Исследование и разработка подсистемы обработки информации для предупреждения аварийных ситуаций: на примере выщелачивательного цеха ОАО "Электроцинк" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Антипов, Константин Валерьевич

• Антипов, Константин Валерьевич
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Антипов, Константин Валерьевич

Оглавление

ОГЛАВЛЕНИЕ

3

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ПРОЦЕССА ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЦИНКА И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭТИМ ПРОЦЕССОМ

1.1. Анализ особенностей и проблем управления в непрерывном процессе выщелачивания цинкового огарка в современных условиях

1.2. Анализ состояния и особенностей системы управления технологическим процессом выщелачивания цинка

1.3. Анализ состояния и тенденции развития существующих автоматизированных систем управления выщелачивания цинка

1.4. Выбор цели и задач диссертационного исследования

1.5. Выводы по главе 1

Глава 2. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ ПОДСИСТЕМЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ ВЫЩЕЛАЧИВАТЕЛЬНОГО ЦЕХА

2.1 Исследование и разработка способа инициализации негативных ситуаций

2.2 Разработка функциональной схемы ППАС

2.3 Исследование и разработка модели ППАС

2.3.1 Моделирование свойств БОС

2.3.2 Моделирование свойств БКС

2.3.3 Моделирование свойств БВР

2.3.4 Моделирование свойств БОПР

2.3.5 Моделирование свойств БВ

2.4 Разработка показателей определения эффективности системы управления выщелачивательного цеха

2.5 Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМА РАБОТЫ ППАС В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ВЫЩЕЛАЧИВАТЕЛЬ-

НЫМ ЦЕХОМ

3.1 Разработка и исследование алгоритма работы ППАС

3.1.1 Разработка алгоритма работы БОС

3.1.2 Разработка алгоритма работы БКС

3.1.3 Разработка алгоритма работы БВР

3.1.4. Разработка алгоритма работы БОПР

3.2 Разработка и исследование алгоритма взаимодействия ППАС с ССУСД и ЛПР

3.3 Разработка специализированных требований и способа построения ППАС

3.3.1 Разработка архитектуры ППАС

3.3.2 Разработка аппаратно-программного обеспечения ППАС

3.3.3 Разработка информационное обеспечения ППАС

3.4 Выводы по главе 3

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСОВ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ППАС

4.1 Разработка способа визуализации и практической реализации

ППАС

4.2 Определение экономической эффективности от внедрения ППАС

4.3 Исследование экспериментальных результатов применения ППАС

4.4 Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Определение и расчет интегрального показателя

эффективности системы управления выщелачивателыюго цеха

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Акты внедрения

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка подсистемы обработки информации для предупреждения аварийных ситуаций: на примере выщелачивательного цеха ОАО "Электроцинк"»

ВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Повышение качества производимого цинка и снижение затрат на его производство в современных условиях нестабильной мировой рыночной экономики является приоритетной задачей предприятий по производству цинка, так как в итоге высокое качество производимого цинка в совокупности с его низкой стоимостью делает предприятие высококонкурентным на рынке.

Однако для того, чтобы конкурировать на рынке, российским цинковым производствам необходимо: производить качественный цинк соответствующий требованиям ГОСТа 3640-94 [4], выявлять и уменьшать издержки производства, привлекать высококвалифицированный персонал.

Это стало возможным благодаря внедрению современных информационных технологий, усовершенствованию производственно-технической базы, улучшению условий труда персонала на предприятиях. Также важно отметить тот факт, что после недавнего вступления России в ВТО к предприятиям будут предъявляться требования на соответствие ГОСТ Р ИСО 14004-2007 [5], и ужесточать требования безопасности на опасных промышленно-производственных объектах по контролю за безопасностью окружающей среды в соответствии с положениями Федерального закона №7 от 10.01.2002г. «Об охране окружающей среды», Федерального закона №116 от 21.07.1997г. «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [11,13], а также Закона Республики Северная Осетия-Алания о "Об охране окружающей среды"[25].

Вышеизложенное вынуждает российские предприятия внедрять в производство новое оборудование в совокупности с современными информационными технологиями и техническими средствами в производство цинка для эффективного управления как всего производственного процесса, так и

отдельных его участков, что позволит получать качество цинка марки SHG (Special High Grade).

