автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Основы теории и практика создания автоматизированных систем аналитического контроля состава продуктов предприятий цветной металлургии

Введение.

Глава 1 Анализ современного состояния аналитического контроля на предприятиях цветной металлургии.

1.1 Структура анализируемых продуктов на предприятиях цветной металлургии.

1.2 Анализ методов аналитического контроля, используемых в отрасли

1.3 Анализ объемов и номенклатуры выполняемых анализов.

1.4 Анализ оснащенности аналитических лабораторий отрасли автоматическими анализаторами.

1.5 Автоматизированный аналитический контроль и организация управления на современных металлургических предприятиях.

Выводы к главе

Глава 2 Разработка системотехнических моделей оптимизации структуры и состава технических средств АСАК.

2.1 Основные задачи оптимизации АСАК.

2.2 Разработка методов расчета минимального числа контролируемых параметров и элементов.

2.3 Разработка принципов управления оптимальной дискретностью аналитического контроля.

2.4 Выбор и оптимизация средств отбора и подготовки проб к инструментальному анализу.

2.5 Оптимизация структуры автоматизированной системы аналитического контроля.

Выводы к главе 2.

Глава 3 Разработка информационно-управляющего вычисли-тельногокомплекса АСАК.

3.1 Общие принципы построения и основные задачи информационно управляющего вычислительного комплекса АСАК.

3.2 Анализ состава и структуры системы специального программного обеспечения АСАК.

3.3 Анализ состава и структуры системы информационного обеспечения АСАК.

3.4 Общие алгоритмы функционирования системы программного обеспечения АСАК.

3.4.1 Программный комплекс «Спектрометр».

3.4.2 Программный комплекс «Анализатор».

3.4.3 Программный комплекс «КВИ».

3.4.4 Программный комплекс «Пульт».

3.4.5 Программный комплекс «Информатор».

3.4.6 Программный комплекс «Обмен».

3.4.7 Программный комплекс «Прободоставка».

3.4.8 Программный комплекс «Пробоотбор»

3.4.9 Программный комплекс «Управление рентгеновским анализом»

Выводы к главе 3.

Глава 4. Исследования и разработка методов повышения эксплуатационной надежности АСАК.

4.1 Методы определения эксплуатационной надежности АСАК

4.2 Принципы выбора и обоснования видов и классификации отказов в АСАК.

4.2.1 Классификация отказов по причине возникновения.

4.2.2 Классификация отказов по отношению к показателям надежности

4.3 Разработка методов расчета показателей надежности действующих АСАК.

4.4 Расчет регламента профилактических работ и резервирования элементов АСАК.

4.5 Анализ характеристик надежности АСАК медеплавильного завода ДГМК.

4.5.1 Анализ общих характеристик надежности АСАК ДМЗ и её отдельных подсистем

4.5.2 Принципы комплексного расчета общей надежности АСАК

4.5.3 Моделирование и регламентация профилактических работ и резервирования элементов АСАК ДМЗ.

Выводы к главе 4.

Глава 5 Методы исследования экономической эффективности от внедрения АСАК.

5.1 Особенности определения экономического эффекта от внедрения АСАК.

5.2 Основные технико-экономические показатели, используемые при исследовании эффективности АСАК.

5.3 Основные факторы повышения эффективности производства в результате внедрения АСАК.

5.3.1 Расчет годового экономического эффекта.

5.3.2 Выбор показателей эффективности АСАК.

5.4 Критерии выбора и обоснования исходных данных для определения экономической эффективности АСАК.

Выводы к главе 5.

Глава 6 Опыт создания АСАК металлургических предприятий с непрерывно-периодическим технологическим циклом производства

6.1 Общие вопросы теории автоматизированных систем аналитического контроля (АСАК).

6.2 Классификация АСАК.

6.3 Общая организация работ по созданию АСАК.

6.4 Анализ функционирования АСАК крупнейших предприятий цветной металлургии.

6.5 Функциональная схема АСАК ДМЗ.

6.6 Структура и техническое оснащение аналитической подсистемы АСАК ДМЗ.

6.6.1 Разработка нового способа автоматического фотометрического контроля многокомпонентных растворов.

6.6.2 Разработка нового способа автоматического реверсивного титрования и автоматического титратора.

6.6.3 Разработка компьютеризированного автоматического вольт-амперометрического анализатора АЖЭ-ИМ.

6.7 Структура, состав технических средств и принципы оптимального взаимодействия устройств подсистемы транспортировки и отбора проб АСАК ДМЗ.

6.7.1 Разработка способа и конструкции комплекса аппаратуры автоматического отбора и доставки на анализ проб жидких продуктов гидрометаллургического производства.

6.7.2 Разработка алгоритма автоматического отбора, подготовки к отправке и скоростной доставки проб на анализ.

6.8 Структура, состав технических средств и основные задачи информационно-управляющей подсистемы АСАК ДМЗ.

6.9 Организация метрологического контроля и анализ функционирования АСАК ДМЗ.

Выводы к главе 6.

