Статья
АСУТП линии производства комбикормов производительностью 30 т/час
Ф. Боциев, гл. инженер,
Гатчинский ККЗ
С. Козлов, директор,
Л. Верига, зам.гл. инженера,
ООО «НПФ «ИнСАТ-СПб»
На Гатчинском комбикормовом заводе была проведена реконструкция основного производства, целью которой было: параллельно существующей линии, на которой используется оборудование для технологии непрерывного дозирования и смешивания компонентов была установлена линия, на которой установлено оборудование для технологии порционного дозирования и смешивания компонентов производительностью до 30 тонн в час; внедрение на новой линии современной АСУТП, на основе которой в дальнейшем предполагается сделать полную АСУТП завода, объединив АСУТП всех цехов и участков; повысить качество выпускаемых комбикормов; иметь возможность оперативно делать небольшие партии качественных комбикормов. Для новой линии приобреталось самое современное оборудование известных производителей, хорошо зарекомендовавшее себя на многих российских и зарубежных заводах, таких как «SPROUT-MATADOR», «ТЕХНЕКС», «Совокрим» и др. АСУТП новой линии разрабатывалась совместно специалистами НПФ «ИнСАТ-СПб» и инженерной службы завода, при активном участии технологов и эксплуатационного персонала. Управление всей системой построено на интуитивно понятном дружественном интерфейсе, вследствие чего обучение операторов, управляющих линией, происходит в максимально короткие сроки. Были учтены требования «Правил взрывобезопасности для опасных производственных объектов по хранению и переработке зерна» и пожелания инспекторов Ростехнадзора. Работа оператора сводится, в общем случае, к вводу рецепта, выбору и нажатию (с помощью компьютерной мышки) трех кнопок - запуску маршрута дозирования, запуску необходимого маршрута готовой продукции и запуску дозирования.
Назначение АСУТП. Описываемая ниже АСУТП предназначена для: автоматического расчета и выполнения задания по выработке комбикормов, согласно введенного рецепта; автоматического и дистанционного управления по заданному алгоритму приводами дозаторов, вибраторов, задвижек, норий, транспортеров, шнеков, дробилок, смесителя и другими исполнительными механизмами, участвующими в работе системы с непрерывным контролем их работы; визуального контроля работы системы на 3 больших дисплеях; звукового оповещения обслуживающего персонала в случае возникновения аварийной (нестандартной) ситуации; сохранения в архив полной информации о работе системы; распечатки на принтере рапортов и прочей необходимой информации из архива; связи по компьютерной сети с другими системами (компьютерами) для оперативного обмена информацией (получения рецепта и т.п.).
Функциональная схема. Функциональная схема АСУТП представлена на рисунке 1. Весовые микроконтроллеры "Master 110.1" осуществляют преобразование сигнала тензодатчиков весов в естественные единицы и передают данные по линии RS485 управляющему контроллеру. Так как в данной системе большое количество исполнительных механизмов, то функции системы разбиты на два управляющих контроллера: 1 - контроллер ША1 (управление весами 2000, 1000, дозатором масла "Master 110.5" и соответствующими механизмами маршрутов) и контроллер ША2 (управление весами 500, 250, 50 и соответствующими механизмами маршрутов). Синхронизация работы контроллеров осуществляется с помощью обмена данными по сети Ethernet. Управляющий контроллер представляет собой IBM PC совместимый компьютер с установленными в нем платами ввода/вывода дискретных и аналоговых сигналов. В соответствии с этими сигналами, значениями веса и текущим режимом работы, управляющие контроллеры осуществляют воздействия на исполнительные механизмы весов и маршрутов (нории, шнеки, транспортеры, дробилки, смеситель, перекидные клапаны, поворотные круги, дозаторы, задвижки и т.д.). Управляющие контроллеры, в свою очередь, соединены по сети Ethernet с компьютером верхнего уровня, на котором организовано с помощью SCADA-пакета MasterSCADA автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора-технолога. К этому компьютеру подключено 3 монитора (рис. 2), на экранах которых происходит динамическая визуализация всего процесса, принтер для оперативной распечатки необходимой информации и звуковые колонки для звукового оповещения персонала об аварийных, технологических или нестандартных ситуациях. С АРМа оператора-технолога осуществляется ввод рецепта на задание, ввод команд оператора, визуализация работы системы и ведение архивов работы, связь по компьютерной сети с другими системами и программами, используемыми на заводе.
