Автоматизированные системы управления

10. Автоматизированные системы управления технологическими процессами на горных предприятиях

10.1. Принцип функционирования АСУ

          Под автоматизацией управления понимается замена физическо­го и умственного труда человека, затрачиваемого на управление работой технических средств.

          Автоматизация управления предприятием может осуществ­ляться двумя методами. Первый метод заключается в раз­делении всей совокупности проблем управления предприятием на обособленные задачи, которые изучаются и решаются от­дельно, не будучи связанными со смежными задачами. Решения, найденные для других задач, при этом во внимание не прини­маются.

Задачи могут решаться в определенной логической последо­вательности или параллельно, в зависимости от существующих ограничений экономического, технического или организационно­го характера. Достоинства метода заключаются прежде всего в том, что автоматизация управления по отдельным задачам не вызывает необходимости глубокого изменения структур в си­стеме управления. Задачи управления зачастую и выбираются так, чтобы их автоматизация не затрагивала общей структуры существующих подразделений предприятия.

Метод позволяет подразделить совокупность процедур управ­ления предприятием на такое число задач, которое ограничива­ется только условием достижения наилучшего результата. По­этому выделяются и решаются в первую очередь те задачи и в таком объеме, чтобы их решение было связано с получением прямых положительных результатов.

Такие ограничения в количестве и объеме автоматизируемых задач управления неизбежно повышают эффективность автома­тизации. Преимущества метода проявляются и в самой органи­зации решения задач автоматизации управления. Каждая за­дача решается одним коллективом разработчиков, который спе­циализирован на задачах (или на одной задаче) такого типа. Отпадает необходимость работ по увязке многочисленных задач управления в единую систему. Существуют возможности оценки затрат на разрабатываемую задачу, в частности, затрат машин­ного времени, что позволяет точно определять расходы на ее решение.

С помощью этого метода разработчики могут тесно сотруд­ничать с теми подразделениями предприятия, которые наиболее заинтересованы в автоматизации решения конкретных задач, что повышает качество и эффективность разработки.

Основной недостаток метод – трудность сопряжения разра­ботанных в отдельности задач, обеспечения взаимного обмена и координации при их эксплуатации. Большие трудности связаны с расширением задач, функционирующих изолированно друг от друга. Приходится существенно перерабатывать информа­ционное и математическое обеспечение. В большинстве слу­чаев речь идет практически о новом решении уже рассчитанной задачи.

Рекомендуемые материалы

Недостаток метода проявляется также в слабом влиянии на совершенствование структуры управления предприятием. Авто­матизация управления предприятием обычно создает благопри­ятные возможности для модернизации самой структуры управ­ления и сопровождается ее существенной перестройкой. Эти возможности в данном случае практически не реализуются.

Решение отдельных задач управления предприятием связано с использованием в разных задачах одной и той же информа­ции в различных сочетаниях исходных показателей. Это приво­дит к появлению избыточных массивов данных, равно как и процедур их обработки.

Из приведенной характеристики метода можно сделать вы­вод, что его использование не позволяет обеспечить системное решение проблемы автоматизации управления предприятием как единым технологическим, организационным и экономическим механизмом и это является главным недостатком метода.

Второй метод – системный – заключается в автомати­зации системы управления предприятием, т. е. управления по принципу системного подхода. Потоки данных всех видов, ис­пользуемых в управлении, образуют сложную информационную систему. Для автоматизации ее функционирования необходимо:

а) дать описание информационной системы предприятия (от­расли);

б) разделить систему на информационные подсистемы;

в) разработать автоматизированные информационные подси­стемы с учетом их взаимосвязей;

г) создать автоматизированную систему управления путем соединения отдельных информационных подсистем.

Здесь важна совместимость информационных подсистем, ко­торая достигается путем создания некоторых общих массивов информации и обеспечения обмена информацией между раз­личными подсистемами.

Автоматизация управления по системному методу обеспечи­вает интеграцию управления предприятием. Это всегда приво­дит к необходимости значительного изменения существующей структуры управления предприятием, так как применяются не­которые общие для всех подразделений массивы информации и однократная регистрация данных, используемых различными подразделениями.

К недостаткам метода относятся:

большая трудоемкость и длительность создания автоматизи­рованной системы управления;

необходимость изменения сложившейся структуры управле­ния предприятием даже в том случае, если существующая структура достаточно эффективна;

высокая стоимость автоматизированной системы управления и трудность точного определения экономического эффекта.

Таким образом, автоматизация управления по системному методу приводит к созданию автоматизированных систем управ­ления.

Автоматизированная система управления – человеко-машин­ная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обра­ботку информации, необходимой для организации управления в различных сферах человеческой деятельности.

