CC BY
18
СОЗДАНИЕ ИНТЕГРИРОВАННЫХ АСУ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ХИМИЧЕСКОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Т.М. Липова, студент
Московский технологический университет (Россия, г. Москва)
Аннотация. В статье рассмотрены методические основы создания интегрированных АСУ. Предложена стратегия управления интегрированными АСУ предприятий химической промышленности. Раскрыты общие сведения по интеграции АСУ. Рассмотрены возможности технического обслуживания АСУ предприятий химической промышленности
Ключевые слова: интегрированные АСУ, предприятия химической промышленности, интеграция систем управления.
Управление химическим предприятием представляет собой единый и неразрывный процесс, где производственные подразделения и функциональные отделы управления определенным образом связаны. Поэтому при функционировании отдельных АСУ возникает необходимость в установлении тех или иных связей этих систем между собой, то есть по принципу от частного к общему.
При разработке сложной системы управления целесообразно:
- осмысление и конкретизация задачи управления согласно каждого производственного объекта, который рассматривается;
- разделение задачи на такие части (подсистемы, задачи), решение которых можно реализовать с помощью современных средств автоматического управления и/или соответствующего персонала предприятия;
- осуществление разработки выделенных частей (подсистем, задач) с учетом необходимых ограничений и действующих возмущений;
- обеспечение согласованности выработанных решений в рамках общей задачи управления предприятием.
Для формализации успешного решения общей задачи необходима общая единая стратегия управления, то есть продуманная и хорошо спланированная линия поведения управляющего персонала при любых изменениях внешней среды [1, С. 61].
Степень ее формализации определяет экономическую эффективность управле-
ния предприятием.
Проанализируем основные вопросы, возникающие на четырех этапах, способы и возможности, которые могут быть использованы для их практической реализации.
I. Конкретизация и формализация общей задачи управления. Соответственно к условиям каждого химического предприятия эта задача должна быть решена еще на стадии проектирования самого промышленного объекта при наличии соответствующих возможностей.
II. Разделение общей задачи на соответствующие части. Прежде всего, необходимо решить, на какие части делить, как осуществлять эту процедуру и каким принципами (критериями) руководствоваться.
Разделение может осуществляться:
- по уровням организации производства;
- по степени сложности решения;
- по определенным направлениям рассмотрения объекта.
В основу такого деления могут быть положены различные критерии, например, минимум разорванных связей, технологические или социальные суждения и тому подобное). Возможно деление:
- в пространстве;
- во времени;
- по стадиям процесса управления.
При решении этих вопросов применяют
методы декомпозиции, среди которых могут быть выделены строгие и эвристические.
Декомпозиция (децентрализация) -принцип разделения системы на подсистемы с заданными свойствами.
Процедура строгой декомпозиции опирается на четко сформулированный математический аппарат декомпозиции задач с блочной структурой. Наиболее универсальным являются методы, представляющие собой обобщение известного алгоритма Данцига-Вульфа, а также различные параметрические методы, основанные на введении специальных переменных. Метод декомпозиции Данцига-Вульфа относится к задачам линейного программирования, в которых величины, анализируются, группируются в блоки, которые объединены в единую задачу или дополнительными общими ограничениями или дополнительными общими переменными, входящих во все блоки одновременно [2, С. 23].
Методы эвристической декомпозиции позволяют анализировать неформально поставленные задачи и дают возможность разделить ее на основе интуитивных предположений относительно взаимодействия отдельных задач. Относительно управления предприятием эти методы опираются на опыт и знания людей, которые задействованы в управлении производством.
На сегодня чаще всего используются три основных направления декомпозиции:
- по функциям;
- во времени;
- по стадиям управления.
Для промышленного предприятия функциональная декомпозиция основывается на выделении определенных сфер его деятельности, то есть таких групп задач, как управление основным производством, снабжение, сбыт, и тому подобное [4, С. 82].
Декомпозиция во времени базируется на разделе задач по степени их оперативности, начиная от перспективного планирования и заканчивая задачами оперативного управления.
Декомпозиция по стадиям управления обычно понимается как выделение задач по основным, указанным ранее этапам (фазам):
- планирование;
- управления;
- учет;
- анализ.
Применение тех или иных методов декомпозиции существенно облегчает реализацию второго этапа решения общей задачи управления.
III. Решение локальных задач управления. В каждом конкретном случае решение задач, полученных в результате проведенной декомпозиции, зависит от многих факторов. При этом могут быть как способы введения традиционного управления, которые осуществляются человеком, так и современные методы и алгоритмы решения, которые используются при автоматизированном, а в отдельных случаях и автоматическом управлении.
IV. Интеграция отдельных задач управления. Сопоставление результатов, полученных при решении отдельных задач, является необходимым потому, что они не должны противоречить друг другу, задачам управления высшего уровня системы.
Сложнее решить, как следует осуществлять это согласование и какие принципы должны быть приняты за основу этого объединения.