Актуальность проблемы. Цветная металлургия отличается разнообразием перерабатываемого сырья, используемых технологий, видов получаемой продукции и сбрасываемых в природную среду промышленных отходов. Сле-ствием этого является сложность получения своевременной и достоверной аналитической информации, которая используется при формировании управляющих воздействий на ход технологических процессов. С повышением комплексности использования сырья и освоением новых технологий резко увеличивается необходимое количество контролируемых продуктов и номенклатура определяемых в них компонентов.

Почти во всех отраслях цветной металлургии появились новые объекты, анализу которых стали уделять больше внимания. К ним относятся: различные пульпы и растворы, в которых определяются остаточные концентрации флотационных реагентов; сточные воды и отходящие газы, в которых анализируют более широкий круг элементов; руды и концентраты, в которых контролируют не извлекаемые ранее элементы, и т.д.

В связи с этим металлурги-технологи ставят перед аналитиками новые более сложные задачи, которые в основном сводятся к расширению количества анализируемых технологических продуктов и определяемых в них компонентов, повышению точности и быстродействия химического анализа, совершенствованию и созданию новых неразрушающих методов анализа, расширению работ по метрологическим аспектам аналитического контроля.

В последние годы аналитический контроль на предприятиях цветной металлургии развивается по следующим направлениям:

- создание и внедрение автоматизированных аналитических систем, входящих в автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) предприятий и ведущих непрерывный или дискретный аналитический контроль технологических процессов по двум - четырем элементам одновременно;

- значительным увеличением номенклатуры анализируемых продуктов (от сырья до готовой продукции) с одновременным расширением количества контролируемых в них элементов, количество которых в общей сумме может достигать до 40 - 50 элементов периодической системы Д.И.Менделеева.

В последнее время существенно повысилась экспрессность анализов за счет внедрения новейшей аналитической аппаратуры и создания на этой базе автоматизированных систем аналитического контроля (АСАК). Создание на предприятиях метрологических служб способствовало повышению достоверности получаемой аналитической информации.

На современном этапе развития науки и техники на первый план выдвигаются качественные показатели производства, а поэтому создание автоматизированных систем аналитического контроля требует комплексного, системного подхода к проблеме в целом, начиная от выбора точек контроля и создания устройств автоматического отбора представительных проб и кончая обработкой и выдачей потребителям необходимой им аналитической информации.

АСАК является совокупностью технических средств (аналитические приборы, средства отбора, транспортирования и подготовки проб к анализу, средства вычислительной техники и др.) и методического, метрологического, математического, информационного, программного и организационного обеспечения. Большое разнообразие производственных продуктов и типов технологического оборудования в цветной металлургии и, следовательно, весьма широкий диапазон требований, предъявляемых к АСАК различных переделов, и недостаточная номенклатура имеющихся технических средств (главным образом отбора и подготовки проб к анализу), не исключают участия в структуре АСАК человека.

Эффективное использование большого объема аналитической информации, получаемой в АСАК, а, следовательно, и полная реализация их технико-экономической эффективности возможны лишь в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП) и производствами

АСУП). Поэтому предполагается, что работы по созданию АСАК должны быть тесно увязаны с работами по созданию систем автоматизированного управления на этих же предприятиях, а сами эти системы должны функционировать в тесном интегрированном единстве.

Вопросам разработки теории и практики создания и внедрения автоматизированных систем контроля и управления на предприятиях цветной металлургии посвящены труды отечественных исследователей: Абрамова A.A., Ару-нянца Г.Г., Брегмана И.И., Верховского Б.И., Иванова В.А., Карпова Ю.А., Лисовского Д.И,, Машевского Г.А., Межевича А.Н., Мустафаева Г.А., Овчаренко, Е.Я., Раннева Г.Г., Реуцкого Ю.В., Рутковского A.JI., Салихова З.Г., Тихонова О.Н., Топчаева В.П., Тохтабаева Г.М., Хасцаева Б.Д., Цимехмана Л.Ш. и др.

Из работ зарубежных ученых наиболее известны исследования в этом направлении выполненные сотрудниками фирмы Оутокумпу Oy (Финляндия): Leppala А., Koskinen J., Leskinen Т. и Vanninen Р.

Однако, несмотря на определенные результаты, достигнутые в области теории и практики создания и эффективного использования АСАК, нерешенными остался ряд очень важных и первостепенных проблем. Указанные обстоятельства определили актуальность проведения исследований в области: развития теории и совершенствования методов создания АСАК; разработки современных высокопроизводительных и многофункциональных средств аналитического контроля и вспомогательного аналитического оборудования, адаптированных к совместной работе в составе АСАК; разработки критериев и методов оптимизации надежности АСАК в целом и её отдельных составных подсистем; разработки алгоритмов оптимального взаимодействия всех структурных элементов АСАК; синтеза научных подходов к исследованию экономической эффективности от внедрения АСАК и средств аналитического контроля.

Целью диссертационной работы является создание эффективно функционирующих АСАК в иерархической системе её взаимодействия с АСУ ТП и АСУП.

Идея работы заключается в том, что интенсификация технологических процессов с повышением комплексности использования сырья возможны только с помощью АСУ ТП и АСУП, для которых АСАК является одной из главных обеспечивающих систем. Предполагается, что внедрение АСАК должно обеспечить получение значительного технико-экономического и социального эффекта.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

1. Разработка с позиций системного подхода многоуровневых структур автоматизированных систем аналитического контроля (АСАК), функционирующих в реальном масштабе времени.