Рис. 1. Функциональная схема АСУТП.
Краткое описание возможностей системы. АСУТП позволяет вести процесс дозирования в автоматическом и дистанционном ручном режимах. Перед началом выполнения рецепта необходимо запустить соответствующие маршруты. Для включения/выключения маршрутов предусмотрены соответствующие кнопки управления. Запуск маршрута осуществляется автоматически по нажатию оператором соответствующей кнопки последовательно, начиная с последнего исполнительного механизма (по направлению движения продукта). Между окончанием пуска предыдущего элемента маршрута и пуском следующего соблюдается соответствующий интервал времени. Факт действия задержки пуска отображается на индикаторе соответствующего исполнительного механизма миганием (серого цвета). Выдержка данного интервала времени перед пуском следующего исполнительного механизма необходима для устранения влияния переходных процессов на силовых линиях (высокие пусковые токи). Запуск маршрута возможен, если нет ни одной аварии или блокировки пуска на исполнительных механизмах, участвующих в соответствующем маршруте. Если есть блокировка пуска механизма (блокировки пуска механизмов) - наличие красного цвета индикатора (индикаторов), то для запуска маршрута необходимо устранить причины блокировок. Если есть авария механизма (аварии механизмов), то для запуска маршрута необходимо устранить причину (причины) возникновения, и квитировать аварийную ситуацию (нажатием кнопки "Сброс аварии"). Остановка маршрута осуществляется автоматически по нажатию оператором соответствующей кнопки последовательно, начиная с первого исполнительного механизма (по направлению движения продукта). Интервал времени между началом остановки элемента маршрута и началом остановки следующего называется временем прокрутки. Выдержка данного интервала времени необходима для зачистки исполнительного механизма. Т.е. остановку маршрута можно производить "не думая" зачищен маршрут или нет - зачистка выполнится автоматически. Факт действия задержки на прокрутку отображается на индикаторе соответствующего исполнительного механизма миганием (зеленого цвета). Во время работы маршрута могут возникать аварийные ситуации (срабатывание датчиков скорости, подпора, "выбивание" автоматов и.т.д.), что ведет к остановке работы соответствующего маршрута. Возникновение аварии сопровождается отображением соответствующего аварийного сообщения. В данном случае работа маршрута прекращается следующим образом: все механизмы, расположенные до механизма (по направлению движения продукта), вызвавшего аварию, останавливаются мгновенно; остальные механизмы, которые располагаются после аварийного механизма, останавливаются в штатном порядке - с выдержкой времени прокрутки.
Задание на дозирование вводится с помо щью заполнения бланка рецепта. С помощью расчета рецепта задание на дозирование разделяется на определенное количество отвесов, которые должны выполнить каждые весы, участвующие в рецепте. Для смешивания отдозированные порции поступают в предбункер смесителя (порции весов 1000 и 2000 предварительно дробятся). В момент, когда в предбункер смесителя поступят порции всех весов, участвующих в рецепте, начинается очередной цикл смешивания. Работа весов построена по асинхронному принципу - т.е. по принципу максимального быстродействия. Как только весы набрали заданную порцию, по возможности ("есть куда выгружать", т.е. выполняется условие разделения порций конкретных весов), производится разгрузка порции и последующий набор очередной порции (несмотря на то, например, что предыдущая порция еще не разгрузилась из предбункера смесителя). Функционирование маршрутов предполагает только автоматический режим управления (ручной дистанционный режим используется только для наладки системы). В автоматическом режиме дозирование производится согласно введённому рецепту. Рецепт задается из базы рецептов (подготовка базы осуществляется по сети из лаборатории) компьютера АРМа оператора-технолога. На нем в мнемосхеме управления рецептами осуществляется ввод исходных данных рецептов - номеров дозаторов, порядок дозирования, названия компонентов и процентов ввода. Полученные задания автоматически вводятся в управляющий контроллер. После ввода и расчёта рецепта система переводится в режим управления. Все действия, связанные с работой по контролю работы маршрутов, дозированием и смесителя, вводу порций масла выполняются автоматически. В ручном дистанционном режиме работа по открытию/закрытию весов, питателей дозаторов и смесителя, а также ввод порции масла должна осуществляться оператором-технологом. Вся информация о ходе и результатах процесса выполнения рецепта протоколируется в отчётах и хранится на рабочем месте оператора - технолога и (или) передается по сети на сервер предприятия. Глубина хранения информации зависит только от емкости диска компьютера.
