WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Смелов Александр Юрьевич

ИНФОРМАЦИОННАЯ ПОДДЕРЖКА ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ФОСФОРНЫХ УДОБРЕНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ MES-СИСТЕМ

05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (химическая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2012

Работа выполнена на кафедре Информатики и компьютерного проектирования Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева).

Научный руководитель Доктор технических наук, профессор Гартман Томаш Николаевич, Заведующий кафедрой информатики и компьютерного проектирования РХТУ им. Д.И. Менделеева Официальные оппоненты Доктор технических наук, профессор Бурляева Елена Валерьевна, профессор кафедры Информационных технологий МИТХТ им. М.В.Ломоносова Кандидат технических наук, доцент Седякин Владимир Павлович профессор кафедры Прикладной информатики Московского государственного университета геодезии и картографии Ведущая организация Ивановский государственный химикотехнологический университет

Защита состоится «4» декабря 2012 года в 12:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.120.08 при Московском государственном университете тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова по адресу: 119571, г. Москва, просп. Вернадского, 86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им. М.В. Ломоносова (119571, г. Москва, просп. Вернадского, 86).

Автореферат диссертации размещен на сайте ВАК http://vak.ed.gov.ru Автореферат разослан «02» ноября 2012 г.

Ученый секретарь Колыбанов К.Ю.

диссертационного совета, доктор технических наук

Общая характеристика работы

Актуальность работы Производство фосфорных удобрений является крупнейшей подотраслью химической промышленности. На сегодняшний день вторым по величине экспортером фосфорных удобрений в мире является Россия. Крупнейшим производителем фосфорных удобрений в России является ОАО «ФосАгро - Череповец». Предприятие специализируется на производстве сложных минеральных удобрений с концентрацией фосфора от 15 до 52% в пересчете на Р2О5.

В мировой практике деятельность любого предприятия нацелена на получение максимальной прибыли. Специфика современного рынка и условия жесткой конкуренции, характерные для сегодняшнего дня, заставляют непрерывно искать пути повышения рентабельности производства, совершенствования процесса управления и планирования.

Решить задачу производственной эффективности точным исполнением регламента весьма затруднительно, поскольку необходим одновременный контроль большого числа параметров как основных, так и вспомогательных производств (например, в ОАО «ФосАгро - Череповец» насчитывается более 14 000 параметров). К тому же, регламентные диапазоны параметров не всегда преследуют цели экономного управления ресурсами. Кроме того, наряду с сокращением издержек необходимо уделять должное внимание требованиям промышленной безопасности и минимизации ущерба окружающей среде.

В данной работе предлагается решение задачи повышения производственной эффективности путем разработки и применения методов системного анализа для управления производством фосфорных удобрений, обработки информации с использованием современных программно-аппаратных комплексов - MESсистем. MES-системы ориентированы на информатизацию задач оперативного планирования и управления производством, оптимизацию производственных процессов и производственных ресурсов, контроля и диспетчеризации выполнения планов производства с минимизацией затрат.

Главной отличительной особенностью предприятий, выпускающих фосфорные удобрения, является с одной стороны - большое наличие агрессивных сред, а с другой стороны - достаточно развитый уровень приборного парка. Именно эти факторы определяют необходимость и возможность применения MES-систем на предприятиях по производству фосфорных удобрений.

Практически на всех предприятиях, специализирующихся на выпуске фосфорных удобрений, сделан первый шаг в сторону реализации MES-систем:

внедрена база данных реального времени. Однако, в большинстве случаев, эти базы данных обеспечивают лишь синхронизацию, репликацию и резервирование данных для обеспечения отказоустойчивости в реальном масштабе времени.

До недавнего времени основная часть информации, необходимая для управления производством фосфорных удобрений, хранилась в рабочих журналах, результаты обрабатывались вручную, из-за чего эффективность управления производством была невысока и присутствовал фактор человеческой ошибки. Существенным шагом по улучшению ситуации явилась модернизация существующей информационной системы на основе системного подхода и информационных технологий. Этим определяется актуальность и важность выбранной темы исследования.

В диссертации излагаются научно-обоснованные технические решения по развитию информационной системы предприятий, специализирующихся на выпуске фосфорных удобрений с применением MES-систем.

Цель работы Целью диссертационной работы является повышение эффективности управления производством фосфорных удобрений на примере ОАО «ФосАгро - Череповец».

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Системный анализ информационных потоков предприятия - производителя фосфорных удобрений на примере ОАО «ФосАгро - Череповец».

2. Разработка методики определения различных состояний технологической единицы (останов, пуск, нормативный режим).

3. Разработка комплекса информационных моделей процесса обработки данных, включающего:

3.1 определение состояний технологических единиц;

3.2 расчет отклонений значений параметров от норм технологического режима;

3.3 определение экономического потенциала.

4. Реализация процедуры обработки данных на основе комплекса разработанных информационных моделей и методик в ОАО «ФосАгро - Череповец».

Объект исследования:

Объектом исследования является информационная система предприятий, специализирующихся на выпуске фосфорных удобрений, включая следующие основные и вспомогательные производства: сернокислотное производство, производство экстракционной фосфорной кислоты, производство удобрений, цех фтористого алюминия (для утилизации кремнефтористоводородной кислоты), теплоэлектроцентраль (для утилизации тепла, высвобождающегося при производстве серной кислоты).

Предмет исследования:

Предметом исследования является применение информационных технологий в системе управления производством для обеспечения высокой эффективности предприятий, специализирующихся на выпуске фосфорных удобрений при анализе большого потока данных.

