Производство бетона - сложный, многостадийный процесс, в котором одновременно участвуют несколько подразделений завода. От того, насколько четко и слаженно работает каждое подразделение, зависит конечный результат: производство бетонов и растворов заданного качества в требуемом количестве и в запланированное время. Точность и оперативность исполнения заданий по приготовлению и отгрузке бетона напрямую влияют на экономические показатели работы предприятия. Согласованная работа всех производственных участков, ускорение обслуживания клиентов, оперативный учет результатов отгрузки, ужесточение контроля над технологической дисциплиной - решение всех этих задач достигается только при комплексной автоматизации всех фаз производства.

В настоящей статье рассмотрены концепция и основные результаты создания интегрированной автоматизированной системы приготовления бетона в ЗАО УКБХ (Бурейская ГЭС). Система охватывает следующие участки: диспетчерская отгрузки (включает два Автоматизированных Рабочих Места - АРМа Диспетчера), отгрузочные терминалы (четыре секции, каждая секция контролируется и управляется АРМом Оператора), лабораторный пост (АРМ Лаборатории), автовесы (АРМ Оператора автовесов), сервер под управлением операционной системы Windows 2000 Server, на котором хранится база данных БД под управлением InterBase 6.0. Все АРМы связаны с сервером сетью Ethernet. В качестве архитектуры системы используется технология "клиент-сервер".

Концепция системы

В начале смены диспетчерская служба получает заявки от заказчиков на отпуск бетона. На основании этих заявок диспетчерами формируется сменное расписание отгрузок, где по каждой заявке содержится информация о наименовании заказчика, наименовании продукции, заявленном объеме, заявленной интенсивности отгрузки, пункте доставки, нормативном времени рейса, расстоянии до объекта. Также диспетчера рассчитывают количество автомобилей, необходимых для обеспечения этих заявок, и заказывает их в автотранспортных предприятиях (АТП). Прибывшие автомобили прикрепляются к конкретным заявкам. Для каждого водителя открывается путевой лист и распечатывается сменное задание с указанием возимой продукции и пункта разгрузки. Если в течение смены появляются новые заявки, они оперативно вносятся диспетчерами в расписание отгрузок.

Водители, прошедшие оформление, становятся под отгрузочные терминалы. Операторы отгрузочных терминалов ставят подъехавшие машины под загрузку. Для этого им необходимо указать лишь номер машины и номер бетоносмесителя. Всю остальную информацию (класс продукции, рецептуру, отгружаемый объем и т.д.) АРМ Оператора берет из общей БД и начинает погрузку в автоматическом режиме. По окончании отгрузки данные об отгруженной машине отправляются в архив отгрузок.

На основании этих данных в АРМах диспетчеров формируется информация о фактическом отпуске бетона. В сменном расписании выводятся данные о почасовом отпуске продукции, рассчитывается фактическая интенсивность отгрузки, пересчитываются отгруженный объем и остаток для каждой заявки. Также формируются данные по интенсивности использования автотранспорта с почасовым указанием перевезенного объема и количества ходок по каждому автомобилю. Диспетчер оценивает полученную информацию и заблаговременно принимает решение о переводе автомобилей с заказа на заказ, на перевозку прочих грузов (карьер, сортировка), либо отправке автомашины в парк.

Система, ориентируясь на значения нормативного времени рейса, фиксирует простои каждого автомобиля (если таковые имели место). Диспетчер имеет возможность ввести причины простоя для каждого автомобиля.

Помимо информации об отпуске бетона диспетчер вводит данные о работе автомобилей на перевозке прочих грузов (наименование перевозимых грузов, пункты погрузки и разгрузки, количество сделанных ходок, вес груза в одной ходке и т.д.).

Вся информация о простоях автомобиля, степени использования его грузоподъемности, расстояниях, на которые перевозил продукцию автомобиль используется затем в автоматическом расчете стоимости использования автомобиля, которая оплачивается заводом автопредприятиям-владельцам автомашины.

Помимо автоматического формирования различной отчетной информации о работе автомобилей в системе имеется возможность расчета стоимость работы прочих механизмов (бульдозеры, экскаваторы и. т п. ). Ввод информации о работе этих механизмов осуществляется диспетчером вручную в конце каждой смены, затем на основании введенных данных и справочных данных системы рассчитывается стоимость работы этих механизмов за смену.

Параллельно с АРМами Диспетчеров и Операторов функционирует АРМ Лаборатории. Его задачи - своевременная корректировка рецептур в соответствии с влажностью дозировочных компонентов и наличием смежных фракций (эти рецептуры используются АРМами Операторов при отгрузках автомобилей), создание новых продукций, анализ качества приготавливаемой смеси и точности дозирования компонентов.

