Модернизация цеха наполнения баллонов с применением RFID-технологий
Рассматривается решение по автоматизации технологического процесса наполнения и учёта кислородных баллонов цеха наполнения баллонов кислородной станции №1 ОАО «ГМК «Норильский никель». Предложен подход, позволяющий повысить безопасность наполнения и использования баллонов, снизить трудоёмкость учёта газовых баллонов, обеспечить контроль их состояния, перемещений и выполняемых с ними операций.
Объект автоматизацииЦех наполнения баллонов входит в состав кислородной станции № 1 ОАО «ГМК «Норильский никель», производящей технический и технологический кислород, азот и сжатый воздух для нужд Надеждинского металлургического завода, Медного завода, Никелевого завода, Норильской обогатительной фабрики и других предприятий Норильского промышленного района, а также медицинский кислород для учреждений здравоохранения г. Норильска.
Схема технологического процесса цеха наполнения баллонов (ЦНБ) представлена на рис. 1. Пустые баллоны поодиночке или в контейнерах по 8 штук доставляются на пункт приёма. Приёмщик сверяет информацию в накладной и на маркировке баллона, вносит в журнал информацию об обнаруженных неисправностях баллона, указывает потребителя, сдающего баллоны, формирует контейнер. Пригодные для наполнения баллоны направляются на участок наполнения; баллоны, требующие ремонта, на участок ремонта.
Наполнение баллонов осуществляется на двух наполнительных станциях на три контейнера (24 баллона) каждая. Процесс наполнения управляется контроллером по заложенным в него алгоритмам. Команды управления подаются с пульта оператора, выполненного на базе персонального ПК. Перед наполнением производятся анализ состава и откачка остаточного газа в баллоне (вакуумирование). В случае отсутствия вакуума система автоматически блокирует наполнение баллона. Подаваемый кислород анализируется на содержание влаги, двуокиси углерода, а также на процентное содержание кислорода. Наполненные баллоны передаются на склад или напрямую на пункт выдачи.
На участке проверки и ремонта баллонов осуществляются осмотр внешней и внутренней поверхности баллона, взвешивание баллона для определения фактического веса, определение гидравлической ёмкости, а также проводятся гидравлические испытания и выполняются окраска, маркировка и утилизация баллонов.
В целях повышения эффективности работы цеха и снижения затрат на техническое обслуживание руководством Надеждинского металлургического завода им. Б.И. Колесникова было принято решение о проведении модернизации цеха наполнения баллонов кислородной станции № 1 с заменой существующих АСУ ТП на современную систему управления, охватывающую все рабочие операции и технологические процессы цеха. Проект реализует компания «Сумма технологий» (г. Санкт-Петербург).
В числе основных целей разработки и внедрения системы были обозначены:
- повышение эффективности работы персонала, уменьшение операций ручного ввода за счёт реализации системы автоматической идентификации баллонов во всех точках учёта (приём, склад порожних баллонов, ремонтно-испытательская мастерская, участок наполнения, выдача);
- увеличение производительности цеха, обеспечение безопасности баллонов и всех операций по их наполнению и перемещениям за счёт полной автоматизации процесса наполнения и учёта баллонов;
- снижение затрат на техническое обслуживание и ремонт за счёт более точного учёта регламентных и ремонтных операций с баллонами;
- повышение эффективности учёта параметров работы цеха за счёт интеграции системы со смежными АСУ и технологическим серверным центром завода.
Ключевой и наиболее сложной задачей проекта стала разработка надёжной и эффективной системы автоматической идентификации и учёта кислородных баллонов, их перемещений, технического состояния и местоположения. Высокая значимость этой задачи объясняется, во-первых, тем, что работа с кислородными баллонами сопряжена с различными рисками, прежде всего, в области безопасности жизнедеятельности. Так, по данным компании «Свар комплект», за год в России взрывается около 30 баллонов, 25 из которых – промышленные 40-литровые баллоны.
Необходимо также учитывать, что баллоны относятся к категории оборотных производственных активов с длительным сроком эксплуатации (до 40 лет) и на балансе предприятия может числиться от нескольких сотен до десятков тысяч баллонов. Где и в каком состоянии они находятся? Кто использовал определённые баллоны ранее? Как давно проводилась их проверка и техническое обслуживание и когда должны быть проведены следующие? Какую сумму необходимо направить на обновление и обслуживание газобаллонного парка? Точно ответить на все эти вопросы в любой момент времени можно лишь с использованием эффективной системы учёта.
Проблема в том, что многократное считывание, сверка и занесение новых данных о баллоне занимают значительное время сотрудников как при бумажном, так и при электронном документообороте. При этом не менее 5% данных вносятся некорректно, а ценой ошибки могут стать жизни и здоровье людей. Эту проблему решает автоматизированная система идентификации и учёта баллонов, способная свести операции ручного ввода до минимума, в автоматическом режиме считывающая и обновляющая информацию по каждому баллону. Но разработке и внедрению таких систем препятствует ряд факторов, связанных со сложностью маркировки и потоковой идентификации баллонов в условиях производства.
Маркировку, нанесённую на корпус баллона, невозможно считывать без прямой видимости и необходимо часто обновлять, поскольку в агрессивной производственной среде она быстро повреждается. Некоторые предприятия уже используют для маркировки и идентификации баллонов RFID-метки, но для повышения эффективности систем на базе RFID-технологий по-прежнему есть ряд существенных ограничений.
Испытания RFID-меток различных размеров и производителей, выполненные компанией «Сумма технологий» в условиях реального производства, показали, что дальность обнаружения и качество идентификации возрастают при увеличении размера меток. Но крупные метки, обладающие приемлемыми характеристиками по дальности считывания, невозможно надёжно закрепить на корпусе, в то время как легко закрепляемые на корпусе баллона RFID-метки малого размера нельзя использовать, поскольку металлический корпус баллона создаёт дополнительные помехи, существенно ограничивая дальность считывания метки.
Эффективным решением данной проблемы является маховичок-метка производства компании «Сумма технологий». Уникальная запатентованная конструкция маховичка-метки позволяет надёжно фиксировать крупные RFID-транспондеры на газовых баллонах, устанавливая их в корпус маховичка (рис. 2). Метка в корпусе маховичка не ухудшает его эксплуатационных качеств, надёжно защищена от воздействия климатических и производственных факторов и позволяет выполнять групповую бесконтактную идентификацию баллонов на расстоянии до одного метра при считывании стационарным терминалом и до сорока сантиметров при использовании ручного RFID-терминала.