РТСофт

«АСУ-ГЛИНОЗЕМ» — MES-система для непрерывного производства

На примере опыта Богословского алюминиевого завода (БАЗ) показаны архитектура и технологии проектирования и разработки MES-систем на предприятиях с непрерывным циклом производства.

В настоящее время «Урал-РТСофт», филиал ЗАО «РТСофт», вместе со службами автоматизации Богословского алюминиевого завода, филиала ОАО «СУА Л ”, выполняет работы по созданию системы «АСУ-ГЛИНОЗЕМ» — MES-системы автоматизации глиноземного производства. Первый этап создания «АСУ-ГЛИНОЗЕМ» — проектирование и разработка автоматизированной системы оперативного диспетчерского управления потоками глиноземного производства АСОДУ ГП. В статье рассматривается архитектура системы «АСУ-ГЛИНОЗЕМ» и ее подсистемы АСОДУ ГП, а также технологии проектирования системы АСОДУ ГП.

 

Развитие информационных технологий на БАЗе

Богословский алюминиевый завод — одно из крупнейших предприятий холдинга «СУАЛ» и всей отрасли. Первую продукцию завод выдал в 1943 году. Его проектная мощность составляла тогда 930 тыс. тонн глинозема и 152,5 тыс. тонн алюминия в год. За счет мобилизации внутренних ресурсов, совершенствования технологического процесса, реконструкции старых и строительства новых мощностей к настоящему времени завод вышел на уровень производства 180-182 тыс. тонн алюминия (что на 18-20% превышает проектную мощность) и на 1060-1100 тыс. тонн глинозема (с превышением проектной мощности на 14-18%).

На сегодняшний день разработан перспективный план I развития завода, в котором предусматривается увеличение ежегодных объемов производства: глинозема — до 1,1-1,3 млн. тонн, алюминия — до 300 тыс. тонн. Намечается и значительное повышение качества (прежде всего получение крупнозернистого глинозема) и снижение затрат на производство продукции.

Один из путей достижения этих целей — оптимизация производства посредством повышения степени автоматизации всех уровней деятельности предприятия. Понимая это, руководство БАЗа традиционно уделяет большое внимание внедрению современных информационных технологий. На предприятии успешно функционируют АСУТП на многих технологических участках как глиноземного, так и электролизного производства. В настоящее время ведутся работы по внедрению на предприятии ERP-системы SAP R/3.

Таким образом, на предприятии разворачивается процесс построения единого вертикально-интегрированного информационного пространства, от управления технологическими процессами к стратегическому управлению заводом. На этом пути ключевым этапом является автоматизация среднего производственного уровня — создание MES-системы.

 

MES-система «АСУ-ГЛИНОЗЕМ»

MES-системы относятся к классу больших информационно-управляющих систем. Их создание должно проводиться по определенным правилам и состоит из нескольких стадий:

  1. Предпроектная подготовка: анализ производственных процессов, выявление приоритетов актуальности их автоматизации, определение масштабов проекта, планирование и организация работ по проекту, формирование предварительных эскизных проектных решений по отдельным видам обеспечения и компонентам.
  2. Разработка проекта: создание технического проекта и рабочей документации по видам обеспечения, компонентам и подсистемам.
  3. Реализация проекта: поставка, тестирование технических и программных средств, развертывание системы на технологических объектах и рабочих местах, документирование, обучение сотрудников, наполнение баз данных нормативно-справочной и другой информацией, передача системы в промышленную эксплуатацию.
  4. Интеграция системы с внешними агентами, потенциально нуждающимися в агрегированных расчетных данных этой системы (например, ERP-модули).
  5. Контроль качества функционирования, внесение изменений по замечаниям от пользователей, непрерывное совершенствование и оптимизация.

Первым шагом, сделанным на пути построения MES-системы управления глиноземным производством БАЗ, стало проведение комплексного предпро-ектного обследования оперативного управления глиноземным производством. Эти работы были выполнены специалистами завода совместно со специалистами ЗАО «РТСофт», имеющими большой опыт автоматизации глиноземного производства и проведения аналогичных обследований на других предприятиях.

В результате обследования была разработана «Программа поэтапного внедрения MES-системы «АСУ-ГЛИНОЗЕМ», которая основывается на про-цессно-ориентированном подходе. В соответствии с разработанной программой предстоит поэтапная автоматизация производственных процессов, наиболее актуальных для данного производства:

  • оперативное диспетчерское управление глиноземным производством;
  • управление качеством продукции;
  • учет энергоресурсов;
  • управление производственными фондами;
  • учет материального баланса.