Процесс объединения или интеграции должен осуществляться как бы в противоположном по отношению к декомпозиции направлении, то есть «снизу вверх», от частной к общей задачи управления. При этом следует использовать известные методы агрегации, сущность которых заключается в восстановлении общего целого из отдельных составляющих его частей.
Агрегация - это один из методов синтеза сложных систем, то есть процесса построения системы, которая имеет заданные свойства, путем объединения отдельных подсистем с известными характеристиками. Агрегация может рассматриваться как противоположность декомпозиции. В процессе агрегации необходимо:
- соответствующим способом упростить отдельные исходные элементы (задачи или подсистемы для возможности их объединения в более крупные части (из причин того, что простой перенос «вверх» всего того, что есть «внизу» просто невозможно - потому что опять вернемся к про-
блеме решения общей задачи управления);
- определить по какому критерию объединять или устанавливать, согласовывая связи;
- обеспечить условия, при которых совместное воздействие на объект в результате решения отдельных задач соответствовали бы целям общей задачи управления.
Как и в случае декомпозиции существуют методы точной агрегации, хоть область их использования в условиях промышленного предприятия еще более ограничена.
При отсутствии определенной стратегии управления применение самых современных методов при автоматизированном управлении предприятием не принесет желаемых результатов.
Рассмотрим пример, который покажет, что в зависимости от принятой стратегии меняется и сам подход к решению относительно простой, частной задачи управления в двухуровневой системе.
Вариант 1. Система управления верхнего уровня, руководствуясь тем, что нагрузка по азотной кислоте должно быть максимальным, определяет и задает системам управления нижнего уровня (цеха) конкретные значения нагрузок по аммиаку х. Для этого система управления верхнего уровня должна иметь математические модели для нижнего уровня. Локальные системы управления нижнего уровня, получив в виде задачи соответствующие нагрузки х^ решают задачу, как лучше выполнить это задание, используя внутренние возможности (например, установка темпер а-туры или давления). При этом в общем случае для каждого цеха при одном и том же нагрузке х могут существовать различные зависимости нагрузочных характеристик. Полученные оптимальные характеристики (возможности цеха) передаются в систему управления верхнего уровня, которая на их основании осуществляет оптимальное распределение и выдает каждому цеху соответствующие значения х.
Вариант 2. Цеха могут потреблять сырье по необходимости. Но им недостаточно просто получить максимум исходной продукции, потому что есть необходи-
мость учитывать значение некоторой величины X, которая является одинаковой для всех цехов комплекса и устанавливается системой управления верхнего уровня. При этом решение системы управления верхнего уровня отвечает только условии равенства производительности и потребления при определенном X, которое вводится в критерий оптимальной деятельности цехов нижнего уровня.
Итак, в зависимости от принятой стратегии управления будут меняться отдельные решения из области функционального и алгоритмического обеспечения и, соответственно, другие характеристики, показатели создаваемой для данного комплекса интегрированной АСУ.
Интегрированные АСУ - это сложная система, которая охватывает все основные стороны деятельности объекта, которые управляются, подчиняет их единой цели, строится на основе единых принципов и единого методического подхода.
Отличительной чертой таких систем является внутренняя интегрированность их отдельных частей, которые имеют определенную степень автономности.
Интегрированная АСУ - это система, которая включает управление как организационно-экономической, так и оперативно-производственной деятельностью предприятия.
Говоря о взаимосвязи отдельных АСУ в условиях многоуровневых систем управления, употребляют понятие горизонтальной и вертикальной интеграции.
При горизонтальной интеграции рассматриваются АСУ одного уровня управления, например, отдельные подсистемы в составе АСУП или несколько взаимосвязанных по условиям производства АСУ ТП, объединенных в единое целое. Установленные в этом случае связи носят информационный характер, а сами АСУ находятся на различных уровнях управления и являются однородными.
При вертикальной интеграции в основном рассматриваются связи управления, а сами АСУ находятся на различных уровнях управления и являются субподрядными. Примером может быть несколько АСУ ТП, охваченных одним уровнем выше
АСУ производством, в результате чего образуется двухуровневая система оперативного управления (в этом случае говорят об однородности систем). Сюда следует отнести соединения оперативно-производственных АСУ с любым уровнем выше по иерархии систем организационно-экономического характера, например, с подсистемами АСУП (эти системы будут разнородными).
Условия согласования моделей, методов или алгоритмов решения задач по отдельным АСУ существенно отличные от условий согласования технических средств, либо создание единого информационного обеспечения. Поэтому в процессе увязки или объединения существующих на предприятии АСУ необходимо различать следующие направления интеграции:
- функциональный;
- математический;
- программный;
- информационный;
- технический;
- организационный.
Функциональная интеграция является основным фундаментальным направлением в создании интегрированных АСУ и во многом определяет другие направления интеграции. Функциональная интеграция основывается на системном подходе к управлению предприятием и предположением в том, что при всей его сложности именно предприятие, а соответственно и система управления, рассматривается как единое целое. Значимость функциональной интеграции заключается в обеспечении единства целей отдельных частей общей системы, согласования критериев, используемых, ограничениями и необходимым взаимосвязью отдельных компонентов системы управления в целом.
