Проблемы автоматизации аналитических лабораторий на производствах, связанных с подготовкой и очисткой воды. Новые функциональные решения на базе WEB-доступа

Проблемы автоматизации аналитических лабораторий на производствах, связанных с подготовкой и очисткой воды. Новые функциональные решения  на базе WEB-доступа

Сафьянов А.С. – ведущий программист

Терещенко В.А. – ведущий инженер

Национальный исследовательский Томский политехнический университет, институт физики высоких технологий, лаборатория информационных технологий

Рассмотрен опыт развития лабораторной информационно-управляющей системы, обслуживающей производства подготовки воды и очистки сточных вод, характеризующиеся  территориальной и производственной удалённостью. Реализован универсальный и экономичный WEB-доступ к базе данных системы через её документы, без изменения самой системыWEB-доступ обеспечивает открытость системы для внелабораторных пользователей: сотрудников цехов, отделов, ремонтных и контролирующих организаций.  

Ключевые слова:

аналитические лаборатории, водоподготовка, водоотведение, водоснабжение,  ЛИС, ЛИУС, ЛИМС «Химик-аналитик», WEB-доступ.

В течение прошлого века общий спрос на воду на Земле вырос в 7 раз (с 300 до 2100 км3), в то время как численность населения за этот период увеличилась в 3 раза (с 1.6 до более 6 млрд. человек).  На увеличение объёмов используемой в мире воды существенное влияние оказал научно-технический прогресс [1]. Возникшие вследствие этого экологические проблемы, привили к ужесточению контроля качества всех видов используемых вод и значительному увеличению информационных потоков, что, в свою очередь, привело необходимости их автоматизации.

Практически любое производство использует воду в технологических  процессах, требования к качеству и количества к которой неоднозначны и зависят от характера производства. Например, водоподготовка на АЭС несёт ключевой момент, в отличии от производственного процесса бетонного завода.

В таблице 1 представлена доля  сточных вод по различным отраслям промышленности РФ [1].

 

Деревообработка

19.4

Химическая

18.3

Энергетическая

14.4

Черная металлургия

9.5

Угольная

8.8

Машиностроение

8.6

Цветная металлургия

6.5

Нефтепереработка

3.1

Другие

11.4

Особенностью химико-аналитических служб предприятий контролирующих качество воды после процессов водоподготовки и очистки сточных вод является то, что они регламентируются достаточно солидным комплектом нормативно-технических документов, общего, отраслевого и территориального назначения, а отсюда наличие сложностей во взаимодействии с организациями, контролирующих работу лабораторий.

Второй особенностью водоснабжения и водоочистки предприятий является территориальная удалённость этих подразделений. Проблема расстояния зачастую затрудняет обеспечение связью всех потребителей информации, связанных с использованием воды.

Между тем информация о качестве воды на всех стадиях представляет интерес не только для производственных структур (как технологических, так и экологических), но и различных контролирующих органов. Например, отмечено, что на нефтедобывающем производстве с трёмя химико-аналитическими лабораториями и общим числом сотрудников, около 30 человек, персонал вне лаборатории, которому оперативно нужны сведения по результатам их работы – 120 человек.

Внедрение информационных систем позволяет автоматизировать все внутренние расчеты лаборатории, вести автоматизированный внутрилабораторный контроль и обеспечивает интеграцию с программными продуктами (например, систем технологического контроля АСУ ТП), тем самым достигается оперативное представление достоверных результатов [2].

Если установить лабораторную информационно-управляющую систему (ЛИУС) и систему управления базами данных (СУБД) для 30 пользователей задача понятна и реализуема, то установить ещё для 120 человек эту же информационную систему, провести обучение, купить необходимое вспомогательное программное и аппаратное обеспечение, получается практически невыполнимая и не эффективная задача. Произойдёт многократное увеличение всех исходных параметров, таких как стоимость поддержания (владения) такой информационной системы или её масштабируемости.

В рамках всего предприятия, в технологическом производстве, требуется более простое решение, например, на основе 3-5 стандартных форм, использующих привычный и дружественный для пользователя ПК внешний вид. Чаще всего, адаптация ЛИУС производится с учетом конкретных рабочих мест инженеров и лаборантов, а для внелабораторных специалистов такой подход не годится, поскольку, изначально, не определено рабочее место тех пользователей, которым потребуются данные из базы данных (БД) ЛИУС и объём этих данных.

