Приложение3

Отказоустойчивоеуправления(системы ПАЗ)– TRICON (TRICONEX)

Отказоустойчиваясистема управлениявыявляет икомпенсируетнеисправныеэлементы ипозволяетремонтироватьсистему вовремя выполнениязаданной задачибез прерыванияпроцесса.

Системыуправлениявысокой надежности,такие как TRICON,используютсяв технологическихпроцессах скритическимиусловиями,которые предъявляютжесткие требованияк безопасностии готовности.

TRICON - это современнаяотказоустойчиваясистема управления,основаннаяна архитектурес тройным модульнымрезервированием(TMR). TMR используеттри изолированныепараллельныесистемы управленияи диагностику,объединенныев единую систему.Система, использующаяпринцип мажоритарнойвыборки "два– из – трех",обеспечиваетвысокую надежность,безошибочностьи безостановочноефункционирование,и не имеет ниодного слабогозвена.

Сигналысенсоров вовходном модулеразделяютсяи направляютсяпо трем независимыми изолированнымканалам к одномуиз трех главныхпроцессоров.

Межпроцессорнаяшина TRIBUS выполняетмажоритарнуювыборку данныхи корректируетлюбые расхождениявходных сигналов.В результатеэтого гарантируется,что каждыйглавный процессориспользуетодни и те же

выбранныеданные длявыполненияприкладнойпрограммы.

Выходныепараметры затемнаправляютсяпо трем различнымканалам к выходныммодулям, гдевновь проводитсямажоритарнаявыборка дляобеспечениянадежности.Цифровая мажоритарнаявыборка выходногосигнала осуществляетсяс помощьюзапатентованнойсхемы учетвереннойвыборки, выборкааналоговогосигнала осуществляетсяс помощью аналоговоговыходногоселектора.Схема с обратнымисвязями обеспечиваетконечную оценкусостояниявыходногосигнала и диагностикускрытых ошибок.

Установкаи запуск системыTRICON облегчаетсятем, что тройнаясистема резервированияTMR с точки зренияпользователя,действует какодна системауправления.Пользовательустанавливаети подсоединяетдатчики иисполнительныемеханизмы кединой терминальнойточке цепи ипрограммируетTRICON с помощьюодной прикладнойпрограммы.

Диагностикакаждого независимогоканала, каждогомодульногокомпонентаи каждой функциональнойцепи позволяетобнаруживатьошибки

функционированияи сообщать оних. Все данныедиагностикихранятся вкачестве системныхпеременных,сообщениявыводятся насоответствующиесветодиодныеиндикаторы(LED) или на контактытревожнойсигнализации.Эта информацияможет бытьиспользованав прикладнойпрограмме дляизменениядействий поуправлениюпроцессом илипри техническомобслуживании.Все неисправныекомпонентымогут бытьзаменены воперативномрежиме безпрерыванияпроцесса! ЭтиособенностиTRICON обеспечиваютвысочайшуюнадежностьданной системы.

Основныеособенностисистемы TRICON:

отсутствиеслабых звеньевв системе;

возможностьфункционированияс тремя, двумяили одним главнымипроцессорамиперед отключением;
тройнаясистема резервирования;
всеобъемлющаясистема диагностикимодулей;
простойремонт модулейв процессеработы.

Системы TRICONприменяютсяв системахпротивоаварийнойзащиты (ESD) опасныхпроизводствна нефтехимическихи химическихзаводах; в системахпротивопожарнойбезопасностиплавучих платформ, котлов во многихобрабатывающихи перерабатывающихпроцессах; вуправлениигазовыми ипаровыми турбинами.

Высокийуровень безопасностиTRICON, обеспечиваемыйприменениемспециализированнойархитектурыи средств внутреннейдиагностики,соответствуеттретьему уровнюбезопасногодопуска SIL(Safety Integrity Level), определенномумеждународнымстандартомIEC 61508. Для уровняSIL3 стандарта IEC61508 определены:

вероятностьвозникновенияошибки - от1.000 до 10.000 лет;
готовность- 99.90 - 99.99%.

Также системаTRICON сертифицированаАссоциациейТехническогоНадзора (Германия)(TUV) для использованияв производствахтребующих“German Safety Requirement Class 5 and 6”.

Приложение4

Полеваяшина - Fieldbus

Современнаямикроэлектроникапредлагаетразработчикамтехническихинформационныхсистем возможностьдобиться высокиххарактеристикпри относительнонизкой цене,позволяетреализоватьфункции автоматикивне блокацентральногопроцессора,например, встанках, агрегатах,датчиках иисполнительныхмеханизмах[19].

