Горенский Б.М. (рук.) Информационные технологии в металлургии

Подождите немного. Документ загружается.

)(2

ВВФФСНСН

RRR







(38)

где μ

СН

, μ

– магнитная проницаемость шлака, футеровки и воздушного

зазора соответственно, (μ

= μ

В случае нарушения состояния футеровки R

и уменьшения толщины

гарниссажа R

напряжённость магнитного поля Н увеличится и примет зна-

чение Η':

)(

4411



З '

ФФ















(39)

Анализ выражения (39) показывает, что напряжённость магнитного по-

ля Н' возрастёт вследствие уменьшения составляющей R'

сн

Это объясняет-

ся тем, что магнитная проницаемость шлака μ

меньше магнитной проницае-

мости гарниссажа μ

и футеровки μ

Тогда толщину футеровки можно опре-

делить по формуле:

))(

ФВВСНСН

RRH









(40)

Блок-схема алгоритма расчёта состояния футеровки имеет следующий

вид (рисунок 13):

Блок 1. Математическая модель идеальной рудно-термической печи,

позволяющая измерить все основные параметры РТП.

Блок 2. Реальный объект управления – рудно-термическая печь.

Блок 3. Идеальные значения напряжённости магнитного поля с наруж-

ной стороны электропечи, рассчитанные при наличии гарниссажа и футеров-

ки

без нарушений ее состояния.

Блок 4. Значения напряжённости, измеренные с наружной стороны

промышленной электропечи.

Блок 5. Определение отклонения текущего значения напряжённости

промышленной электропечи от идеального значения напряжённости магнит-

ного поля.

Блок 6. Определение наличия сигнала отклонения текущего значения

напряжённости магнитного поля промышленной электропечи от идеального

значения напряжённости магнитного поля.

Блок 7. Сравнение текущих

значений отклонений напряжённости маг-

нитного поля с допускаемыми значениями отклонений напряжённости маг-

нитного поля.

Блок 8. Сравнение текущих значений отклонений напряжённости маг-

нитного поля с аварийными значениями отклонений напряжённости магнит-

ного поля.

Блок 9. Анализ текущих и предшествующих значений отклонений на-

пряжённости магнитного поля ∆Н = Н' – Н и вычисление толщины футеров-

ки электропечи.

Блок 10. Долгосрочные и краткосрочные прогнозируемые периоды

времени до ремонта футеровки электропечи, определяемые по скорости на-

растания напряжённости магнитного поля



Н/∂t.

Блок 11. Выдача оператору информации о сроках проведения долго-

срочных и краткосрочных периодов времени до ремонта футеровки.

Блок 12. Выдача оператору информации об аварийном состоянии фу-

теровки и необходимости срочной остановки электропечи для проведения

ремонта.

Блок 13. Диагностика состояния футеровки электропечи и определение

наличия разрушения футеровки.

Таким образом, разработанный алгоритм позволяет оценить текущее

состояние футеровки электропечи по напряжённости магнитного поля, наве-

да

нет

да

нет

Рис. 13 – Блок-схема алгоритма определения состояния футеровки по на-

пряженности магнитного поля

дённого с наружной стороны электропечи. Наличие такого контроля позво-

ляет своевременно обнаружить назревающие разрушения футеровки элек-

тропечи, что позволит предотвратить уход расплава на "ноль".

Вопросы для самоконтроля к разделу 2

1. Аналитический метод работы с информацией.

2. Информация в АСУ ТП.

3. Зависимость эффективности ПП от количества информации.

4. Преобразование информации методы ее передачи.

5. Представление информации оператору.

6. Сущность системного подхода.

7. Роль системных представлений при получении информации.

8. Роль системных представлений при сборе и передаче информации.

9. Системный подход к обработке информации.

10.

Системный подход к расчету управляющих воздействий.

Раздел 3. Технические средства автоматизации

Лекция 5-7. Технические средства автоматизации. Структура системы

с ЭВМ, включенной в контур управления. Структура контроллера и управ-

ляющей ЭВМ, их технические характеристики, периферийное оборудование

систем управления с ЭВМ. Особенности построения АСУ ТП в металлургии.

Информационные системы и технологии, используемые для оптимизации

технологических процессов в металлургии. Информационные технологии

управления качеством.

Принципы построения АСУ

Кроме общих принципов управления производством АСУ должны от-

вечать ряду основных принципиальных положений, определяющих порядок

создания АСУ, а также направление их эффективного использования. В на-

стоящее время принято выделять следующие основные принципы построе-

ния, применения и совершенствования АСУ:

1. Принцип системного подхода к проектированию АСУ. Он состоит в

том, что проектирование

АСУ должно основываться на системном анализе

как объекта, так и системы управления.

Это означает, что должны быть определены цели и критерии для функ-

ционирования объекта и проведена структуризация, вскрывающая весь ком-

плекс вопросов, которые необходимо решить, чтобы проектируемая АСУ

наилучшим образом соответствовала намеченным целям и критериям. В этот

комплекс входят вопросы не только технического, но и экономического и ор-

ганизационного характера.

Основным преимуществом системного подхода при разработке АСУ

является возможность еще на стадии разработки определить функциональ-

ные связи и зависимости подсистем, последовательность выполнения и вне-

дрения проектных работ.

2. Принцип новых задач. Он заключается в том, что АСУ

должны обес-

печить решение качественно новых задач, а не механизировать приемы

управления по принципу их реализации ручными методами. На практике

этот метод удовлетворяется решением многовариантных оптимизационных

задач на базе экономико-математических моделей.

Для машиностроительных предприятий наиболее важными оказывают-

ся задачи технической подготовки производства и оперативно-календарного

планирования и регулирования. Эффект достигается

в том случае, когда на

уровне системных задач происходит точное согласование во времени всех

производственных и обеспечивающих операций, определяются оптимальные

объемы партий, осуществляется оптимизация загрузки оборудования.

3. Принцип первого руководителя. Он состоит в том, что разработку

требований к системе, а также создание и внедрение АСУ возглавляет пер-

вый руководитель автоматизируемого объекта

. При решении локальных за-

дач участие первого руководителя не обязательно.

4. Принцип непрерывного развития системы (принцип открытой сис-

темы). Он предполагает, что идеология, структура и конкретные решения

АСУ должны строиться так, чтобы была обеспечена возможность решения

новых задач, возникающих в процессе эксплуатации АСУ, подключение но-

вых участков автоматизации и модернизация существующих

Это требование объясняется тем, что по мере развития экономики

предприятий возникают новые задачи управления, которые необходимо учи-

тывать.

5. Принцип единства информационной базы. Он состоит в том, что на

машинных носителях накапливается и обновляется информация, необходи-

мая для решения всех задач управления. При этом исключается неоправдан-

ное дублирование информации, которое возникает

, если информационные

массивы создаются для решения каждой задачи отдельно.

Хранимые данные образуют информационную модель. Их состав и

форма представления определяются принятой концепцией управления.

6. Принцип комплексности задач и рабочих программ. Он заключается

в том, что большинство задач управления являются комплексными и не мо-

гут быть сведены к простой арифметической сумме мелких

задач. Например,

задачи материально-технического снабжения органически связаны с ком-

плексом задач оперативно-календарного и объемно-календарного планиро-

вания производства.

Принцип комплексности задач и рабочих программ является характер-

ным практически для различных классов автоматизированных систем обра-

ботки данных.

7. Принцип согласованности пропускных способностей различных

звеньев системы. Он заключается в том, что в разных сопряженных контурах

системы должно обеспечиваться согласование скорости обработки данных

(вычисление, ввод-вывод).

8. Принцип ориентации на различных

потребителей, или принцип ти-

пизации. Он состоит в том, что разработка функциональных подсистем АСУ

и связанных с ними технических комплексов, информационной базы, мате-

матического обеспечения и рабочих программ строится так, чтобы предпола-

гаемые решения могли быть использованы как можно более широким кругом

заказчиков. При этом необходимо в каждом конкретном случае определить

разумную степень типизации, при которой стремление к широкому охвату

потребителей не приведет к существенному усложнению типовых решений.