Одним из показателей эффективности работы предприятия является безопасность производства и труда. Принимая это во внимание, а также сложность технологического процесса, частично высокую степень износа оборудования, низкий уровень автоматизации на производстве, малое количество квалифицированного персонала, в производство внедряются современные контрольно-измерительные приборы (КИП) и исполнительные механизмы, средства передачи данных и информационные системы для мониторинга, контроля и управления технологическим процессом в режиме реального времени.

Тем не менее, несмотря на внедрение современных информационных систем, по-прежнему, последнее слово в управлении остается за человеком, поэтому важнейшим этапом в процессе производства является принятие эффективного и оперативного решения. Однако, разнообразие существующих информационных систем не позволяет добиться сочетания высокой эффективности управления и стабильности всех технологических параметров производственного процесса.

В современных условиях особенно важно принимать верные решения при управлении производственным процессом на металлургическом предприятии, особенно в случаях отклонений от установленного режима технологического процесса (то есть выхода за нормативно- и предельно-допустимые границы параметров в работе агрегатов и составе сырья на всех участках производства). Иначе, если верное решение не будет принято вовремя, это может привести к возникновению крайне не желательных последствий, а как следственно к снижению количества и качества получаемого металла (с нормативно установленным химическим составом).

Современные ГОСТы (ГОСТ Р 22.9.03-95, ГОСТ Р 22.9.01-95, 22.8.0599 и т.д.) нацелены на ликвидацию последствий от уже наступивших нега-

тивных ситуаций и аварий, а в условиях того, что процесс получения цинка производится на объекте относящемуся к категории "Опасные производственные объекты" (в соответствии с Ф3№116) [11], существует необходимость предупреждения и недопущения возникновения аварий и аварийных ситуаций.

В связи с этим возникает необходимость разработки методов и алгоритмов обработки информации для системы управления производственным процессом, на основе которых ЛПР способен оперативно принимать эффективное управленческое решение и воздействовать на ход производственного процесса. Это, в свою очередь, позволит:

- повысить безопасность и производительность труда на предприятии;

- снизить себестоимость цинка, за счет снижения затрат на энергоресурсы, проведение ремонтно-восстановительных работ и т.д.;

- повысить рейтинг предприятия на российском и международном рынках.

Таким образом, целыо диссертационной работы является исследование и разработка методов и алгоритмов обработки информации, а также принципов построения подсистемы обработки информации для предупреждения аварийных ситуаций (ППАС) выщелачивательного цеха металлургического предприятия.

Поставленная цель потребовала решения следующих задач:

1. Исследование технологического процесса выщелачивания цинка и существующих систем управления процессом выщелачивания цинка.

2. Разработка метода инициализации и способа визуализации решения негативных ситуаций технологического процесса выщелачивания цинка.

3. Разработка структуры и модели системы управления выщелачивательного цеха с ППАС.

4. Разработка алгоритма функционирования и принципов построения ППАС.

Объектом исследований в работе являются современные системы управления и обработки технологической информации и принятии решения при управлении выщелачивательным цехом цинкового производства.

Предметом исследований в работе являются методы и алгоритмы работы систем управления и обработки технологической информации при управлении выщелачивательным цехом цинкового производства.

Методы исследования. Решение поставленных задач базируется на комплексе научных методов, включающих системный анализ, анализ риска опасных промышленных объектов, экономико-статистический анализ, теории принятия решения.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. Предложен критерий в виде расчетного коэффициента критичности, отражающего наиболее вероятностные изменения технологических параметров и сбоев оборудования.

2. Разработана алгоритмическая модель производственного процесса, определяющая участки и основные технологические параметры, влияющие на возникновение аварийных ситуаций.

3. Предложены алгоритмы обработки информации в ППАС выщелачи-вательного цеха и разработана структурная схема этой подсистемы, обеспечивающие снижение числа негативных ситуаций на производстве цинка.

4. Разработан графический способ визуализации информации, необходимой ЛПР для оперативного воздействия на негативные ситуации, а также аппаратно-программное обеспечение ППАС.

