Методические основы построения систем оперативного управления нефтеперерабатывающим производством

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методические основы построения систем оперативного управления нефтеперерабатывающим производством

Гурко А.В.

В статье рассматриваются вопросы разработки системы оперативного управления нефтеперерабатывающего предприятия с использованием имитационной модели. Предложена структура системы оперативного управления и её задачи.

The article's primary idea is to develop system of operative control for oil refineries, using simulation model. The structure of system of operative control with its task set has been proposed.

Современная система оперативного управления, ориентированная на нефтеперерабатывающий завод, предназначена для выполнения основных функций, которыми являются выполнение плановых заданий, улучшение основных технико-экономических показателей работы производства.

Система оперативного управления представляет собой определенным образом организованную совокупность структурных элементов, взаимодействие которых позволяет решать задачи оперативного управления.

Система оперативного управления характеризуется распределенностью её объектов в структуре производства и объемом информации, который необходимо переработать; видом управляющих воздействий, временными параметрами, определяющими время формирования отчетных документов и управляющих воздействий, уровнем вмешательства человека в процесс принятия решения, критериями оценки её эффективности и рядом других факторов, определяемых конкретным производством.

Разрабатываемая система оперативного управления охватывает основные производственные процессы, например, такие, как первичная переработка нефти, гидроочистка керосиновых, дизельных фракций, риформинг бензиновых фракций, компаундирование товарных продуктов и др.

Оперативное управление такими процессами в рамках аналогичных традиционных систем затруднено из-за необходимости решения различного типа задач управления на современном производстве, обработки большого объема информации. При решении вышеуказанных задач важны имеющийся опыт работы управленческого персонала, а также методы, рассматриваемые в рамках современных информационных технологий.

В связи с этим для успешного решения поставленной задачи предлагается система оперативного управления с использованием имитационной модели, позволяющей в автоматизированном режиме формировать необходимое управление вышеперечисленными процессами.

При этом имитационная модель должна позволять выполнять такие функции, как контроль выполнения плана производства, выработка управлений, минимизирующих отклонения основных показателей от заданных значений, оптимизация режимов работы с целью улучшения основных технико-экономических показателей работы производства и др.

Создание системы оперативного управления требует разработки её структуры, которая обеспечивала бы в рамках постановки задачи функциональную полноту, надёжность, достоверность и своевременность получаемых решений и в то же время гибкость, при необходимости её перенастройки на различные режимы работы предприятия.

Основными задачами оперативного управления, решаемыми с помощью разрабатываемой системы, являются: контроль выполнения плановых заданий, определение нагрузок работы основного оборудования, выбор оптимальных режимов работы установок с целью выполнения плановых заданий, нахождение наилучшего режима работы производства при заданном критерии оптимизации (например, прибыль предприятия).

Исходя из сформулированной выше задачи, разработана структура системы оперативного управления нефтеперерабатывающим производством, представленная на рис.1.

Рисунок 1 - Система оперативного управления производством с использованием имитационной модели

Ядро представленной системы оперативного управления - управляющая программа, компонентами которой являются блоки поиска решения, включающего имитационную модель, контроля и интерфейса пользователя.

Блок контроля является распределенной подсистемой управляющей программы. Состоит из двух частей: клиента и серверной части. Клиент встроен в управляющую программу. Серверная часть представляет собой объекты баз данных (например, хранимые процедуры), выполняемые на СУБД. Через связь 1 осуществляется взаимодействие между частями блока контроля, передаются команды, возвращаются данные.

Блок контроля выполняет с заданной периодичностью сопоставление показателей работы производства с плановыми. При выявлении отклонений показателей работы производства от плановых, с блока контроля на блок поиска решения передается команда по связи 2 - отыскать компенсирующее управление.

Построение блока контроля в виде распределенной системы обусловлено тем, что все необходимые данные для сопоставления плановых показателей с фактическими уже находятся в таблицах баз данных, поэтому нет смысла передавать данные в управляющую программу, теряя при этом время и увеличивая сетевой трафик.

Блок поиска решения отыскивает управления, минимизирующие отклонения показателей работы производства от плановых, или в случае если не существуют искомых управлений, предложить вариант управления, оптимизирующий работу производства в соответствии с заданным критерием оптимизации (например, прибыль предприятия). Блок поиска решения активизируется блоком контроля или пользователем, работающим с программой. Блок поиска решения проигрывает имитационную модель в процессе поиска управлений.

Предварительно перед проигрыванием имитационной модели, автоматически выполняется настройка модели на производство. Каждый элемент модели выполняет свою идентификацию, т.е. настраивается на объект производства, с которым он ассоциирован, на схеме связи 4. Дополнительная информация, которая является общей для всего производства (доступный запас сырья, график ремонтов, нормативные технологические показатели установок и т.п.) передается в блок поиска решения по связи 5.

Результаты решения через интерфейс пользователя передаются по связи 6 на объекты производства, по связи 7 руководителю производства, в производственно-диспетчерскую службу по связи 8.

Интерфейс пользователя предоставляет возможность управления программой и в том числе воздействовать на имитационную модель и средства получения результатов работы программы, которыми являются отчеты о выявленных отклонениях показателей работы производства от плановых и рекомендации по компенсации отклонений.