Практика подтвердила, что типизация решений способствует концентрации

сил разработчиков и созданию действительно комплексных АСУ.

9. Принцип эволюционности. Он предусматривает разделение во вре-

мени процесса создания системы на очереди. Этот принцип в основном дей-

ствует

при создании АСУ сложных объектов, когда отсутствует аналог.

10. Принцип сопрягаемости со смежными системами. Он предполагает

обязательную совместимость по выходным реквизитам, а также по техниче-

ским и информационным параметрам АСУ различных уровней (ОАСУ,

АСУП, АСУТП) независимо от их внутренней структуры и содержания ос-

новы.

11. Принцип адаптации к изменяющимся условиям применения

АСУ.

Он определяет необходимость наличия в АСУ таких средств, которые позво-

лили бы с минимальными затратами приводить АСУ в соответствие с харак-

тером подобных изменений на ОУ, так как с течением времени ОУ постоян-

но меняется, совершенствуется, развивается и т.д.

Назначение и состав АСУ

Под АСУ понимается человеко-машинная система, обеспечивающая

автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для опти-

мизации управления в различных сферах человеческой деятельности. АСУ,

создаваемые для управления предприятиями, базируются на применении

экономико-математических методов, новейших способов организации про-

цесса управления, современной ЭВМ и организационной техники.

Наиболее важной задачей АСУ является повышение эффективности

управления сложным производством, в результате которого достигается рост

производительности труда за счет совершенствования методов планирования

и регулирования управляемого технологического процесса или объекта в це-

лом. При этом важно единство всех сторон АСУ, без которого невозможно

добиться желаемого результата.

В АСУ можно выделить три тесно связанные между собой части: сис-

темный базис АСУ (системное обеспечение), функциональный и целевой

комплекты.

Системный базис состоит из организационно-экономического, инфор-

мационного, технического, математического, программного, лингвистиче-

ского и организационного обеспечения.

Функциональный комплекс содержит взаимосвязанный набор под-

систем, комплексов задач и процедур, ориентированных на автоматизацию

конкретных функций управления объектом. Функциональная часть АСУ

должна опираться на единый системный базис, который обеспечивает тре-

буемое взаимодействие решаемых задач.

Целевой комплекс представляет собой совокупность экономико-

математических моделей, обеспечивающих достижение ОУ заданных целе-

вых показателей в любой интервал времени. К целевым показателям про-

мышленных объектов обычно относят качество продукции, себестоимость,

производительность труда, объем нормативной чистой прибыли и т.д.

При разработке АСУ максимальные усилия и затраты требуются для

создания системного базиса, который во многом определяет качество и эф-

фективность системы в целом.

Системный подход к задачам АСУ заключается в стремлении дос-

тигнуть общей цели системы в условиях наличия и взаимодействия разных

целей функционирования ее частей. Системный подход в особенности эф-

фективен, когда цели функционирования различных частей системы проти-

воречивы, а взаимосвязи между частями существенны и разнообразны.

Важным понятием системного подхода к процессам управления яв-

ляется критерий эффективности системы управления. Основные требования

к нему заключаются в следующем:

1. Критерий должен численно и в общем виде отражать степень выпол-

нения системой своей основной функций;

2. По критерию можно выявить и оценить степень влияния на эффек-

тивность системы различных факторов;

3. Критерий должен быть простым и иметь малую дисперсию.

Автоматизация управления предприятием может осуществляться

двумя методами.

Первый метод заключается в разделении всей совокупности проблем

управления предприятием на обособленные задачи, которые изучаются и ре-

шаются отдельно. При этом решения, найденные для других задач, во внима-

ние не принимаются.

Метод позволяет подразделить совокупность процедур управления

предприятием на такое число задач, которое ограничивается только условием

достижения наилучшего результата. Основной недостаток метода – труд-

ность сопряжения разработанных в отдельности задач. Недостаток метода

проявляется и в слабом влиянии на совершенствование структуры управле-

ния предприятием.