Практическая значимость диссертационной работы:

1. Предложенный способ определения возможных негативных ситуаций и алгоритмы обработки информации применимы не только в выщела-чивательном цехе, но и в других цехах металлургических предприятий.

V Ч

2. Разработанные методы по обеспечению безопасности и снижению количества аварийных ситуаций имеют важное практическое значение для организации безаварийных производств.

3. Предложенные в работе способ инициализации и способ визуализации негативных ситуаций применимы во многих предприятиях металлургической промышленности для повышения эффективности производства и безопасности труда.

Реализация и внедрение результатов. Результаты диссертационной работы приняты к внедрению в ОАО "Электроцинк" (г.Владикавказ).

Реализация результатов обеспечивает экономический эффект за счет снижения возникновения негативных ситуаций в выщелачивательном цехе и соответствующего уменьшения затрат на ремонтно-восстановительные работы. Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы в выщелачивательном цехе по производству цинка составляет 760 тыс.руб. в год на примере ОАО "Электроцинк" (г.Владикавказ).

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются экспериментальными результатами, полученными от внедрения разработанной ППАС в ОАО "Электроцинк".

Апробация диссертационной работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных НТК СКГМИ (ГТУ), научных семинарах кафедры промышленной электроники, кафедры организации производства и экономики промышленности СКГМИ (ГТУ) (2009-2012гг.), а также на следующих международных, всероссийских научно-технических и научно-практических конференциях: VII Международная научная конференции / Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений, 14-16 сентября 2010г. г.Владикавказ; Международная научно-практическая конференция "Молодые ученые в решении актуальных проблем науки" г.Владикавказ 2010г.;

Всероссийский молодежный образовательный Форум «Селигер-2011», секция «Инновации и техническое творчество» (Тверская область, 2011).

Личный вклад автора. Основные научные положения, выводы и рекомендации, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно.

Публикации. По теме диссертации публиковано 7 печатных работ, в том числе 3 работы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК РФ для публикации основных научных результатов диссертационной работы.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Антипов, Константин Валерьевич

4.4 Выводы по главе 4

1. Разработана концепция структуры данных для ППАС, на основании рассмотренной в главе 3 архитектуры ППАС, ее ПО и ИО. Структура данных ППАС позволяет осуществить все операции с данными как внутри самой ППАС, так и при обращении к ССУСД в системе управления выщелачива-тельного цеха.

2. Разработан и предложен ПИ ППАС с учетом всех разработанных требований ПО, ИО ППАС, а также руководствуясь мнением сотрудников завода, задействованных в управлении выщелачивательным цехом.

3. На основании экспериментальных результатов от работы ППАС было выявлено снижение количества негативных ситуаций за исследуемый период, а также полное исключение аварийных ситуаций внутри выщелачива-тельного цеха.

4. Экономический эффект от внедрения ППАС в выщелачивательный цех за год составил 760240 рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам проведенных в диссертационной работе исследований сделаны следующие выводы:

1.В результате исследования процесса управления выщелачивательным цехом цинкового производства показано, что основной причиной возникновения негативных ситуаций цеху является человеческий фактор. Показана важность и необходимость разработки подсистемы предупреждения аварийных ситуаций.

2. Предложен новый подход к повышению эффективности принимаемого решения ЛПР, основанный на применении расчетных коэффициентов, позволяющие дифференцировать участки процесса выщелачивания цинка по степени тяжести возможных последствий. Предложен новый расчетный коэффициент критичности К, отражающий наиболее вероятностные изменения технологических параметров и сбоев оборудования, их причины, места возникновения и возможные последствия.

3. Разработана функциональная схема системы управления технологического процесса выщелачивания цинка с ППАС, позволяющая ЛПР выдавать рекомендации и мероприятия по воздействию на негативную ситуацию или отсутствия таковой необходимости.

4. Разработана модель и определены функции блоков ППАС необходимые для выработки решения по разрешению сложившейся негативной ситуации в ППАС.

5. Разработаны общий алгоритм работы ППАС и алгоритмы работы ее отдельных функциональных блоков. Применение данных алгоритмов позволяет ППАС оценить поступающую текущую ситуацию 5", классифицировать ее и выбрать управляющее воздействие по разрешению текущей негативной ситуации.