В соответствии с указанными производственными процессами, система «АСУ-ГЛИНОЗЕМ» состоит из пяти крупных подсистем:

  • автоматизированная система оперативного диспетчерского управления материальными потоками глиноземного производства (АСОДУ ГП);
  • автоматизированная система диспетчерского управления энергетическими потоками глиноземного производства (АСУ-ЭНЕРГО);
  • автоматизированная система управления основными производственными фондами глиноземного производства (АСУ ОПФ);
  • лабораторная информационная система глиноземного производства (ЛИС);
  • автоматизированная учетно-балансовая система.

Система «АСУ-ГЛИНОЗЕМ» имеет нелинейную децентрализованную структуру, которая обеспечивает высокую гибкость и надежность, позволяет оперативно адаптироваться к изменениям организационного, технологического и технического характера.

Эта система служит информационным базисом для успешного внедрения и функционирования ERP-системы и обеспечивает вертикальную информационную интеграцию всего предприятия.

 

АСОДУ ГП

Материальные и технологические потоки — это основной технолого-экономи-ческий ресурс производства и основной объект контроля и управления диспетчера глиноземного производства (ГП). Особую важность вопросам диспетчеризации материальных потоков придает наличие на глиноземном производстве Богословского алюминиевого завода ряда особенностей, в числе которых:

  • комбинированная технологическая схема Байер-спекание, со сложной структурой взаимосвязанных материально-сырьевых потоков;
  • недостаточный объем межучастковых буферных накопителей, требующий четкой координации производительности смежных участков;
  • нестабильное качество сырья.

В связи с этим и в соответствии с концепцией «АСУ-ГЛИНОЗЕМ», первым этапом реализации MES-системы глиноземного производства БАЗа является проектирование и внедрение автоматизированной системы оперативного диспетчерского управления материальными потоками глиноземного производства (АСОДУ ГП).

В рамках разработки АСОДУ ГП произведено проектирование технического, математического, информационного и программного обеспечения системы.

Техническое обеспечение АСОДУ ГП охватывает технические средства от КИП на участках до средств представления информации в центральном диспетчерском пункте цеха (ЦДП ГП). В соответствии с проектным техническим обеспечением в глиноземном производстве вновь устанавливается около 500 приборов КИПиА на 14 участках глиноземного цеха, которые составляют нижний уровень АСОДУ ГП. Информация от датчиков выводится в 26 щитовых помещений глиноземного цеха, где устанавливаются дополнительные контроллеры, АРМы технологов и мастеров участков, коммуникационное оборудование, образующие средний уровень АСОДУ ГП.

Верхний уровень проектируемой системы образует оборудование центрального диспетчерского пункта глиноземного производства (ЦДП ГП): многоэкранные АРМы диспетчерского персонала, средства мониторинга коллективного пользования, центральный сервер АСОДУ ГП, система технологического видеонаблюдения и другие технические средства, обеспечивающие перевод диспетчерского управления ГП на принципиально новый технический уровень.

На этой технической платформе разворачивается и функционирует программное обеспечение АСОДУ ГП, информационная структура которого во многом повторяет техническую структуру и также имеет три иерархических уровня. Информационные узлы нижнего иерархического уровня предназначены для ввода первичной оперативной информации о технологическом процессе. Средний иерархический уровень образуют узлы переработки и хранения информации: узлы вычисления расчетных переменных на основе исходной информация (реализовано при помощи сервера расчетов RTSoft Calculation Server) и узлы архивирования информации (СУБД РВ IndustrialSQL Server, СУБД Microsoft SQL Server). Верхний иерархический уровень образуют потребители информации: автоматизированные рабочие места диспетчера, помощника диспетчера глиноземного производства, энергодиспетчера и другие.

 

Сервер расчетов RTSoft Calculation Server

Одной из важных особенностей системы АСОДУ ГП является большой объем расчетных переменных, которые необходимо формировать на основе исходных данных, поступающих из различных систем автоматизации предприятия. Источниками и потребителями информации являются как средства автоматизации, работающие в реальном времени, так и компоненты автоматизации класса АСУПП и АСУП, основанные на ручной подготовке и вводе данных. Данные системы АСОДУ ГП подразделяются на несколько временных категорий: оперативные, часовые, сменные и суточные. В общем случае расчетные параметры каждой временной категории должны выполняться на основе данных нескольких временных категорий.

Для реализации технологических расчетов и организации взаимодействия различных компонентов системы АСО-ДУ ГП использован сервер расчетов RTSoft Calculation Server.

