Спирин Н.А., Лавров В.В. Информационные системы в металлургии

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 6. Принципы построения и реализация информационной системы

6-20

логического персонала доменного цеха, и кончая диспетчером комбината и ру-

ководителем любого ранга в любой точке корпоративной сети комбината. В ка-

честве средств разработки прикладных программ применялись Microsoft Visual

C++, Microsoft Visual Basic. Опыт промышленной эксплуатации SCADA-

системы показал их высокую надежность и удобство разработанного интерфейса

человек-машина MMI (Man Machine Interface) для решения технологических за-

дач контроля и управления ходом

доменной плавки.

Задачи, решаемые в области управления технологическим режимом до-

менной плавки, относятся к классу плохо структурированных задач, поэтому

осуществление управления технологией даже при высоком уровне компьютери-

зации и математического моделирования без участия человека невозможно. В

связи с этим перспективным является использование информационных техноло-

гий поддержки принятия решений. В системах поддержки

принятия решений,

основу которых составляет целый комплекс (база) математических моделей, ре-

шающих различные задачи, пользователь имеет возможность получить недос-

тающую ему информацию для принятия решения путем установления диалога с

математической моделью.

Рис. 6.5. Окно SCADA-системы технологического процесса доменной печи №1 ММК

Глава 6. Принципы построения и реализация информационной системы

6-21

Комплекс математических моделей и пакетов прикладных программ по-

зволяет решать ряд задач в области доменной плавки. Остановимся только на

некоторых из них.

Интегрированный пакет «Автоматизированное рабочее место

газовщика доменной печи»

Рис. 6.6. Окно SCADA-системы для наблюдения за уровнем засыпи доменной печи №1 ММК

Пакет позволяет решать задачи ввода и редактирования информации:

• о выпуске чугуна и шлака – просмотреть и отредактировать информа-

цию о

постановках ковшей и миксеров под печь, а также информацию

о выпуске жидких продуктов плавки;

• о шихтоподаче – просмотреть и отредактировать информацию о ко-

личестве подач в смену;

• о системах загрузки доменной печи – просмотреть и отредактировать

информацию о системе загрузки, а также информацию о расходах же-

лезорудных материалов, кокса и флюсов

в подаче.

Пакет обеспечивает расчет и просмотр следующих документов: химиче-

ский состав загружаемых материалов и жидких продуктов плавки, технологиче-

ских и технико-экономических показателей работы печи (рис. 6.7).

В качестве PC автоматизированного рабочего места газовщика использу-

ется персональный компьютер индустриального исполнения Pentium 200 с опе-

Глава 6. Принципы построения и реализация информационной системы

6-22

ративной памятью 32 Мбайта и емкостью жесткого диска 4 Гбайта, ОС Windows

NT/2000. В качестве средств разработки прикладных программ применялся

Microsoft Visual C++.

Интегрированный пакет «Автоматизированное рабочее место

мастера доменной печи». Пакет позволит решать задачи коррекции:

Рис. 6.7. Пример отображения информации АРМ-газовщика

• массы кокса и флюсующих материалов в подаче при изменении соот-

ношения железорудных компонентов, а также состава кокса;

• массы

железорудных материалов и кокса в подаче для получения

шлака заданных свойств;

• массы флюсующих материалов и кокса в подаче для получения за-

данного химического состава чугуна;

• массы кокса в подаче при изменении параметров комбинированного

дутья (температуры и влажности дутья, расходов природного газа и

технологического кислорода);

• прогноза изменения показателей доменной

печи при изменении пара-

метров плави (параметров комбинированного дутья, характеристик

загружаемого сырья и т.п.).

Глава 6. Принципы построения и реализация информационной системы

6-23

Так же, как и в АРМ газовщика, в автоматизированном рабочем месте

мастера в качестве вычислительной базы используются два персональных ком-

пьютера индустриального исполнения Pentium 200 с оперативной памятью

32Мбайта и емкостью жесткого диска 4 Гбайта, ОС Windows NT/2000, а в каче-

стве средств разработки прикладных программ применяется Microsoft Visual

C++.