В этом определении отражены две особенности, отличающие АСУ от САУ (системы автоматического управления). Первая заключается в том, что АСУ – человеко-машинная система. Здесь человек принимает основные решения, а ЭВМ отбирает и устраняет избыточную информацию, а также облегчает дове­дение принятых решений до исполнителя. Вторая особенность состоит в том, что в АСУ осуществляются автоматизированный сбор, обработка и хранение больших объемов информации. По­скольку информация и методы ее обработки в различных сфе­рах деятельности человека характеризуются весьма широким спектром, в АСУ для обработки информации применяют универ­сальные ЭВМ, ориентированные на широкий класс задач и име­ющие развитую систему команд, многоуровневую внешнюю па­мять большого объема, систему разнообразных внешних уст­ройств для ввода и отображения информации.

Важным отличием АСУ от САУ является время реакции на поступающие сообщения, которое может исчисляться часами, сутками и более продолжительными периодами, т. е. система работает в режиме времени, отстающем от реального.

          В рамках САУ роль человека сводится к контролю процес­са управления и корректировке автоматически вырабатываемых решений в сложных ситуациях.

Автоматизированные системы управления классифицируются по ряду признаков.

По уровню управления.

          Общегосударственная автоматизированная система сбора и обработки информации (ОГАС) предназначена для сбора и об­работки информации и решения задач управления на уровне об­щегосударственных органов.

Отраслевая автоматизированная система управления (ОАСУ) решает задачи управления на уровне отраслевых министерств и ведомств, а территориальная АСУ—на административно-терри­ториальном уровне (республики, края, области, района, го­рода) .

АСУ производственным объединением (АСУ ПО) служит для решения задач управления производственным объединени­ем, а АСУ предприятия (АСУП)—для решения задач управле­ния предприятием и объединением.

Перечисленные АСУ функционируют как автономно, так и в составе АСУ более высокого уровня.

По характеру объекта управления.

Автоматизированная система организационного управления (АСОУ) служит для управления всеми видами хозяйственной деятельности людей. Подобные системы называют также эконо­мико-организационными АСУ, поскольку управление хозяйствен­ной деятельностью осуществляется экономическими и организа­ционными методами.

Различают автоматизированные системы, управления техно­логическими процессами (АСУТП) и интегрированные АСУ (ИАСУ), предназначенные для управления хозяйственной дея­тельностью и технологическими процессами.

По роли человека в процессе управления.

Информационные АСУ обеспечивают сбор, обработку, хране­ние и выдачу информации о различных аспектах хозяйственной деятельности.

Советующие АСУ наряду с выполнением функций информа­ционных АСУ подготавливают возможные варианты решений задач управления и выдают справки по запросу.

Управляющие АСУ предназначены для оперативного управ­ления производством и технологическими процессами, когда тре­буется высокая частота выдачи управляющих воздействий. В этих системах формируются управляющие воздействия и роль человека сводится к принятию наиболее важных решений, а так­же к контролю процесса управления.

По функциональному назначению выделяются автоматизированные системы, предназначенные для решения родственных, однородных функциональных задач управления. Таких систем достаточно много, наиболее типичные из них: АСУ планированием, АСУ материально-техническим снабжением, АСУ качеством продукции, АСУ финансовой деятельности, АСУ транспортом.

10.2. Общая характеристика ОГАС, ОАСУ, АСУП, АСУТП

Общегосударственная автоматизированная система сбора и обработки информации представляет собой информационно-вы­числительную систему, увязывающую на единой методологической, информационной, организационной и технической основе отраслевые, ведомственные и республиканские АСУ для реше­ния задач планирования и управления народным хозяйством. Она включает следующие функциональные системы:

автоматизированную систему плановых расчетов (АСПР);

автоматизированную систему государственной статистики(АС ГС);

автоматизированную систему финансовых расчетов (АСФР);

автоматизированную систему управления наукой и техникой (АСУНТ);                           

автоматизированную систему управления материально-техни­ческим снабжением (АСУМТС);

автоматизированную систему труда и заработной платы (АСТЗ);

автоматизированную систему управления строительством (АСУС);

автоматизированную систему обработки информации по це­нам (АСОИЦ);

автоматизированную информационно-управляющую систему стандартизации (АИУС);

отраслевые автоматизированные системы управления мини­стерств и ведомств (ОАСУ).

Структура ОГАС отражает особенности отраслевого и тер­риториального принципов управления, характерных для народ­ного хозяйства страны.

Цель ОАСУ — организация управления предприятиями отрасли административными и эко­номико-математическими методами.