 

Назначение программного комплекса RTSoft Calculation Server

В системах класса АСУТП выполнение технологических расчетов не представляется сложной задачей, поскольку исходные данные для вычисления в полном объеме поступают от датчиков и PLC-контролеров в реальном времени. В этом случае расчеты выполняются в реальном или псевдореальном времени, а возникающими при этом незначительными задержками поступления исходных данных для расчетов (не более 10-30 с) пренебрегают.

Однако в крупных системах класса АСДУ и АСУПП, когда исходные данные для расчетов поступают из множества разнородных подсистем автоматизации, выполнение таких вычислений по ряду причин является сложной задачей:

  • исходные данные для выполнения расчетов поступают из множества разнородных систем автоматизации предприятия, основанных на различных технологиях сбора данных (SCADA-системы и PLC-контрол-леры, системы АСУПП и АСУП) — требуется обеспечить эффективное взаимодействие с этими средствами автоматизации;
  • часть исходных данных для расчетов поступает не в реальном времени -необходимо обеспечить своевременность и достоверность выполнения расчетов независимо от задержек поступления входных данных (длительность задержки может составлять несколько часов);
  • в расчетах требуется использовать информацию с предыдущих циклов расчетов (например, данные, рассчитанные несколько часов, смен, суток, месяцев назад) — требуется эффективный и удобный механизм, позволяющий использовать такие данные;
  • требуется механизм оценки степени достоверности расчетных данных.

Программный комплекс RTSoft Calculation Server предназначен для централизованного выполнения производственных расчетов в системах класса АСДУ, АСУПП и АСУТП и является эффективным решением обозначенных выше задач.

Функции программного комплекса RTSoft Calculation Server:

  • вычисление расчетных параметров в соответствии с разработанными пользователем программами расчета в следующие моменты времени: по наступлению времени, по факту поступления исходных данных для расчетов, по требованию пользователя;
  • выполнение повторного расчета по требованию пользователя и по факту поступления уточненных исходных данных;
  • вычисление признака качества данных, определяющего степень их достоверности;
  • ввод исходных данных и сохранение результатов расчета из (в) любой системы автоматизации, предоставляющей открытый интерфейс для доступа к данным;
  • разработка пользовательских программ расчетов с использованием удобной среды программирования;
  • предоставление информации о результатах расчетов по запросу пользователя в наглядной форме.

 

Структура и состав программного комплекса

Программный комплекс RTSoft Calculation Server состоит из нескольких программных модулей:

  • Среда исполнения Calculation Server Runtime. Выполняет расчеты в требуемые моменты времени на основе данных, своевременно считанных из систем — источников данных, и передает результаты расчетов системам — потребителям данных.
  • Средства разработки Calculation Server Development. Предназначены для создания пользовательского приложения, выполняемого при помощи среды исполнения и описывающего расчеты в соответствии с требуемыми алгоритмами. Позволяют производить конфигурирование среды исполнения и разработку прикладной программы расчетов.
  • Средства диагностики и просмотра результатов работы среды исполнения.

 

Отличительные особенности программного комплекса

Сервер расчетов RTSoft Calculation Server обладает рядом особенностей, отличающих его от программных продуктов сходного назначения:

  • расчеты могут производиться как по событию времени (то есть в реальном или псевдореальном времени), так и по факту поступления исходных данных, что позволяет учесть сколь угодно длительные задержки формирования исходных данных;
  • в расчетах могут быть использованы данные из предыдущих циклов расчетов;
  • все операции по обработке данных (чтение исходных данных, расчет, сохранение результатов) производятся с метками времени;
  • все расчеты сопровождаются вычислением признаков качества данных;
  • прикладная программа расчетов может быть разработана на любом языке программирования, который поддерживается платформой .Net;
  • высокая устойчивость к сбоям компьютера.

Модульная расширяемая архитектура обеспечивает совместимость сервера с различными программными продуктами классов АСУТП, MES, ERP и позволяет использовать расчетный сервер не только в качестве среды выполнения расчетов, но и как универсальный шлюз для взаимодействия различных систем автоматизации предприятия.

 

Конфигурационная база данных «АСУ-ГЛИНОЗЕМ»

MES-система «АСУ-ГЛИНОЗЕМ» является крупной информационной системой, состоящей из множества разнородных компонентов. Цикл жизни системы предполагает ее многоэтапную разработку и наращивание в течение нескольких лет. При проектировании и разработке столь крупногабаритной системы существенную сложность представляет не только разработка программного и аппаратного обеспечения ее отдельных компонентов, но и организация правильного межкомпонентного взаимодействия.

