Перспективы применения комплексной автоматизированной системы управления на горных предприятиях

В.П. Баскаков, генеральный директор ОАО НЦ «ВостНИИ», кандидат технических наук М.Н. Якимов, ведущий научный сотрудник ОАО НЦ «ВостНИИ»

Горная отрасль вступила в период полномасштабной автоматизации технологических и производственных процессов.

Начинаются исследования и разработка элементов роботизации технологических процессов. Человек становится одним из элементов автоматизированных систем управления.

Принимаемые диспетчерами и специалистами горных предприятий управленческие решения в основном основываются на информации, которую собирают и выдают многочисленные автоматизированные системы.

При этом огромная масса информации, а это сотни мегабайт, о геомеханических изменениях, которые сопровождают технологические процессы, и информация о функционировании самих технологических процессов сегодня не востребована, потому что не систематизирована, не переработана и не визуализирована в необходимом для операторов формате.

Приоритетным инженерно-технологическим направлением развития горнодобывающей отрасли России в усложняющихся экономических и горно-геологических условиях являются:

1) разработка и внедрение современных геоинформационных систем, на основе которых необходимо:

формировать полноразмерные (полнопрофильные) пространственные модели горного предприятия;
моделировать технологические процессы отработки полезного ископаемого и определять их оптимальные режимы и пороговые значения безопасных отклонений;
на основе моделей устанавливать эффективные и безопасные режимы и параметры функционирования технологических процессов;
создавать эффективные автоматические системы предупреждения развития (системы защиты) опасных производственных ситуаций и автоматизированные системы управления и контроля производственных процессов.

2) интеграция автоматизированных и автоматических систем управления технологическими и производственными процессами в единую комплексную систему управления горных предприятий и компаний;

3) развитие систем автоматизированного диспетчерского учета и управления производственными процессами на основе единой диспетчерской службы;

4) управление промышленной безопасностью на горных предприятиях на базе информационных и организационных систем поддержки принятия решения;

5) совершенствования законодательной и нормативно- правовой базы в целях обеспечения эффективного и безопасного функционирования горных компаний в рыночных условиях.

Структура управления горным предприятием (компанией) от АСУТП через MES-системы к ERP и OLAP-системам.

В управления предприятиями выделяют четыре уровня систем управления (рисунок 1):

уровень АСУТП;
уровень MES-систем;
уровень ERP-систем;
уровень OLAP-систем.

Рис. 1 Уровни систем управления

Уровень управления АСУТП отвечает за сбор и передачу технологической и другой информации с объектов контроля и управления. Это участки по добыче, горнопроходческие участки, транспортировка горной массы на поверхность, транспортировка материалов, оборудования и персонала, местонахождение персонала и т. д.

Уровень MES-систем отвечает за переработку, хранение и обработку поступающего массива информации в форму удобную для принятия управленческих решений и представляет уровень управления производством в текущем режиме.

Уровень ERP-систем и OLAP-систем – это уровень, позволяющий организовать на основе получаемых от MES- систем данных (показателей) анализ, управление и планирование финансово-хозяйственной деятельностью предприятий и компаний в целом, оценивать и управлять достижением стратегических целей.

Преобразование информации (различных показателей) из уровня в уровень приведено на рисунке 2.

Взаимодействие информационных потоков между уровнями происходит как снизу вверх, так и сверху вниз.

По мере движения вверх информация за счет программного обеспечения изменяется и преобразуется от показателей состояния и изменения технологических процессов в показатели удобные для принятия управленческих решений (производственных, экономических, финансовых, корпоративных) и наоборот.

Важнейшими моментами эффективного ведения бизнеса являются:

эффективная взаимосвязанность всех уровней управления;
единая постановка задач для всех уровней управления;
наличие обратной связи между уровнями управления;
отсутствие громоздкой многоуровневой системы управления (не более трех уровней управления);
обеспечение достоверной информации на всех уровнях управления ( принцип доверия и ответственности: один человек – одна информация).

Комплексная автоматизированная система управления горным предприятием Комплексная автоматизированная система управления технологическими процессами горного предприятия - это объединение двух уровней управления АСУТП и MES.

Структурная схема уровней АСУТП и MES-систем представлена на рисунке 3.

Рис. 3 Схема уровней комплексной автоматизированной системы управления

Уровень АСУТП состоит из датчиков, контролеров, SCADA и т.д. АСУТП может функционировать в режиме реального времени или близкому к нему и передавать информацию диспетчеру о состоянии оборудования, технологических процессов, рудничной атмосферы.

MES-система – это система контроля и управления (через организационные системы и программное обеспечение) технологическими и производственными процессами в режиме реального времени или близкому к нему.

MES-система позволяет:

– поддерживать технологические процессы на оптимальных уровнях эффективности и безопасности, управлять ими и удерживать параметры процессов в безопасных пределах (штатных режимах) за счет организационных систем (например: единая диспетчерская служба);

– управлять материальными затратами, трудовыми ресурсами, энергоресурсами производственных процессов;

– взаимоувязывать и гармонизировать между собой как отдельные производственные процессы, так и в целом производство на горном предприятии.

Для успешного построения Комплексной автоматизированной системы управления горным предприятием необходимо, чтобы элементы (интерфейсы, протоколы и другие) систем уровней АСУТП и MES были стандартизованы. Это позволяет создать конкуренцию среди поставщиков и избежать монополии на рынке систем. Для горных предприятий должна быть отдана возможность применения оборудования различных поставщиков в существующих системах управления.

Наиболее эффективным способом обеспечения заданного уровня эффективности и безопасности производства является метод недопущения возникновения условий для формирования опасных ситуаций при ведении технологических процессов.

Для этого на предприятиях все производственные процессы должны быть описаны по-операционно, а операции взаимоувязаны между собой во времени (последовательность операций) и по месту их выполнения. Это целесообразно осуществлять на основе формирования полноразмерных пространственных моделей горного предприятия, моделирования технологических процессов, определения их оптимальных режимов и безопасных отклонений от пороговых значения. Поэтому особенно важно разрабатывать и внедрять именно такие системы. Их разработка должна иметь приоритетное финансирование.

Функционал автоматизированных систем управления пока ограничен в части автоматического управления и они не могут на данном этапе функционировать без присутствия в системах человека-оператора. Поэтому организационная часть является наиболее важным элементом АСУТП.

Организационная структура систем управления предполагает обязательное наличие человека-оператора в контуре управления.

Обязательно создание отдельной диспетчерской службы или специального диспетчера (диспетчер по безопасности) по мониторингу параметров влияющих на безопасность производства. Важно чтобы специалисты предприятия не могли вмешиваться в его работу. Диспетчер должен имеет специальные полномочия и права определенные организационным регламентом.

Организационный регламент является частью системы управления и к нему формируются специальные требования. В рамках организационной структуры предприятия для обслуживания и сопровождения систем управления должен функционировать отдел АСУТП, подчиняющийся непосредственно главному инженеру/техническому директору предприятия.

Выводы

На сегодняшний день созданы предпосылки для создания и внедрения комплексной автоматизированной системы управления производством на горных предприятиях.
Современные способы получения, передачи и обработки больших массивов данных позволяют эффективно контролировать и управлять технологическими процессами.
Автоматизация технологических процессов является необходимым, но не достаточным средством обеспечения эффективной работы предприятий.
Необходимы организационные системы, входящие в общую комплексную автоматизированную систему управления горным предприятием.
Необходима разработка нормативной документации для дальнейшего развития автоматизированных систем управления и контроля технологическими процессами.