CC BY
46
УДК 65.011.56
Д. И. Харций*, А.Ю. Смелов, В.Д. Сафонова, Т.Н. Гартман
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20, корп. 1
ОАО «ФосАгро-Череповец», Россия, 162622 Вологодская область, г. Череповец, Северное шоссе, д. 75 *e-mail: danila.khartsy@gmail.com
ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ (МЕ8-СИСТЕМ) ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРОИЗВОДСТВА АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ НА ЗАВОДАХ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ
Аннотация:
В данной статье описан общий метод получения азотной кислоты, ее применение на территории Российской Федерации. Представлены преимущества и необходимость применения систем реального времени (MES-систем) для информационной поддержки производства азотной кислоты на заводах минеральных удобрений для модернизации производств в будущем.
Ключевые слова: Азотная кислота, MES-система, производство, оборудование, модернизация
Современные промышленные способы получения азотной кислоты основаны на каталитическом окислении аммиака кислородом воздуха. Если пропускать смесь аммиака с воздухом над катализатором, то при 750 °С и определенном составе смеси происходит почти полное превращение:
4NHз+5O2=4NO+6H20+907кДж
(1)
Образовавшийся NO легко переходит в NO2, который с водой в присутствии кислорода воздуха дает азотную кислоту. В качестве катализаторов при окислении аммиака используют сплавы на основе платины. Получаемая окислением аммиака азотная кислота имеет концентрацию, не превышающую 60%. При необходимости ее концентрируют. Промышленностью выпускается разбавленная азотная кислота концентрацией 55%, 47% и 45%, а так же концентрированная — 98% и 97%. Концентрированную кислоту перевозят в алюминиевых цистернах, разбавленную — в цистернах из кислотоупорной стали.
Области применения азотной кислоты весьма разнообразны. Всего 10—15% идет на получение взрывчатых веществ и ракетного топлива, 5% потребляется производством красителей,
органическим синтезом и в цветной металлургии, а большая часть (до 75-80%) расходуется на производство азотных и комплексных минеральных удобрений, в частности, аммиачной селитры.
Решить задачу обеспечения производственной эффективности точным исполнением регламента весьма затруднительно, поскольку необходим одновременный контроль и управление большим числом параметров как основных, так и вспомогательных производств. В основной работе предлагается решение задачи повышения производственной эффективности путем разработки и применения методов в режиме реального времени
путем управления производством азотных удобрений, обработки информации с использованием современных программно-аппаратных комплексов -MES-систем.
MES (Manufacturing Execution System) — производственная исполнительная система. MES — это специализированные программные комплексы, которые предназначены для решения задач оперативного планирования и управления производством. Системы данного класса призваны решать задачи синхронизации, координировать, анализировать и оптимизировать выпуск продукции в рамках определенного производства. Использование MES как специального промышленного софта позволяет значительно повысить фондоотдачу технологического оборудования и, в результате, увеличить прибыль предприятия даже в условиях отсутствия дополнительных вложений в производство. MES-системы являются
промышленными комплексными либо
программными средствами, работающими в среде мастерских или производственных предприятий.
MES-система охватывает следующие задачи:
- распределение и контроль статуса ресурсов (построение модели производства, централизованное хранение, быстрый и удобный поиск данных по спецификациям сырья, полуфабрикатов, готовой продукции, и упаковки, адресов поставщиков, норм качества, законодательных документов и т.д.);
- диспетчеризация производственных процессов (управление заказами на производство, управление сырьем и полуфабрикатами, контроль выполнения плана, контроль остатков);
- сбор данных, управление качеством (сбор данных от систем АСУТП, проверка качества и достоверности данных, сбор и архивирование, долговременное хранение, управление лабораторными данными);
- управление техническим обслуживанием;
- анализ производительности (статистический и математический анализ, контроль производительности процесса, расчет ТЭП, учет времени работы и простоя оборудования, создание отчетов);
- составление производственных расписаний;
- контроль документов (электронный документооборот);
- правление трудовыми ресурсами (управление персоналом);
- координация технологических процессов и отслеживание готовой продукции.
Рис. 1 Область применения MES-систем в управлении предприятием
Функции, оперативный
которые выполняет MES, носят характер и регулируют соответствующие требования не ко всему предприятию, а к той его единице (цеху, участку, подразделению), для которой ведется планирование работ. Из выше перечисленных функций данной системы основными являются оперативно-календарное планирование (детальное планирование) и диспетчеризация производственных процессов в цеху. Только эти две функции определяют MES-систему как систему оперативного характера, которая нацелена на формирование расписаний работы оборудования и оперативное управление производственными процессами в цеху.