2. Разработка специальных технических средств, адаптированных для эффективного использования в АСАК.

3. Разработка специальных алгоритмических средств, обеспечивающих оптимальное, взаимосвязанное функционирование всех технических средств АСАК с учетом изменяющихся во времени технических требований к составу и объему аналитической информации со стороны АСУ ТП и АСУП и специального программного и информационного обеспечениия (СПИО) АСАК;

4. Разработка методов оптимизации создаваемых и действующих АСАК с учетом возможного развития этих систем на длительную перспективу;

5. Исследование и разработка методов повышения эксплуатационной надежности АСАК, действующих на предприятиях цветной металлургии в иерархической системе её взаимодействия с АСУ ТП и АСУП;

6. Разработка методов расчета экономической эффективности от внедрения АСАК и средств автоматического аналитического контроля на металлургических предприятиях с ухудшающимися техническими и экономическими показателями.

Методы исследования

В диссертационной работе на основе отечественного и зарубежного опыта создания и практического применения АСАК состава технологических продуктов промышленных предприятий использованы: экспериментально статистические методы оптимизации структуры и повышения эксплуатационной надежности АСАК; теория массового обслуживания; теория систем; теория множеств; экономико-математические методы исследований эффективности функционирования АСАК и средств автоматического аналитического контроля.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Новые способы оптимизации структурной организации создаваемых и действующих АСАК с учетом возможного развития этих систем на длительную перспективу.

2. Оригинальные методы автоматического аналитического контроля ионного состава жидких продуктов гидрометаллургического производства и специальные вспомогательные технические средства, адаптированные для использования в создаваемых и модернизируемых АСАК металлургических производств.

3. Машинно-ориентированные алгоритмы: взаимосвязанного оптимального управления комплексом технических средств отбора представительных проб на анализ и доставки их из цехов завода в экспресс лабораторию; проверки достоверности получаемой аналитической информации и выдачи её в вышестоящие АСУ.

4. Методология моделирования и экспериментально статистического исследования эксплуатационной надежности действующей АСАК, в том числе повышения её надежности путем регламентирования профилактических работ и структурной избыточности системы.

5. Методология исследования экономической эффективности от внедрения АСАК и средств автоматического аналитического контроля на предприятиях с ухудшающимися техническими и экономическими показателями.

6. Методология синтеза и модернизации АСАК для различных предприятий цветной металлургии с непрерывным или непрерывно-периодическим циклом производства, функционирующих в составе интегрированных АСУ в реальном масштабе времени.

Научная новизна работы:

1. Предложены методы оптимизации структурной организации создаваемых и действующих АСАК, в том числе:

- минимизации числа контролируемых технологических продуктов и определяемых в них элементов и соединений;

- адаптивного автоматического управления оптимальной дискретностью аналитического контроля в процессе эксплуатации АСАК;

- выбора и оптимизации состава средств отбора и подготовки проб к инструментальному анализу;

- выбора и оптимизации состава основного и вспомогательного оборудования для инструментального аналитического контроля.

2. Впервые определены функции, состав и структура всех видов обеспечения АСАК, ориентированных на функционирование в среде современных информационных технологий, что позволило:

- разработать универсальную структуру системы программного и информационного обеспечения (СПИО) АСАК металлургического предприятия;

- оптимизировать взаимодействие функциональных, информационных и обеспечивающих подсистем СПИО АСАК;

- обеспечить оптимальное управление устройствами автоматического отбора представительных проб и автоматизированной контейнерной пневматической доставки проб на анализ.

3. Впервые выполнены исследования надежности АСАК в целом и отдельных её подсистем по экспериментально-статистическим данным, полученным в процессе её эксплуатации за 7800 часов непрерывной работы, что позволило:

- разработать принципы классификации отказов элементов АСАК;

- осуществить расчет основных показателей надежности действующей АСАК, используя статистические данные об отказах элементов системы;

- рассчитать регламенты профилактических работ и резервирования элементов АСАК, обеспечивающих надежную работу системы.

4. Предложены новые оригинальные методы автоматического аналитического контроля, машинно-ориентированные алгоритмы и технические средства для АСАК металлургических предприятий, в том числе:

- новый способ автоматического фотометрического контроля многокомпонентных растворов, исключающий влияние сопутствующих элементов на точность измерения определяемого элемента, который использован в концен-тратомерах меди и никеля комплекса аппаратуры «Фотон-11», защищен авторским свидетельством на изобретение №221959 «Фотоколориметр» и награжден Золотой медалью ВДНХ СССР;

- новый способ автоматического реверсивного титрования, обеспечивающий минимальный постоянный расход титранта, который использован в устройстве для автоматического реверсивного титрования, защищен авторским свидетельством на изобретение №634203, и награжден Бронзовой медалью ВДНХ СССР;

- новый комплекс аппаратуры для автоматического отбора и доставки на анализ представительных проб жидких продуктов гидрометаллургического производства, защищенный двумя авторскими свидетельствами на изобретения №684375 и №1270618 и награжденный Серебряной медалью ВДНХ СССР;

- новые алгоритмы взаимосвязанного управления комплексом аппаратуры автоматического отбора представительных проб, автоматической подготовки отобранных проб к отправке на анализ, скоростной контейнерной пневматической доставки проб на анализ, автоматической разгрузки и очистки от остатков пробы транспортного контейнера, защищенные двумя авторскими свидетельствами на изобретения №1328727 и №1755097.