Поступление на завод цемента учитывается с помощью АРМа Автовесов. Оператор автовесов вводит информацию о прибывшем цементовозе (№ машины, № накладной, вес по накладной, марка цемента и т.д.), после чего производит первое взвешивание. Взвешивание происходит в автоматическом режиме, АРМ фиксирует вес груженой машины. После разгрузки цементовоз взвешивается повторно. Автоматически фиксируется реальный вес тары, вес привезенного цемента, данные по взвешиванию заносятся в архив поступлений цемента.

К концу смены диспетчерская служба имеет подробную информацию о работе всех подразделений завода, использовании автотранспорта, количестве перевезенного бетона и прочих грузов, поступившего цемента, расхода материалов и т.д. На основании собранных данных формируются отчеты о работе различных подразделений завода.

Перед отправкой в парк каждому водителю закрывается путевой лист и распечатывается товарно-транспортная накладная (ТТН). ТТН формируется автоматически и содержит всю необходимую информацию: данные об АТП, № машины, ФИО водителя, количество рейсов по каждому заказу, который обслуживал автомобиль, перечень рейсов с точным временем погрузки, информация о простоях с указанием причин простоев, расчет тонно-километров для каждого заказа и т.п.

Автоматизация процессов диспетчеризации,контроля и приготовления бетонной смеси

В данном разделе более подробно рассмотрены функции составных частей автоматизированной системы производства и отпуска бетона.

Диспетчерская служба

Включает 2 Автоматизированных Рабочих Места - АРМа Диспетчера и выполняет следующие основные функции:

1. Формирование заказов на приготовление растворов и бетонов.
2. Составление сменных расписаний отгрузок.
3. Оформление документов (оформление товарно-транспортных накладных, путевых листов).
4. Оперативное отслеживание отгрузки продукции заказчикам, оценка выполнения графика отгрузки каждого заказчика, анализ интенсивности использования автотранспорта, задействованного на вывозе продукции, анализ простоев автомобилей.
5. Выработка решений о переводе автомашин на обслуживание других заказчиков или перевозку прочих грузов (в карьеры, на сортировку и т.п.) на основании анализа графиков отгрузки бетона заказчикам и интенсивности использования автотранспорта.
6. Формирование и печать отчетной документации на основании данных, собираемых технологическим комплексом:

• • сводный сменный отчет о работе завода (содержит обобщенные данные о работе завода за смену: почасовая выработка бетона, объем произведенного бетона за смену, от начала декады, от начала месяца, );

• • отчет об отгрузках;
  • отчет о расходе материалов по отгрузкам;
  • отчет о поступлениях цемента;
  • отчет о поступлении прочих грузов;
  • отчет об интенсивности подачи бетона по заказчикам;
  • отчет об интенсивности использования автотранспорта;
  • отчет о суммарном расходе материалов;
  • отчет о закрытых путевых листах;
  • отчет о простоях автотранспорта;
  • печать товарно-транспортных накладных.
  • отчет о работе прочих механизмов

• • расчеты таксировок по работе каждой машины и технологического механизма (данный отчет выполняется не каждую смену, а лишь в конце отчетных периодов)

Отгрузочные терминалы

Состоят из четырех секций, каждая секция контролируется и управляется АРМом Оператора.

Секция №1 содержит 4 бетоносмесителя, обслуживаемые одним дозблоком (10 дозаторов) и поворотной воронкой. АРМ Оператора данной секции обеспечивает одновременную отгрузку в автоматическом режиме сразу четырех автомобилей. Аналогично устроена секция №2.

Секции №3 и №4 являются заводами СБ-145 и содержат по одному бетоносмесителю и дозблоку на 4 дозатора.

Отгрузочный терминал представляет собой автоматизированный технологический комплекс, включающий следующее оборудование:

1. весовое оборудование: тензометрические весы на каждый дозатор (включают в себя от одного до четырех тензодатчиков, а также тензометрический преобразователь - прибор, преобразующий сигналы от тензодатчиков в значение веса);
2. дозировочное оборудование: устройства загрузки и выгрузки материала из дозаторов, управляемые контроллером (затворы, клапаны под управлением пневмоприводов);
3. управляющий контроллер, реализующий алгоритм автоматического приготовления бетонной смеси заданного объема и состава, осуществляющий контроль над работой оборудования, датчиками обратной связи, связью с тензометрическими преобразователями, формирующий оперативные и диагностические сообщения о неисправностях оборудования и состоянии технологического процесса;
4. АРМ оператора, получающий от контроллера данные о состоянии процесса, диагностические сообщения, отображающий на мнемосхеме процесс приготовления бетона, фиксирующий в БД информацию о неисправностях в работе оборудования, осуществляющий интерфейс между оператором и системой (ввод директив, просмотр таблиц, архивов и т.п.).