Благодаря использованию современных MES-систем появилась возможность увеличить скорость обработки производственных заказов практически в два раза на фоне снижения на 25% объемов незавершенного производства. Применение MES дает возможность составлять и своевременно корректировать детальные производственные расписания, что, в свою очередь, позволяет более точно определить фактическую себестоимость изготовления как каждой отдельной детали, так и всего изделия полностью. MES-системы являются незаменимыми в мелкосерийном и позаказном производстве, работают более гибко и оперативно, пересчитывая и корректируя расписания при любых отклонениях производственных процессов, благодаря чему повышается гибкость и динамичность производства. Вся эта система гарантирует возможность ведения подробного материального учета, учета работы оборудования и затрат на персонал, сбора, агрегирования действующих данных о состоянии производства и передачи их в систему планирования или ERP-систему. Дает возможность
формировать и быстро вносить исправления в производственные расписания с учетом внешних (например, изменение спроса) и внутренних факторов (например, задержки поступления сырья); увеличить эффективность диспетчеризации производства; осуществлять контроль содержания и прохождения документов, которые сопровождают изготовление продукции, ведение плановой и отчетной цеховой документации и многое другое. Изучения рынков показывают, что MES-системы приспособлены к многочисленным ситуациям, определенным как дискретные (частные) операции, пакетные (последовательные) и непрерывные
производственные процессы.
Преимущества, которые способны обеспечить MES-системы, очевидны: в случае дискретного производства это повышение эффективности оборудования и возможность работы по индивидуальным заказам, а в случае непрерывного -переход к наиболее прозрачному производству, которое дает возможность создавать концепцию «предприятия реального времени» (Real-Time Enterprise).
На практике же зачастую компании имеют загрузку оборудования не более 50% - эффективность его использования для них не столь актуальна. Более того, в условиях рыночной неопределенности им недоступно долгосрочное планирование, а возврат инвестиций в MES далеко не очевиден. Но самое главное - это отсутствие конкурентной среды, которая и должна двигать предприятия к модернизации.
На примере управления непрерывным производством азотной кислоты показано, как следует анализировать информацию и производить
эффективный выбор ключевых показателей при реализации MES-систем.
Рассмотрим некоторые ключевые показатели, используемые на первом этапе для производства азотной кислоты на ОАО «ФосАгро-Череповец»:
- объем газообразного аммиака на входе в систему (далее - ГА);
- рабочее значение температуры ГА поступающего в аппараты;
- массовый расход ГА;
- давление ГА (на различных этапах производства)
и т. д.
До ввода MES-систем показатели приходилось регулировать вручную, несмотря на установленную АСУТП. С вводом системы реального времени
ускорилось принятие решений, т.к. система дает ряд советов по принятию решений.
Так же система создает отчет о работе текущей смены, который передается следующей смене. В отчете (в формате электронной таблицы Excel) помимо ключевых параметров указывается время простоя, время выхода установки на рабочий объем производства, время и причины простоя дополнительного оборудования и т.д. Благодаря этим показателям, новая смена может скоординировать свои действия и направить их на безубыточную работу цеха.
Помимо этого, создаются отчеты на более высоких уровнях, вплоть до финансовых отчетов руководству предприятия.
Харций Данила Игоревич, студент-дипломник кафедры информатики и компьютерного проектирования, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Смелов Александр Юрьевич, начальник технического бюро сернокислотного производства ОАО «ФосАгро-Череповец», Россия, Череповец
Сафонова Вера Дмитриевна, ассистент кафедры информатики и компьютерного проектирования, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Гартман Томаш Николаевич, зав. кафедрой информатики и компьютерного проектирования, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1) Смелов А.Ю. информационная поддержка предприятий по производству фосфорных удобрений с применением mes-систем. Дис. канд. техн. наук. — М. 2012. — 121 с.
2) А. Ю. Смелов, Т. Н. Гартман, В. Д. Сафонова "разработка mes-системы для автоматизированного оперативного управления производством серной кислоты на металлургических заводах".
Khartsiy Danila Igorevich, Smelov Aleksandr Ur^evich, Safonova Vera Dmitrievna, Gartman Tomash Nikolaevich
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: danila.khartsy@gmail.com
APPLICATION OF REAL-TIME CONTROL SYSTEMS (MES-SYSTEMS) FOR INFORMATION SUPPORT OF THE PRODUCTION OF NITRIC ACID FERTILIZER PLANT
Abstract
This article describes a general method for the preparation of nitric acid, its application in the territory of the Russian Federation. It presents the advantages and the need for real-time systems (MES- systems) for information support of the production of nitric acid in the factories of mineral fertilizers for the modernization of production in the future.
Key words: nitric acid, MES-System, production, equipment, modernization