5. Предложены универсальные методы исследования экономической эффективности от внедрения АСАК и средств автоматического аналитического контроля на предприятиях с ухудшающимися техническими и экономическими показателями.

6. Предложена методология синтеза АСАК для предприятий цветной металлургии с непрерывным или непрерывно-периодическим циклом производства, функционирующих в составе интегрированных АСУ.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов диссертационной работы обеспечивается необходимым объемом теоретических и экспериментальных исследований; соответствием результатов расчетов данным промышленных экспериментов; апробацией полученных результатов при создании и внедрении АСАК на многих предприятиях цветной металлургии.

Практическая ценность работы:

1. Методология создания автоматизированных систем аналитического контроля (АСАК), разработанные методы, алгоритмы, пакеты программ по оптимизации и анализу экспериментальных данных в полном объеме реализованы при создании и внедрении АСАК на крупнейших металлургических предприятиях цветной металлургии. Разработанные методические материалы по созданию и вводу в эксплуатацию АСАК переданы Государственным проектным институтам цветной металлургии (Гипроцветмет, Казгипроцветмет, Арм-нипроцветмет, Кавказгипроцветмет, ВАМИ, Гипроникель, Механобр, Казмеха-нобр и др.) для использования в работах по созданию АСАК.

2. Целесообразность практического использования разработанных методов, алгоритмов и технических средств подтверждена опытом многолетней промышленной эксплуатации АСАК Джезказганского медеплавильного завода (АСАК ДМЗ), которая является центральным звеном многомашинного интегрированного комплекса АСУ, объединяющей все производства завода в единый автоматизированный технологический комплекс.

3. Оптимизация структуры и состава технических средств АСАК проведена для всех внедренных АСАК, что позволило: значительно сократить общее число контролируемых продуктов и анализируемых в них элементов и соединений, осуществить адаптивное автоматическое управление дискретностью контроля некоторых продуктов, оптимизировать состав технических средств инструментального аналитического контроля.

4. Разработанные и внедренные СПИО АСАК являются универсальными и широко используются в создаваемых и модернизируемых АСАК.

5. Внедрено в производство и выпускаются по заказам промышленных предприятий аналитические приборы и комплексы, а также вспомогательное аналитическое оборудование, гармонично интегрированное для использования в автоматизированных системах аналитического контроля. Эти устройства защищены семью авторскими свидетельствами на изобретения и награждены золотой, серебряной и бронзовой медалями ВДНХ СССР.

6. Показано, что регламентация профилактических работ и резервирование элементов АСАК обеспечивают надежную и эффективную работу АСАК.

7. Осуществлен выбор и обоснование технико-экономических показателей и исходных данных для определения экономической эффективности от внедрения и практического использования АСАК.

Реализация результатов работы.

Разработанные в диссертации методы, алгоритмы и пакеты программ использованы при создании и внедрении АСАК на: медных заводах Джезказганского, Алмалыкского, Балхашского, Алавердского и Норильского горнометаллургических комбинатов; Среднеуральском медеплавильном заводе; заводах «Электроцинк», «Укрцинк» и «Рязцветмет»; цинковых заводах Ленино-горского полиметаллического и Усть-Каменогорского свинцово-цинкового комбинатов; Чимкентском свинцовом заводе; Челябинском электролитном цинковом заводе и других предприятиях цветной металлургии.

Суммарный годовой экономический эффект от внедрения и практического использования АСАК на металлургических предприятиях составил более четырех миллионов рублей в ценах 1990 года (шести миллионов долларов США) или более ста шестидесяти миллионов рублей в современных ценах, что подтверждено актами внедрения и справкой, приведенными в диссертации.

Работа по созданию и внедрению АСАК ДМЗ в 1985 году награждена первой премией Всесоюзного конкурса на лучшую работу по новым системам и средствам автоматического контроля и управления технологическим процессом или агрегатом в цветной металлургии.

За создание и внедрение автоматизированной системы аналитического контроля состава продуктов медного завода Джезказганского ГМК имени К.И. Сатпаева автор настоящей работы удостоен звания Лауреат Государственной премии Казахской ССР в области науки и техники за 1986 год.