Научная новизна 1. Разработана методика определения различных состояний технологической единицы (простой, пуск, нормативный режим) для цехов, входящих в состав производства фосфорных удобрений.

2. Разработан комплекс информационных моделей процесса обработки данных, включающего:

2.1 определение состояний технологических единиц;

2.2 расчет отклонений значений параметров от норм технологического режима;

2.3 определение экономического потенциала.

Практическая значимость 1. Разработан и внедрен программно-аппаратный комплекс (MES-система) в ОАО «ФосАгро-Череповец» на базе программного обеспечения PI System фирмы OsiSoft. Программное обеспечение включает в себя элементы: PI Enterprise Server v3.4.380.70 (SP1) 64-bit, PI DataLink Version 4.2.1, PI ProcessBook Version 3.2.0.0, PI ActiveView Version 3.2.0.0.

2. Разработан комплекс информационных моделей процессов обработки данных (расчет отклонений значений параметров от норм технологического режима;

определение экономического потенциала).

3. Разработано специальное программное обеспечение, реализующее предложенную методику определения различных состояний технологической единицы и обработки данных для расчета отклонений параметров от норм технологического режима при различных состояниях технологической единицы.

Методы исследования В основу решения поставленных задач положены методы исследования системного анализа (декомпозиция, классификация, иерархическое упорядочивание, абстрагирование, формализация, моделирование), методология функционального моделирования систем IDEF0.

Апробация работы Результаты работы представлены на следующих конференциях:

Научно-методическая конференция по качеству образования и управления «Развитие образования на современном этапе: цели, задачи, приоритеты».

ВГМХА, г. Вологда, 20Первая, вторая и третья международная научно-практическая конференция «Сера и серная кислота». ФГУП «Институт Гинцветмет», г. Москва, 2010, 2011 и 2012 гг.

По результатам работы международной научно-практической конференции «Сера и серная кислота» были получены дипломы: в 2010 г. «Диплом за лучшую разработку в области управления химическим предприятием с применением компьютерных систем», в 2011 г. «Диплом за креативность использования анализа информации MES-систем для повышения эффективности сернокислотного производства», в 2012 г. «Диплом за разработку и реализацию в промышленности автоматизированной системы оперативного диспетчерского управления».

Работа представлена на всероссийском конкурсе «Инженер года 2011» в версии «Профессиональные инженеры». Ее автор Смелов А.Ю. стал победителем в номинации «Информатика, информационные сети, вычислительная техника».

Публикации По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования результатов диссертационных работ, 4 публикации в сборниках трудов и тезисов докладов конференций и семинаров.

Структура диссертации Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрены актуальность и практическая ценность работы.

Сформулирована цель работы и поставлены задачи, решение которых необходимо для достижения поставленной цели. Обоснованы методы исследований, научная новизна и практическая значимость результатов исследования.

В первой главе «Системный анализ информационных потоков производства фосфорных удобрений в ОАО «ФосАгро - Череповец» исследованы информационные потоки предприятия.

ОАО «ФосАгро - Череповец» является лидером в своей отрасли и входит в десятку крупнейших производителей фосфорных удобрений в мире. Компания входит в состав вертикально–интегрированного холдинга ФосАгро и является производителем конечного продукта (фосфорных удобрений) из сырья (апатитовый концентрат, аммиак, сера, сульфат аммония, известь, гидроксид алюминия, хлористый калий, шлак гранулированный, кондиционирующая смесь, магнезит, пеногаситель, меласса свекловичная), поставляемого другими предприятиями, в т. ч. ОАО «Апатит», входящим в холдинг ФосАгро.

Текущая мощность ОАО «ФосАгро-Череповец» по выпуску серной кислоты составляет около 2,72 млн. т/год. Доля в общероссийском производстве серной кислоты достигла 25%. Производимая серная кислота почти в полном объёме используется на ОАО «ФосАгро - Череповец» для выработки фосфорной кислоты.

Мощность по производству фосфорной кислоты составляет около 1 млн. т 100% Р2О5/год. Общий выпуск минеральных удобрений в 2011 г. составил около 2,млн. тонн натуры. Основными видами фосфорных удобрений, выпускаемых компанией, являются аммофос (МАФ) (13:52), диаммонийфосфат (ДАФ) (18:46) и комплексные удобрения - диаммофоска (ДАФК), NPK 13:19:19, NPK 15:15:15, NPK 10:20:20, NPK 10:26:26, жидкие комплексные удобрения (ЖКУ) и NP+S.

Высокий план производства и работа на повышенных нагрузках определило сильное возрастание аналитической нагрузки на управление производственными процессами и их координацию.

S Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) Вода Сернокислотное производство (СКП) Турбоагрегат Турбоагрегат Технологическая Технологическая Технологическая Технологическая №1 №система система система система Пар СК-600-1 СК-600-2 СК-600-3 СК-7Турбоагрегат Турбоагрегат №3 №H2SOСа5[PO4]3(F, Cl, ОН) Турбоагрегат Турбоагрегат №5 №Производство экстракционной фосфорной кислоты (ПЭФК) Турбоагрегат №H2SiF6 Участок ЭФК-1 Участок ЭФК-1 Участок ПЭФК-2 Участок ПЭФК-корп.2.12 корп.2.15 корп.5.55 корп.5.Электроэнергия Преобразованный пар Al(OH)NH3 KCl H3РOЦех фтористого алюминия (ЦФА) Производство минеральных удобрений (ПМУ) Участок 1 Участок 1 Участок 1 Участок Цех фтористого Технологическая Технологическая Технологическая Технологическая алюминия система 2 система 3 система 4 система Участок 2 Участок 2 Участок 2 Участок Технологическая Технологическая Технологическая Технологическая система 1 система 2 система 3 система AlFУстановка ЖКУ Основное производство Минеральные удобрения (NP, NPK) Вспомогатлеьное производство Рис. 1 Системный анализ потоков производства фосфорных удобрений В цепочке производства фосфорных удобрений участвуют несколько производств: основных - сернокислотное производство, производство экстракционной фосфорной кислоты, производство минеральных удобрений; а также вспомогательных - цех фтористого алюминия, теплоэлектроцентраль. На рис. 1 показан процесс производства фосфорных удобрений в ОАО «ФосАгро - Череповец».

