Реферат: Белоусов В. Ю., Литвинов А. Ф., Потапов О. А., Горчинский Ю. Н., «Сахар», 2002, №1

Белоусов В.Ю., Литвинов А.Ф., Потапов О.А., Горчинский Ю.Н., «Сахар», 2002, №1

_____________________________________________________________________________________________________________________________________


Стратегия автоматизации

производства сахара


На современном этапе развития российской сахар­ной отрасли в условиях сокращения посевов, зачастую низкого качества и малой урожайности сахарной свек­лы, а также высоких цен на энергоносители, изношен­ного и морально устаревшего оборудования и, как следствие, высокой себестоимости производства са­хара актуальными становятся освоение современных технологий возделывания свеклы, замена технологи­ческого оборудования современным, как отечествен­ным, так и зарубежным, внедрение в производство но­вых технологических решений. Это требует значитель­ных капиталовложений и длительного времени. Вне­дрение автоматизированных систем управления уча­стками технологического производства (АСУ ТП) сахар­ного завода позволяет осуществить это в кратчайшие сроки и без больших финансовых затрат.

Автоматизация - общепризнанное средство интен­сификации производства. По данным Комитета по анализу рынков (подразделение форума автоматизаторов, США), общая сумма инвестиций мирового рын­ка промышленной автоматизации составила за пос­леднее десятилетие XX в. более 134 млрд. долл. Существующие целевые комплексные программы авто­матизации пищевой промышленности предусматри­вают обеспечение следующих технико-экономичес­ких показателей: увеличение годового объема выпус­ка продукции на 0,5 %; снижение себестоимости про­дукции на 4-5 % в результате сокращения расхода сы­рья, материалов, энергетических и трудовых затрат; увеличение выхода продукции высших сортов на 15-20 % [5]. Для сахарной отрасли эти показатели суще­ственно выше ввиду низкого уровня автоматизации производства. Например, по оценкам экспертов, вне­дрение автоматизированных систем на сахарных заводах позволяет экономить до 10-12 % энергоносителей[1].

Учитывая, что большинство сахарных заводов Рос­сии так или иначе входит в сферу влияния крупных торгово-промышленных компаний, все более актуаль­ным становится внедрение АСУ ТП с единой систе­мой управления и контроля сахарного производства и его затрат (топливно-энергетических, сырьевых и финансовых) на базе современных вычислительных средств и технологий [4].

Для сахарного завода комплексная автоматиза­ция производства позволяет решить три основные задачи:

· стабилизировать поток сырья и продуктов, что является отправной точкой для повышения качества производства и увеличения выхода готового продук­та;

· сократить потери как сырья, так и энергетичес­ких ресурсов. В этой связи необходимо говорить именно о комплексной, или сквозной, автоматизации, охватывающей не только все технологические про­цессы (от приемки свеклы до упаковки, складирова­ния и реализации готовой продукции), но и процессы управления на всех уровнях производства.

Неразрывно с этим связана еще одна задача, кото­рую необходимо решить при автоматизации предпри­ятия (автоматизация и призвана ее решать), - это по­иск узких мест производства и их ликвидация за счет автоматизированного оборудования и, возможно, со­вершенствования технологии.

· обеспечить управляемость производством, кото­рая подразумевает возможность корректировать ход технологического процесса на разных участках с од­ного рабочего места (главного инженера или главно­го технолога) таким образом, чтобы своевременно ре­агировать на изменяющиеся входные условия (напри­мер, качество поступающего сырья) при сохранении качества продукции на выходе или оперативно лик­видировать возникающие сбои и аварии внутри про­изводства. Необходимо также отметить, что управля­емость производства дает возможность плавного и безболезненного пуска производства в начале сезо­на и сглаживания негативных последствий при вре­менных его остановках в течение сезона [3].

Естественно, что кроме названных основных комп­лексная автоматизация производства позволяет ре­шить и множество более мелких задач.

Автоматизация сахарных заводов должна быть под­чинена единой концепции и единой стратегии, кото­рая, в свою очередь, позволила бы как автоматизи­ровать отдельные единицы оборудования и участки, так и объединить уже созданные комплексы в единую линию производства. В противном случае предприя­тие, автоматизировав ряд участков на базе разных технических средств, нередко из-за несовместимос­ти аппаратных и программных средств, закрытости систем и др. не может связать их в единую систему. Затраты на стыковку таких участков соизмеримы со стоимостью автоматизации самих участков. В этом случае деньги оказываются потраченными впустую, а автоматизация оказывается тупиковой ветвью с ма­лым «жизненным циклом».

В этой связи концепция должна прежде всего опи­раться на стандартизированное и унифицированное аппаратное и программное обеспечение, взаимоза­меняемость измерительной и преобразовательной аппаратуры; информационные потоки должны сли­ваться в единое информационное поле, а управление должно формироваться с учетом не только техноло­гических параметров, но и данных системы учета и контроля материально-технических ресурсов пред­приятия [3].

