Часть 2: Роботизация бизнес-процессов
Часть 3: Волшебные интерфейсы и оживление железа
Часть 4: Автоматические личные кабинеты и чат-боты
Часть 5: Автоматизация на производстве
Часть 6: Траблшутинг на предприятии
Часть 7: Цифровой помощник оператора
Часть 8: Автоматическая MES-система
Часть 9: Смешивание муки в силосах (в этой публикации)
В прошлой публикации я рассказывал о разработке собственной MES-системы АЦТЕК, недостатках цифрового помощника оператора и новом уникальном алгоритме определения дозировок. MES-система эволюционировала и получила развитие в виде новой подсистемы «Вивальди», которая автоматически управляет шиберами трех силосов предварительной гомогенизации и непрерывно корректирует качество сырьевой муки — смешиванием.
Что такое система АЦТЕК?
АЦТЕК – это программное обеспечения класса MES, которое рассчитывает оптимальные дозировки сырьевых материалов, которые подаются линии производства, и в автоматическом режиме через АСУТП управляет дозаторами – с целью получения клинкерной муки с заданными на производстве показателям качества по химическому составу.
В мае 2023 — система АЦТЕК зарегистрирована в РОСПАТЕНТ, получено свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2023619433.
Как определить качество муки в силосах при постоянном смешивании
Итак, результат работы системы АЦТЕК — это известное качество сырьевой муки на выходе с каждой линии производства, обозначеное на схеме ниже (1) и (2).
Но прежде, чем сырьевая мука попадает в силос окончательной гомогенизации (СОГ) и в последствии после обжига в печи становится клинкером:
-
мука с двух линий производства смешивается, образуя неизвестное качество (3) и
-
попадает в один из трех силосов предварительной гомогенизации, откуда далее
-
скачивается из одного или двух силосов с неизвестным качеством (4), (5), (6)
-
образуя собой муку неизвестного качества (7), которая попадает в СОГ
Что такое неизвестное качество?
Под неизвестным качеством подразумевается отсутствие набора данных для обработки информационной системой. В данном случае, набором данных служит химический состав сырьевой муки в силосах предварительной гомогенизации.
Линия 1, качество муки Линия 2, качество муки Потенциал для улучшения Качество1 = Диапазон Качество2 = Диапазон Не требуется Качество1 = Диапазон Качество2 > Диапазон Есть Качество1 = Диапазон Качество2 < Диапазон Есть Качество1 > Диапазон Качество2 = Диапазон Есть Качество1 > Диапазон Качество2 > Диапазон Есть Качество1 > Диапазон Качество2 < Диапазон Есть Качество1 < Диапазон Качество2 = Диапазон Есть Качество1 < Диапазон Качество2 > Диапазон Есть Качество1 < Диапазон Качество2 < Диапазон Есть
Очевидно, что есть потенциал для улучшения качества муки в силосах предварительной гомогенизации. Добиться улучшения качества можно – смешиванием муки в разных пропорциях при скачивании из силосов.
Силос 1 Силос 2 Силос 3 «Низкая» мука Нормальная мука «Высокая» мука
На вопрос «как вы определили качество муки с двух линий в силосе?» отвечал, что примерно и полагается на опыт.
На вопрос «вы направили муку в силос 1, откуда вы знаете, что она будет низкая?» отвечал, что не знает точно и полагается на опыт.
Оператор №2 следовал линейной логике, например, всегда каждый час менял направление муки между силосов, а каждый час менял силос для скачивания.
|
Силос 1 |
Силос 2 |
Силос 3 |
|
Мука текущего часа |
Мука прошлого часа |
Резервный |
Операторы часто были не согласны со своими коллегами по сменам, и каждый считал свою логику верной. Могу лишь отменить, что все операторы ошибались в одном: они не учитывали время производственных тактов. Переключали силоса в момент получения очередного анализа муки с двух линий производства, что в среднем на 25 минут позже факт. времени извлечения муки из пробоотборников (для определения хим. состава).
Все это человеческий фактор, который оказывает влияние на качество сырьевой муки, а значит, есть потенциал для улучшения. Это «черный ящик» с изменением хим. состава муки до попадания в СОГ.
Теоретические расчеты по задаче №1 определения качества муки с двух линий при попадании в один силос были выполнены в Excel технологом производства по известным формулам. Эти расчеты и формулы легли в основу алгоритма.
Как выглядели теоретические расчеты в Excel (пример)
С задачей №2 определять качество муки, находящейся в силосах оказалось сложнее. Проблема на картинке: мука (сыпучий материал) выходит из силоса не слоями.
Даже если мы теоретически верно определили качество поступающей в силос муки, то при скачивании муки из силоса она выходит не равномерно слоями, а смешиваясь.