Такое смещениефункциональностив сторонупериферийноготехнологическогооборудования(децентрализация)выявило потребностьв новых видахкоммуникаций.Прежде передачаи обработкасигналовосуществляласьза счет простоговключения вавтоматизируемыйпроцесс некотороговычислителя,однако сегодняинтеллектуальныекомпонентыавтоматизируемогопроцесса требуютспециальноразработанныхвидов связей,действующихв рамках ихсобственнойфункциональности.Появлениецифровогоинтерфейсасделало переходк локальнойсети почтинеминуемым.Этот вид сети,функционирующейна нижнем уровнесистемы автоматизациинепосредственнорядом с технологическимпроцессом,получил названиеfieldbus (полевая шина,или промышленнаясеть).

Кнаиболее известными применяемымв мире открытымпромышленнымсетям относятся:CAN, LON, PROFIBUS, Interbus-S, FIP, FF, DeviceNET, SDS, ASI, HART инекоторыедругие. Каждаяиз перечисленныхсистем имеетсвои особенностии области применения.Большие усилиянаправленысегодня наразработкуаппаратно-программныхшлюзов (мостов)из одного протоколав другой. И этирешения составляютотдельныйсегмент продуктовв областиfieldbus-систем.

Метод квалиметрии

Vетодквилиметрииразработалвидный русскийматематик,механик икораблестроительакадемик А.Н.Крылов.Название методапроисходитот латинскихслов qualis– какой по качествуи metreo– измерение,то есть измерениекачества иобозначаетотрасль науки,занимающейсяи реализующаяметоды количественнойоценки качествапродукции. Внастоящее времяквалиметрияполучила развитиеи признаниеу специалистов.Квалиметриюможно рассматриватькак частьисследованияопераций,объединяющуюметоды количественногообоснованиярешений, принимаемыхв управлениии обеспечениикачества каксоставнойважной частиэффективностипродукции навсех этапахее жизненногоцикла –проектирования,производстваи эксплуатации.

Основнаясуть квалиметрическогометода оценкихарактеристикпрограммируемыхлогическихконтроллеровсостоит в следующем:

1. Строитсядерево свойств,показывающеевзаимосвязимежду сложными,простыми иэлементарнымисвойствами.Дерево свойствстроится всоответствиис рядом правил:1) признак деленияна свойствадолжен бытьодин и долженотражать данныеоднородныесвойства, тоесть смешиватьразнородныесвойства вгруппе нельзя;2) лишние, дублирующиесвойства недолжны включатьсяв дерево свойств;3) в дерево свойствдолжно бытьвключено минимальноеколичествосвойств; 4) допускаетсявключать вдерево свойства,которые неимеют критерияв конкретномвыражении, новажны для оценкиданного объекта.Далее проводитсяэкспертизадерева свойствспециалистамина предметсоответствияпоставленнойзадачи квалимитрическойоценке, а такжена предметправильностиего построения.При этом всепростые иэлементарныесвойства должныбыть провереныв части наличиядостоверныхсопоставимыхколичественныхпоказателей.

2. Определениекоэффициентоввесомости,которое проводитсяв соответствиипо следующейсхеме: 1) уяснениеэкспертамицелевогопредназначениямашины в решаемойзадаче (оперативноеи тактическоеназначениемашины [10,27] и условияэксплуатации[10]); 2) составлениеиндивидуальнойанкеты дляустановленияненормируемыхкоэффициентоввесомости погруппам, которыекомплектуютсяпо дереву свойств;3) назначениененормированныхкоэффициентоввесомости (

-число экспертов)в группах приусловии, чтонаивысшемупо значимостисвойству экспертназначаеткоэффициент10 балов, всемпрочим устанавливаютсяменьшие значениякоэффициентовв зависимостиот снижениязначимости;4) согласованиемнений экспертовпутем обсуждений,где устраняютсяотклоненияв оценке более20% (если такиеотклоненияимеются, тоназначаетсявторой турэкспертногоопроса понесогласованнымоценкам илипроведениесогласованиястатистическимиметодами путемопределениякоэффициентоввариации (

)и среднеквадратичногоотклонения(

),где

- число группоценок и соответствующееотсеиваниебольших отклонений);5) составлениесводной анкетысо значениямиданных всехэкспертов, посогласованнымненормированнымкоэффициентам;6) по заполненнойсводной анкетеопределяютсянормированныекоэффициентывесомости вследующейпоследовательности:6.1) определениесреднеарифметическогозначения групповыхненормированныхкоэффициентов

;6.2) определениесуммы всехсредних групповыхненормированныхкоэффициентовв каждой группе

;6.3) определениегрупповыхнормированныхкоэффициентов

,где

;
6.4) определениекоэффициентоввесомостипростых иэлементарныхсвойств в общейсистеме качеств,которые получаютсяперемножениемгрупповыхкоэффициентов,составляющихветвь деревапо горизонтали