6. Разработан алгоритм взаимодействия ППАС с ЛПР и ССУСД, отражающий совместную работу для представления ЛПР управляющего воздействия на сложившуюся негативную ситуацию.

7. Разработаны и предложены специализированные требования по использованию вычислительной архитектуры ППАС, ПО, ТО и ИО, позволяющие повысить производительность, быстродействие и безопасность при использовании ППАС.

8. На основании экспериментальных результатов от работы ППАС было выявлено снижение количества негативных ситуаций за исследуемый период на 50,7%, а также полное исключение аварийных ситуаций внутри выщела-чивательного цеха.

9. Ожидаемый экономический эффект от внедрения ППАС в выщела-чивательный цех за год составил 760240 рублей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Антипов, Константин Валерьевич, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников

¡.Технологическая инструкция процесса выщелачивания завода «Электроцинк» 00194286-03-01-2008

2. Снурников А. П. Гидрометаллургия цинка. М.: Металлургия, 1981. -384 с.

3. Технические условия 1721-007-00201402-2006 «Концентраты цинковые. Технические условия».

4. ГОСТ 3640-94. Цинк. Технические условия // ИПК Издательство стандартов

5. ГОСТ Р ИСО 14004-2007. Системы управления окружающей средой. Требования и руководство по применению.

6. Девятко И. Ф. Методы социологического исследования. Екатеринбург: Изд-во Урал, 1998,- 208 с.

7. Белановский С. А. Метод фокус-групп. М.: Магистр, 1996. - 272 с.

8. Рой О.М. Исследования социально-экономических и политических процессов: Учебник для вузов. СПб.: Питер, 2004. — 364 с.

9. Федеральный закон Российской Федерации №116 от 21 июля 1997 г. (ред. от 04.03.2013) «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».

10. Печеркин A.C. О сфере поднадзорности в области промышленных предприятий// Безопасность труда в промышленности №9-2011

11. Федеральный закон Российской Федерации №7 от 10 января 2002г. (ред. от 25.06.2012 г.) «Об охране окружающей среды».

12. Волкова В.Н., Емельянова A.A. Теория систем и системный анализ в управлении организациями в системный анализ. М.: Инфра-М», 2006. - 848 с.

13. ГОСТ 24.104-85 ЕСС АСУ Автоматизированные системы управления. Общие требования.

14. ГОСТ 24.209-80 Требования к содержанию документов по организационному обеспечению.

15. Правила Безопасности 09-540-03. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств, М. ПИО ОБТ 2003.

16. Системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA-сис-темы). Журнал «Мир компьютерной автоматизации» 3/1999.

17. Куцевич Н. Информационный интернет ресурс: http://www.Acutp.ru/?p=600055 (дата обращения 11.02.2013)

18. Информационный интернет ресурс: http://www.adActra.ru/ (дата обращения 23.12.2012)

19. Арунянц Г. Г., Пагиев К.Х., Текиев В.М. Автоматизированный синтез и анализ многоуровневых систем управления технологическими объектами. Владикавказ: Иристон, 2000 - 268 с.

20. Губанов В.А., Захаров В.В., Коваленко А.Н. Введение в системный анализ. - СПб.: Издательство Ленинградского университета, 1988, 232 с.

21. Технологические условия состава соли Шлиппе, согласно ТИ, № 1726010-001-94760-96

22. Состав марганцевой руды на соответствие СТХОГР № 15626952-001-97

23. Постановление Правительства Российской Федерации № 753 от 15 сентября 2009 г.

24. ГОСТ 19.701-90 Единая система программной документации. Схемы алгоритмов, программ данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения.

25. Закон Республики Северная Осетия-Алания N 51-РЗ от 22.10.2007 (ред.от 20.06.2012) "Об охране окружающей среды".

26. Постановление Правительства Российской Федерации № 526 от 11.05.1999г. «Об утверждении Правил представления декларации промышленной безопасности опасных производственных объектов».

27. Руководящие документы 03-418-0 Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов

28. ГОСТ 27.310-95 Анализ видов, последствий и критичности отказов. Основные положения

29. Кендел М. Ранговые корреляции. М.: Статистика, 1975-216с.

