность лабораторной подсистемы. На базе первичных лабораторных анализов и автоматически измеряемых параметров, хранимых в БД, будут автоматически рассчитываться косвенные, комплексные, средние и среднединамические параметры за различные отрезки времени (смена, сутки, декада, месяц и т.п.) и по ним формироваться отчеты. Предполагается автоматизировать ввод и расчеты документов “Журнал соковички”, “Химико-Технологический журнал”, “Журнал среднединамических величин”, “Декадный Производственно-Технический отчет”, декадный “Балансовый отчет по сахару”, месячный “Отчет об использовании сырья и выработке сахара”, годовой “Производственно-Технический отчет” и т.п. В дальнейшем можно будет перейти к более серьезным аналитическим задачам по определению источников потерь, расчету удельных расходов материалов, расчету материальных балансов и т.п.
На базе внедренных решений GE Fanuc Proficy предполагается развернуть систему учета и контроля электроэнергии. Для этого планируется оснастить предприятие электрическими счетчиками электроэнергии с цифровым интерфейсом, подключить все имеющиеся частотные преобразователи и средствами Proficy iFIX организовать АРМ энергетика. Естественно, локальный архив данных учета электроэнергии будет интегрирован в общий ресурс производственной информации и станет доступен для всех заинтересованных лиц.
С целью автоматизации сбора данных о потребляемых энергоносителях, стоит задача интеграции в ИАСУП системы коммерческого учета природного газа.
На втором этапе развития системы предполагается подключить к единому архиву данных имеющиеся на предприятии автоматизированные системы фильтров МВЖ и РКО, а также систему управления вакуум-аппаратами в кристаллизационном отделении.
Существуют реальная необходимость более полной интеграции информационных уровней ПХД и АСУТП. Требуется согласовать данные о получаемом сырье и отгружаемой продукции. Информация о ходе техпроцесса может существенно прояснить картину производственных издержек, потерь и резервов повышения эффективности производства.
С ростом числа источников данных, будет расширяться перечень экранов HMI и отчетов системы I-RS. Архитектура системы предусматривает поэтапное подключение уже существующих АСУ ТП без нарушения общей концепции. Функционирование единого хранилища не влияет на функционирование АСУ ТП каждого производственного участка в отдельности.
В дальнейшем предполагается расширить информационное поле предприятия за счет оснащения системами автоматизации и сбора данных других участков производства. К 2010 году планируется закончить модернизацию систем автоматизации основных участков производства и оснащение системами других важных технологических участков. Первоочередными среди них являются известково-газовое отделение, ТЭЦ, участок центрифуг, компрессорная станция.
Планируется оснастить участки, не требующие систем управления, средствами сбора данных, с обязательным подключением их к ИАСУП. Среди них цех упаковки и склад готовой продукции, сушка сахара, мойка и тракт подачи свеклы и некоторые другие. При этом сохраняется возможность использования (интеграции с ПО GE Fanuc) освобождающейся устаревшей аппаратуры ввода/вывода (например, используемых сейчас контроллеров Ремиконт Р-130). По окончании внедренческих работ общая архитектура и состав системы будут следующими (рис. 7).
Рис. 7. Общая структура и технические решения по развитию информационно управляющих систем
Червонского сахарного завода
(чтобы увеличить схему, нажмите на картинку)
Выводы
В соответствии с полученным опытом проектных работ, создание общей информационно-аналитической системы сахарного завода позволяет решить следующие проблемы:
- проблемы интеграции разнородных систем, разработанных в различное время различными организациями, сохранив тем самым ранее вложенные средства;
- проблему получения информации об участках производства, которые ранее были недоступны для контроля;
- оперативно обеспечить единой согласованной информацией всех принимающих решения, анализирующих процессы и управляющих производством;
- проблему долговременного хранения производственной информации при сохранении удобства и простоты администрирования архива;
- проблему анализа и оперативного мониторинга производства в реальном времени, включая использование данных лабораторных измерений;
- проблему с хранением и удобством анализа данных по качеству, ведения многочисленных технологических журналов и ручного расчета показателей в лаборатории;
- проблему автоматизированного централизованного формирования производственной отчетности, переход на преобладание электронного документооборота;
- снизить потери, удельные нормы расходов материалов и энергоносителей, количество простоев и аварий оборудования;
- повысить качество выпускаемой продукции путем повышения оперативности в реагировании на нарушения технологического режима и возможности анализа причин отклонений от регламента;
- на производственно-хозяйственном уровне получать согласованные реальные данные о ходе технологических процессов и обеспечивать уровень АСУТП необходимыми директивами.
Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 2(14)_2007
В.А. Патрахин,
ДП “ИндаСофт-Украина”, Украина, г.Киев,
E-mail: Vladimir.Patrakhin@indusoft.ru
_big.jpg'); "4(106)_small.jpg")