,где

- число элементовпо горизонталив группе; 6.5) проверкаправильностирасчетов, согласнокоторой суммавсех коэффициентоввесомости вкаждом уровнедолжна бытьравна единице

3. Определениебазовых иэкстремальныхабсолютныхпоказателейсвойств сводитсяк нахождениюмаксимального(наилучшего– базового

)и минимального(наихудшего– экстремального

)значения оценочныхпоказателей.Значения текущихоценочныхпоказателей

должны лежатьв диапазоне



4. Оценкакачества ианализ результатовпроизводитсяна заключительномэтапе по следующейсхеме: 1) определяютсяотносительныезначения всехэлементарныхсвойств поформуле

;2) вычисляетсяинтегральнаяоценка (интегральноекачество), как

.Объект сравнения,у которогоинтегральныйпоказательбольше, считаетсялучшим. Авторработы [25] указывает,что по результатамрасчета можнополучить многоколичественнойинформации:во-первых, можноустановить,какая машиналучше и насколько;во-вторых, можноопределитьпоказатели, по которымодна машинапревосходитдругую; в-третьих,насколькокаждая машинауступает идеальнойпо техническомууровню машине,у которой общейпоказательоценки абсолютноидеален.

Какзамечает самавтор [25]: «…достоверностьрезультатоврасчетовквалиметрическимметодом зависитво многом откомпетентностилиц, решающихзадачу, насколькоглубоко и широкоони знаюттеоретическии практическипредмет, относящийсяк решаемойзадаче».

Методикавыбора ПЛК

Учитываяспецификуустройств,критерии оценкиможно разделитьна три группы,изображенныена деревехарактеристикПЛК (рис. 6.2):

Рис. 6.2. ДеревохарактеристикПЛК

техническиехарактеристики;
эксплуатационныехарактеристики;
потребительскиесвойства.

При этомкритериямивыбора считатьпотребительскиесвойства, т.е.соотношениепоказателейзатраты/производительность/надежность,а техническиеи эксплуатационныехарактеристикиограничениямидля процедурывыбора.

Кроме того,необходиморазделитьхарактеристикина прямые (длякоторых положительнымрезультатомявляется еёувеличение)и обратные (длякоторых положительнымрезультатомявляется еёуменьшение).

Так какхарактеристикимежду собойконфликтны,т.е. улучшениеодной характеристикипочти всегдаприводит кухудшениюдругой, необходимодля каждойхарактеристики

определитьвесовой коэффициент

,учитывающийстепень влиянияданной характеристикина полезностьустройства.

Терминологияи состав критериевоценки ПЛКприведены всоответствиис основнымиположениямиквалиметриии стандартамикачества (ГОСТ15467-79).

Выбор аппаратурыпроизводитсяв четыре этапа:

определениесоответствиятехническиххарактеристикпредъявленнымтребованиям;
определениесоответствияэксплуатационныххарактеристикпредъявленнымтребованиям;
оценкапотребительскихсвойств выбираемойаппаратуры;
ранжированиеизделий.

На первомэтапе каждаятехническаяхарактеристикаанализируемогоизделия сравниваетсяс предъявленнымик проектируемойсистеме требованиями,и если даннаяхарактеристикане удовлетворяетэтим требованиям,изделие снимаетсяс рассмотрения.

Такой жеанализ проводитсяна втором этапес эксплуатационнымихарактеристиками,и только еслитехническиеи эксплуатационныехарактеристикисоответствуютпоставленнойзадаче и предъявленнымтребованиям,проводитсяоценка потребительскихсвойств ПЛК.

Для этогоиспользуетсяаддитивныйметод оценки,когда суммарнаяоценка каждойгруппы свойств(затраты/производительность/надежность)вычисляетсяпо следующейформуле:

где

- нормированныепрямые и обратныехарактеристикивыбираемогоизделия (переходк относительнымхарактеристикам);

- весовые коэффициентыхарактеристик;

l,n-l количествопрямых и обратныххарактеристик.

Дляпрямой характеристики

- наилучшие,

- наихудшиезначения оценочныххарактеристик.Для обратныххарактеристикнаоборот. Значениятекущих оценочныххарактеристик

должны лежатьв диапазоне



Определениевесовых коэффициентовдля характеристикПЛК являетсяодной из самыхответственныхзадач, т.к. именноот их правильнойвеличины зависитдостоверностьрезультатованализа. Длянахожденияусредненнойоценки каждогокоэффициентаможет бытьрекомендованаследующаяметодика экспертныхоценок.

Составляетсясводная анкетаэксперты-коэффициенты(рис. 6.3), в которойпроставляютсяполученныеот каждогоэкспертаненормированныекоэффициентывесомости пошкале от 0 до10.