Разработчики ЛИУС «Химик-аналитик» [3], изучая эту проблему, опирались на 15 летний опыт внедрения ЛИУС «Химик-аналитик» на предприятиях самого различного профиля связанного с процессами водоподготовки и водоочистки, учётом экологических параметров производства (водоканалы, атомные и теплоэлектростанции, нефтегазовые предприятия и т.п.) [4 - 6]. ЛИУС уже содержит в себе свыше 1200 самых различных форм ввода, 6 открытых языков программирования, более 120 аттестованных в «Уральском НИИ метрологии» (г. Екатеринбург) и «ВНИИ неорганических материалов» (г. Москва) алгоритмах внутрилабораторного контроля и т.д. Такое разнообразие обусловлено различными нюансами, возникающими в процессе адаптации комплекса на конкретном предприятии. Например, требования к документообороту, связанному с химическим анализом вод на предприятиях атомной и газовой промышленности существенно отличаются как между собой, так и от требований в других отраслях. В результате анализа разработчики ЛИУС пришли к необходимости создания новой функциональности на базе WEB-интерфейсов, которая позволила бы решить возникшие проблемы без удорожания ЛИУС за счет приобретения новых программных, аппаратных и обучающих систем.

Для этого в ЛИУС «Химик-аналитик» был создан блок, который позволил решить 4 основных задачи.

Первая задача созданного блока – возможность создавать отчетные документы любой сложности (на основе ранее созданных шаблонов), без установки специального программного обеспечения на ПК пользователя. Это позволяет самостоятельно, руководству, технологам производства, контролирующим организациям и отделам, готовить себе необходимую техническую документацию по проведенным испытаниям внутри лаборатории. В ЛИУС «Химик-аналитик» данный блок является общим для внутрилабораторных и внелабораторных специалистов, т.е. все создаваемые документы внутри лаборатории (с использованием полноценного ЛИУС-клиента) могут быть так же созданы и специалистами вне её (через любой интернет-проводник). Это обеспечивает актуальность и достоверность полученных результатов, не требует трудозатрат на сбор и подготовку (дублирование) различных отчетов одних сотрудников для других.

Вторая задача блока – удобство использования, дружественность и интуитивно понятный интерфейс ввода, который не требует специального обучения специалистов, углубленного знания процесса проведения испытаний и технологических особенностей. Любой пользователь с соответствующими правами доступа, со своего рабочего места, может подключится к системе, сделать запрос необходимой информации и получить отчет, готовый для печати или экспорта в офисные программы. С точки зрения обслуживающих ИТ-специалистов, данный блок так же удобен для внедрения и масштабирования, поскольку не требует установки и разворачивания отдельных модулей на ПК пользователя, достаточно однократно развернуть (или использовать имеющийся) WEB-сервер предприятия и включить новый блок в информационную сеть.

Третья задача – доступность проводимых измерений вне лаборатории на базе стандартных интернет-проводников (internet explorer, chrome, firefox, opera и т.п.). Поскольку вся функциональность установлена и работает на WEB-сервере предприятия, пользователям не требуется установка специальных программных модулей или дополнений. Так же, не требуется согласование и upgrade аппаратной части  их рабочих мест. Достаточно только подключится к веб-серверу через любой интернет-проводник, ввести логин\пароль и приступить к работе. Например, руководитель отдела, находясь вне своего рабочего места, подключившись к системе и введя несколько исходных параметров (таких как период отчета, шифр пробы, тип отчета и т.п.) может создать на своем ПК отчетный документ по результатам работы всех лабораторий. Аналогичным способом руководитель может удаленно утвердить уже созданные ранее отчеты или предоставить их контролирующим и аттестующим органам.

Четвертая задача – контроль работы всех пользователей в системе и ограничения доступа к данным. Специально разработанный модуль контролирует несанкционированный доступ, позволяя администраторам настраивать определенные правила доступа в информационной системе. Например, администратором этого блока может быть настроен доступ пользователям только к нужным формам отчетов, со строго определенными и утвержденными исходными параметрами.