АРМ оператора выполняет следующие основные функции:

1. Ввод заявок на отгрузку автомобилей.
2. Постановка автомобилей под загрузку.
3. Приготовление бетона заданного объема и состава в автоматическом режиме.
4. Контроль над процессом автоматического дозирования. Оператор имеет возможность выдавать следующие директивы. При этом системой проверяется корректность той или иной команды. Команды, недопустимые в текущей технологической ситуации, игнорируются.
   • Стоп. Останов смесителя.
   • Снять/установить А/М. Устанавливается или сбрасывается признак "Автомобиль под течкой". Данная команда доступна, если смеситель выполняет отгрузку. Если признак "Автомобиль под течкой" не установлен, высвечивается меню "Установить А/М ". Если признак установлен, выдается меню "Снять А/М".
   • Продлить перемешивание. Останавливается счетчик времени перемешивания и ожидается ввод команды для завершения перемешивания.
   • Прервать перемешивание. Незамедлительно начинается выгрузка материала из смесителя. Продлить выгрузку. Останавливается счетчик времени выгрузки материала и ожидается ввод команды для завершения выгрузки.
   • Прервать выгрузку. Выгрузка прерывается, смеситель возвращается в исходное положение и готов для новой загрузки.
   • Приостановить. Закрываются все затворы на бункерах и дозаторах, ожидается команда для продолжения работы ("Снять приостанов").
   • Снять приостанов. Возобновляется работа, прерванная командой "Приостановить".
   • Прервать отгрузку. Закрываются все открытые затворы, сбрасывается задание, установленное данному миксеру.
5. Формирование диагностических сообщений о неисправностях в работе технологического оборудования, отказах связи с управляющим контроллером, тензопреобразователями.
6. Фиксация в архиве действий оператора.
7. Формирование данных о произведенных отгрузках, расходе материалов, точности дозирования.

Лаборатория

АРМы лаборанотов выполняют следующие функции:

1. Работа с продукциями и их рецептурами (создание новых наименований продукции, редактирование рецептур продукций, ввод и редакция проектных составов по каждой продукции).
2. Расчет рецептур продукций на основании проектных составов в зависимости от влажности дозировочных компонентов и наличия в них смежных фракций.
3. Расчет обеспеченности точности дозирования каждого компонента (оценка точности дозирования при приготовлении бетона для каждого отгрузочного терминала).
4. Формирование архива единичных проб.
5. Расчет обеспеченности плотности произведенной бетонной смеси на основании архива единичных проб.

Автовесы

Автоматизированная система управления весовым хозяйством призвана решать задачу контроля поступающего на предприятие сырья, а также других ввозимых и вывозимых грузов. Рабочее место оператора весового хозяйства выполняет следующие функции

1. Двухстадийное автоматизированное взвешивание цементовозов.
2. Занесение результатов взвешиваний в архив поступлений цемента.
3. Двухстадийное автоматизированное взвешивание прочих грузов (входящих и исходящих).
4. Занесение результатов взвешиваний в архив взвешивания прочих грузов.

В состав оборудования весового комплекса входят:

1. весовое оборудование: тензометрические весы (включают в себя четыре тензодатчика, а также тензометрический преобразователь - прибор, преобразующий сигналы от тензодатчиков в значение веса);
2. АРМ автовесов, реализующий алгоритм автоматического взвешивания, получающий от тензометрического преобразователя данные о весе объекта, отображающий непосредственно процесс взвешивания, фиксирующий в БД информацию о взвешенных грузах, неисправностях в работе оборудования, осуществляющий интерфейс между оператором и системой (ввод директив, просмотр таблиц, архивов).

Комплекс технических средств

Рабочие места АРМов реализованы на базе IBM-совместимых компьютеров под управлением операционной системы Windows NT, Windows 2000 Professional, Windows XP. Сервер работает под управлением операционной системы Windows 2000 Server.