Каждое производство состоит из нескольких технологических единиц, параллельно выпускающих продукцию. Это может быть технологическая система, участок или основной узел оборудования. Например, производство минеральных удобрений состоит из восьми технологических систем, а теплоэлектроцентраль из семи турбоагрегатов.

Получение серной кислоты осуществляется из серы методом двойного контактирования с промежуточной абсорбцией. Экстракционную фосфорную кислоту получают двумя способами: полугдидратным и дигидратным - путем сернокислотного разложения апатитового концентрата с образованием пульпы экстракционной фосфорной кислоты и полугидрата сульфата кальция с последующим ее разделением на вакуум–фильтрах и упариванием полученной кислоты до массовой доли Р2О5 от 52,0 до 54,0% и абсорбцией фторсодержащих газов.

Получение минеральных удобрений осуществляется методом нейтрализации фосфорной кислоты жидким аммиаком в смесителях - нейтрализаторах с получением пульпы фосфатов аммония, последующей доаммонизацией и гранулированием в аммонизаторе - грануляторе с использованием ретура, сушкой в сушильном барабане, классификацией высушенных гранул, охлаждением и кондиционированием готового продукта. При производстве трехкомпонентных удобрений через ретурный цикл осуществляется подача калийных добавок и сульфата аммония в зависимости от номенклатуры выпускаемых удобрений.

Производство фтористого алюминия основано на реакции взаимодействия кремнефтористоводородной кислоты (Н2SiF6) c гидроксидом алюминия Аl(OH)3 с последующим отделением фтористого алюминия от кремнегеля, сушкой и прокалкой продукта.

Генерация электроэнергии осуществляется в турбоагрегатах. Сырье - перегретый пар, получаемый в котлах ТЭЦ и котлах-утилизаторах СКП.

Из-за высокого спроса на удобрения, частой смены выпускаемых марок фосфорных удобрений (на одном оборудовании), а также из-за внеплановых простоев, возникают ситуации, когда необходимо контролировать процесс производства не только на уровне технологический единицы (технологической системы, участка) – чем занимаются системы АСУТП, а на уровне предприятия в целом, координируя работу основных и вспомогательных производств.

Программное обеспечение, ориентированное на решение таких задач, относится к классу MES (Manufacturing Execution System), или систем управления производством.

MES – это автоматизированная исполнительная система производственного уровня, предоставляющая ряд возможностей, которые дополняют и расширяют функции Рис. 2 Положение MES системы ERP-систем (рис. 2). Используя фактические в архитектуре информационных технологические данные, MES–системы систем предприятия поддерживают всю производственную деятельность предприятия в режиме реального времени. Быстрый результативный отклик на изменяющиеся условия, в комбинации с ориентацией MES на снижение издержек, помогают эффективно управлять производственными операциями и процессами. Кроме того, MES– системы формируют данные о текущих производственных показателях, необходимы для функционирования ERP-систем. Таким образом, MES–система – это связующее звено между ориентированными на финансово-хозяйственные операции ERP-системами и оперативной производственной деятельностью предприятия на уровне цеха, участка или производственной линии. Основные отличия MES систем от АСУТП и ERP представлены в таблице 1.

Табл. 1 Сравнение АСУТП, MES и ERP-систем Критерии сравнения АСУТП MES ERP Объект Технологическая Предприятие Предприятие единица (масштаб) Секунды, Поступление Реальное время 2 раза в сутки информации минуты Период Месяц, Минуты, часы Сутки, месяц данных квартал, год Количество данных ~104 ~103 ~1Управление Автоматическое Автоматизированное Технологические Параметры Технологические Экономические и экономические Информационные данные и результаты измерений обрабатываются и хранятся в информационной системе предприятия. Прохождение информационного потока можно охарактеризовать следующими основными стадиями:

На этапе производства фосфорных удобрений регистрируются производственные параметры каждого производства • Системы АСУТП аккумулируют всю производственную информацию и выборочно передают ее в общее хранилище данных (сервер MES-системы) • Благодаря выборочности информации сервер MES-системы позволяет хранить информацию гораздо дольше по сравнению с АСУТП, причем по всему предприятию, а не по отдельному производству • На этапе обработки и представления информации решаются задачи определения состояния технологических единиц, расчет отклонений параметров и определение экономического потенциала.

• На этапе использования данных, лицо принимающее решение обеспечивает обратную связь, корректируя технологический процесс.

Системный анализ информационных потоков предприятия представлен на рис. Рис. 3 Системный анализ информационных потоков Во второй главе «Определение состояний технологической единицы» рассмотрена диаграмма состояний и разработана методика определения различных состояний технологических единиц производств, участвующих в выпуске фосфорных удобрений.

Диаграмма состояний технологической единицы представлена на рис. 4. Она состоит из периодов простоя, переходных процессов выхода на режим и останова, а также нормативного режима функционирования технологической единицы.