Описание работы системы. АРМ оператора-технолога - это комплекс программных и аппаратных средств, позволяющих управлять технологическими объектами производства. Аппаратная часть представляет собой компьютер, соединённый сетью с управляющими контроллерами и другими компьютерами завода. По сети из компьютера оператора-технолога в управляющие контроллеры передаются задания веса для работы дозаторов, команды управления режимами работы, исполнительными механизмами. Обратно передается информация о работе оборудования, результатах измерения весов, режимах контроллеров и т.д. Результаты работы в виде рапортов, сохраняются на компьютере оператора-технолога. Все элементы системы имеют некоторую степень автономии. Так управляющие контроллеры могут работать самостоятельно, даже если компьютер оператора-технолога выключен. Если АРМ выключить в режиме автоматического управления, контроллер будет продолжать выполнение задания, но наблюдение за этим процессом будет невозможно. После включения компьютера и запуска АРМ оператора, контроль над процессом восстанавливается автоматически, в режиме установленном до выключения. Наоборот, если управляющий контроллер, по какой либо причине, перестал работать (пропало напряжение питания, «зависла» программа), а компьютер оператора-технолога включен, то последний продолжит работу и выдаст системное сообщение об отключении контроллера. Программные средства представляют собой драйверы связи с различными устройствами сети и инструментальную программу реального времени, посредством которой и осуществляется воздействие оператора на систему управления весами. Программа реального времени предназначена для отображения хода технологического процесса на экране монитора компьютера, ввода и передачи команд оператора системе управления. Технологические объекты представлены в виде графических и текстовых элементов, изменяющих свой внешний вид и значение в соответствии с реальными изменениями параметров и состояния соответствующих устройств и механизмов. В связи с невозможностью и ненужностью изображения всех параметров и элементов управления на трех экранах мониторов, вся информация разбита на несколько экранных форм (мнемосхем). При начале работы на экранах три главные мнемосхемы, на которых общее изображение всей технологической ли нии (рис. 2,3,4). Остальные мнемосхемы вызываются на любом из трех экранов по мере необходимости поверх главных оператором или изменением состояния (авария, технологическое сообщение и т.д.) системы управления.
Рис. 2. Мнемосхема №1.
Рис. 3. Мнемосхема №2.
Рис. 4. Мнемосхема №3.
Для каждого механизма существует собственное окно управления (рис. 5,6), в котором можно просмотреть состояние данного механизма (включен/отключен, состояние датчиков, тренды, текущий режим работы). Для вызова окна управления нужно щелкнуть левой клавишей мышки по изображению соответствующего механизма.
Рис. 5. Окно управления "Нория".
Доступ к управлению мнемосхемами, механизмами, изменению заданий и параметров осуществляется следующими способами: управление с помощью системы меню. Меню представляет собой изображение нескольких прямоугольных кнопок в нижней части экрана. Управление в этом случае осуществляется выбором и нажатием экранной кнопки. Выбор экранной кнопки осуществляется наведением указателя мыши. Особо важные команды сопровождаются подтверждающим запросом.
Наряду с мнемосхемами, к информационным элементам программы реального времени относятся и разного рода сообщения. Они предназначены для принудительного и быстрого оповещения оператора о важных изменениях в ходе технологического процесса и работе системы управления. Аварийные сообщения предназначены для привлечения внимания оператора к аварийным ситуациям в работе технологических агрегатов. Технологические сообщения служат для напоминания оператору о необходимости проведения каких-либо действий, или указания на состояние технологического процесса. Системные сообщения выводят информацию о сбоях самой системы управления, как-то: нарушения в работе программы управляющего контроллера, АРМ оператора или связывающей их и другие компьютеры сети. Все сообщения сохраняются в соответствующих журналах. Система позволяет распечатать или сохранить на диск и позже распечатать любой из журналов сообщений как полностью, так и за определенный промежуток времени.