Все эти функциональные возможности прекрасно сочетаются с уже действующими правилами доступа и безопасности внутри предприятия. ИТ-специалисты могут своими, стандартными и вспомогательными программными утилитами контролировать доступ к системе, управлять WEB-сервером, подключать новые блоки и выдавать разрешения на доступ. При этом, не требуется дополнительного обучения ИТ-специалиста по безопасности, поскольку необходимые правила уже им установлены и реализованы. Встроенные функции протоколирования работы позволяют однозначно установить и исследовать все последовательности действий, выявить динамику, формировать архивы работ или навсегда отключить пользователя от системы.

При разработке блока большое внимание уделялось функциям для удобного внедрения и сопровождения, возможности работы на бесплатно распространяемом обеспечении, использованию стандартных интерфейсов ввода и оперативному осуществлению доступа к любым необходимым базам данных, в том числе и к данным БД ЛИУС (справочникам, журналам, расчетам и т.п.).

Предлагаемое разработчиками решение, было опробовано и введено в промышленную эксплуатацию на нескольких предприятиях, получив положительную оценку пользователей и качественно изменив подход к работе всех, вовлеченных в производственный процесс специалистов. Пользователи получили возможность оперативного доступа к удаленной информации через интернет-ресурсы предприятия.

Стоить отметить, что для обучения основам работы с ЛИУС требуется времени не менее 2-х недель подготовленного инженера (с отрывом от производства), а для обучения работы с блоком достаточно один-два часа.

В заключении, хотелось бы отметить, что данное функциональное расширение легко подключается к уже действующим на предприятии ЛИУС, поддерживает все ранее созданные отчеты и может быть интегрировано в другие корпоративные системы.

В недалёком будущем системы такого доступа будут иметь отраслевую и государственную (правовую) поддержку, облегчая взаимодействие между контролирующими органами и действующим предприятием. Такое взаимодействие избавит от необходимости переводить в бумажный вид не только отчеты, но и сделает предприятие более открытым и доступным для потребителя.

Для большинства аналитических лабораторий, занимающихся анализом воды, различного применения, внедрение информационных систем с разработанным блоком удаленного доступа к  различным СУБД через Интернет-проводник – уже назревшая необходимость.

 

Литература   

  1. Шварцев С.Л., Общая гидрогеология. – М: Недра, 1996.- с.423.
  2. Терещенко А.Г. и Юнак А.Л. «Автоматизация процессов анализа водных сред с использованием ЛИУС "Химик-аналитик"» // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2012, № 7. – С.40-44.
  3. Всероссийская школа-семинар. «Лабораторные информационные системы: их роль в обеспечении  требований стандартов и контроля качества измерений»: сборник трудов. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. Электронный ресурс в свободном доступе http://www.chemsoft.ru/?news=112
  4. Терещенко А.Г., Мизин П.А., Юшкеева Н.В., Янин А.М. Дробный О.Ф., Овсянникова, З.Д. Михайлов Б.В., Максимович Л.А. Особенности адаптации ЛИУС «Химик-аналитик» для экологических и санитарно-гигиенических лабораторий металлургических предприятий Урала // Экология и промышленность России, 2006, сентябрь. - С.10-13.
  5. Шукайлов М.И., Руденко Т.М., Никифорова В.Ю., Терещенко А.Г. Смышляева Е.А. Опыт внедрения ЛИС «Химик-аналитик» в химических лабораториях филиалов ОАО «Красноярская генерация» // Энергетик,  2006. №8. - С. 36-38.
  6. Арестова Е.С., Галкин С.А., Сандаков Р.Н., Терещенко А.Г., Ткачева М.Ю., Терещенко В.А., Щелканов С.В., Юнак А.Л. Лабораторная информационно-управляющая система «Химик-аналитик» на атомной станции с ВВЭР // Международный научно-технический конгресс «Энергетика в глобальном мире», Вторая  Всероссийская научно-техническая конференция «СИБИРЬ АТОМНАЯ. XXI век»: Сборник докладов. Железногорск, 27-30 января 2010 год, ФГУП «ГХК» - г. Железногорск: ФГУП «ГХК», 2010. – С.246-250.