Рис. 4 Диаграмма состояний технологической единицы Qijk – текущее либо нормативное значение k-го технологического параметра j-ой технологической единицы i-го производства;

aijk – граничное значение коэффициента k-го технологического параметра, соответствующий пуску j-ой технологической единицы i-го производства;

bijk – граничное значение коэффициента k-го технологического параметра, соответствующий выходу на нормативный режим j-ой технологической единицы i-го производства.

По итогам обобщения результатов исследования на различных предприятиях фосфорных удобрений, разработаны логические функции определения останова технологической единицы, объединяющие проверки различных параметров на предмет отклонения от пороговых значений.

В логическую функцию останова технологической единицы могут входить информация о расходах сырья, продукции и состояния основного оборудования в зависимости от установленных приборов. Как правило, выбирается не менее двух показателей. Количественные значения расходов подбираются индивидуально в зависимости от поведения приборов КИП в период отсутствия расходов прокачиваемой среды.

Табл. 2. Условия останова технологических единиц ОАО «ФосАгро - Череповец» Условия останова Технологическая Производство единица Сырье Оборудование Продукция Остановлены все насосы подачи Суммарный Сернокислотное Технологическая жидкой серы расход серы ИЛИ - производство система менее 15% ИЛИ Остановлен нагнетатель Суммарный расход апатита менее 10% Производство экстракционной И Участок - - фосфорной Суммарный кислоты расход серной кислоты менее 15% Суммарный расход жидкого Остановлены Производство аммиака менее все насосы Технологическая минеральных 10%-30% И подачи - система удобрений (в зависимости от фосфорной выпускаемой кислоты марки) Остановлен Цех фтористого Цех - - сушильный - алюминия барабан Генерация Теплоэлектро- Расход пара Турбогенератор ИЛИ - - электроэнергии централь менее 15% менее 5% В ОАО «ФосАгро - Череповец», условия останова технологических единиц представлены в таблице 2. Например, в сернокислотном производстве условием останова будет выполнение хотя бы одного из условий: низкие показания суммарного расхода жидкой серы; останов серного насоса или нагнетателя. В производстве фосфорной кислоты, наоборот, совместное выполнение условий низкого расхода апатитового концентрата и серной кислоты.

Логическая функция останова, например, в производстве серной кислоты на технологической системе СК-600-1 в соответствии с условием таблицы 2 будет выглядеть следующим образом:

тек норм тек норм тек норм F = (Q111 a111 Q111 ) ИЛИ (Q112 a112 Q112 ) ИЛИ (Q113 a113 Q113 ) Q111 – суммарный расход жидкой серы, т/ч a111=0,15 Q111норм=Q112 – состояние насоса подачи жидкой серы a112=0 Q112норм=Q113 – состояние нагнетателя a113=0 Q113норм=Условия пуска технологических единиц определяются как несоблюдение условий останова в период простоя. Длительность режима пуска, как правило, зависит от времени простоя. Чем оно больше, тем больше период режима пуска.

Так, например, в СКП при простое технологической системы до одного часа режим пуска составляет около 3 часов; при простое более суток (например, после капитального ремонта) – до 20 часов.

Условие выхода на нормативный режим – достижение регламентных значений избранных параметров технологического режима - для непрерывного типа производства. Для дискретного типа – отсутствуют. Условия выхода на режим технологических единиц представлены в таблице 3.

Таблица 3. Условия выхода на режим технологических единиц Технологическая Производство Избранные параметры технологического режима единица 1. Температура газа на входе в контактный аппарат Сернокислотное Технологическая 2. Концентрация газа на входе в контактный аппарат производство система 3. Концентрация газа на выходе из контактного аппарата Производство экстракционной 1. Плотность фильтрата пульпы в экстракторе Участок фосфорной 2. Содержание SO3 в пульпе экстрактора кислоты Производство 1. Плотность абсорбционного раствора Технологическая минеральных 2. Мольное отношение аммиака к фосфорной кислоте система удобрений (P2O5) в пульпе на выходе из реактора Цех фтористого Цех – (дискретное производство) алюминия Теплоэлектро- Синхронизация генератора турбины с электрической Турбогенератор централь сетью предприятия Логическая функция выхода технологической единицы, например, в производстве экстракционной фосфорной кислоты на участке ЭФК-1 (корп. 2.12) в соответствии с условием таблицы 3 будет выглядеть следующим образом:

тек норм тек норм F = (Q213 b213 Q213 ) И (Q214 b214 Q214 ) Q213 – плотность фильтрата пульпы b213=0,9947 Q213норм=1,42 в экстракторе, г/смQ214 – массовая концентрация сульфитной b214=0,7143 Q214норм=14, серы в пересчете на SO в пульпе экстрактора, г/смНа основе представленных логических функций разработана методика определения различных состояний технологической единицы. Методика состоит из следующих этапов:

тек Qijk 1. Получить текущие значения контрольных параметров тек тек aijk Qijk bijk Qijk 2. Рассчитать пороговое значение параметра ( ) тек тек тек aijk Qijk bijk Qijk 3. Сравнить текущее Qijk и пороговое значения ( ) 4. Объединить результаты проверок отдельных параметров в соответствии с логической функцией, разработанной для каждого производства 5. Истинные значения функции являются признаком изменения состояния технологической единицы.

В третьей главе «Информационные модели процесса обработки данных» рассмотрен комплекс информационных моделей, построенных на основе системного анализа: расчет отклонений значений параметров от норм технологического режима и определение экономического потенциала.