Рис.6.3. Сводная анкетаэксперты-коэффициенты

Определяютсясреднеарифметическиезначенияненормированныхкоэффициентовдля каждойгруппы характеристик:

,при

Определяютсязначениянормированныхвесовых коэффициентовпо группамхарактеристикхарактеристикПЛК:

Проверяемправильностьрасчетов, согласнокоторой суммавсех коэффициентоввесомости вгруппе должнабыть равнаединице

В результатеанализа потребительскихсвойств аппаратурысоставляетсятаблицаизделия-потребительскиесвойства, котораясодержит исходныеданные длявыбора ПЛК.

Ранжированиеизделий, т.е.расположениеих в порядкевозрастания(или убывания)соотношенияпоказателейзатраты/производительность/надежностьцелесообразнопроводить поформуле:

Приложение3

Отказоустойчивоеуправления(системы ПАЗ)– TRICON (TRICONEX)

выбранныеданные длявыполненияприкладнойпрограммы.

Основныеособенностисистемы TRICON:

отсутствиеслабых звеньевв системе;

возможностьфункционированияс тремя, двумяили одним главнымипроцессорамиперед отключением;
тройнаясистема резервирования;
всеобъемлющаясистема диагностикимодулей;
простойремонт модулейв процессеработы.

вероятностьвозникновенияошибки - от1.000 до 10.000 лет;
готовность- 99.90 - 99.99%.

Приложение4

Полеваяшина - Fieldbus

Аннотация

В данномдипломномпроекте в рамкахразработкисистемы автоматизированногоуправлениястадии стерилизациипроцесса биосинтезаэритромицинапроведенаработа в следующихнаправлениях:

Рассмотреназадача созданияавтоматизированнойсистемы управлениястадии стерилизациибиореакторапроцесса биосинтеза.

Подтвержденаактуальностьданной задачи,произведенвыбор методаавтоматизации,обоснован выборпрограммно-техническогокомплекса ипрограммногообеспечениядля ее решения.

Созданопрограммноеобеспечениедля автоматизированногорабочего местаоператора сиспользованиемLabVIEW 7 DSC.

Разработанапрограммнаяреализацияалгоритмическойсхемы переключенийв процессестерилизациибиореакторана базе программногопакета LabVIEW7 DSC.

Предложена модель системысбора, обработкии передачитехнологическойинформациина базе АРМоператора сиспользованиемпрограммнойреализацияалгоритмическойсхемы переключений,компьютерноймодели процессастерилизациии технологииOPC.

В рамках САУразработанапрограммауправленияизмерителемтемпературырегулирующим«Дана-Терм»ИТР 2529 c функциямиOPC серверав программнойсреде LabVIEW7 DSC.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1.ВВЕДЕНИЕ3

2.КРАТКОЕ ОПИСАНИЕТЕХНОЛОГИИПРОИЗВОДСТВАЭРИТРОМИЦИНА4

3.ЦЕЛИ, ЗАДАЧИИ ИСХОДНЫЕДАННЫЕ ДЛЯСОЗДАНИЯ СИСТЕМЫАВТОМАТИЗИРОВАННОГОУПРАВЛЕНИЯСТАДИИ СТЕРИЛИЗАЦИИБИОРЕАКТОРА7

4.СТРУКТУРА ИФУНКЦИОНИРОВАНИЕПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГОКОМПЛЕКСА(ПТК) РАЗРАБАТЫВАЕМОЙСАУ В СОСТАВЕАСУТП БИОСИНТЕЗАЭРИТРОМИЦИНА10

5.АНАЛИЗ ФЕРМЕНТЕРАВ КАЧЕСТВЕОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯСАУ СТАДИИСТЕРИЛИЗАЦИИБИОРЕАКТОРА13

6.ВЫБОР СРЕДСТВПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГОКОМПЛЕКСА15

7Программируемыйлогическийконтроллер(ПЛК) и сопутствующиетехнологииавтоматизации16

8Сетевой комплексконтроллеров18

9Выбор контроллерныхсредств (ПЛК)19

10Выбор средствпрограммированияконтроллеров.28

11Выбор программногообеспеченияверхнего уровня.SCADA системы31

12.РАЗРАБОТКАСИСТЕМЫАВТОМАТИЗИРОВАННОГОУПРАВЛЕНИЯСТАДИИ СТЕРИЛИЗАЦИИБИОРЕАКТОРА36

13Автоматизированноерабочего местооператора.Интерфейсоператора36

14Компьютернаямодель стадиистерилизациибиореактора53

15Реализацияпрограммно-логическогоуправлениястадией стерилизациибиореактора.56

16.РАЗРАБОТКАПРОГРАММЫУПРАВЛЕНИЯИЗМЕРИТЕЛЕМТЕМПЕРАТУРЫРЕГУЛИРУЮЩИМ«ДАНА-ТЕРМ»ИТР 2529 В ПРОГРАММНОЙСРЕДЕ LABVIEW DSC. РЕАЛИЗАЦИЯФУНКЦИЙ OPC СЕРВЕРА59