Отраслевая система управления осуществляет вычислитель­ную и логическую обработку поступающей от предприятий ин­формации и своевременно обеспечивает работников отраслевого аппарата управления информацией, необходимой для принятия решений по увеличению выпуска продукции и улучшению ее ка­чества.

Функциональная структура ОАСУ отражает функциональную и организационную структуры системы управления отраслью. Общим для всех ОАСУ являются экономические принципы на­родного хозяйства: полный хозрасчет, использование нормати­вов длительного действия, совершенствование планирования и управления, наилучшее использование ресурсов, экономическая эффективность производства.

Первичным звеном ОАСУ является АСУП — комплексная система управления производственно-хозяйственной деятельностью предприятия и объединения экономико-математическими методами с использованием ЭВМ. На ее основе реализуется си­стемный подход к управлению предприятием (объединением), достигается высокий уровень интеграции основных видов его деятельности и, как следствие, повышаются технический и орга­низационный уровни производства.

Основные задачи АСУП сводятся к сбору, обработке и ана­лизу информации о деятельности предприятия (объединения). Обработанная информация в необходимом объеме представля­ется потребителям, т. е. руководству предприятия (директору, заместителям директора), руководителям централизованных подразделений (начальникам отделов), руководителям линей­ных подразделений (начальникам участков, цехов, служб).

В составе АСУП различают организационный, функциональ­ный, эксплуатационный персоналы, ЭВМ и производственную систему.

10.3. Принципы создания и функционирования АСУ

Автоматизация управления — это качественно новый уровень ре­шения всех задач управления, переход к которому возможен и эффективен при соблюдении ряда принципов, определившихся практикой создания и эксплуатации АСУ.

Принцип комплексного (системного) подхода заключается в том, что любая АСУ, представляющая собой совокупность боль­шого числа взаимодействующих элементов, должна рассматри­ваться с позиций системного анализа как самого объекта, так и системы управления им.

Системный подход, как правило, предполагает изменения, причем существенные, в организационной структуре органов управления, формах документов, видах контроля и ответствен­ности на различных уровнях выработки и принятия решений.

Системность подхода к созданию АСУ проявляется в выде­лении функциональных и обеспечивающих подсистем, каждая из которых, в свою очередь, является сложной системой.

Весьма важная составная часть системного подхода—орга­низация единой информационной подсистемы, которая создается во взаимосвязи с другими подсистемами и должна быть с ними совместима. Это означает, что создаются некоторые общие ин­формационные массивы, используемые всеми подсистемами. Обновление общих массивов осуществляется только частью под­систем, а не всеми. Наконец, должен быть обеспечен обмен дан­ными между подсистемами посредством использования некото­рых связных массивов.

Системный подход проявляется также в формировании тех­нических средств АСУ. Здесь основные положения сводятся к соответствию структуры технических средств структуре и усло­виям функционирования управляемого объекта, совместимости технических средств с учетом развития системы и расширения её возможностей, к высокому уровню надежности функциониро­вания АСУ, проявляющемуся, в частности, в том, что существен­ное снижение надежности отдельных составных элементов тех­нических средств не приводит к заметному изменению надежно­сти функционирования всей системы.

При создании математического и программного обеспечения АСУ системный подход означает, что предполагается возмож­ность применения программ во взаимодействии с другими про­граммами в различных системах алгоритмов. При этом исполь­зуется иерархическая структура с несколькими уровнями груп­пирования и подчиненности программ.

          Системный метод заключается также в типизации систем и подсистем управления в целях использования типовых или ба­зовых решений при создании новых АСУ. Для систем управле­ния предприятиями уровень типовых задач достигает 50%, а ис­пользование типовых решений позволяет сократить затраты и сроки на создание АСУ.

Принцип новых задач заключается в том, что АСУ создают­ся для решения не столько существовавших ранее, сколько но­вых задач как по содержанию, так и по методам их решения. Такие задачи не могут быть решены без использования вычис­лительной техники. В основном они включают задачи оптимиза­ции (планирования, использования ресурсов, принятия решений и др.), массового обслуживания, имитационные задачи, задачи поиска и проектирования. Принцип новых задач не исключает решений в достаточно большом объеме тех задач, которые ре­шались и ранее в управлении производством, например, задач бухгалтерского и финансового учета, материально-технического снабжения, контроля. Однако наибольшая эффективность АСУ достигается именно в применении новых методов решений за­дач более высокого класса. Весьма часто использование таких решений фактически сводит к новым традиционные задачи управления производством.