Апробация работы. Положения диссертационной работы доложены автором и обсуждены на научно-технических конференциях и совещаниях: Автоматизация производственных процессов на предприятиях цветной металлургии (Орджоникидзе, 1971 г.); Методы очистки промышленных сточных вод (Алма-Ата, 1971 г.); Автоматизация контроля и управления при обогащении и гидрометаллургии цветных металлов, (Ташкент, 1972-1978 г.г.); Прогрессивные методы экспресс анализа в цветной металлургии (Москва, 1973 г.); Состояние разработки и внедрения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) цветной металлургии (Москва, 1975 г.); Опыт разработки и использования типовых проектных решений при внедрении автоматизированных систем управления технологическими процессами и производствами на предприятиях МЦМ (Мончегорск, 1979 г.); Автоматизация анализа химического состава вещества (Москва, 1980 г.); Опыт создания и перспективы внедрения АСУ на предприятиях цветной металлургии с использованием вычислительной техники и экономико-математических методов (Москва, 1980г.); Развитие работ по созданию автоматизированных систем аналитического контроля в цветной металлургии (Москва, 1984 г.); Состояние автоматизации производственных процессов и перспективы её развития на предприятиях цветной металлургии (Москва, 1984 г.); Опыт разработки и внедрения АСУП, АСУТП, средств вычислительной техники и автоматизации на предприятиях цветной металлургии Урала АСУ ЦМ-86 (Свердловск, 1986 г.); Проблемы автоматизации медной отрасли (Свердловск, 1988 г.); Состояние и перспективы автоматизации производственных процессов цветной металлургии (Орджоникидзе, 1989 г.); Автоматизированный аналитический контроль в цветной металлургии (Москва, 1991 г.); Состояние и перспективы автоматизации в цветной металлургии (Москва, 1993 и 1995 г.г.); Новые модификации приборов и средств автоматизации для обогащения, металлургии и экологии (Москва, 1998, 2000 и 2002 г.г.); Экоаналитика 2000 (Краснодар, 2000 г.); Аналитические приборы (Санкт Петербург, 2002 и 2005 г.г.), а также на Международных семинарах по новым средствам и системам автоматизации в горно-обогатительном производстве, металлургии и экологии (Москва, 2001, 2003, 2005г.г.); IV конгрессе обогатителей стран СНГ (Москва, 2003 г.). Основные технические решения, разработанные в диссертации, защищены авторскими свидетельствами на изобретения №221959 (1968 г.), №548799 (1975 г.), №634203 (1977 г.), №684375 (1979 г.), №1270618 (1986 г.), №1328727 (1987 г.), №1755097 (1992 г.).

Личный вклад автора.

Работы по созданию и внедрению АСАК выполнялись по постановлению ЦК КПСС и СМ СССР № 60 от 23 января 1978 года «О мерах по дальнейшему развитию цветной металлургии в соответствии с решениями ХХУ съезда КПСС» и Приказа Минцветмета СССР № 272 от 16 июня 1978 года «О внедрении автоматизированных систем аналитического контроля состава производственных продуктов на предприятиях цветной металлургии» в рамках проблемы Государственного комитета по науке и технике 0.09.13 задания 04.02 и 04.03, номер государственной регистрации 77072387. Автор настоящей работы был назначен Главным конструктором АСАК медьзавода Джезказганского ГМК.

Под руководством диссертанта и при его непосредственном участии проведены теоретические и экспериментальные исследования по разработке новых способов оптимизации структурной организации, повышения надежности и методологии создания АСАК металлургических предприятий, а также разработаны новые аналитические методы и приборы, алгоритмы функционирования АСАК и всех её подсистем в нормальном и аварийных режимах работы, выполнен комплекс работ по созданию, проектированию, освоению и вводу в эксплуатацию АСАК ДМЗ. Значительный личный вклад внесен соискателем в разработку методов исследования экономической эффективности от внедрения АСАК и средств автоматического аналитического контроля.

Результаты выполненной работы защищены семью авторскими свидетельствами на изобретения, награждены золотой, серебряной и бронзовой медалями ВДНХ СССР, первой премией Всесоюзного конкурса и Государственной премией Казахской ССР в области науки и техники.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 89 работ, в том числе: книги, выпущенные отдельными изданиями - 7, авторские свидетельства на изобретения - 7, статьи в ведущих рецензируемых журналах и изданиях, рекомендованных ВАК -11.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка из 237 наименований, 13 приложений на 46 страницах и содержит 274 страницы основного машинописного текста, в т.ч. 46 рисунков и 18 таблиц.

Выводы к главе 6

1. Разработана система классификации различных по структуре АСАК, основанная на анализе совокупности основных аналитических, информационных и управляющих функций.

2. Разработаны методические материалы по выполнению всех стадий и этапов работ по созданию и вводу в промышленную эксплуатацию автоматизированных систем аналитического контроля состава продуктов для любого промышленного предприятия (преимущественно цветной металлургии) с непрерывным или непрерывно-периодическим технологическим циклом производства.

3. Разработанные методические материалы по созданию и внедрению АСАК переданы Государственным проектным институтам цветной металлургии (Гипроцветмет, Казгипроцветмет, Армнипроцветмет, Кавказгипроцветмет,

ВАМИ, Гипроникель, Механобр, Казмеханобр и др.) для использования этих материалов в своей работе.

4. Данные методические материалы полностью реализованы и проверены при создании и вводе в промышленную эксплуатацию автоматизированной системы аналитического контроля состава продуктов на: медных заводах Джезказганского, Алмалыкского, Алавердского и Норильского горно-металлургических комбинатов; Среднеуральском медеплавильном заводе; заводах «Электроцинк», «Укрцинк» и «Рязцветмет»; цинковых заводах Лениногорского полиметаллического комбината и Усть-Каменогорского свинцово-цинкового комбината; Чимкентском свинцовом заводе; Челябинском электролитном цинковом заводе и других предприятий цветной металлургии.