17Описание программыуправленияизмерителемтемпературырегулирующим«Дана-Терм»ИТР 252959

18Работа с программойуправления(2529.exe)61

19Файл конфигурации69

20Работа с программойпросмотра“log” файловрегуляторатемпературы«Дана-Терм»ИТР 2529 (Log_view.exe)70

21Внедрениепрограммыуправления измерителемтемпературырегулирующим«Дана-Терм»ИТР 2529.71

22.БЕЗОПАСНОСТЬПРОИЗВОДСТВА74

23.СПЕЦИФИКАЦИЯКИПиА80

24.ПОДСЧЕТ СУММАРНОЙСТОИМОСТИОБОРУДОВАНИЯИ ПРОГРАММНОГООБЕСПЕЧЕНИЯДЛЯ СОЗДАНИЯСАУ ПРОЦЕССАСТЕРИЛИЗАЦИИБИОРЕКТОРА.84

25.ЗАКЛЮЧЕНИЕ85

26.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ86

27.ПРИЛОЖЕНИЯ90

1.ВВЕДЕНИЕ

Процессыбиосинтеза(ферментации)занимают важноеместо в медицинской,пищевой, микробиологическойи других отрасляхпромышленности.

Несмотряна их большоеразнообразие,процессампериодическойферментациипринадлежитведущая ролькак наиболееизученным игибким с точкизрения полученияпромежуточныхи конечныхпродуктовтребуемогокачества.Значительныекапитальныеи эксплуатационныевложения, которымихарактеризуютсясистемы ферментации,связанны сиспользованиемдорогостоящегооборудованияи значительнымиэнергетическимизатратами. Основноеоборудование:биореакторы(ферментеры),емкостныеаппараты,трубопроводы,запорно-регулирующаяарматура, –необходимоизготавливатьиз высококачественнойнержавеющейстали. Непрерывноеобеспечениекультуры вферментерестерильнымвоздухом, поддержаниестабильноготепловогорежима, большойрасход параво время стерилизациии т.д. требуютобеспечениявысокой степенинадежностиоборудования,узлов и механизмов,систем управленияточности ихтехнологическогопроектирования.

К настоящемувремени выполненобольшое количестворабот, посвящённыхмоделированиюпроцессовферментациии их оптимизации.В тоже времясущественнуючасть времениферментерработает внестационарномрежиме, которыйне являетсяоптимальным(различныестадии подготовки,начала и завершения процессаферментации).Одной из важнейшихопераций стадииподготовкиявляется стерилизацияоборудованияи компонентовпроцесса, необходимаядля обеспечениястерильныхусловий проведенияпроцесса ферментации.

К сожалению,в АСУ ТП, какправило, отсутствуютфункции управленияподготовительнымистадиями процессаферментации,в том числестадией стерилизации,того же уровняавтоматизации,что и для стационарныхрежимов. Междутем проведениесверхнормативныхстадий стерилизации(после остановокпроизводствапо аварийным,организационнымили конъюнктурнымпричинам ит.п.) связаносо значительнымизатратами, апроизводственныепотери ценногосырья и энергоресурсовот них могутбыть велики.Для крупнотоннажныхпроизводствэта обязательнаяподготовительнаяоперация оказываетзаметное влияниена многие стороныфункционированиясистемы ферментации.

Низкий уровеньавтоматизациии неэффективнаяработа автоматикив период проведенияподготовительныхопераций ведутк неоправданномуизносу технологическогооборудованияи нерациональномурасходованиювсех видовпроизводственныхресурсов. Оказываютнегативноепсихофизиологическоевоздействиена обслуживающийперсонал ввидутого, что основнаянагрузка попринятию решенийо переключенияхрегулирующихорганов, исполнительныхмеханизмов,контроля засредствами КИПиА падаетна операторов,существеннопревышая обычныйуровень, чтоможет привестик ошибкам операторов,привести кпотери стерильностии выводу оборудованияиз строя. Вместес тем стадиястерилизацииимеет весьмасущественныйрезерв дляповышенияэффективностиферментацииза счет оптимизацииуправленияэтой стадией.Возникаетзадача оптимизациирежимов проведениястерилизациипо следующимкритериям:

минимизациявремени проведениястадии;
уменьшениеизноса технологическогооборудованияи снижениепотерь прибыли,связанных снеоптимальностьюработы системыферментацииво время стерилизациии при сменетехнологическогорежима;
повышениекачества (вданном случаекачествастерилизации).