Принцип первого руководителя определяется как условие обязательного участия руководителя и всего аппарата управле­ния предприятием в создании АСУ. Практикой управления пред­приятиями, организациями, коллективами людей выработано множество приемов и методов принятия решений. Опыт руко­водителей представляет собой не просто набор интуитивных удачных решений, но результат весьма глубокого анализа функ­ционирования предприятия часто при ограниченном информа­ционном материале. Методы принятия решений опытным руко­водителем невозможно просто заменить системой автоматизи­рованной обработки и анализа большого объема информации и формальным нахождением наилучшего решения, поскольку са­мо определение конечной цели и эффективности функционирова­ния всех звеньев системы предприятия является часто творче­ской задачей, не поддающейся строгой формализации. Участие руководителя в разработке АСУ предопределяет возможности правильного сочетания выработанных практикой методов анали­за ситуаций и принятия решений с современными экономико-математическими методами, реализуемыми с помощью ЭВМ. Назначение АСУ, таким образом, заключается не в замене творческого опыта и потенциала руководителя, а в существен­ном расширении его возможностей анализировать большее ко­личество информации и вариантов возможных решений.

Рациональное распределение функций между человеком и ЭВМ, между уровнями и узлами системы приводит к построе­нию рациональной структуры системы. При этом функции управления и соответствующие информационные потоки распре­деляются таким образом, что на низших уровнях управления решается наибольшее число задач локального характера, а на более высоких уровнях—задачи, имеющие общий, стратегиче­ский характер. Такое распределение функций упрощает пробле­мы обеспечения «живучести» системы, замены отдельных уст­ройств другими того же или более высокого уровня.

В соответствии с принципом непрерывного развития системы, эволюции АСУ планируется заранее, в процессе разработки при определении очередности ввода в действие функциональных под­систем. Развитие АСУ заключается в постепенном добавлении новых функций в соответствии с намеченным планом. При раз­работке и вводе в эксплуатацию первых очередей системы сле­дует тщательно продумывать их сопряжение с задачами после­дующих очередей.

Если под общей целью управления понимать достижение опти­мального значения критерия экономической эффективности функционирования предприятия, объединения, отрасли, то оче­видно, что достижение такой сложной по совокупности решае­мых задач цели возможно путем разложения задач управления на задачи меньшей размерности и децентрализованного решения каждой задачи.

Такое разделение АСУ на менее сложные части называется декомпозицией системы управления, которая сама по себе пред­ставляет сложную задачу.

Основной проблемой декомпозиции системы управления яв­ляется принцип разделения. Система делится на подсистемы, под которыми понимают совокупность элементов, объединенных процессом функционирования для достижения цели, поставлен­ной перед системой в целом.

10.4. Технологические процессы горного производства как объекты управления

Важнейшей особенностью горного производства является его естественная, природная база. Разработка месторождений полез­ных ископаемых, их добыча всегда требовали использования совокупности многих технических приемов, которые прошли многовековой путь развития от горного искусства до современ­ной технологии горного производства.

Природная, база каждого месторождения характеризуется совокупностью признаков, называемых горно-геологическими условиями. Эти условия определяют специфику горной техноло­гии и, поскольку они изменяются в очень широком диапазоне, существует большое многообразие типов горнотехнологических процессов.

Таким образом, при разработке месторождения имеют дело с вероятностным характером горно-геологических факторов, и это обстоятельство определяет вероятностный характер проте­кания всего производственного процесса добычи полезного иско­паемого, включая горнотехнологические процессы.

Другая существенная особенность горнотехнологических про­цессов — пространственный характер горных работ, обусловлен­ный тем, что в рамках одного предприятия экономически целе­сообразно вести горные работы на нескольких пластах, рудных жилах, горизонтах, крыльях шахтного поля. Пространственность горных работ связана с необходимостью своевременной подго­товки очистных забоев и одновременным ведением очистных, подготовительных и горно-капитальных работ.

Горные работы ведутся в пространстве, имеющем сотни мет­ров по вертикали и километры в горизонтальной плоскости. В этом пространстве функционируют сотни выработок различ­ного назначения, общая протяженность которых составляет десятки и сотни километров. На этом пространстве действуют разные технические и технологические системы и объекты.

Основные производственные зоны на подземных предприя­тиях — очистные и подготовительные забои, рассредоточенные в пространстве и соединяющиеся между собой и с поверхностью системой подземных горных выработок, представляющей собой уникальную инженерную систему, в которой осуществляется интенсивный производственный процесс добычи полезного иско­паемого.

Важным отличительным фактором технологических процес­сов является непрерывность перемещения горных работ, опреде­ляющая в каждый момент времени неповторяющееся состояние производственной ситуации. Необходимость перемещения очист­ных и подготовительных забоев, вывода из эксплуатации старых и введения новых выработок предопределяет высокий уровень динамики производства во времени, повышает вероятностный характер многочисленных производственных параметров вследст­вие изменения не только геологических, но и технологических факторов.