На этом видео можно увидеть процесс выхода сыпучего материала из конусообразного силоса. Ньюанс в том, что в отличие от процесса на видео, где показано полное опорожнение наполненого силоса, на заводе есть существенное отличие процесса:
-
сначала силос частично наполняется ↑
-
затем частично опорожняется ↓
-
затем снова частично наполняется ↑
-
затем снова частично опорожняется ↓
-
и так далее…
Фактически, силоса никогда не опорожняются полностью, а до мин. предела, в том числе, полное опорожнение силосов недопустимо по техническим причинам (пыление, нагрузка и т.д.).
Поэтому здесь нельзя применить метод FIFO для учета партий муки в силосах.
Что такое метод FIFO?
FIFO (англ. first in, first out «первым пришёл — первым ушёл») — способ организации и манипулирования данными относительно времени и приоритетов. Это выражение описывает принцип технической обработки очереди или обслуживания конфликтных требований путём упорядочения процесса по принципу: «первым пришёл — первым обслужен» (ПППО). Тот, кто приходит первым, тот и обслуживается первым, пришедший следующим ждёт, пока обслуживание первого не будет закончено, и так далее.
По этой причине мы реализовали следующую логику определения качества муки в силосах при постоянном изменении объема:
-
Так как силос не наполняется полностью (есть макс. предел), то в среднем в нем может храниться мука 2-х последних часов — показатели качества усредняются.
-
Так как силос не опорожняется полностью (ест мин. предел), то остатком можно пренебречь — показатели качества обнуляются. Основание силоса — конус и в остатке остаётся относительно небольшое количество муки.
Таким образом, качество муки в силосе всегда усредняется за 2 последних часа, а при достижении остатка по нижнему пределу в силосе — качество остатка не учитывается при усреднении, т.е. игнорируется в расчетах.
А дальше уже проще: понимая качество муки в силосах, можно задать пропорции на скачивание, улучшив хим. состав муки — смешиванием.
Кратковременные эксперименты на производстве выполнялись для проверки теоретических расчетов и алгоритмов на соответствие фактическим данным:
-
Сначала в течение 3-4 часов подряд сотрудники лаборатории выполняли анализы муки по хим. составу
-
Затем полученные результаты сравнивались с теоретическими расчетами и прогнозными данными в системе.
-
Алгоритм расчета с максимально близким результатом к фактическим значениям запускался в промышленную эксплуатацию.
Подсистема «Вивальди» интегрирована в интерфейс АЦТЕК, является логическим продолжением и относится к контуру управления того же оператора.
Этапы разработки и внедрения подсистемы «Вивальди»
Основные этапы разработки и внедрения «Вивальди» на заводе «Азия Цемент»:
|
Период |
Режим эксплуатации на заводе |
Режим работы системы |
Алгоритм смешивания муки в силосах |
|
июн. 2022 |
обследование процессов, анализ данных, поиск решений |
– |
теоретические расчеты, тестирование алгоритмов, программное моделирование |
|
авг. 2022 |
тестовая эксплуатация |
автоматический, кратковременные эксперименты |
расчет хим. состава по модулю Кн в режиме динамического изменения остатков муки в 3-х силосах (расчет качества муки с 2-х линий при попадании в один силос; |
|
сен. 2022 |
тестовая эксплуатация |
автоматический, кратковременные эксперименты |
скорректированный алгоритм расчета качества муки с 2-х линий при попадании в один силос |
|
окт. 2022 – настоящее время |
промышленная эксплуатация |
автоматический |
|
Новая подсистема имеет свои предопределенные настройки и настройки тэгов OPC. Предопределенные настройки в том числе отражают технические пределы и ограничения.
Пример настройки тэгов OPC
Все принятые решения в системе «Вивальди» (какое качество муки в силосах, в какой силос направлять муку для наполнения, из каких силосов в каких пропорциях скачивать муку) имеют подробную расшифровку расчетов с комментариями по логике.
Пример расшифровки рекомендации и расчета найденного решения
В интерфейсе «Вивальди» динамически отображаются все изменения: изменения хим. состава муки в силосах, изменения объема муки в силосах, изменения рекомендаций на наполнение и скачивание.
Таким образом, сырьевая мука с двух линий производства непрерывно попадает в один из трех силосов, и в то же время – непрерывно скачивается из одного или двух других. Когда в силосах качество муки различается, то она скачивается в таких пропорциях, чтобы получить улучшенную по хим. составу клинкерную муку, которая далее попадает в СОГ.
Теперь результат системы АЦТЕК и «Вивальди» можно оценивать по хим. составу клинкера и стабилизации его основных показателей качества: чем меньше диапазон колебаний, тем лучше.
В одной из следующих статей расскажу о цифровом помощнике насыпщика цемента в вагоны — новом программно-аппаратном комплексе на участке ж/д отгрузки.
А какие темы цифровой трансформации, автоматизации и роботизации интересны вам?
Добавить комментарий