Суть предлагаемой концепции заключается в сле­дующем.

1. АСУ ТП базируется на корпоративных стандартах, определяющих ее элементную базу (материальную часть, программный продукт, форматы обмена инфор­мацией, форматы визуализации информации и т.д.). Корпоративные стандарты позволяют сахарным заво­дам выставлять определенные требования к постав­щикам оборудования, внедренческим предприятиям, обслуживающему персоналу.

2. Открытость АСУ ТП - доступность потоков дан­ных системы, возможность наращивания, использо­вание открытых стандартов при проектировании, лег­кое сопряжение с другими системами (других произ­водителей).

3. Интеллектуализация и экспертность АСУ ТП (внут­ренняя оптимизация работы системы, учет и контроль входных и выходных параметров, прогнозирование технологических процессов, в том числе дефектов, в работе отдельных единиц оборудования, производ­ственных участков и производства в целом, аварий­ных ситуаций).

4. Надежность составляющих АСУ ТП, характеризу­ющая способность бесперебойного взаимодействия, круглосуточной работы в течение длительного време­ни, устойчивость к помехам в условиях производства.

5. Построение АСУ ТП по четырем уровням:

• нижний уровень: системы, обеспечивающие ста­билизацию технологических параметров процессов при производстве сахара на необходимом фиксиро­ванном уровне технологической цепочки;

• средний уровень: оперативное управление тех­нологическими процессами с определением оптимальных режимов работы технологических участков, объединяющих отдельные единицы оборудования. Задачи локальной оптимизации решаются с исполь­зованием каналов общего пользования по наиболее важным параметрам или показателям;

• верхний уровень: часть АСУ ТП, расположенная на сахарном заводе, реализованная на базе совмес­тимого (с системой глобального учета - корпоратив­ный уровень) продукта и образующая систему опера­тивного учета и управления. В ее задачи входит об­щий контроль за ходом производства на предприятии, формирование отчетов (смена, сутки, неделя, месяц, квартал и т.д.), а также прогнозирование и управ­ление на уровне руководителя предприятия, главно­го инженера и главного технолога. Обеспечивает связь технологической и технической составляющих производства с управленческими службами завода, экономическим отделом, бухгалтерией, отделом пла­нирования и др., иными словами, выполняет функции координации и оптимизации всего технологического и управленческого процессов с учетом факторов, ко­торые произвольно изменяются на протяжении про­изводственного сезона;

• корпоративный уровень: система глобально­го учета, планирования и прогнозирования. Отве­чает за общую организацию управления производ­ствами, расположенными на удаленном расстоя­нии. Сюда же стекаются общие данные по произ­водственным ресурсам и готовой продукции. Сис­тема может быть реализована, например, на осно­ве программы «1С: Предприятие» и т.п. [6, 7], при этом связь с каждым предприятием осуществляет­ся при помощи информационной сети (Internet).

Актуальность возможности дистанционного контро­ля и управления производством через среду 1п1егпе1 подчеркивалась в выступлениях докладчиков на се­минаре для специалистов сахарной промышленнос­ти среднего звена по теме «Теплоэнергоиспользование и теплоэнергосбережение на сахарных заводах», проходившем с 6 по 9 августа 2001 г. в ЗАО «Ольховатский сахарный завод» (Воронежская обл.). Такие возможности позволяют реализовать новые техноло­гии, заложенные как в современных SCADA-системах, так и в СУБД (системах управления базами данных)[3].

Описываемая концепция предполагает стратегию автоматизации сахарных заводов, которая базирует­ся на следующих принципах:

• точная информация на начало внедрения АСУ ТП о технической оснащенности завода, в том числе о пер­спективных планах его перевооружения с указанием видов намечаемого к установке оборудования, о его действующей технологической схеме и перспективах ее изменения;

• выбор оптимальных технико-экономических реше­ний в рамках концепции по каждому уровню автома­тизации на основе ключевых соотношений (цена/ка­чество, качество/сроки и т.п.)

• поэтапность внедрения составляющих АСУ ТП;

• кадровая обеспеченность, в том числе действую­щая система подготовки и переподготовки специали­стов, обслуживающих как технологический процесс (операторов), так и АСУ ТП;

• техническое сопровождение и поддержка автома­тизированного оборудования с использованием ди­станционных технологий.

Современная АСУ ТП представляет собой распре­деленную систему [2], имеющую различные типы кон­троллеров, связь с которыми осуществляется по раз­личным полевым шинам и промышленным сетям передачи данных. Каждый участок производства осна­щен АРМ (автоматизированным рабочим местом) на базе единой для всех участков SCADA-системы, фун­кциями которой являются контроль и визуализация части (в рамках участка) технологического процесса, формирование тревог и аварийных сообщений. Ин­формация в SCADA-систему стекается от программи­руемых логических контроллеров, отвечающих за не­посредственное управление технологическим про­цессом в рамках конкретной единицы автоматизированного оборудования. Наиболее популярные SCADA-системы сегодня – GENESIS 32 (Iconics), WinCC (Siemens), VipWin (Festo). Среди разработчиков кон­троллеров можно назвать Alen Bradiey, Schneider, Siemens, Advantech и др. Проблема связи различных контроллеров успешно решается с помощью техно­логии ОРС (OLE for Process Control).