К основным задачам информационного моделирования относятся декомпозиция процесса обработки данных, определение форматов промежуточных и отчетных электронных документов.

Построены функциональные модели в нотации IDEF0. Глубина декомпозиции составляет 2 уровня.

Контекстная диаграмма функциональной модели процессов обработки данных представлена на рисунке 5.

Период Инструкция Логические Правила ПБ Регламенты расчета расчета функции отклонений от НТР Значения параметров (технологических, аналитических, дискретных) Управляющее воздействие Повышение эффективности управления производством Стоимость сырья и энергоресурсов 0. Программно- аппаратный Диспетчер комплекс (MES-система) Мотивация Рис.5 Контекстная диаграмма А0 функциональной модели.

Входным информационным потоком в процесс повышения эффективности управления производством является информация о ходе технологического процесса – технологические (показания приборов: температуры, давления, расходы), аналитические (лабораторные испытания: концентрации веществ в различных средах) и дискретные данные (индикация состояния оборудования:

работает/не работает). Также входным потоком является информация о стоимости сырья и энергоресурсов. Выходной поток состоит из управляющих воздействий, которые предпринимает диспетчер с целью корректировки технологического режима.

Декомпозиция контекстной диаграммы первого уровня позволяет уточнить модель с требуемой степенью детализации, при этом обеспечивается соответствие граничных стрелок на родительской и дочерней диаграммах (рис. 6).

Период расчета Логические Инструкция расчета Правила ПБ функции отклонений от НТР Регламенты Значения параметров Определение Даты изменения (технологических, состояния состояний тех. ед.

аналитических, технологической дискретных) единицы 0. 1 Отчет об отклонениях Расчет отклонений от НТР параметров от норм технологического режима (регламента) 0. Стоимость сырья и Определение возэнергоресурсов можности рационального использования сырья и энергоресурс.

0. Отчеты о рац.

использовании Управляющее воздействие Принятие управленческих решений Программно0. аппаратный комплекс (MES-система) Мотивация Диспетчер Рис. 6 Декомпозиция первого уровня А0 функциональной модели.

Декомпозиция второго уровня функциональной модели представлена частично на рисунках 7-8.

Процесс расчета отклонений параметров от норм технологического режима (А2, рис. 7) включает в себя сравнение текущих значений производственных параметров с нормативными, главным источником которых являются технологические регламенты, инструкции по рабочему месту, режимные карты и т.д. Причем характерной особенностью модернизации данного процесса стали:

- автоматический сбор параметров, что полностью исключает влияние человеческого фактора на искажение информации;

- расчет отклонений параметров от норм технологического режима ведется как в периоды нормативной работы технологического процесса, так и в переходные процессы пуска и останова (ранее только в периоды нормативной работы технологической единицы);

- включение в перечень контролируемых параметров помимо качественных характеристик продукции, как было ранее, технологических параметров, влияющих на промышленную безопасность, экологию, сохранность оборудования при наличии агрессивных сред и т.д.

Даты изменения состояний тех. ед.

Регламенты Инструкция расчета отклонений от НТР Запрос нормативных значений Qнорм при различ. состояний тех. ед.

Qнорм.

(из тех. регламента, Значения режимных карт и т.д.) параметров 0. (технологических, аналитических, Извлечение текущих дискретных) значений параметров Qтек Qтек (из хранилища данных MES) 0. Отчет об отклонениях от Расчет отклонений НТР параметров в периоды различных состояний технлогической единицы 0. Программно- аппаратный комплекс (MES-система) Рис. 7 Декомпозиция второго уровня процесса АВходным информационным потоком в процесс определения экономического потенциала (А3, рис. 8) являются технологические параметры, а также информация о стоимости сырья, материалов и продукции. Выходной поток составляет отчет с количественной оценкой экономического потенциала, который можно достичь, разработав определенные мероприятия.

Целевые значения параметров подбираются на основе:

- паспортных характеристик оборудования, - фактических результатов работы оборудования за определенный период времени (например, оптимальные значения параметров фиксировались в течение нескольких часов подряд или дней) - характеристик работы аналогичного оборудования, эксплуатируемого как на предприятии, так и за его пределами - различных нагрузок оборудования - установления влияния человеческого фактора, путем сравнения стилей ведения технологического процесса различными сменами (операторами).

Даты изменения Стоимость состояний тех. ед.

сырья и энергоресурсов Идентефикация мест Значения параметров Значимые позиции возникновения (технологических, наибольших затрат.

аналитических, дискретных) 0. Формирование целевых значений параметров при различных состояниях тех. ед. (Qцель) 0. Отчеты о рац.

Сравнение целевых и использовании текущих значений Отчет об отклонениях от параметров с учетом НТР отклонений от НТР.

0. Программно- аппаратный комплекс (MES-система) Рис.8 Декомпозиция второго уровня процесса АВ четвертой главе «Автоматизированная система оперативного управления» описана реализация предложенных моделей и методик для решения задач оперативного управления производством. На основе комплекса разработанных информационных моделей были реализованы процедуры определения состояний технологических единиц, расчета отклонений значений параметров от норм технологического режима и определении экономического потенциала на предприятии ОАО «ФосАгро - Череповец».

Таблица 4. Распределение параметров по производствам Количество параметров Производство Всего технологических аналитических дискретных СКП 2208 800 192 32ПЭФК 2331 1110 259 37ПМУ 2360 1400 240 40ЦФА 684 480 36 12ТЭЦ 1104 1104 92 23В ОАО «ФосАгро - Череповец разработана и реализована система оперативного управления производством на основе программного обеспечения PI System компании OSIsoft:

• состоит из более 14 000 параметров, в том числе ПМУ – около 4 000, ПЭФК – 3 700, СКП – 3 200, ЦФА – 1 200, ТЭЦ – 2 300 (табл. 4).