Внедрение нескольких автоматизированных рабочих мест (АРМов), постоянно взаимодействующих между собой, накладывает определенные требования к архитектуре этих приложений и аппаратному обеспечению, обеспечивающему это взаимодействие. Большие объемы информации, собираемые и обрабатываемые этими АРМами, предъявляют к рабочим станциям и сети повышенные требования с точки зрения производительности компьютеров и пропускной способности сети. Кроме того, при работе нескольких АРМов с одной и той же информацией предъявляются достаточно жесткие требования в плане обеспечения параллельной работы этих АРМов. Для удовлетворения этих требований применена архитектура "клиент-сервер". Данная архитектура подразумевает наличие общей базы данных (БД), установленной на одном из компьютеров (сервере), что позволяет снизить требования к вычислительной мощности компьютеров других рабочих станций (АРМов), так как достаточно большая часть работы осуществляется на сервере. Клиенты базы данных (АРМы) путем SQL-запросов получают необходимые данные из БД или заносят их туда. За счет этого снижается объем информации, передаваемой по сети, так как клиент получает только те данные, которые он запросил, и вся работа по их отбору осуществляется сервером базы данных. Так как данные всеми АРМами берутся из одного источника, имеет место полная их синхронизация для всех автоматизированных рабочих мест. Это повышает качество работы комплекса в целом и позволяет оперативно вносить и реагировать на любые изменения в технологическом процессе.

В качестве сервера базы данных используется Interbase SQL Server версии 6.0.

Компьютеры сервера, АРМов Диспетчеров, Операторов секций №1, 2, Лаборатории объединены в технологическую сеть Ethernet при помощи кабелей типа витой пары. Удаленные АРМы: Операторов секций №3, 4 (расстояние до сервера около 700м), Автовесов (расстояние до сервера около 1500м) интегрированы в сеть при помощи xDSL-модемов, использующих для передачи данных стандартную телефонную пару.

Опыт внедрения системы

Опыт эксплуатации показал высокую эффективность системы - срок окупаемости не превышает полугода эксплуатации.

Ниже рассмотрены основные источники экономической эффективности внедрения системы:

• Повышается технологическая дисциплина.

  • Работа каждой транспортной единицы находится под постоянным контролем диспетчерской службы.
  • Все фазы отгрузки находятся под контролем АРМов Оператора и любое нарушение регистрируется в архиве. Факты отгрузки бетона в ручном режиме становятся предметом скрупулезного разбирательства.
  • Взвешивание цемнтовозов и прочих грузов происходит в автоматическом режиме, что исключает возможность приписок и хищений цемента.
• Сокращается время пребывания автомашин под погрузкой.
• Повышается качество приготавливаемой бетонной смеси.
• Использование автоматического дозирования позволяет не допускать перегрузов, что приводит к существенной экономии дозировочных компонентов (цемента, песка, щебня, добавок).
• Облегчается труд персонала:

  • Оператор отгрузки только контролирует процесс загрузки, что позволяет ему более адекватно оценивать ситуацию и в случае надобности оперативно вмешиваться в технологический процесс.
  • Весовщик освобождается от рутинной работы по заполнению журнала взвешиваний - это делает АРМ Автовесов в процессе взвешивания.
  • Диспетчеры и начальник цеха получают объективные данные для анализа работы подчиненных, оборудования, всех заводских подразделений.
  • Представители Лаборатории получили в руки мощный инструмент расчета и корректировки рецептур, получения статистических данных о качестве бетонной смеси и точности дозирования компонентов, оформления этих данных в виде отчетов и графиков.
• Увеличивается срок службы оборудования за счет:

  • существенного сокращения числа нарушений технологии работы с весами и дозирующими устройствами;
  • оперативной диагностики нештатных ситуаций и неисправностей оборудования;
  • блокировки отгрузки на неисправном технологическом оборудовании.
• Уменьшается вероятность конфликтных ситуаций с заказчиками бетона. Сохранение данных обо всех отгрузках упрощает разбор конфликтных ситуаций с клиентами и руководством автотранспортных предприятий.
• Получаемая обширная информация о работе завода позволяет руководству, плановому, техническому отделам предприятия выявлять слабые места в работе подразделений, вырабатывать тактику и стратегию дальнейшего развития на многие месяцы вперед.

Справка: Закрытое акционерное общество Управление карьеро-бетонного хозяйства образовано 21 июня 2001 года. ЗАО УКБХ - это современный комплекс, способный производить высококачественный гидротехнический бетон всех марок, который включает в себя бетоносмесительное производство, асфальто-бетонный завод, участок механизации и автомобильного транспорта, карьеры песчаной и песчано-гравийной смесей, дробильно-сортировочное хозяйство, компрессорную станцию, ремонтные службы. В настоящее время мощности предприятия позволяют выдавать более 700 тысяч кубов бетона в год.