Результатом действий по оперативному управлению производством является различная совокупность решений, в зависимости от конкретного производства, представляемых:

в виде непосредственных воздействий на исполнительные механизмы единиц оборудования, например, включение, останов установок, изменение структуры связей установок и емкостей;

в качестве заданий на управляющие системы отдельных установок, например, средние значения нагрузок или режимов работы установок;

в виде рекомендации операторам установок, например, варианты работы установок.

В случае отклонения от плана руководители производства выявляют причины возмущений и анализируют решения, предлагаемые имитационной моделью: соглашаются с ними или предлагают своё решение.

Важный элемент структуры системы оперативного управления - система управления базами данных (СУБД), которая является промежуточным звеном, обеспечивающим взаимосвязь между объектами производства контролируемыми системой и управляющей программой. Выделим потоки данных предприятия, используемые системой, поступающие с объектов производства, различных подразделений и служб сохраняющихся в таблицах баз данных. Это, прежде всего, оперативная информация, поступающая с объектов производства, характеризующая режимы работы объектов и их технологические характеристики, на текущий момент времени (связь 7). Информация, поступающая из планового отдела, - это данные о плане производства и контролируемых плановых показателях работы производства (связь 1). Вспомогательные службы передают данные о графике ремонтов оборудования (связь 10). Отметим, что информация о технологических нормативах работы установок производства и диапазонах возможного изменения запасов в емкостях является постоянной, хранится в таблицах баз данных и также используется при проигрывании имитационной модели.

Плановый отдел - подразделение предприятия, которое разрабатывает оперативные планы (рассматривается только в связи с системой оперативного управления) в срок месяц и менее. Данный отдел при составлении плана учитывает информацию, предоставляемую вспомогательными службами (связь 15). Разработанный план передается для исполнения в виде конкретных заданий производственным службам (связи 14, 13), руководителю производства (связь 12) и сохраняется в таблицах баз данных (связь 10).

К вспомогательным службам относятся отделы главного механика, энергетика, контрольные производственные лаборатории и т.п. Они предоставляют информацию о ремонтах, качестве сырья, выпускаемой продукции и др. (связь 11). Данные службы также взаимодействуют с другими подразделениями (см. связи 15, 19).

Производственно-диспетчерская служба координирует работу всех подразделений предприятия, передаёт инструкции по принятию оперативных решений.

Руководитель производства - ответственное лицо, принимающее решение по работе основного оборудования и изменения его нагрузок. На действующем предприятии данным лицом может быть главный инженер, заместитель директора по производству, начальник производства. Данный руководитель может взаимодействовать с управляющей программой по связи 7 и взаимодействовать с объектами производства (связь 17).

Объекты производства - это основные цеха, отдельные технологические установки, участвующие в производстве основной продукции. Информация о текущем состоянии производственных объектах передается в таблицы баз данных по связи 9 и направляется в производственно-диспетчерскую службу (связь 18), где ежесуточно формируется сводка хода выполнения плана, которая направляется руководству (связь 16) и во все заинтересованные службы и инстанции.

Имитационная модель является основной частью системы оперативного управления, в связи с чем кратко изложим некоторые аспекты её построения.

Имитационная система строится по иерархическому принципу, что позволяет выгодно скрывать детали реализации элементов нижних уровней, формализовать взаимодействие между элементами, позволить естественным образом описать объекты производства, которые также можно рассматривать как иерархические структуры и представить в компактном виде описание модели производства. оперативное управление имитационная модель

Элемент модели может представлять собой производственный цех, процесс, технологическую установку, агрегат, теплообменник и т.д.

Элемент модели описывается уравнениями, ограничениями, переменными, характеризующими работу моделируемого объекта.

Любой элемент модели для взаимодействия с окружающими его элементами имеет таблицу импортируемых параметров, таблицу входов, таблицу выходов и список вложенных элементов.

Таблица импортируемых параметров - содержит идентификаторы параметров, значения которых используются в правилах функционирования, значения параметров могут быть заданы, однако главным образом значения данных параметров должны импортироваться из источников внешних данных, выполняя настройку элемента модели на объект производства. Таким образом, решается задача идентификации элемента.

Таблица входов содержит идентификаторы переменных объявленные в правилах функционирования и используемых, как точки входа со стороны внешних элементов или расположенных на одном иерархическом уровне.

Таблица выходов аналогична таблице входов, но содержит идентификаторы переменных точек выхода.

Список вложенных элементов содержит элементы следующего уровня, что и позволяет построить иерархическую структуру.

Каждый элемент может взаимодействовать с другими посредством входных и выходных переменных, это определяет связи между ними.

Элементы могут видеть входы и выходы друг друга, находясь в одном списке вложенных элементов и использовать эти переменные в своих правилах функционирования, также каждый элемент имеет доступ к переменным входов и выходов элементов, находящихся в его списке, доступ к элементам на следующий уровень запрещен.

Литература

1. Сотников В.В., Гурко А.В., Лисицын Н.В. Имитационное моделирование в оперативном управлении нефтеперерабатывающим предприятием. // Математические методы в технике и технологиях. XVII международная научная конференция, том 10, Кострома, изд. КГТУ, 2004. - С. 9-11.

2. Ицкович Э.Л., Соркин Л.Р. Оперативное управление непрерывным производством: задачи, методы, модели / - М.: Наука, 1988. - 160 с.

3. Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование. Классика CS. 3-е изд. - СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2004. - 847 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru