На уровне управляющих станций реализуется логика управления технологическим объектом, в соответствии с которой производится обработка и анализ поступающей с устройств ввода-вывода информации и генерация управляющих воздействий по заданным алгоритмам регулирования. Управляющие станции являются центральным «мозгом» системы, здесь производятся расчёты по сертифицированным алгоритмам нормированных
расходов газа, сырья, воздуха и воды, вычисляются управляющие воздействия по ПИД_алгоритмам, осуществляется автоматический перевод технологического оборудования из одного режима в другой, реализуется логика противоаварийной защиты и т.п.
В проекте реализовано резервирование управляющих станций. Так как технологические установки первого и второго, а также третьего и четвёртого потоков полностью идентичны, управляющие станции идентичных потоков взаимно резервируют друг друга. Так, например, при отказе станции первого потока управление первым потоком возьмет на себя станция второго потока.
Уровень управляющих станций АСУ ТП реализован на базе процессорных
плат PCA_6178 (Advantech) с процессором Intel Pentium III 550 MГц. В комплекте с необходимым периферийным оборудованием (ОЗУ и НЖМД) каждая такая плата представляет собой мощную и современную промышленную станцию управления. Выбор столь мощной процессорной платы обусловлен широким набором перечисленных задач, реализуемых на управляющих станциях; кроме того, было учтено, что в режиме резервирования одна станция ведёт управление сразу двумя технологическими потоками, в каждом из которых потенциально может находиться до двух работающих реакторов.
Плата PCA-6178 имеет интегрированный сетевой адаптер стандарта Ethernet. Плата устанавливается в низкопрофильное промышленное шасси
IPC-602 фирмы Advantech (рис. 4). Устройства ввода-вывода и управляющие станции каждого потока размещаются 26 в 19" шкафах со степенью защиты IP65.
5. Особенности производства
На крупном хлебо-булочном предприятии мука хранится в силосах. Это большие вертикальные цилиндрические емкости на 30-35 тонн исходного сырья. Полтора десятка силосов, обвязанные трубами сжатого воздуха и пневмотранспорта, представляют собой склад бестарного хранения муки (БХМ).
Доставляется мука на предприятие в муковозах. На автомобильных весах производится начальное взвешивание муковоза. В зависимости от сорта муки емкости муковоза подсоединяют с помощью гибкого рукава-шланга ко входу определенного силоса, включается компрессор муковоза, и воздушно-мучная смесь сверху загружается в силос.
Это процесс закачки. По окончании закачки пустой муковоз снова проходит операцию взвешивания – так определяется количество доставленной муки.
На технологические линии изготовления булочно-кондитерских изделий мука со склада БХМ поступает по трубам пневмотранспорта: открывается вентиль сжатого воздуха, включается роторный питатель определенного силоса, и воздушно-мучная смесь из нижней конусообразной части силоса, пройдя через просеиватель и десятки метров труб, оказывается в необходимом производственном бункере. Это процесс откачки муки из силоса.
В конце каждой смены снимается информация по остаткам муки в каждом силосе, после чего эти данные передаются сменным мастерам, начальнику цеха, а также в бухгалтерию. Делалось это до внедрения автоматизированной системы учета расхода муки следующим образом: оператор БХМ, поднявшись на последний этаж, с помощью карманного фонаря через люки по верхней кромке муки оценивал ее количество в каждом силосе. Такой контроль количества сырья порой приходилось делать на смену несколько раз, так как в процессе закачки-откачки необходимо постоянно представлять себе меру загруженности силосов: переполнение силосов чревато плачевными последствиями, а недогруз ведет к неэффективному использованию их объемов. Но самое главное, такая субъективная оценка количества муки дает большую погрешность определения остатков (до двух-трех тонн на силос). Дело в том, что различные сорта муки имеют разную плотность, и если ржаной муки в силос можно загрузить до 30-31 тонны, то муки высшего сорта – до 35 тонн. Кроме того, в процессе откачки муки в нижней конусообразной части силоса образуются пустоты, порой большие по объему, которые не просматриваются сверху сквозь толщу муки даже с фонарем.