АСУТП позволяет оператору работать в трех режимах: автоматическом - весь процесс идет под управлением программы, вся информация о работе сохраняется в архиве; ручном дистанционном - весь процесс или его часть выполняет оператор. При этом все управления механизмами оператор осуществляет с клавиатуры компьютера, соответственно вся информация о работе в ручном режиме также сохраняется в архиве; местном - режим ремонта оборудования. Любой механизм может быть переведен в местный режим тумблером, программа при этом фиксирует только время, когда механизм находился в местном режиме.
Описание работы механизмов. Все исполнительные механизмы в системе также имеют три режима работы: режим «Автомат». В этом режиме все управление механизмом, его пуск и останов (открытие и закрытие) возложено на систему управления; режим «Ручной». В этом режиме управление исполнительным механизмом осуществляется оператором с помощью графического интерфейса программы. Воздействие на механизм производится путем нажатия соответствующих управляющих кнопок в окне управления механизмом; режим «Местный». В этом режиме управление исполнительным механизмом осуществляется с Пульта Местного Управления, находящегося непосредственно рядом с исполнительным механизмом. При этом никаких действий по обнаружению аварийных ситуаций не производится.
Управление исполнительным механизмом осуществляется из окна управления, которое вызывается щелчком мыши по изображению соответствующего механизма на экране. Окно управления в зависимости от выбранного режима позволяет или запрещает пользоваться кнопками управления, например в режиме «Автомат» кнопки управления блокируются, доступна только информация. У исполнительных механизмов, у которых производится измерения тока, есть возможность просмотреть исторический тренд данного параметра. Исторический тренд вызывается путем нажатия соответствующей кнопки «Тренд» в окне управления исполнительным механизмом. У каждого исполнительного механизма есть «Журнал аварийных сообщений» и «Журнал технологических сообщений», в которые заносятся соответствующие сообщения, если они имели место быть. Данные журналы доступны для просмотра путем нажатия правой клавиши мыши по изображению исполнительного механизма на мнемосхеме и выбора необходимого пункта всплывающего меню. Механизмы могут быть в одном из трёх состояний, которые имеют соответствующую индикацию: «зеленый индикатор» - механизм работает; «серый индикатор» - механизм находится в выключенном состоянии; «красный индикатор» - механизм находится в аварийном состоянии. В этом состоянии индикатор мигает.
Рецепт. Для чтения рецепта достаточно выбрать рецепт однократным щелчком мышки и нажать кнопку «Открыть». После чтения рецепта необходимо заполнить следующие поля рецепта: «Вес рецепта», «Задержка на ввод масла», «Время смешивания» и «Максимальный вес порции» и произвести расчет путем нажатия на кнопку «Рассчитать рецепт». При расчете рецепта происходит контроль верхней границы задания на каждые весы. Затем нажимается кнопка «Сохранить рецепт», если необходимо рецепту присваивается новое имя.
Дозирование. Дозирование сыпучих компонентов осуществляется с помощью шнеков на пять многокомпонентных весов. Дозирование жидких компонентов осуществляется из весовой емкости насосом непосредственно в смеситель. Дозирование может выполняться как в автоматическом, так и в ручном дистанционном режимах. Алгоритм программы позволяет одновременно вести дозирование 3 отвесов, что позволяет оптимизировать время цикла. Программа позволяет визуально контролировать по каждым весам следующие параметры: текущий вес - в зависимости от текущего режима индикации может отображаться вес компонента или вес отвеса (режим индикации настраивается в окне управления весов); индикация отсутствия сыпи на весы - если в течение определенного времени (разное, в зависимости от конкретных весов) при включенном питателе не было приращения веса; скорость дозирования - отображение текущей скорости вращения питателя ("грубо", "средне", "точно"); автоматический режим дозирования - работа весов происходит в автоматическом режиме согласно рецепта; ручной режим дозирования - данный режим отображается, если какой-либо питатель, относящийся к данным весам, или задвижка весов, находятся в ручном режиме. В данном случае работа может осуществляться с помощью окон управления в ручном режиме; переходный режим - данный режим включается при отсутствии ручного и автоматического режимов. Работа этого режима продолжается до момента возврата весов в исходное состояние (весы закрыты); готовность порции весов - появляется, когда все питатели, заданные в рецепте, отработали в автоматическом режиме; разгрузка весов - данный символ возникает в режиме автоматического дозирования при готовности порции. При наличии этого символа происходит ожидание момента возможности разгрузки и, собственно, разгрузка весов; превышение отклонения - возникает в режиме автоматического дозирования при отклонении набранной порции от задания более, чем на 3%. При возникновении отклонения автоматический цикл работы останавливается; пауза - данный символ индицирует состояние приостановления работы весов (можно выполнить с помощью окна управления весами). Т.е. в процессе дозирования, если по каким-либо причинам требуется приостановить дозирование не на всех весах, а только на определенных, то можно пользоваться данной возможностью; счетчик отвесов - показывает количество порций, которое необходимо выгрузить данным весам до окончания рецепта; нет задания - признак, когда в данном рецепте нет дозаторов, принадлежащих данным весам, или счетчик циклов данных весов равен 0 (т.е. весы задание на рецепт уже выполнили); запрет дозирования - при возникновении причины, не позволяющей выполнять дозирование, появляется данный признак. Возникновение запрета дозирования на каких-либо весах приводит к отключению общего пуска дозирования; вес фиксирован - значение веса не изменяется в течение определенного промежутка времени; ноль весов - значение тары весов для текущего отвеса. Отсутствие значения в данном месте индикации означает, что ноль весов не установлен. При не установленном ноле весов дозирование производиться не может.