Второй метод – системный – заключается в автоматизации системы

управления предприятием. Для этого необходимо дать описание ин-

формационной системы предприятия, разделить системы на информаци-

онные подсистемы, разработать автоматизированные информационные под-

системы с учетом их взаимосвязей между собой и создать АСУ путем соеди-

нения отдельных информационных подсистем. При этом следует иметь в ви-

ду, что автоматизация управления по системному методу обеспечивает инте-

грацию управления предприятием.

К недостаткам системного подхода относятся: большая трудоемкость и

длительность создания АСУ, необходимость изменения сложившейся струк-

туры управления, что предполагает использование научно-обоснованных за-

конов управления; высокая стоимость АСУ и трудность точного определения

экономического эффекта. Следует иметь в виду, что стоимость высокоорга-

низованной АСУ составляет до 70% стоимости основного технологического

оборудования; при оценке эффективности АСУ сложно определить, какая

часть экономического эффекта обусловлена непосредственно внедрением

АСУ, а какая – организационными и техническими мероприятиями по со-

вершенствованию производства.

Экономическая эффективность применения АСУ

Экономическая целесообразность создания АСУ предполагает воз-

можность получения дополнительного экономического эффекта в произ-

водстве помимо результатов, настигаемых при внедрении локальных САУ и

не взаимосвязанных АСУ. Результирующие показатели экономической эф-

фективности АСУ должны превышать нормативные для внедрения ВТ в от-

расли, что обусловливается дополнительным экономическим эффектом при

интеграции управления, достижением новых целей управления, улучшением

использования ВТ и т.д. Методы оценки влияния АСУ на показатели эффек-

тивности производства основаны на процессе внедрения АСУ как составной

части плана технического развития и повышения эффективности производст-

ва на предприятии, которая воздействует на элементы производства и управ-

ления. Для определения влияния АСУ на прирост выпуска продукции, сни-

жение потерь и удельного расхода материалов и трудовых ресурсов целесо-

образно применять специальные методы математической статистики, модели

производственных функций, устанавливающие связь между затратами всех

участвующих в процессе производства ресурсов (труда, основных и оборот-

ных средств) и конечным результатом производства.

Производственная функция имеет следующий вид:





,, dXY 

(41)

где Y – результат деятельности;

– вектор ресурсов;

– вектор параметров

производственной функции.

Определение экономической эффективности АСУ с помощью аппарата

производственных функций предполагает построение модели производст-

венной функции объекта, управляемого АСУ, которая отражает экономиче-

ский эффект интеграции в результате взаимодействия компонентов. При

этом входные и выходные параметры модели должны отражать расход тру-

довых ресурсов (затраты), стоимость производственных фондов и конечный

результат производства

– выпуск продукции (в сравнении с аналогом).

Результирующими показателями экономической эффективности авто-

матизации управления являются: годовой прирост прибыли, годовой эконо-

мический эффект, коэффициент эффективности, срок окупаемости затрат.

Для АСУ они должны быть более высокими по сравнению с отраслевыми

показателями.

При определении экономической эффективности конкретных АСУ

следует осуществлять детализацию источников дополнительного эконо-

мического эффекта, достигаемого при внедрении АСУ, по сравнению с эко-

номическим эффектом, получаемым при создании локальных САУ.

Стадии создания АСУ

Создание АСУ осуществляется в плановом порядке в соответствии с

действующими положениями, определяющими плановые основания заклю-

чении договоров и организацию хозяйственных связей, а также положениями

о поставке продукции производственно-технического назначения.

Основными стадиями и этапами работ по созданию АСУ являются сле-

дующие:

1. Предпроектные работы. Они включают в себя технико-

экономическое обоснование создания АСУ; предпроектные научно-

исследовательские работы, разработку, согласование и утверждение техниче-

ского задания.