5. Переход к оптимальному автоматизированному управлению технологическими процессами и производством может быть решен только на основе создания автоматизированных систем аналитического контроля (АСАК), обеспечивающих своевременное выполнение и выдачу результатов анализа производственных продуктов. Автоматизированное проведение полного цикла анализа от отбора представительных проб до выдачи обработанного результата анализа облегчает труд аналитиков и изменяет его характер.

6. Наиболее узким местом в процессе создания АСАК является отсутствие необходимых автоматических пробоотборников и устройств для автоматической подготовки проб к инструментальному анализу, стыкуемых с установками доставки проб на анализ и представляющих единый законченный комплекс. Поэтому разработка этих устройств является на сегодняшний день одной из важнейших задач при создании АСАК металлургического производства.

7. Инструментальные методы экспрессного анализа, обладая большими возможностями в определении большинства элементов и соединений, требуют, однако, разработки методик анализа на каждом конкретном предприятии для каждого конкретного продукта и каждого определяемого в нем элемента или его соединения, а также регулярной периодической метрологической проверки полученных результатов анализа с помощью использования эталонных проб. Поэтому необходимо постоянно совершенствовать методическое и метрологическое обеспечение инструментального анализа.

8. Согласно действующим ГОСТам и ведомственным инструкциям некоторые анализы (товарные, балансовые и т.п.) должны осуществляться только химическими методами. Так как точность современного инструментального экспрессного анализа не хуже нормативной точности химических методов, то принципиально возможно проведение этих анализов в АСАК, для чего необходима разработка и утверждение в установленном порядке соответствующих нормативных документов.

9. Применение управляющей вычислительной техники расширяет возможности АСАК, обеспечивая переход к комплексной автоматизации всего процесса аналитического контроля. Для выполнения информационно-управляющих функций в АСАК целесообразно использовать самостоятельную ЭВМ, что позволяет создать гибкую систему управления аналитическим комплексом с типовым специальным программным и информационным обеспечением (СПИО), не зависящем от состава и номенклатуры используемых технических средств АСАК.

10. Состав технических средств АСАК, их размещение, организация функционирования, внутренняя структура подразделений АСАК, штатное расписание и расстановка эксплуатационного персонала зависят от конкретных условий данного объекта и экономической целесообразности.

11. Полное использование всех возможностей АСАК может быть реализовано лишь в автоматизированных системах управления. Поэтому целесообразна концентрация работ по созданию АСАК и комплекса АСУ на одних и тех же предприятиях, как это выполнено на Джезказганском медном заводе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В диссертации на основании выполненных автором исследований решена крупная, имеющая важное хозяйственное значение, научная проблема, связанная с созданием эффективно функционирующих АСАК состава производственных продуктов предприятий цветной металлургии в иерархической структуре её взаимодействия с АСУ ТП и АСУП.

В работе получены следующие результаты:

1. Обеспечено оптимальное функционирование сложных иерархических многоуровневых, взаимосвязанных автоматизированных систем аналитического контроля, участвующих в управлении металлургическим предприятием. Определена роль и место АСАК в структурном единстве этих систем. Реализованы различные режимы функционирования АСАК в зависимости, как от конкретных требований самого технологического процесса, так и от изменяющихся требований автоматизированных систем управления данными технологическими процессами.

2. Разработаны новые методы оптимизации АСАК (минимизации числа контролируемых параметров и элементов при заданном уровне неопределенности; управления оптимальной дискретностью аналитического контроля), адаптированные как для стационарных, так и для нестационарных технологических процессов; оптимизации структуры технических средств АСАК путем построения модульных систем, которые могут быть использованы при разработке любого класса АСАК.

3. Предложены методы повышения надежности функционирования АСАК путем регламентации профилактического обслуживания и введения в систему структурной избыточности. Показано, что каждый из этих методов оказывает обратное влияние на вариацию времени безотказной работы, причем это влияние направлено в сторону снижения эффективности применяемого метода. Каждый из рассматриваемых методов, «исчерпывая» себя, одновременно улучшает условия для эффективного применения другого метода. Поэтому наилучших результатов можно достичь при совместном применении обоих методов.

Рассчитанные путем статистической обработки отказов элементов АСАК, полученных за 7800 часов непрерывной работы системы, показатели общей надежности АСАК подтверждают достоверность предложенного подхода.

4. Разработано специальное программное и информационное обеспечение автоматизированных систем аналитического контроля (АСАК) предприятий цветной металлургии, которое обладает достаточной гибкостью и универсальностью, является открытым для дальнейшего расширения функций системы и постоянного совершенствования любой отдельно взятой функции в соответствии с особенностями конкретного производства.

Рассмотренные в работе принципы построения специального программного и информационного обеспечения АСАК металлургического производства являются достаточно универсальными и могут быть использованы при создании и внедрении АСАК на любом предприятии.