30. Антипов К.В. Система предупреждения аварийных ситуаций в металлургической промышленности Международный научно-исследовательский журнал, октябрь 2012

31. Поспелов Д.А. Ситуационное управление: теория и практика. М.: Наука, 1986-228с.

32. Олифер В., Олифер Н. Введение в IP-сети. Информационно-аналитические материалы //Центр Информационных Технологий 1997г.

33. Салихов 3. Г., Арунянц Г. Г., Рутковский А. JI. Системы оптимального управления сложными технологическими объектами. М.: Теплоэнергетик, 2004,- 496 с.

34. Антипов К.В.. Хасцаев Б.Д. Разработка подсистемы предупреждения аварийных ситуаций при выщелачивании цинка // Технологии техносферной безопасности. М. - 2012. - №6.

35. Антипов К.В., Хасцаев Б.Д. Разработка алгоритмов работы подсистемы предупреждения аварийных ситуаций в системе управления выщелачива-тельным цехом // Современные проблемы науки и образования. - 2013. № 1; URL: http://www.science-education.ru/107-8390 (дата обращения: 18.02.2013).

36. Гапоненко A.JI. Теория управления: Учебник изд. 3-е/ М.: РАГС 2008.-560с.

37. Радченко Я. В. Теория организации : конспект лекций / Я. В. Радченко. М.: ГАУ, 1998.

38. Акулов В.Б., Рудаков М.Н. Теория организации. Учебное пособие. Петрозаводск: ПетрГУ, 2002.

39. Зубкова Н.В. Расчет экономической эффективности. Методологическое пособие. Тольятти: Тольяттинский государственный университет, 2006.

40. Леликов О. П. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. Конспект лекций по курсу "Детали машин". М.: Машиностроение, 2002,— 440 с.

41.Босиков И.И. Исследование закономерностей и обеспечение эффективности функционирования природно-промышленной системы. Автореферат диссертации. Владикавказ 2011.

42. Зиндер Е.З. СУБД и действительно большие системы // СУБД. 1997 -№4.

43. Андреев А.М, Березки Д.В., Брик A.B. Лингвистический процессор для информационно-поисковой системы. Электронное издательство "Интеллект", ресурс: http://www.PiHtcltec.ru/publish/articles/textan/art_21 br.shtml (дата обращения 20.03.2013).

44. Васильев И.Е. Анализ, расчет и прогнозирование потребления электроэнергии в горнорудной промышленности. Владикавказ: СОГУ им.Хетагурова, 1992 -

45. Орлов А.И. Теория принятия решений. М.: Экзамен, 2005. — 656 с. Учебное пособие. М., 2002.

46. Марченко Н.В. Металлургия тяжелых цветных металлов. Красноярск: СФУ, 2009

47. Поляков К.Ю. Теория автоматического управления для "чайников". СПб., 2008-80с.

48. Казанбаев Л.А., Козлов П.А., Кубасов В.Л. Гидрометаллургия цинка. Процессы выщелачивания М.: ИД "Руда и Металлы" 2006 — 176 с.

49. Схема гидрометаллургического процесса извлечения цинка и извлечение попутных компонентов на ЧЦЗ(Челябинском цинковом заводе) URL:www.zinc.ru/metallurgy/technology/ (дата обращения: 21.02.2013).

50. Андреев Е.Б., Куцевич H.A., Синенко О.В. SCADA-системы: взгляд изнутри М.: РТСофт, 2004-176с.

51. Анзимиров Л. В. SCAD A TRACE MODE — НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ АСУТП // Автоматизация в промышленности. 2007. № 4.

52. Ю.Д. Апресян, И.М. Богуславский, Л.Л. Иомдин и др. М.: Наука. 1992-256с.

53. Волкова И.А. Введение в компьютерную лингвистику. Практические аспекты создания лингвистических процессоров М.: ВМиК МГУ. 2006

54. Евдокимова И.С. Лингвистический процессор Улан-Удэ: ВСГТУ, 2006 -92 с.

55. Леликов О. П. Основные понятия и показатели надежности // Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. Конспект лекций по курсу "Детали машин". — М.: Машиностроение, 2002.

56. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. М.:Изд-во стандартов, 1997 -15с.

/