Динамика технологических процессов обусловливает наличие переменного фронта работ. Основные технологические процессы развиваются в очистных и подготовительных забоях, переме­щающихся в пространстве со скоростями, как правило, до не­скольких метров в сутки. Перемещение фронта работ зачастую означает существенное изменение условий горных работ, а также требует наращивания основных и вспомогательных магистра­лей (энергетических, транспортных, воздушных, связи и т. п.), перемонтажа оборудования. Это нарушает технологическую непрерывность процессов и вносит постоянные помехи в функ­ционирование отдельных систем.

Необходимость ведения горных работ при минимальных объемах выработок является серьезным ограничением для функ­ционирования горной техники и обеспечения требуемых условий безопасности. Это ограничение лишь частично снимается при проведении выработок по крепким рудам, когда обеспечиваются условия для эксплуатации крупногабаритной мощной горной техники. В большинстве же случаев сжатие рабочего простран­ства снижает манёвренность горных работ, ограничивает эффек­тивность и надёжность технологических процессов.

Опасность горных условий оказывает существенное воздейст­вие на характер и параметры горнотехнологических процессов, а также на организацию горных работ. Это влияние сказывает­ся на большом количестве различных ограничений на приемы, методы, способы, технику и организацию ведения горных работ, которые в совокупности формируются в действующих Правилах безопасности.

Сложность горного производства — основная причина относи­тельно меньшего уровня механизации и автоматизации горно-технологических процессов. В настоящее время нет полностью автоматизированных технологических процессов; автоматизиро­ваны отдельные технические системы и звенья, например, шахт­ный подъем, конвейерный транспорт, вентиляция подготовитель­ной выработки.

Динамика технологического процесса определяется рядом временных признаков. С точки зрения последовательности раз­личают параллельное, последовательное и смешанное выполне­ние технологических операций. По длительности основных опе­раций они делятся на короткие и длинные, по длительности про­изводственного цикла — на операции с коротким, средним и длинными циклами. Важной характеристикой технологического процесса является перемещение составляющих производствен­ного процесса—предметов и средств труда. По этому признаку выделяются три варианта:

перемещение предметов труда, когда средства труда нахо­дятся в одном месте, а перемещается сам объект труда (напри­мер, детали и узлы при обработке и сборке);

перемещение средств труда, когда сам объект труда непод­вижен, а перемещаются средства труда (например, подъемный кран относительно строящегося здания, угольный комбайн отно­сительно пласта);

перемещение предметов труда и средств труда (например, электровозный транспорт полезного ископаемого).

Горнотехнологические процессы классифицируются по ряду признаков:

по характеру протекания в пространстве—общешахтные (общекарьерные), участковые, локальные;

по характеру протекания процесса во времени — непрерыв­ные и смешанные;

по отношению к добываемому полезному ископаемому — ос­новные, обеспечивающие, вспомогательные и обслуживающие.

          Основные процессы непосредственно связаны с добычей, выдачей и обработкой ископаемого.

Обратите внимание на лекцию "Диагностика опухолей сердца".

          Обеспечивающие процессы сами по себе с Действиями над продуктом труда (углем, рудой) непосредственно не связаны, их назначение — обеспечивать функционирование основных про­цессов. К обеспечивающим относятся процессы поддержания выработок, закладки выработанного пространства, снабжения электроэнергией, сжатым воздухом и водой, процессы вентиля­ции, дегазации и пылеподавления.

Вспомогательные процессы выполняются на предприятии для изготовления инструмента, мелкого оборудования, ремонта выра­боток, машин, механизмов, зданий и сооружений.

Обслуживающие процессы направлены на осуществление контроля основных и обеспечивающих процессов, обслуживание административно-хозяйственного комплекса предприятия.

Общешахтные — это такие горнотехнологические процессы, которые выполняются одновременно во всех (или в основных) выработках.

Для общешахтных процессов характерны: наличие развет­вленной сети, в которой они протекают, централизованного меха­низма снабжения (подстанция, главный вентилятор, компрес­сор) и соответственно возможности централизованного управ­ления процессом, а также иерархическая структура процесса, возможность расчленения процесса по нескольким составным частям и уровням управления, высокий уровень механизации процесса, высокая надежность.

Этими обстоятельствами объясняется, почему именно обще­шахтные процессы являются основными объектами для созда­ния АСУТП. Здесь имеются большие возможности автоматиза­ции управления и достижения высокой эффективности функцио­нирования АСУТП.