На мнемосхеме над каждыми весами находятся изображения питателей, относящихся к данным весам. Каждый питатель имеет индикатор, который в зависимости от состояния (работа, отработал в режиме «Автомат», авария, выключен, есть задание, находится в ручном режиме) меняет свой цвет. Во время разгрузки смесителя, дозирование в весы, которые расположены непосредственно над смесителем, временно прекращается для исключения влияния перепада давления на текущий вес. При дозировании в ручном режиме, выдается задание и включается только один конкретный питатель. Само дозирование происходит под управлением программы, с соблюдением трехскоростного режима дозирования. Питатель остановится автоматически после набора дозы или его может остановить оператор в любое время. Вся информация пойдет в отчет и сохранится, также как и при работе в автоматическом режиме.
Первые результаты. После эксплуатации линии под управлением описываемой выше АСУТП в течение нескольких месяцев можно сделать первые выводы. Улучшилось качество и расширился ассортимент производимых комбикормов. Сведена к минимуму роль «человеческого фактора», повысилась ответственность обслуживающего персонала за принятые решения. Улучшилась производственная дисциплина, т.к. обслуживающий персонал знает, что все его действия (как и бездействия) контролируются, протоколируются, сохраняются, могут быть в любое время просмотрены руководством. Сохранение всей отчетности позволило: упорядочить учет сырья и готовой продукции, проводить анализ работы оборудования, предупреждать аварийные и нестандартные ситуации. Снизилось потребление электроэнергии за счет уменьшения времени холостых пробегов оборудования. Появилась возможность составлять графики и проводить ППР оборудования, исходя из реально отработанного моторесурса. Руководством завода было принято решение продолжать автоматизацию остальных производственных участков и довести уровень автоматизации завода до максимально возможного.
ООО «НПФ «ИнСАТ-СПб», http:http://insatspb.ru,
Тел.: (812) 972-04-12, (81361) 42-302
Тел./факс: (81361) 24-049
E-mail: info@http://insatspb.ru
О фирме
Продукция
Услуги
- Разработка АСУ ТП
- Разработка OPC-серверов
- Проектирование
- Электромонтаж
- Монтаж оборудования
- Изготовление силовых панелей и шкафов
Разное
24.04.13
В честь наступающего Дня Победы с 22 апреля по 3 мая скидки 10% на контроллеры "Мастер" и РВЭ. При заказе более 3 шт. скидка 15%.
20.08.12
Проведена модернизация линии ввода масла на ЗАО "Гатчинский ККЗ".
17.08.12
Выполнены работы по расширению АСУ ТП линии дозирования №2 на ОАО "Раменский КХП".
18.07.12
Выполнены работы по расширению АСУ ТП линии экструдированных комбикормов на ЗАО "Гатчинский ККЗ".
10.07.12
Обновлен раздел "Разработка АСУ ТП".
12.06.12
Выполнены работы по расширению АСУ ТП линии дозирования, дробления и смешивания на ОАО "Щигровский КХП".
18.05.12
Проведен комплекс электромонтажных работ по линиям дробления, дозирования и гранулирования на ОАО "Щигровский КХП".
23.04.12
Подписан акт ввода в эксплуатацию локальной автоматизированной системы управления дробилкой на ОАО "Щигровский КХП".