• содержит требуемую статистику любого измеряемого параметра (рисунок 9);

• представляет информацию в различном виде (графическом, табличном, с помощью диаграмм и т.д.);

• автоматически учитывает простои свыше 30 технологических единиц;

• имеет период архивации 5 лет.

Рис. 9 Графическое представление параметра (факт, стандартное распределение) В качестве примера обработки информации с целью повышения эффективности управления производством рассмотрим сернокислотное производство. В производстве аккумулируется 3200 параметров: около 7параметров на каждую технологическую систему и около 200 – общецеховых параметров.

В рамках реализации методики определения различных состояний технологических единиц, разработан автоматический отчет о количестве и продолжительности простоев и выходе на нормативный режим технологических единиц за выбранный пользователем период времени. Для фиксирования останова и пуска технологической системы используется 7 параметров на каждой технологической системе: суммарный расход жидкой серы; состояние двух насосов подачи жидкой серы в топку котла и состояние трех нагнетателей, один из которых может быть задействован в работе технологической системы.

Для фиксирования выхода технологической единицы на нормативный режим используется 3 параметра для каждой технологической системы: температура газа на входе в первый слой контактного аппарата, концентрация газа на входе и выходе контактного аппарата.

На рисунке 10 представлен отчет о функционировании технологических единиц сернокислотного производства за август 2012 г. В отчете помимо технологических систем, непосредственно участвующих в производстве серной кислоты, ведется мониторинг состояний участков подготовки сырья - узлов плавления и фильтрации жидкой серы.

Рис. 10. Отчета по простоям в производстве серной кислоты, август 2012 г.

Для детального исследования причин простоев, мониторинга поведения операторов в переходные процессы, технологу (диспетчеру) в дополнительном отчете по простоям указываются даты и время с точностью до секунды: останова, пуска и выхода на нормативный режим каждой технологической единицы (рисунок 11).

Рис. 11. Пример дополнительного отчета по простоям оборудования в производстве серной кислоты за август 2012 г.

В пусковые периоды «зашкаливают» расходные коэффициенты сырья, поэтому важнейшим показателем в пусковые периоды является их продолжительность, при условии, конечно, соблюдения технологии пуска.

Следовательно, информация по ведению технологического процесса в пусковые периоды позволит найти пути по совершенствованию системы управления пусковыми периодами, основанные на опыте работы квалифицированных операторов. Эффективность пуска и вывода на режим зависит от квалификации обслуживающего персонала. Полученная информация должна декомпозировать процесс вывода на технологический режим, а в последующем его автоматизировать. Управление технологическим процессом, описанное в регламентах, не позволяет эффективно вести процесс в пусковые периоды. Опыт эксплуатации показывает, что на стадиях пуска и вывода технологического оборудования на установившийся режим работы, контролируемые параметры изменяются в широком диапазоне, таким образом, потери по целевым продуктам возрастают.

В рамках процесса расчета отклонений значений параметров от норм технологического режима реализованы функции сбора и математической обработки технологических параметров производств, а также их автоматическое представление в режиме реального времени и в режиме отчетов за любой период времени (смена, сутки, месяц и т.д.) с разбивкой по рабочим сменам и технологическим единицам (установка, технологическая система и т.д.). Пример отчета по соблюдению норм технологического режима на технологической системе СК-600-1 за август 2012 г. в период нормативного режима функционирования представлен на рисунке 12.

1 19-04-07 19:35:00 26-04-07 19:35:'skp1_prostoi_f' = "'skp't= "start" star " УТВЕРЖДАЮ:

