О создании эффективной системы контроля и управления качеством выпускаемой продукции на основе комплексной системы автоматизации технологического процесса

В деятельности промышленных предприятий повышение эффективности производственных процессов реально достижимо за счет внедрения систем контроля качества готовой продукции, и пригодности технологических процессов, их интеграции с общим менеджментом качества и администрированием. Причины изменений качества бесчисленны и их воздействие различно. Некоторые из них сильно влияют на изменение качества, в то время как другие, теоретически считающиеся важными, на самом деле не оказывают существенного воздействия, если должным образом контролируются. Существует много методов оценки качества.

Исследование посвящено решению проблемы автоматизации контроля качества непрерывных производственных процессов; и созданию открытого программно-моделирующего комплекса для повышения эффективности управления производственными процессами за счет внедрения автоматизированных систем управления качеством продукции.

Целью работы является повышение эффективности производственного цикла промышленных предприятий за счет комплексной автоматизации процессов контроля качества продукции и параметров технологических процессов.

Управление технологическими процессами производства редких металлов относится к достаточно сложным системам управления, в которых поддержание технологических режимов в заданных пределах, контроль их состояния требует сбора большого количества информации и установки значительного количества приборов, датчиков и механизмов управления [1].

Вследствие этого, исследование посвящено созданию научных основ, совершенствованию и модернизации технологии производства редких металлов, а также автоматизации процесса управления производством теллура с разработкой и применением новых информационных технологий.

С этой целью впервые была произведена комплексная автоматизация технологического процесса производства теллура. Автоматизированная система контроля и управления технологическим процессом получения теллура (далее - АСУТП) предназначена для реализации функций контроля и управления переработки теллуро - содержащих руд методом экстракции.

Внедрение АСУТП позволило:

- предоставлять оперативную информацию обслуживающему персоналу о состоянии параметров технологического процесса на экране дисплея;

- поддерживать важные технологические параметры на заданном уровне в автоматическом режиме;

- снизить себестоимость выпускаемого продукта, за счет снижения объемов брака;

- повысить качество выплавляемого теллура, за счет более эффективного ведения технологического процесса;

- обезопасить рабочий персонал от токсичных компонентов: селена, свинца, мышьяка, которые являются сопутствующими хим. элементами.

Во избежание интоксикации при работе, предлагаемая комплексная автоматизация позволяет снизить до минимума контакт рабочего персонала с веществами, участвующих во всем технологическом процессе, и вести учет расхода продуктивных растворов и реагентов.

Технологический процесс производства теллура является непрерывно-периодическим и, как объект автоматизации, характеризуется следующими особенностями:

- значительной инерционностью;

- наличием операций дозирования реагентов и растворов;

- наличием агрессивных жидкостей и газов;

- наличием токсичных жидкостей и газов;

- наличием перекачек из одной емкости в другую с возможным ветвлением потоков.

Система комплексной автоматизации была произведена на основе составленной структурной схемы технологического процесса.

В работе анализируется и предлагается концепция внедрения современных средств автоматизации, позволяющих реализовать трехуровневую иерархию контроля и управления качеством выпускаемой продукции [2]. Ее условно можно разбить на три уровня управления.

Датчики и приборы контроля технологических параметров и состояния оборудования, а также используемые исполнительные механизмы и регулирующие органы образуют нижний или первый уровень предлагаемой АСУТП.

На втором, среднем, уровне находятся современные микропроцессорные средства, которые позволяют осуществлять сбор, обработку и анализ аналоговой информации, получаемой от датчиков, устройств и механизмов первого уровня, и выдавать управляющие воздействия на исполнительные механизмы в соответствии с выбранными критериями управления.

В качестве аппаратно-программного комплекса по созданию управляющих сигналов, реализующих алгоритмы соответствующих математических моделей с учетом различных нестандартных (аварийных) ситуаций используются микроконтроллеры SIMATIC S7-300 фирмы SIЕMENS.

Третий уровень управления образует созданное интеллектуальное автоматизированное рабочее место (АРМ) технолога, в элементной базе которого применяются современные персональные компьютеры с соответствующими инструментальными программными средствами.

Данные средства позволяют осуществлять постоянный контроль за работой технологического оборудования, отслеживать основные динамические характеристики протекающих физико-химических процессов, отображать на экране дисплея в наглядной графической форме состояние и режимы работы основного технологического оборудования и экстраполировать протекание технологического процесса и возможные нештатные ситуации.

На первом уровне применены и созданы устройства и способов, позволяющих прецизионно управлять работой насосов, используемых для перекачки жидкой фазы, получаемой на этапах экстрагент, реэкстрагент, и для других вспомогательных физико-химических процессов получения теллура [3].

Предлагаемый в данной работе способ позволяет повысить содержание теллура в реэкстракте путем подачи оптимальных расходов экстрагента, реэкстрагента и вспомогательных хим.реактивов в ячейки экстрактора при минимальных энергетических затратах.

Это достигается тем, что устанавливаются насосы и расходомеры между промежуточными емкостями с экстрагентом, реэкстрагентом и хим.реактивами и ячейками экстрактора.

Данный метод позволяет через систему управления насосами не только поддерживать определенные расходы экстрагента, реэкстрагента и хим. реактивов в соответствующем временном режиме, но и изменять эти расходы в зависимости от требуемого содержания металла и побочных примесей в растворе, поступающего на вход ячеек экстрактора. Разработанная функциональная схема, реализующая данный способ управления, представлена на рисунке 1.