Отметим, чтооптимальноеуправлениестерилизациейи подготовительнымистадиями вообщетребует минимальныхкапиталовложенийв материальноеобеспечение,т.к. реализуетсяс использованиемсуществующейсистемы управления.

2.КРАТКОЕ ОПИСАНИЕТЕХНОЛОГИИПРОИЗВОДСТВАЭРИТРОМИЦИНА

Эритромицинпринадлежитк группе антибиотикови являетсяорганическимоснованием,продуцируемымкультуройSaccharopolyspora erythraea или другимиродственнымимикроорганизмамии представляетсобой кристаллическийпорошок белогоцвета без запаха,с горьким вкусоми высокойгигроскопичностью[2, 3]. Химическаяформула эритромицина C37H67NO13.

Эритромицинявляется антибиотикомширокого спектрадействия. Хорошиепоказанияполучаютсяпри воздействииэритромицинана крупныевирусы и микробактерии.Пневмококки,стрептококкии некоторыештаммы энтерококковчувствительнык эритромицинув концентрацияхдо 1 мкг/мл. Наибольшийпрактическийинтерес представляетдействие эритромицинав отношенииклиническихштаммов золотистогостафилококка,устойчивыхк пенициллину,тетрациклину,стрептомицинуи другим антибиотикам.

Биологическийсинтез эритромицинаосуществляетсяс использованиемштамма культурыSaccharopolyspora erythraea, в процессеферментациив специальныхаппаратах –биореакторах(ферментерах).

Антибиотик,представляющийсобой сложноеорганическоесоединение,отличаетсявысокой чувствительностьюк внешнимвоздействиям,неустойчивостьюв растворах.Существенноеповышениетемператур,длительноепребываниеантибиотикав щелочной иликислой среде,контакт с окислителеми т.д. приводятк химическимизменениям,превращающимантибиотикв биологическинеактивноевещество.

Для производстваантибиотикаиспользуетсяаппараты итрубопроводы,изготовленныеиз коррозионно-устойчивых,не загрязняющихпродукт материалов(как правило,это высоколегированныенержавеющаясталь).

Процессбиосинтезаантибиотиковсостоит изследующихстадий:

подготовкаоборудования(стерилизация)и питательнойсреды для процессабиосинтеза;
подготовкапосевногоматериала;
загрузкапитательнойсреды в ферментер;
совместнаястерилизацияпитательнойсреды и оборудования;
загрузкапосевногоматериала;
процессферментацииантибиотика;
выгрузкаи очистка продукта;
складированиепродукта.

Важной особенностьюпроизводстваантибиотиков,на всех технологическихстадиях, являютсявесьма высокиесанитарныетребования.Соблюдениевысокой степеничистоты помещенийи оборудования,систематическаяпромывка идезинфекцияпредставляютсобой необходимуюпредпосылкуполученияпродукта высокогокачества.

Ферментацияэритромицина,осуществляемаяпри интенсивнойаэрации иперемешиваниисреды, проводитсяв специальномаппарате -ферментере,представляющимсобой закрытыйцилиндрическийсосуд со сферическимднищем и крышкой,снабженныймешалкой, барботеромдля подачивоздуха, отбойниками,рубашкой илизмеевикамидля нагреваи охлаждениясреды, а такжезапорной арматуройи контрольно-измерительнымиприборами.Ферментердолжен бытьпрочен, корозионностоек,герметичен,надежен вэксплуатации.

Функциональнаясхема автоматизациистадии стерилизациибиореакторапредставленав приложении1.

Аппарат Ф1(ферментер)снабжен рубашкой(потреблениепара, хладагента),барботером(потреблениевоздуха), мешалкой(потреблениеэлектроэнергии)и комплектомконтрольно-измерительногооборудования.

В функциональнуюсхему процессаферментацииэритромицинавходят:

емкостьстерильныхподпиток Е1;
сборникстерильногопеногасителяЕ2;
сборниккислоты Е3;
сборникщелочи Е4;
воздушныйфильтр ФВ;
теплообменникТ1;
насосыперистальтическиеНП1-4;
трубопроводы;
запорно-регулирующаяарматура

Перед ведениемпроцесса биосинтезаэритромицинааппарат Ф1подвергаетсятщательномуосмотру ипроизводитсясерия проверок,определяющихстепень егоработоспособности.Перед каждойзагрузкойпитательнойсреды аппаратпромываетсягорячей водой,проверяетсяработа мешалкии барботера,а также исправностьконтрольно-измерительногооборудования.Затем осуществляетсяпроверкагерметичностиаппарата иприлегающихк нему коммуникацийдавлениемсжатого воздуха.При соблюдениитребованийк герметичностиаппарата иприлегающимкоммуникациямначинаетсястерилизацияпустого аппарата.