5. Предложенные программно-алгоритмические продукты, обеспечивающие оптимальное совместное взаимодействие подсистем АСАК, позволяют улучшить или сохранить на достигнутом уровне главных характеристик любой АСАК (время задержки выдачи результата анализа, полнота аналитической информации, надежность и достоверность полученной и переданной для использования аналитической информации). Показана возможность улучшения информационного обеспечения действующих на данном предприятии автоматизированных систем управления за счет получения дополнительной аналитической информации.

6. Показано, что использование в аналитической технике измерительных вычислительных комплексов (ИВК) значительно расширяет технические возможности аналитической аппаратуры и позволяет обеспечить: автоматизированную обработку аналитической информации в режиме реального времени, динамическое изменение программным путем алгоритмов её обработки, гибкую (программную) перестройку самой структуры АСАК. Данное направление работ является наиболее перспективным при создании АСАК.

7. Разработанные новые оригинальные методы автоматического аналитического контроля, алгоритмы и технические средства использованы во внедренных АСАК металлургического производства, защищены семью авторскими свидетельствами на изобретения, награждены золотой, серебряной и бронзовой медалями ВДНХ СССР и получили высокую оценку научно-технической общественности отрасли (первая премия во Всесоюзном конкурсе и Государственная премия Казахской ССР в области науки и техники).

8. Широко используются на предприятиях цветной металлургии разработанные методы исследования экономической эффективности от внедрения АСАК на всех стадиях создания АСАК и внедрения средств автоматического аналитического контроля.

Внедрение и широкое использование автоматизированного аналитического контроля на металлургических предприятиях цветной металлургии обеспечили получение значительного экономического эффекта, учтенного в себестоимости продукции. Создано и внедрено более десяти крупных АСАК на различных металлургических предприятиях цветной металлургии, в результате практического использования которых получен экономический эффект в сумме более ста шестидесяти миллионов рублей.

9. Широко используются практически всеми проектными и научно-исследовательскими институтами цветной металлургии разработанные методические материалы по созданию и внедрению АСАК.

1. Карпов Ю.А., Гильберт Э.Н. Аналитический контроль в цветной металлургии. Журнал Всесоюзного химического общества им. Д.И.Менделеева. -1980 Т.ХХУ. - № 6 - С. 669 - 673.

2. Кузнецов В.И., Фиштейн М.А., Росбаш К.Я. Приборы для определения цветных металлов в рудах и продуктах их переработки ядернофизическими методами. В сб. «Ядернофизические методы анализа вещества». М. Атомиздат, 1971,427 с.

3. Кохов Е.Д., Лавреньтьев Ю.Д., Мамиконян C.B. Абсорбционные рент-генорадиометрические приборы технологического контроля состава вещества. «Изотопы в СССР», 1974, № 38, С. 10-18.

4. Рожавский Г.С., Кушникова В.Г., Мещанинова В.И., Овечникова К.И., Глазунов Л.А. Использование радиоизотопного метода контроля во флотационном процессе. «Изв. ВУЗ Цветная Металлургия», 1974 г., № 6, С. 11-13.

5. Радиометрия и ядерная геофизика. М, Недра, 1974 г., 304 с.

6. Неделько Н.И., Хмаро B.B*., Плис В.И., Жуков Е.Я., Варновский Б.И. Автоматические концентратомеры для непрерывного измерения концентрации ионов меди в растворах медеэлектролитного производства // Известия ВУЗ Цветная металлургия, 1969. №6, С.148-152.

7. Примечание: 03.04.2002 г. автор работы поменял фамилию Хмаро на Хмара.

8. Хмаро В.В., Варновский Б.И., Плис В.И., Неделько Н.И. Автоматический спектрофотометрический анализ ионного состава жидкой фазы флотационных пульп // Сборник «Автоматизация производственных процессов цветной металлургии». Изд. «Ир», 1971. С. 197-205.

9. Варновский Б.И., Неделько Н.И., Хмаро В.В. Автоматический спектрофотометрический анализ ионного состава промышленных растворов и пульп в цветной металлургии и обогащении //М.: «Цветметинформация», 1970. С.12-14.

10. Хмаро В.В., Боровков Г.А., Бондаренко A.B., Титекли Б.М. Автоматический компьютеризированный вольтамперометрический анализатор АЖЭ11М // Сб. трудов Первой Всероссийской конференции «Аналитические приборы». НИИХимии, СПб ГУ. 2002. С. 246,247

11. Боровков Г.А., Хмаро В.В. Автоматический аналитический контроль гидрометаллургических переделов цинкового производства // Сб. трудов Первой Всероссийской конференции «Аналитические приборы». НИИХимии, СПб ГУ. 2002. С.308, 309.

12. Боровков Г.А., Хмаро В.В., Щербич О.В. Автоматический вольтам-перометрический контроль ионов меди (II) в технологических растворах электролитического рафинирования никеля // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. № 2. 2003. Том 69. С. 25 28.

13. Шаевич А.Б. и др. О принципах рационального аналитического контроля в промышленности. Заводская лаборатория. 1963 г., № 8.

14. Лисовский Д.И., Забелин В.Л. Об автоматизации анализа растворов в гидрометаллургии цинка. Цветные металлы. 1964 г. № 11.

15. Раннев Г.Г. и др. Автоматический контроль в гидрометаллургии цветных металлов. Бюлл. Цветная металлургия. 1971 г., № 12.