В качестве «сигналов» контроллеров выступают сигналы отдатчиков и сигналы управления исполни­тельными механизмами и другим периферийным оборудованием. В настоящее время такие крупные производители, как ABB, Fisher-Rosemount, Honeywell, JUMO, выпускают практически всю номен­клатуру датчиков. В то же время проблема стандар­тизации заставляет всех производителей ориенти­роваться на одинаковые требования, например, по уровням сигналов (4-20 мА, 0-10 В). Сходная ситуа­ция наблюдается и у производителей исполнитель­ных устройств. Хорошо зарекомендовали себя час­тотные приводы Danfoss, Siemens, General Electric и др., практически все из них управляются унифици­рованными сигналами и командами, имеют сходные сервисные функции.

Промышленная сеть объединяет контроллеры и «сигналы». Локальные сети FieldBus (термин про­мышленной сети) на основе интерфейса RS-485 и др. являются детерминированными, что обеспечивает гарантированное время доставки сообщений между объединенными такой сетью контроллерами. Среди современных промышленных сетей можно назвать InterBus, CAN, MODBus, ProfiBus и др. Использова­ние промышленных сетей стимулирует производство датчиковой, преобразовательной аппаратуры и исполнительных механизмов с последовательной пе­редачей параметров по протоколам промышленных сетей. В этом случае уже сами «сигналы» могут быть объединены в промышленную сеть.

На пути резко возрастающих информационных по­токов стоят технологические барьеры между различ­ными уровнями автоматизации, возникшими в резуль­тате независимого развития АСУ П (АСУ предприятия) и АСУ ТП. По оценкам экспертов, только сбор данных в реальном масштабе времени о различных аспектах производственных процессов приведет в ближайшие годы почти к тридцатикратному увеличению инфор­мационных потоков в распределенных системах про­мышленного управления, причем значительно возрастут потоки информации между датчиками и програм­мируемыми контроллерами. Поэтому одной из задач комплексной автоматизации является организация межсетевого обмена в масштабах всего предприятия на основе стандартной масштабируемой высокопро­изводительной технологии [8].

Кольцевой способ организации магистрали данных (единое информационное поле) для иерархических автоматизированных систем позволяет повысить ус­тойчивость системы, а также сделать напрямую дос­тупными для верхних уровней данные с нижних уров­ней. В последние годы рядом компаний ведется по­иск альтернативных путей построения автоматизиро­ванных систем. Так, например, в соответствии с кон­цепцией Transparent Factory/Open for Business воз­можна организация АСУ ТП по кольцевому принципу на основе WEB-серверов и ОРС-интерфейсов, что в будущем позволит отказаться от SCADA-системы.

Более подробно вопросы использования передо­вых технологий при реализации описываемой кон­цепции АСУ ТП будут изложены авторами в последу­ющих статьях.

В заключение хочется отметить, что актуальность предлагаемой концепции и стратегии создания ком­плексных АСУ ТП на отечественных сахарных заводах определяется необходимостью повышения эффек­тивности производства (сокращение потерь при пе­реработке сырья) затрат на выпуск сахара и побоч­ных продуктов его производства, увеличение выхода готовой продукции, а также потребностью эффектив­ного управления процессами производства, в том числе в области контроля и учета.


ЛИТЕРАТУРА

1. Ладанюк А.П. Перспективнi напрямки автоматизацiï цукрового виробнитства // Цукор України. 2001. №3.

2. Соколов В.А. Автоматизация технологических процессов пищевой промышленности - М.: Агропромиздат, 1991.

3. Теплоэнергоиспользование и теплоэнергосбережение на сахарных заводах/Группа компаний ЛОЭС, материалы семинара. - Тула, ГУИПП «Тульский поли­графист», 2001.

4. Яковлев О. и др. Системы автоматизации тех­нологических процессов сахарного производства //Современные технологии автоматизации. 2000. № 1.

5. Jonn G. Hagen A Snapscot of Worldwide Industrial Automation Investment//CONTROL ENGINEERING, 1994, march.

6. http://www.list.mail.ru/catalog/14269.html (При­кладное ПО: комплексная автоматизация).

7. http://www.1c.ru (Разработчик семейства про­грамм «1С:Предприятие»).

8. http://www.opensystems.ru (Чернобровцев А. / Ethernet в промышленности / 27.08.2000 г.).


Белоусов В.Ю., Литвинов А.Ф., Потапов О.А., Горчинский Ю.Н.

«Сахар», 2002, №1