Экспертная система "Интеллект доменщика".

Позволяет осуществлять:

•

диагностику нарушений хода доменной печи;

• диагностику нарушений теплового режима.

Система содержит два модуля, которые используются для определения:

• причин (факторов), вызывающих соответствующие нарушения хода

печи;

• причин (факторов), вызывающих соответствующие нарушения тепло-

вого режима доменной плавки.

Экспертная система "Интеллект доменщика" реализована на персональ-

ном компьютере индустриального исполнения Pentium 200 с оперативной памя

тью 32 Мбайта и емкостью жесткого диска 4 Гбайта, ОС Windows NT, а в каче-

стве средств разработки прикладных программ используется Microsoft Visual

C++.

Инженерный уровень

В качестве аппаратного обеспечения инженерного уровня используются

3 персональных компьютера обычного офисного исполнения Pentium 200 с опе-

ративной памятью 32 Мбайта и емкостью жесткого диска 2 Гбайта, ОС Windows

98/2000. В качестве средств разработки прикладных программ

применялись

Microsoft Visual C++, Microsoft Visual Basic. Пользователями этих компьютеров

являются заместитель начальника цеха по технологии, инженеры технологиче-

ского отдела.

Пакет «Решение технологических задач доменной плавки». Пакет

предназначен для технологического персонала доменного цеха и включает в се-

бя три функционально связанных модуля, выполняющих:

• оценку базового (фактического) состояния доменного процесса;

• сопоставительный анализ работы доменных

печей в различные периоды;

• прогноз изменения показателей доменной печи при изменении параметров

плави.

Эксплуатация этого пакета показала его эффективность для решения це-

лого комплекса задач, встречающихся в практике управления технологией плав-

ки в доменном цехе комбината.

Пакет «Оптимизация работы доменного цеха». Разработанное про-

граммное обеспечение позволяет выбирать оптимальные значения

параметров

комбинированного дутья: расходы кислорода и природного газа на каждой из

печей цеха при остановке отдельных печей цеха, изменении расходов природно-

го газа, кислорода, состава и качества шихтовых материалов, поступающих в цех

в различных технологических ситуациях работы цеха (максимум производства

Глава 6. Принципы построения и реализация информационной системы

6-24

чугуна, минимум расхода кокса по цеху и т.п.) В модели учитываются ограничи-

вающие и лимитирующие факторы по газо-гидродинамическим, тепло-

массообменным процессам на каждой из печей цеха, конъюнктура рынка.

Пакет «Расчет состава агломерата для получения заданных свойств

шлака». Разработанный пакет прикладных вычислительных программ позволит

производить расчеты, связанные как с

определением объема производимого аг-

ломерата на аглофабриках, так и состава этого агломерата, исходя из характери-

стик имеющихся привозных железорудных материалов при условии получения

надлежащих свойств шлака (вязкости, температуры плавления, обессеривающей

способности) и обеспечения рациональных технико-экономических показателей

доменной плавки.

Подсистема координации и управления информационной системой

В настоящее время с

использованием реляционной модели данных

сформирована база данных доменного цеха, отражающая работу всех доменных

печей по количеству и качеству выпускаемой продукции, количеству и качеству

проплавляемых шихтовых материалов, потреблению энергоносителей, основ-

ным технологическим параметрам доменной плавки. Для хранения данных о ра-

боте доменной печи в этой сети на сервере базы данных установлена система

управления базами данных Microsoft SQL. В качестве сервера базы данных ис-

пользуется Pentium II с оперативной памятью 256 Мбайт и емкостью жесткого

диска 6,4 Гбайта. Это позволило практически полностью решить в доменном це-

хе проблемы хранения, контроля, защиты, ввода, редактирования и извлечения

информации, а также формирования необходимых отчетных данных.