Ферментернагреваетсядо 90⁰C острымпаром, подаваемымпо трубопроводамчерез термозатворы,глухие штуцераи барботер. Вовремя нагреваферментерадо 90⁰С один разв 3 недели стерилизуютвоздушныйфильтр. Фильтрпрогреваетсяострым паромдо 130⁰С и выдерживается30 мин при этойтемпературе.

По окончаниинагревания(что определяетсядостижениемтемпературыконденсата90⁰С на выходеиз ферментера)прекращаетсяподача острогопара в аппаратчерез термозатворыи глухие штуцера.Далее начинаетсязагрузка питательнойсреды из емкостиподпиток припомощи насоса.При этом продолжаетсяподача парачерез барботерс небольшимрасходом, дляпредотвращениязабиванияотверстийбарботерачастичкамипитательныхвеществ. Длядоведения донеобходимогообъема питательнойсреды в ферментерзаливаетсяпитьевая вода.По окончаниизагрузки питательнойсреды и вспомогательныхопераций питательнуюсреду в ферментеренагреваетсядо температурыстерилизации121⁰С следующимобразом:

подаетсяострый парчерез термозатворы,глухие штуцераи барботер (свысоким расходомпара черезбарботер);
подаетсяпар в рубашкуаппарата.

Механическоеуплотнениеферментерастерилизуетсяодновременнос питательнойсредой.

По достижениив ферментеретемпературы121⁰С останавливаетсяподача острогопара черезтермозатворына трубопроводахи глухие штуцера.Острый парпродолжаетподаватьсячерез барботерс низким расходом.

Затем ферментервыдерживаетсяв течение 30 минпри t=121⁰C,P=0,2 МПа.

Температурустерилизацииподдерживаетсяконтролируемымрасходом парачерез рубашкуферментера.

По окончанииинтервалавыдерживанияостанавливаетсяподача парав рубашку иподача острогопара черезбарботер. Начинаетсяподача охлаждающейводы черезрубашку ферментерадля снижениятемпературыв ферментерес 121⁰С до 28⁰С,совместно сэтим для компенсациидавления черезбарботер подаетсястерильныйсжатый воздух.

После охлажденияферментерапроизводитсяввод посевнойкультуры череззасевной лючок.

После засевапосевной культурыв аппаратеустанавливаютоптимальныедля ферментациипараметры. Входе процессаосуществляетсянепрерывнаяподача стерильноговоздуха черезвоздушныйфильтр ФВ, pHстатированиеподачей растворовкислоты иземкости Е3 илищелочи из Е4,уровень пенырегулируетсяподачей пеногасителяиз Е1, при необходимостипроизводятся

подпиткииз емкости E1,температурукультивирования поддерживаютподачей в

рубашкуохлаждающей воды, давлениявнутри ферментераподдерживаетсяза счет регулированиярасхода отходящихгазов [3, 4].

Продолжительностьбиосинтезаэритромицинапри посеве изколбы составляет~240 ч. По истечениюэтого срокаготовая культуральнаяжидкость выгружаетсяи передаётсяна фильтрацию.

3.ЦЕЛИ, ЗАДАЧИИ ИСХОДНЫЕДАННЫЕ ДЛЯСОЗДАНИЯ СИСТЕМЫАВТОМАТИЗИРОВАННОГОУПРАВЛЕНИЯСТАДИИ СТЕРИЛИЗАЦИИБИОРЕАКТОРА

Ознакомлениес существующейсистемой управлениябиосинтезаантибиотиков

Долгое времяавтоматизацияпроцесса биосинтезаопределяласьналичием системыавтоматизированногоуправления основной стадииэтого производства- ферментацииантибиотика.Причем уровеньавтоматизациипозволял вестинепрерывныйконтроль параметровпроцесса (измерение,сигнализация)и осуществлятьавтоматическоерегулированиепараметровпроцесса, ноне обеспечивалавтоматическуюсмену отдельныхстадий производства(переключениеопераций). Проведениевспомогательныхопераций ипереключениемежду нимиосуществлялосьвручнуюоператорами-технологами,так как считалось,что эти операцииавтоматизироватьнецелесообразно.

Сразвитиемвычислительнойтехники и повышениемнадежностисредств автоматизациистало возможными экономическивыгоднымавтоматизироватьразличныевспомогательныеоперации.

Данная работапосвященасозданию системыавтоматизированногоуправлениястадии стерилизациибиореактора.