При этом реализовывается качественный метод управления насосами, в результате которого осуществляется подача экстрагента, реэкстрагента и хим.реактивов в ячейки экстрактора с оптимальным расходом, что способствует получению максимального содержания металла в экстракте.

Рисунок 1 – Функциональная схема установки насосного оборудования

Для комплексной автоматизации в работе предлагается устройство – вибродозатор, который осуществляет дозировку и транспортировку сыпучих материалов без участия человека и обеспечивает механизацию ручного труда аппаратчиков, исключает вредное воздействие токсичных и ядовитых веществ (селена, свинца, мышьяка) на организм человека, кроме того, датчики, установленные на вибродозаторе, позволяют автоматизировать процесс дозировки сыпучих веществ.

При этом появляется возможность одновременно осуществлять виброподачу и непрерывно измерять массу веществ в загрузочном бункере. На рисунке 2 представлена функциональная схема предлагаемого вибродозатора.

Рисунок 2 – Функциональная схема вибродозатора

Для создания второго уровня комплексной системы автоматизации предлагаются современные средства контроля и система управления технологическим процессом, основанная на применении высокоэффективных микропроцессоров, современных датчиков, расходомеров, уровнемеров и других приборов.

В задачу второго уровня создания системы контроля и управления входят: преобразование сигналов, поступающих с датчиков, к унифицированному виду и передача их в контроллер; формирование законов управления и выдача управляющих сигналов на исполнительные механизмы; формирование алгоритмов обработки аварийных ситуаций, аварийное отключение оборудования, аварийное включение, включение резерва; передача технологических параметров на третий уровень управления.

Реализуемый нами проект автоматизации технологического процесса экстракции теллура осуществляется на основе следующих предпосылок: непрерывной периодичности технологического процесса; значительной ее инерционности; наличия операций дозирования реагентов и растворов; наличия ручных операций; наличия агрессивных твердых веществ, жидкостей и газов.

Таким образом, для решения задач совершенствования и модернизации любого технологического процесса предлагается создать комплексную систему автоматизации с трехуровневой иерархией контроля и управления технологическим процессом получения теллура с целью обеспечения стабилизации режимных параметров технологического процесса, получения объективной информации о состоянии процесса и повышения эффективности управления данным производством.

Создание третьего уровня единой автоматизированной системы управления технологическим процессом основано на разработке «конвергенционной» (гибридной) модели управления, которая представляет собой интеллектуальный интерфейс в технологии.

Верхний или третий уровень автоматизированной системы контроля и управления включает в себя компьютеры, мониторы, локальные вычислительные сети и инструментальные средства, образующие автоматизированные рабочие места оперативного технологического персонала.

Функционирование интеллектуального интерфейса технолога рассмотрено в работе на примере диафрагменного расходомера, широко применяемого в разработанных нами технологических схемах автоматизации. В систему АСУТП расходомеры с сужающим устройством передают ряд важных технологических параметров, что позволяет рассчитать расходные характеристики технологических жидкостей или газов, используемых в производстве [4].

Принцип работы программы, созданной на Delphi, основан на выдаче итоговых таблиц в оперативно-машинном для пользователя интерфейсе.

В результате внедрения математической модели, специализированного программно - аппаратного обеспечения в реальных промышленных условиях были получены следующие практически важные результаты: коэффициент расхода стандартных диафрагм незначительно меняется в широком диапазоне числе Рейнольдса; особые расчетные алгоритмы требуются при малых значениях числа Рейнольдса; толщина диафрагмы подбирается расчетным путем в пределах от 0,005 D до 0,05 D, где D – диаметр трубопровода.

В итоге, разработана современная технологическая схема автоматизации технологического процесса на основе трехуровневой структуризации системы контроля и управления производством теллура с применением высокоэффективных средств вычислительной техники и программного обеспечения [5]. Тем самым, предложена единая концепция создания эффективной системы контроля и управления качеством выпускаемой продукции на основе внедрения комплексной системы автоматизации технологического процесса, которая обеспечивает снижение себестоимости выпускаемой продукции, за счет снижения объемов брака, повышение качества выплавляемого продукта, за счет более эффективного ведения технологического процесса.

ЛИТЕРАТУРА

1. Абитова Г.А., Бельгибаев Б.А. Программно - аппаратное обеспечение расходомера переменного давления в АСУ гидрометаллургическими процессами ОАО «УМЗ». // Труды международной конференции (Алматы, 4-6 марта 2003г.) – г.Алматы. Изд.Казак университетi. 2003.- с.12-15.

2. Абитова Г.А. Оптимизация технологических процессов современных промышленных предприятий на основе создания пакета прикладных программ. // Мат. междунар. научно-практической конф. – Усть-Каменогорск: Изд-во ВКГУ, 2002.- С.192-194.

3. Бельгибаев Б.А., Шахмухамбетов Б.А., Абитова Г.А. Новые информационные технологии в трансфере технических решений в базовые отрасли промышленности. // Региональный вестник Востока. Научный журнал ВКГУ. – Усть-Каменогорск. Изд-во ВКГУ. 1999. №1. с.107-109.

4. Бельгибаев Б.А., Абитова Г.А. Расчет параметров расходомера переменного давления гидрометаллургического производства ОАО «УМЗ». // Материалы международной научно-практической конференции. – г. Алматы. Изд.КазГАСА. 2003.- с.123-125.

5. Абитова Г.А., Павлов А.В., Шахмухамбетов Б.А. О научном подходе к разработке схемы автоматизации технологического процесса в металлургическом комплексе на основе трехуровневой структуризации системы управления. // Комплексное использование минерального сырья. - Алматы: НИЦ "Гылым", 2004. №6.