Создание локальных компьютерных сетей для отдельных печей

по архи-

тектуре клиент-сервер, объединение их в распределенную компьютерную сеть

всего доменного цеха с выходом последней в корпоративную компьютерную

сеть ОАО ММК обеспечили единое информационное пространство и взаимо-

связь с другими цехами и службами комбината, а также подсистемами цехов и

производств. В качестве операционной системы для локальных сетей доменного

цеха

и отдельных печей хорошо себя зарекомендовала операционная система

Microsoft Windows NT Server 4.0, а в качестве физической передающей среды

широко используются экранированная витая пара и волоконно-оптический ка-

бель. Выход сети доменного цеха в корпоративную сеть комбината осуществля-

ется по двум дублирующим друг друга каналам. Основной – по беспроводной

технологии, базируется на использовании радиоканала на частоте

2,4 ГГц и уст-

ройства организации радио сети ARLAN фирмы Aironet Wireless

Communications, Inc, позволяющей обеспечивать скорость передачи данных

2 Mбит/с. Второй – проводной, использует выделенный двухжильный канал, ос-

нован на использовании высокоскоростных модемов Megabit Modem 768 фирмы

PairGain Technologies, Inc и позволяет достигать скорости передачи данных

768 кбит/с. Следует особо отметить, что в настоящее время даже в локальных,

распределенных сетях

и корпоративной сети на комбинате широко используется

Intranet (внутренняя сеть)-технология, что позволило широко использовать на-

Глава 6. Принципы построения и реализация информационной системы

6-25

дежные, удобные технологии и программное обеспечение глобальной сети

Internet.

Проведенные мероприятия позволили организовать контроль и управле-

ние технологическим процессом на всех этапах – от складирования сырья в цехе

подготовки агломерационной шихты до выплавки чугуна. Сегодня автоматизи-

рованная информационная система доменного цеха тесно связана с другими ин-

формационными системами, в первую очередь с

теми, от которых зависит каче-

ство выплавляемого чугуна: цеха подготовки агломерационной шихты, агломе-

рационного цеха, коксохимического производства, кислородно-конвертерного

цеха, железнодорожного транспорта, кислородно-компрессорного производства

и др.

6.4. Распределенная система баз данных в аглодоменном

производстве

Структура информационного обеспечения сложных металлургических

процессов, к которым относится аглодоменное производство, во многом опреде-

ляет

качество, себестоимость, а значит, и конкурентоспособность готовой метал-

лопродукции на отечественном и мировом рынке. Наряду с развитием методов и

средств сбора сигналов с технологических объектов совершенствуются методы

накопления, хранения, обработки и представления технологической информации.

Эти методы основаны на построении распределенной системы баз данных со

сложной логической структурой. Такой подход к организации

данных позволяет

создавать сложные автоматизированные информационные системы, которые ис-

пользуются как для управления отдельными технологическими процессами, так

и металлургическим производством в целом.

Проиллюстрируем идеологию разработки и функционирования совре-

менной распределенной системы баз данных, которая положена в основу автома-

тизированной информационной системы аглодоменного производства ОАО

ММК.

6.4.1. Особенности разработки системы баз

данных

Основными целями разработки системы баз данных являлись следующие:

• комплексное информационное обеспечение аглодоменного производ-

ства, т.е. накопление, хранение и представление технологической ин-

формации на всех этапах производственного цикла – от складирова-

ния сырья в цехе подготовки агломерационной шихты до выплавки

чугуна в доменных печах;

• возможность реализации в доменных

печах математических моделей

для управления технологическими процессами, т.е. использование на-

копленных данных для получения и представления новой информации

о ходе технологического процесса;

• использование текущей информации для экспертной оценки состоя-

ния технологического процесса.

Глава 6. Принципы построения и реализация информационной системы

6-26

Реализация поставленных целей позволяет обеспечить технологическому

персоналу всестороннюю – информационную, модельную и экспертную – под-

держку для принятия обоснованного решения об оказании управляющего воз-

действия на объект.