Для практической реализации основных положений функциональной интеграции необходимо наличие определенных технических средств, характеристики и возможности которых в значительной степени определяют объемы, уровень и качество создаваемых интегрированных систем.
Одним из определяющих факторов является возможности технического обеспечения отдельных систем и установление
связей между уровнями.
Техническое обеспечение автоматизированных систем оперативного управления нижнего и среднего уровня управления осуществляется с помощью управляющих вычислительных комплексов.
Техническое обеспечение автоматизированных систем организационно-экономического управления осуществляется с помощью больших вычислительных машин с единой формой представления данных, что обеспечивает их программную совместимость и единственное математическое обеспечение [5, С. 61].
Техническое обеспечение связей между уровнями является важнейшей задачей технической интеграции.
Математическое и программное обеспечение интегрированных АСУ это:
- работа в реальном времени;
- в темпе с технологическим или производственным процессом;
- наличие автоматической системы сбора и передачи информации;
- отсутствие громоздкого документооборота, свойственного АСУП;
- значительная сложность задач алгоритмического и программного обеспечения, наличие ряда операций централизованного контроля и обработки информации;
- определенная локальность и стабильность задачи управления объектом (обычно математическая модель функционирует длительное время).
Для математического и программного обеспечения организационно-
экономического управления функциональных подсистем характерным является:
- практически вся информация, которая необходима для решения задач, получаемая с документов, поступающих от различных функциональных подразделений предприятия, при этом часто наблюдается дублирования, пересечения, а иногда и несогласованность данных;
- многочисленные пользователи системы самостоятельно обращаются за необходимой информацией, которая вмещает общие для многих пользователей данные;
- большинство задач решается в календарные промежутки времени;
- значительное количество информации возможно рассматривать без знания осо-носит условно-постоянный характер (в том бенностей самого промышленного пред-числе все нормативно-справочные дан- приятия как объекта управления, его орга-ные); низационной и производственной структу-
- при значительном количестве инфор- ры. Немаловажными являются определен-мации, которая обрабатывается, и относи- ные особенности предприятий, характери-тельно несложным алгоритмам. стика основных производственно-
Программное обеспечение межсистем- технических процессов. Комплексная ав-ных связей требует специального сетевого томатизация управления не должна пони-программного обеспечения с единой идео- маться как сплошная автоматизация логией управления, как процессами, так и управления на всех производственных потоками данных во всей вычислительной участках и во всех сферах деятельности сети [3, С. 61]. предприятия. Важным является системный
Вывод. Процесс интеграции АСУ хими- подход к вопросу управления предприяти-ческих промышленных производств не- ем в целом.
Библиографический список
1. Бородакий В.Ю. Модель оценки состояния защищенности интегрированных систем управления специального назначения / В.Ю. Бородакий, А.Г. Миронов // Вопросы радиоэлектроники. - 2013. - Т. 3. - №2. - С. 55-67.
2. Жельсон М.Ж.Ж. Интегрированные системы поддержки принятия решений в многоуровневых асу непрерывными технологическими процессами / М.Ж.Ж. Жельсон, Е.В. Выскубов, В.П. Колесников, В.В. Терехов, П.В. Чумак // В сборнике: Научные чтения имени профессора Н.Е. Жуковского Сборник научных статей VI Международной научно-практической конференции. Министерство обороны Российской Федерации, КВВАУЛ им. А.К. Серова. - 2016. - С. 22-24.
3. Жарков А.С. Проблемы создания интегрированных АСУ для производств спецхимии и пути их решения / А.С. Жарков, Л.С. Звольский, А.В. Литвинов, Ф.А. Попов. - Бийск, 2014. - С. 264.
4. Полетаев В.П. Применение автоматизированного комплекса для оценки состояния технических систем со скрытыми отказами / В.П. Полетаев, Д.А. Богданов // Надежность и качество сложных систем. - 2016. - №3 (15). - С. 80-84.
5. Шемет С.Ф. Автоматизированные системы управления в современных технологиях калийных обогатительных фабрик / С.Ф. Шемет, М.Р. Турко, Е.М. Миськов, Б.А. Вишняк, С.Ф. Волчок // Горный журнал. - 2014. - № 2. - С. 59-66.
CREATION OF INTEGRATED ACS FOR CHEMICAL INDUSTRY ENTERPRISES
T.M. Lipova, student Moscow technological university (Russia, Moscow)
Abstract. The article discusses the methodological foundations for the creation of integrated control systems. A strategy for managing integrated automated control systems for chemical industry enterprises is proposed. The general information on the integration of ACS is disclosed. The possibilities of maintenance of automated control systems of chemical industry enterprises are considered.
Keywords: integrated automated control systems, chemical industry enterprises, integration of control systems.