2. Технический проект. На стадии технического проекта осуществляют

разработку общесистемной документации; решений по информационному,

программному и математическому обеспечению; структуры и алгоритма

функционирования АСУ; проектно-сметной документации и заданий на про-

ектирование в смежных частях; согласование и утверждение технического

проекта АСУ.

3. Разработка рабочей документации. На этой стадии осуществляют

разработку рабочей документации на опытный образец средств автоматиза-

ции, его изготовление и испытание; корректировку рабочей документации по

результатам испытаний, разработку рабочей проектно-сметной документации

и информационной базы.

4. Изготовление и поставка опытной партии средств автоматизации.

На этой стадии производят изготовление и испытание средств автоматизации

у изготовителя и их поставку заказчику.

5. Ввод АСУ в действие. На стадии ввода АСУ в действие выполняют

работы по комплектации технического обеспечения, строительно-монтажные

и пуско-наладочные работы, производят обучение персонала, подготовку

внутрисистемной базы, приемо-сдаточные испытания и приемку в промыш-

ленную эксплуатацию.

Функциональные подсистемы управления

Функциональной подсистемой АСУ называют комплекс организаци-

онных и экономических методов и соответствующих математических мето-

дов для решения совокупности однородных задач управления. Функциональ-

ная структура АСУ организуется в соответствии с поставленной целью

управления и определяет порядок реализации этой цели.

Каждой функциональной подсистемой реализуется определенная часть

общей задачи управления

. При выделении функциональных подсистем по

фазам управления (планирование, учет, контроль, анализ и регулирование)

можно отметить следующие достоинства:

 небольшое число подсистем, которыми совместно решается задача

управления;

 специализацию по фазам управления, позволяющую квалифицирован-

но выполнять каждую функцию с единых методологических позиций;

 более глубокую увязку всех ресурсов с процессами производства и

сбыта готовой продукции.

Несмотря на отмеченные достоинства, функциональная структура

практически не применяется, поскольку она серьезно противоречит органи-

зационной структуре основных ОУ. Однако целый ряд функциональных под-

систем отраслями промышленности строится в значительной степени с уче-

том этапов управления.

К недостаткам декомпозиции функциональной части АСУ по фазам

относится большая размерность задач управления в рамках одной подсисте-

мы. С учетом этого функциональная часть АСУ часто делится на ряд уровней

управления, а затем на каждом уровне подразделяется на подсистемы.

Обеспечивающие подсистемы

Обеспечивающая подсистема АСУ представляет собой комплекс ме-

тодов, средств, инструктивных и законодательных материалов, необходимых

для работы функциональных подсистем.

Обеспечивающие подсистемы сами по ceбe не решают непосредст-

венно практические задачи в АСУ, но обеспечивают в организационном, тех-

ническом и других отношениях их эффективное выполнение. Они обознача-

ется как виды обеспечения АСУ. Обеспечивающие подсистемы можно под-

разделить на 3 основные группы (рисунок 14): общее, системное и специаль-

ное обеспечение.

Общее обеспечение регулирует в основном функционирование персо-

нала управления, занятого в АСУ, и его взаимодействие с внешними органа-

ми, а также техническими и другими средствами АСУ. Цель общего обеспе-

чения: повышение уровня управления предприятием путем оптимизации

управляющих решений, определение состава, иерархии, ответственности и

правового положения управляющих органов в условиях функционирования

АСУ.

Системное обеспечение в большей степени регулирует работу и взаи-

модействие технических, информационных и программных средств, т.е. слу-

жит материальной основой АСУ. Оно включает в себя информационное, тех-

ническое, лингвистическое и эргономическое обеспечение. Задача системно-

го обеспечения АСУ заключается в организации эффективного функциони-

рования технических средств на основе совокупности методов и средств по-

Обеспечивающие подсистемы АСУ

Общееобес‐

Организационное

Кадровое

Правовое

Экономическое

Системное

Информационное

Математическое

Техническое

Лингвистическое

Эргономическое

Специальное

Эргономическое

Техническое

Лингвистическое

Информационное

Программное

Рис. 14 – Структура обеспечивающих подсистем АСУ