"start" Начальник СКП Карта соблюдения НТР т.с. СК-600-start __________ В.В.Пронин Период с 01-08-12 00:00 по 01-09-12 00:N ПРОИЗВОДСТВО Границы допуска Статистика РЕГЛАМЕНТ Кол-во Наименование стадии процесса, Наименование показателей значений Процент места измерения параметра выхода за нарушений, % п/п границы ПЕРИОДИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ Отделение плавления и фильтрации Жидкая сера на выходе с фильтров 1 Массовая доля золы % 0,006 0,001 0,002 0,001 0,001 0,00 13 0 0,поз. Ф103/1-СК-600 Печное отделение Массовая концентрация серы 2 Газ на входе в КА, поз.306 мг/м3 10,6 2,0 3,5 1,5 2,5 0,75 5 0 0,элементарной Котловая вода в солевых отсеках (правый) 3 Условное солесодержание мг/дм3 2001 474,0 1831,0 1357,0 1272,7 426,56 119 0 0,котла РКС-95/4.0 поз.АКотловая вода в солевых отсеках (левый) 4 Условное солесодержание мг/дм3 501 23,0 393,0 370,0 169,7 91,12 119 0 0,котла РКС-95/4.0 поз.АСК-600 Сушильно-абсорбционное отделение Массовая концентрация брызг и 5 мг/м 61 13,0 13,0 0,0 13,0 0 1 0 0,тумана серной кислоты Газ на выходе из 2МА,поз.26 Общий процент абсорбции % 99,98 99,99 99,99 0,00 99,99 0 1 0 0,СК-600 Контактно-компрессорное отделение 7 Газ на выходе с 5 слоя КА Степень контактирования % 99,64 99,81 99,85 0,04 99,84 0,01 9 0 0,АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ СК-600 Печное отделение Перегретый пар после пароперегревателя 21 Температура С 409 441 419,8 438,5 18,7 428,0 2,5 730,5 0,0 0,й ступени поз.А5 (на ТЭЦ) СК-600 Сушильно-абсорбционное отделение Кислота на входе в сушильную башню, 2 Температура С 39 61 41,6 51,1 9,5 45,4 1,5 730,5 0,0 0,поз.23 Концентрация % 93,9 96,1 94,8 95,8 1,0 95,4 0,3 730,5 0,0 0,Кислота в сборнике сушильной башни, поз.24 Температура С 66 43,4 55,0 11,7 48,4 2,0 730,5 0,0 0,5 Кислота на входе в 1МА, поз.264 Температура С 59 76 65,1 70,7 5,6 67,8 1,3 730,5 0,0 0,6 Кислота на входе во 2МА, поз.278 Температура С 59 81 64,8 68,8 4,0 66,8 0,4 730,5 0,0 0,7 Газ на выходе из 2МА,поз.278 Объемная доля SO2 % об. 0,041 0,014 0,031 0,017 0,023 0,002 730,5 0,0 0,8 Концентрация % 98,2 99,0 98,50 98,75 0,25 98,61 0,0 730,5 0,0 0,Кислота в объединенном сборнике 1,МА, поз. Е29 Температура С 86 74,1 83,4 9,3 80,0 2,1 730,5 0,0 0,СК-600 Контактно-компрессорное отделение 10 Газ на входе в 1слой КА, поз.306 Температура С 389 421 396,7 411,7 14,9 406,0 1,1 730,5 0,0 0,11 Газ на выходе с 1слоя КА, поз.306, т.507 Температура С 621 596,3 618,3 22,1 609,4 2,7 730,5 0,0 0,12 Газ на выходе с 1слоя КА, поз.306, т.508 Температура С 621 603,1 617,9 14,8 610,8 1,9 730,5 0,0 0,13 Газ на выходе с 1слоя КА, поз.306, т.509 Температура С 621 587,9 612,9 24,9 604,8 3,3 730,5 0,0 0,Общий процент нарушений. 0,00Рис. 12. Пример сменного отчета по соблюдению норм технологического режима в производстве экстракционной фосфорной кислоты Ед.

изм.

значений Размах Среднее минимум Ср.

квадр.

Минимум максимум Максимум Общее количество Отчет «Карта соблюдения НТР» разделен на две части: «периодический контроль», где рассчитываются отклонения значений преимущественно аналитических параметров и «автоматический контроль» - расчет отклонений технологических параметров, поступающих непосредственно с датчиков приборов. Таким образом, из 750 параметров технологической системы СК-6001, расчет отклонений значений параметров от норм технологического режима ведется по 23 параметров (7 параметров – «периодический контроль», параметров – «автоматический»).

Статистическая обработка параметра включает в себя расчет минимального, максимального и среднего значения, размаха, а также стандартного отклонения параметра.

'skp1_prostoi_f' = "skart= "start" 'st p' " УТВЕРЖДАЮ:

"start" Начальник СКП Определение экономического потенциала т.с. СК-600-start __________ В.В.Пронин Период с 01-08-12 00:00 по 01-09-12 00:N ПРОИЗВОДСТВО Границы допуска Статистика ЦЕЛЬ Кол-во Наименование стадии процесса, Экономический Наименование показателей значений Процент места измерения параметра потенциал, тыс.

выхода за нарушений, % п/п руб.

границы Отделение плавления и фильтрации Жидкая сера на выходе с фильтров 1 Массовая доля золы % 0,003 0,001 0,002 0,001 0,001 0,00 13 0 0,0 0,поз. Ф103/1-СК-600 Печное отделение Массовая концентрация серы 2 Газ на входе в КА, поз.306 мг/м3 5,6 2,0 3,5 1,5 2,5 0,75 5 0 0,0 0,элементарной Перегретый пар после пароперегревателя 23 Температура пара С 441 417 470 53 431 2,67 703 2 0,3 2,й ступени поз.А5 (на ТЭЦ) СК-600 Сушильно-абсорбционное отделение Кислота на входе в сушильную башню, 4 Массовая доля H2SO4 % 94,4 95,6 94,6 95,6 0,9 95,2 0,17 703 0,0 0,0 0,поз.2СК-600 Контактно-компрессорное отделение 5 Газ на выходе с 1слоя КА, поз.306, т.507 Температура С 618 596,3 618,3 22,1 609,4 2,7 730,5 0,680 0,10 2,6 Газ на выходе с 1слоя КА, поз.306, т.508 Температура С 618 603,1 617,9 14,8 610,8 1,9 730,5 0,0 0,0 0,7 Газ на выходе с 1слоя КА, поз.306, т.509 Температура С 618 587,9 612,9 24,9 604,8 3,3 730,5 0,0 0,0 0,ИТОГО 0,0741 4,Рис. 13 Отчет об оценке экономического потенциала технологической системы СК-600-1 за август 2012г.

Для технологической системы СК-600-1 в период нормативного режима функционирования расчёт экономического потенциала основывается на сужение количественных диапазонов колебания параметров, влияющих на экономические интересы предприятия.

Отчет по оценке экономического потенциала включает в себя 7 параметров (рис. 13). Эти параметры влияют на рациональное использование сырья и материалов:

- жидкой серы, как при фильтрации, так и при сжигании;

- теплоэнергии в виде перегретого пара;

- катализатора в контактном аппарате;

- повышение извлечения Р2О5 из апатитового концентрата путем стабилизации сульфатного режима в экстракторе производства фосфорной кислоты за счет сужения диапазона колебаний продукционной серной кислоты.