Современная методология разработки распределенных систем баз дан-

ных, имеющих сложную логическую структуру, базируется на использовании

средств автоматизированного проектирования информационных систем, или так

называемых CASE-средств (Computer Aided Software Engineering).

Для разработки

информационной системы доменной печи использова-

лись программные CASE-продукты BPwin и ERwin американской компании

Logic Works.

Программа BPwin представляет собой компьютерную систему функцио-

нального моделирования технологических процессов, основанную на методоло-

гии проектирования информационных систем IDEF0. Методология IDEF0, при-

нятая в качестве стандарта многими международными организациями, охватыва-

ет совокупность методов, правил и процедур, предназначенных для построения

функциональной модели объекта

предметной области. Функциональная модель

отображает функциональную структуру объекта, т.е. производимые им действия

и связи между этими действиями. С помощью набора графических инструментов

для отображения действий и объектов была построена функциональная схема

доменного производства, на которой обозначены исходные данные и результаты

основных производственных операций, ресурсы, необходимые для их выполне-

ния,

управляющие воздействия, взаимосвязи между отдельными элементами мо-

делируемой системы. Построенная функциональная модель, состоящая из набора

иерархически связанных диаграмм, была использована для анализа, оптимизации

производственного процесса, а также послужила основой для построения кон-

цептуальной модели информационной системы доменного производства.

На рис. 6.8 представлен фрагмент разработанной функциональной моде-

ли доменного производства, которая состоит

из следующих функциональных

блоков:

• Учет поступления шихтовых материалов в доменный цех. Входной

информацией являются данные о количестве и качестве сырья – желе-

зорудных материалов, кокса и флюсующих добавок, поступающих на

бункерную эстакаду доменного цеха. На данном этапе выполняется

логический контроль вводимых данных, запись их в базу данных, про-

верка полноты базы

данных, заполнение технологической документа-

ции. Логический контроль данных осуществляется на основе норма-

тивно-справочной информации (НСИ), а расчет и заполнение доку-

ментации – по технологическим инструкциям. В результате формиру-

ется база данных, содержащая полную информацию по поступившему

сырью, а также комплект документов о поступивших шихтовых мате-

риалах.

• Учет проплавленных шихтовых

материалов. Исходными данными яв-

ляется информация о количестве и качестве загружаемых в доменную

печь шихтовых материалах. На данном этапе производится полуавто-

матический ввод этой информации в базу данных, а также проверка

Глава 6. Принципы построения и реализация информационной системы

6-27

Рис. 6.8. Фрагмент функциональной модели доменного производства

Глава 6. Принципы построения и реализация информационной системы

6-28

ее на непротиворечивость. В результате формируется база данных по

проплавленному чугуну, шлаку и произведенному доменному газу.

• Учет производства доменного цеха. Производится с целью накопле-

ния информации о движении ковшей и миксеров, количестве выплав-

ленного чугуна, количестве и качестве произведенного шлака, полу-

ченного доменного газа. Сбор данных носит распределенный харак-

тер: в частности, информация о налитых ковшах и миксере поступает

от газовщиков доменных печей, о весе чугуна, налитого в ковши, – с

весового поста, о передвижении ковшей с жидким чугуном и миксе-

ров – от диспетчера доменного цеха и т.д. Собранная информация в

виде временных файлов подвергается логическому контролю и после

корректировки

записывается в базу данных. Одновременно произво-

дится расчет и формирование документов о количестве произведенно-

го чугуна, произведенного шлака и полученного доменного газа.

Учет затрат на производство. В ходе данного этапа происходит накопление

оперативной информации о количестве использованного кокса, флюсующих до-

бавок, кислорода, природного газа. Источниками информации являются сформи-

рованные на

предшествующих этапах базы данных по поступившему сырью, по

расходу шихтовых материалов, по проплавленному чугуну, шлаку и полученно-

му доменному газу. Логический контроль и расчет затрат производится на осно-

вании нормативно-справочной информации и технологических инструкций.