Оператор БХМ в течение трудовой смены, помимо силосов, постоянно имеет дело еще со множеством другого оборудования: с несколькими просеивателями, парой десятков производственных бункеров. Все это оборудование территориально разбросано. Кроме приема доставленной муковозом муки, оператор должен вовремя заполнить определенный производственный бункер необходимым сортом муки или необходимой смесью разных сортов муки для того, чтобы не было простоя в работе следующих производственных участков технологической цепочки. Оператор должен быть постоянно начеку и вовремя выключить подачу муки в тот или иной бункер во избежание его переполнения или при возникновении аварийной ситуации. Все сказанное требует создания системы, которая бы собирала текущую информацию о работе оборудования и отобразила бы ее в операторной в компактном и удобном для восприятия виде.
Необходимо сказать, что на данном предприятии информация собиралась и отображалась на больших мнемощитах с помощью лампочек накаливания. С этих же мнемощитов при помощи кнопок и переключателей можно было включать электродвигатели роторных и шнековых питателей, управлять кранами-переключателями, направляя муку в тот или иной производственный бункер. Но вследствие низкой надежности элементов этой лампочно-кнопочной системы все, что осталось работоспособным к моменту разработки новой системы, - это несколько лампочек индикации переполнения бункеров и кнопки включения роторных питателей.
6. Функционирование автоматизированной системы
Задача перед разработчиками автоматизированной системы первоначально ставилась простая: в режиме реального времени отслеживать количество муки в каждом силосе с помощью современных аппаратно-программных средств. Тривиальность технического решения этой задачи очевидна: использование тензодатчиков и тензопроеобразователей, преобразование кодов АЦП в реальные значения весов, сохранение данных в электронном архиве АРМ оператора и передача этих данных в виде отчетных форм на сервер локальной компьютерной сети предприятия для бухгалтерии. Точность учета остатков муки с помощью такой системы увеличивается на порядок. Но система, постоянно сканирующая информацию о значениях веса муки в силосах, при небольшой доработке может выполнять еще ряд немаловажных функций, которые позволяют более эффективно использовать объемы силосов и в какой-то мере облегчают труд оператора БХМ. Остановимся подробнее на этих функциях.
Кроме значений веса, система может подсчитывать и выдавать на экран дисплея АРМ оператора данные о свободных объемах силосов. Для этого программа использует значение максимального веса муки данного сорта, который можно загрузить в силос. Оператор имеет возможность нажатием кнопки мыши переназначать сорт перед загрузкой в пустой силос муки другого сорта. Система по назначенному сорту корректирует значение максимального веса и в дальнейшем это значение использует для подсчета свободных объемов. В результате имеется оперативная информация, владея которой, можно рационально и эффективно использовать объемы силосов. При превышении максимального веса муки в процессе закачки система сама прекратит закачку путем отключения компрессора муковоза во избежание переполнения силоса. Назначение сортов муки для силосов позволяет системе также подсчитывать общее количество наличной муки по разным сортам.
Система предоставляет оператору возможность “делить” муку с одного муковоза в несколько силосов. В этом случае оператор должен предварительно задать значение веса муки для закачки в первый силос. Когда в силос закачивается заданный вес, система автоматически отключит компрессор муковоза. Емкости муковоза подключаются ко входу второго силоса, и задается новое значение закачиваемого веса. Эти операции повторяются до тех пор, пока вся доставленная мука не будет “раскидана” в несколько силосов.
Если во входные трубы силосов встроить датчики (рис 2), фиксирующие моменты начала и окончания закачки, то появляется возможность в автоматическом режиме определять количество закачанной за каждый сеанс муки.
При появлении потока воздушномучной смеси срабатывает датчик, система запоминает начальный вес силоса. В конце закачки по обратному срабатыванию датчика определяется конечный вес. В результате имеем вес муки, доставленной муковозом. Может сложиться ситуация, что в это время идет откачка из данного силоса. В таком случае система автоматически прерывает откачку путем отключения роторного питателя силоса с началом закачки.
Введя в систему сигналы с контактов магнитных пускателей включения роторных питателей откачки силосов, можно отслеживать в реальном времени количество откачанной муки. Эта информация позволяет оператору держать под контролем процесс заполнения производственных бункеров и скоростью откачки.
Система подсчитывает также общее количество муки, закачанной в данный силос и откачанной из силоса за смену, за сутки, а также суммарное количество муки одного сорта по силосам. Эта информация отображается на экране дисплея, а также заносится в отчетные формы для бухгалтерии.