Ед.

изм.

значений Размах Среднее минимум Ср.

квадр.

Минимум максимум Максимум Общее количество Рис. 14а. Мониторинг работы электрооборудования ПЭФК-1 (июнь 2011 г.) Рис. 14б. Мониторинг работы электрооборудования ПЭФК-1 (июнь 2012 г.) На рис. 14 представлен следующий пример определения экономического потенциала в производстве экстракционной фосфорной кислоты.

Технологический участок состоит из более 100 единиц электрооборудования. В период простоя технологической единицы часть оборудования, несомненно, продолжает работать, например, мешалки для перемешивания пульпы или вентиляторы и насосы орошения кислоты для обеспечения процесса абсорбции и т.д. Но другая часть оборудования должна быть выключена – для предотвращения нецелевого использования электроэнергии. Мониторинг работы электрооборудования в период простоя технологического участка позволяет оценить нецелевые затраты электроэнергии.

Благодаря организации «подсказок» в режиме реального времени оператору производства экстракционной фосфорной кислоты по отключению электрооборудования в период простоя технологического участка удалось сэкономить 1,8 млн руб./год. Экономия электроэнергии в июне 2012 г. по сравнению с аналогичным месяцем 2011 г. составила более 50 МВт.

Другим примером оценки экономического потенциала является мониторинг режимов работы котлов и турбин ТЭЦ в течение 2011 года. Определен целевой режим, при котором коэффициенты использования сырья минимальны.

Целевые режимы: для котлов – выпуск продукции на уровне 60-70 т/ч; для турбин – генерация электроэнергии 11 Мвт. Соблюдая данные режимы, экономический потенциал составит свыше 10 млн. руб. для котлов и 21 млн.

рублей для турбин в год (таблица 5).

Таблица 5. Расходные коэффициенты котлов и турбин при различных нагрузках оборудования Расходный Период Выпуск пара, коэффициент, работы в Период Расходный т/ч Генерация э/э, тут/Гкал 2011, % работы в коэффициент, МВт*ч 40-50 0,132 26% Гкал/тыс.кВт*ч 2011, % 50-60 0,130 21% 4 0,924 4% 60-70 0,128 53% 5 0,930 3% 6 0,914 4% 7 0,897 6% 8 0,900 15% 9 0,901 17% 10 0,897 24% 11 0,886 27% Заключение:

В диссертационной работе получены следующие результаты:

1. Проведен системный анализ информационных потоков предприятия - производителя фосфорных удобрений на примере ОАО «ФосАгро - Череповец».

2. Разработана методика определения различных состояний технологической единицы (останов, пуск, нормативный режим).

3. Разработан комплекс информационных моделей процесса обработки данных, включающий:

3.1 определение состояний технологических единиц;

3.2 расчет отклонений значений параметров от норм технологического режима;

3.3 определение экономического потенциала.

4. Реализованы разработанные методика и информационные модели на примере внедрения программно-аппаратного комплекса (MES-системы) в ОАО «ФосАгро - Череповец».

Публикации по теме диссертации Статьи в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования результатов диссертационных работ:

1. Смелов А.Ю., Гартман Т.Н. «Опыт применения автоматизированной системы оперативного управления предприятиями по производству фосфорных удобрений». // «Химическая промышленность сегодня», Москва, №4, 202. Смелов А.Ю., Тростин Д.С., Коробихин Ю.Н., Гартман Т.Н. «Некоторые аспекты интеграции MES и ERP для управления предприятиями по производству фосфорных удобрений». // «Химическая промышленность сегодня», Москва, №2, 20Статьи и тезисы докладов:

3. Смелов А.Ю. «Программа НТР и не только». // Газета «Химик», №14.10.204. Смелов А.Ю. «Развитие системы оперативного управления производством (MES–системы)». // Газета Химик №31 11.08.205. Смелов А.Ю. «Система оперативного управления производством в ОАО «Аммофос». // Сборник статей научно-методической конференции по качеству образования и управления «Развитие образования на современном этапе: цели, задачи, приоритеты». ВГМХА, Вологда, 206. Смелов А.Ю., Громова И.Н., Гартман Т.Н. «Система ключевых показателей сернокислотного производства на примере ОАО «Аммофос» г.Череповец».

// Сборник материалов международной научно-практической конференции «Сера и серная кислота». ФГУП «Институт Гинцветмет», Москва, 207. Смелов А.Ю., Гартман Т.Н. «Повышение производственной эффективности на примере сернокислотного производства ОАО «Аммофос» г.Череповец».

// Сборник материалов международной научно-практической конференции «Сера и серная кислота». ФГУП «Институт Гинцветмет», Москва, 208. Смелов А.Ю., Гартман Т.Н. «Автоматизированная система оперативного диспетчерского управления (АСОДУ) ОАО «ФосАгро-Череповец» - крупнейшего производителя серной кислоты в Европе» // Сборник материалов международной научно-практической конференции «Сера и серная кислота». ФГУП «Институт Гинцветмет», Москва, 20Подписано в печать 30.10.2012. Формат 60х84/16, бумага писчая.

Отпечатано на ризографе. Уч.-изд. Л.0,9. Тираж 100 экз. Заказ №1Московский государственный университет тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова Издательско-полиграфический центр МИТХТ, 119571, Москва, пр. Вернадского,







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.