• Анализ производства доменного цеха производится по следующим по-

казателям: качеству полученных чугуна и шлака; использованию

ки-

слорода; использованию природного газа; экономическим затратам на

производство. Информация для данного блока автоматически посту-

пает из баз данных по составу поступающего в доменный цех сырья,

по расходу шихтовых материалов, по проплавленному чугуну, шлаку

и полученному доменному газу. Данный этап заканчивается расчетом

технико-экономических показателей, комплексным экономическим

анализом доменного производства

с выдачей оперативной документа-

ции.

Реализация информационной системы доменного производства осущест-

влена с использованием программы ERwin, которая представляет собой компью-

терную систему информационного моделирования предметной области и предна-

значена для визуального проектирования схемы базы данных и ее автоматиче-

ской генерации в файлы для выбранной реляционной СУБД. Методологическую

основу ERwin составляет технология IDEF1X, в которой

моделирование пред-

метной области осуществляется с помощью графических ERD-диаграмм (Entity–

Relationship Diagrams), или диаграмм «сущность–связь». Разработчик описывает

структуру базы данных визуально в виде объектов (сущностей) с их атрибутами,

служащих прообразами реляционных таблиц, и при помощи мыши указывает

связи между этими сущностями, которые являются прототипами реляционных

отношений.

Учитывая результаты функционального моделирования, специфику тех

нологии доменной плавки, особенности доменной печи как объекта информаци-

онных систем, требования к качеству представляемой информации, были выде-

Глава 6. Принципы построения и реализация информационной системы

6-29

лены следующие основные объекты для проектирования базы данных доменного

цеха:

• Доменная печь, включающая информацию о конструктивных характе-

ристиках печей доменного цеха,

• Шихтоподача, которая отражает информацию о системах загрузки и

типах и расходах загружаемых материалов.

• Химический анализ шихтовых материалов, отражающий информацию

о физико-химических свойствах загружаемых материалов и времени

проведения химического анализа и определения физических свойств.

• Химический анализ кокса, содержащий информацию о физико-

химических свойствах используемого кокса и времени проведения

химического анализа и определения физических свойств.

• Технологические параметры доменной плавки, отражающие основные

контролируемые характеристики дутьевых параметров, отходящего

колошникового газа, характеризующих газодинамический режим

плавки.

• Характеристики чугуна и

шлака, отражающие временные интервалы

отработки продуктов, их химический состав и физический нагрев.

Пример процедуры построения логической и физической схем базы дан-

ных аглодоменного производства с помощью CASE-средства ERwin приведено

ранее (см. главу 3).

Основным преимуществом использования CASE-продуктов, в частности

программы Erwin, является то, что разработанная таким образом логическая схе-

ма не привязана к технологии

какой-либо конкретной фирмы, поставляющей оп-

ределенный тип СУБД или средства разработки прикладного программного

обеспечения. Благодаря этому разработанная логическая структура данных мо-

жет быть преобразована в физическую схему базы данных, ориентированную на

работу с конкретной СУБД. В доменном цехе ОАО ММК в качестве основной

программной платформы для функционирования информационной системы

до-

менного производства используется сервер баз данных Microsoft SQL Server, ко-

торый контролирует ввод, хранение, защиту, корректировку и извлечение ин-

формации для формирования необходимых отчетных данных.

6.4.2. Особенности функционирования системы баз данных

Особенностью эксплуатации системы баз данных в аглодоменном произ-

водстве является территориально-распределенный характер сбора и обработки

технологической информации с использованием для

передачи данных техноло-

гии локальных вычислительных сетей (ЛВС), серверов удаленного доступа и

цифровых радиосредств. Информация накапливается и обрабатывается в базах

данных, которые расположены на территориально-распределенных серверах с

установленным специальным программным обеспечением – системой управле-

ния базами данных (СУБД), работающей по технологии клиент-сервер.

Логическая структура информационной системы отражает работу основ-

ных

участков аглодоменного производства, поэтому система баз данных содер-

жит следующие основные информационные компоненты (рис. 6.9):