16. Барышников И.Ф. Состояние аналитического контроля на предприятиях цветной металлургии и направления его совершенствования. Цветные металлы., 1974 г., № 12.

17. Энерглин У., Брилли Л. Аналитическая хамия. Пер. с англ. Л. Недра,1975 г.

18. Автоматические методы анализа. Hasty R. A. Automated methods of analysis. "Chemsa", 1975, 1, №5, (англ).

19. Русинов Л.А. Автоматизация аналитических систем определения состава и качества веществ. Л.: Химия, 1984. 160 с.

20. Хмаро В.В. «Изучение условий автоматического контроля концентрации ксантогената в жидкой фазе флотационных пульп». Кандидатская диссертация. Москва. ИОТТ. 1971 г.

21. Духанин Ю.И., Швиденко A.A., Хмаро В.В., Плис В.И. Исследование влияния остаточной концентрации ксантогената на процесс флотации // Труды Северо-Кавказского горно-металлургического института. Выпуск XXY111 Орджоникидзе. 1970. - С. 52, 53.

22. Хмаро В.В., Ковальчук Л.Д., Родичев А.Г., Барский Л.А. Изучение возможности измерения концентрации ионов кальция во флотационных пульпах с помощью ионоселективных электродов // Известия ВУЗ. Цветная металлургия. 1977. №5. С. 26-28.

23. Жуков Е.Я., Плис В.И., Хмаро В.В. «Повышение точности непрерывного спектрофотометрического измерения концентрации ксантогената в фильтратах пульп обогатительных фабрик». Обогащение руд. 1973 г. № 3. С. 28 -33.

24. Хмаро В.В., Жуков Е.Я. Способы повышения точности спектрофотометрического измерения концентрации ксантогената в пульпе // Цветная ме-тал-лургия. 1973. № 13. С. 16 19.

25. Жуков Е.Я., Хмаро В.В. Изучение условий применения спектрофо-тометрических концентратомеров ксантогената в жидкой фазе рудных пульп // Сб. «Контроль ионного состава рудной пульпы при флотации». Изд. «Наука». 1974. М. С. 71-76.

26. Плеханов Ю.В., Хмаро В.В., Леков Э.А. Автоматизированная система аналитического контроля (АСАК) шахтных и рудничных стоков // Мат. Все-союз. сем. «Автоматизированный аналитический контроль в цветной металлургии». М. 1991. С. 24-26.

27. Хмаро В.В., Плеханов Ю.В., Леков Э.А. Автоматизация очистки шахтных и рудничных вод путь улучшения экологической обстановки // Цветная металлургия. 1991. № 3. С. 47,48.

28. Жуковецкий О.В., Хмаро В.В., Леков Э.А., Неделько Н.И., Щербич О.В. Опыт создания и внедрения автоматических анализаторов состава технологических растворов, оборотных и сточных вод промышленных предприятий // Цветные металлы. 1995. №12. С. 66 69.

29. Плеханов Ю.В., Хмаро В.В., Кулаев А.Т., Семидалов О.Ю. Система автоматического контроля и регулирования очистки шахтных стоков // Мат. Всесоюз. сем. «Состояние и перспективы автоматизации в цветной металлургии». М. 1995. С. 20,21.

30. Плеханов Ю.В., Хмаро В.В., Кулаев А.Т., Семидалов О.Ю. Схема автоматического контроля и регулирования очистки шахтных стоков // Цветные металлы. 1996. № 1. С. 76 78.

31. Воропанова Л.А., Хмаро В.В., Рубановская С.Г. Автоматический спектрофотометрический метод контроля хрома в сточных водах // Химическая промышленность. М. 1997. № 11 С. 40 42.

32. Плеханов Ю.В., Хмаро В.В. Автоматизированная система аналитического контроля (АСАК) шахтных и рудничных стоков // Сб. трудов Первой

33. Всероссийской конференции «Аналитические приборы», НИИХимии, СПб ГУ. 2002. С.315, 316.

34. Назарян М.М., Есаулов С.М. Погружной фотометрический датчик для контроля состава промышленных сточных вод. Хим. Промышленность, 1985 г. №6. С. 379,380.

35. Гофман Г.М., Воронков И.И. Первичная обработка информации о технологических параметрах процесса обжига в системе централизованного контроля и управления. В кн.: Автоматизация производства. М. Стройиздат. 1971 г. С. 95 - 103.

36. Вишняков И.А., Хмаро В.В., Ковальчук Л.Д., Крунчак В.Г., Родичев А.Г. Способ определения содержания серусодержащих минералов меди // Авторское свидетельство № 548799. Изобретения, промышленные образцы, товарные знаки, 1977 г, № 8, С. 137.

37. Лейфер Л.А. Количество измерительной информации, поступающее от исследуемого объекта в измерительную систему. Измерительная техника. , 1968 г., № 11, С. 10.

38. Новицкий В.П. Основы информационной теории измерительных устройств. «Энергия», Ленинградское отделение, 1968 г.

39. Ясин Е.Г. К проблеме измерения количества, содержательности и ценности информации. В кн.: Экономическая семиотика, М, Наука, 1970 г. С. 46.