Поставленная задача является актуальной при разработке многих крупных многокомпонентных систем автоматизации. Известные мировые производители предлагают программные продукты, являющиеся в той или иной степени готовыми решениями поставленной задачи, например: Wonderware Galaxy Repository, ISaGRAF Pro, Schneider Electric Unity Studio. Эти продукты в некоторых случаях оказываются достаточно эффективными для проектирования систем класса АСУТП, однако низкая универсальность, плохая совместимость со многими программными продуктами, высокая стоимость, а также ряд других особенностей не позволили использовать их для работы над «АСУ-ГЛИНОЗЕМ».

Для создания подсистем системы «АСУ-ГЛИНОЗЕМ» была разработана специализированная конфигурационная база данных (КБД) системы и прикладное программное обеспечения для работы с ней. Такой подход позволил в полной мере учесть всю специфику архитектуры разрабатываемой системы.

В настоящее время КБД «АСУ-ГЛИНОЗЕМ» реализована в объеме двух подсистем: АСОДУ ГП и АСУ-ЭНЕРГО.

 

Назначение и состав конфигурационной базы данных

Конфигурационная база данных «АСУ-ГЛИНОЗЕМ» предназначена для автоматизации разработки программного обеспечения и проектной документации системы и выполняет такие функции, как:

  • централизованное хранение конфигурации разрабатываемой многокомпонентной информационной системы;
  • проверка корректности конфигурации системы;
  • оптимизация конфигурации системы;
  • автоматическое формирование конфигурационных файлов и прикладного программного обеспечения компонентов разрабатываемой системы;
  • автоматическое формирование документации на разрабатываемую систему.

Конфигурационная база данных АСОДУ ГП состоит из компонентов:

  • собственно конфигурационная база данных; реализована при помощи СУБД Microsoft SQL Server 2000.
  • прикладное программное обеспечение, выполняющее манипуляции над данными КБД; реализовано в виде набора хранимых процедур и SQL-сценариев (скриптов) на языке Transact-SQL.

 

Структура конфигурационной базы данных

КБД содержит следующую информацию о компонентах системы:

  • технологические параметры системы;
  • информационные узлы системы и их конфигурация;
  • категории данных;
  • переменные системы и их конфигурация;
  • размещение переменных по информационным узлам системы;
  • алгоритмы вычисления расчетных переменных системы;
  • этапы создания системы и разделов проектной документации.

 

Программное обеспечение конфигурационной базы данных

Корректность информационных взаимосвязей между компонентами разрабатываемой системы, описываемых при помощи КБД, достигается программными средствами 2-х типов:

  • для проверки информационных ограничений системы, реализованных на уровне структуры базы данных, используются средства СУБД Microsoft SQL Server; эти средства основаны на фундаментальных принципах организации реляционных баз данных, таких как первичные ключи, связи и т. д.;
  • для проверки корректности информационных ограничений системы, не определяемых структурой БД, разработан набор хранимых процедур и SQL-сценариев, которые выполняются по команде пользователя.

Для оптимизации структуры расчетов разработано программное обеспечение, позволяющее локализовать информационные узлы системы (промышленные контроллеры и SCADA-системы), которые наиболее целесообразно использовать для вычисления расчетных параметров.

В состав КБД также входит программное обеспечение, автоматически создающее прикладное программное обеспечение и конфигурационные файлы компонентов систем АСОДУ ГП и АСУ-ЭНЕРГО, которое формирует:

  • словари переменных SCADA-приложений;
  • словари переменных задач PLC-контроллеров;
  • конфигурацию и словарь переменных архивного сервера на базе СУБД РВ IndustrialSQL Server;
  • прикладное приложение расчетного сервера RTSoft Calculation Server;
  • конфигурацию коммуникационных программ.

 

Заключение

В ближайших планах завода — завершение внедрения всех составляющих информационно-управляющей MES-системы «АСУ-ГЛИНОЗЕМ», а именно:

  • автоматизированной системы оперативного диспетчерского управления потоками глиноземного производства (АСОДУ ГП);
  • автоматизированной системы мониторинга энергетических потоков глиноземного производства (АСУ-ЭНЕРГО);
  • автоматизированной системы управления основными производственными фондами глиноземного производства (АСУ ОПФ);
  • лабораторной информационной системы глиноземного производства (ЛИС);
  • автоматизированной учетно-балансовой системы.

После внедрения вышеназванных компонентов можно будет говорить о существовании на заводе полнофункциональной MES-системы, обеспечивающей главных специалистов завода оперативной и достоверной информацией по всем основным направлениям производственной деятельности глиноземного производства.

Концепция, архитектура и технологии разработки и проектирования MES-системы «АСУ-ГЛИНОЗЕМ» могут быть успешно применены при создании систем автоматизации производственных процессов предприятий с непрерывным циклом производства.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.