Целии задачи, решаемыепри созданиисистемы автоматизированногоуправлениястадией стерилизациибиореактора

В соответствиис заданием надипломноепроектированиенеобходиморазработатьсистемуавтоматизированногоуправления(САУ) стадиистерилизациикак составляющуюАСУТП биосинтезаэритромицина.

РазработкаСАУ стадиистерилизациивключает следующиеэтапа разработки:

определениеисходных данных;
проектированиеСАУ;
реализацияСАУ;
апробированиеСАУ
сдача вэксплуатацию;

Основнымнаправлениемявляется

В даннойдипломнойработе планируетсяосуществитьпроектированиеи реализациюотдельныхэлементов САУ.При этом необходиморешить следующиезадачи:

Выборпрограммно-техническогокомплекса дляреализациисистемыавтоматизированногоуправлениястадией стерилизациибиореактора,включающийследующиеразделы:
- Определениеструктурыпрограммно-техническогокомплекса(ПТК) САУ;
- Выбор аппаратныхи программныхкомпонентовПТК;
Разработкаэлементовсистемыавтоматизированногоуправления:
- Написаниепрограммногообеспечения для элементовПТК;
- Сборка узловСАУ, моделированиепроцесса, написаниеалгоритмов;
- Проверкафункционированияразработанныхэлементов ПТКи САУ с использованиеммоделей (процесса,алгоритмовуправления);
- ПроверкафункционированияСАУ;

Системауправления(здесь и далеетермин «системауправления»относится ксистеме, состоящейиз САУ стадиистерилизации,если нет другогоуказания) наэтапе созданиясистемы автоматизированногоуправлениястадией стерилизациидолжна охватыватьследующиеосновныетехнологическиеагрегаты:

ферментерФ1;
фильтр воздушный;
трубопроводы;
запорно-регулирующаяарматура.

Системауправлениядолжна бытьспроектированатаким образом,чтобы в дальнейшеминтеграцияс другими(автоматизированнымии неавтоматизированными)стадиями процессабиосинтеза,а также включениев систему управлениятехнологических аппаратов, неавтоматизируемыхна этом этапе,не представлялотрудностей.

Системауправленияпредназначенадля реализацииследующих группфункций:

оперативныйконтроль иавтоматическоеуправлениеустановкойс экранов рабочихстанций и операторскихпанелей, с помощьюреализованныхв цветном исполнениифрагментовмнемосхемтехнологическогопроцесса, панелейконтроля ирегулирования;
предупредительнаяи аварийнаясигнализацияпри выходетехнологическихпараметровза нижние иверхние пределыустановленныхтехнологическихи аварийныхграниц;
представлениеинформацииоператорам-технологамв виде мнемосхем,панелей контроляи регулирования,графиков, протоколовсобытий, таблиц,текстовыхсообщений,представлениеуказаннойинформациидолжно осуществлятьсяна цветныхэкранах монитороврабочих станций;
автоматическое протоколированиепо мере возникновениясобытий следующихклассов:
- сообщенийо нарушенияхи отклоненияхв ходе технологического процесса;
- сообщенийо возникновениидвоичных событий(вкл/выкл электрооборудования,закрытие / открытиеклапанов);
- сообщенийо действияхоператора-технолога;
- системныхсообщений;
формированиеи автоматическоепротоколированиеусредненныхзначенийтехнологическихпараметровза смену/сутки;
формированиеи автоматическоепротоколированиерасходов сырья,расчет конечнойвыработки исравнение среальной выработкой;
формированиеи автоматическое протоколированиеусредненныхзначенийматериальныхпотоков поустановке вцелом, за сутки,смену;
формированиеи печать протоколаразвитияпредаварийнойситуации:
- формированиеи печать протоколаобнаруженияпервопричинысрабатыванияаварийнойпрограммы;
- формированиепротоколавозникновениянеисправностейоборудованияи приборовКИП и А;
архивированиеоперативнойи отчетнойинформациив течение заданноговремени и еепоследующаяпечать дляанализа технологическимперсоналом.

Основнымицелями созданиясистемы управленияявляются:

снижениематериальныхи энергетическихзатрат за счетповышенияоперативностии точностиуправления;
повышениенадежностифункционированиятехнологическогопроцесса иоборудованияза счет внедрениясистемы автоматизации;
минимизацияматериальныхзатрат при обеспечениизаданнойпроизводительностиустановки.

Указанныецели созданияСАУ могут бытьскорректированыи расширеныпо мере освоенияданной системыуправленияи при изменениистратегииуправлениятехнологическимобъектом [5, 6, 7].

Исходныеданные дляпроектированиясистемы автоматизированногоуправлениястадии стерилизациибиореактора

Исходнымиданными дляпроектированиясистемы автоматизированногоуправленияявляется количество технологическихпараметров(каналов), которыенеобходимоконтролировать(входные каналыСАУ) или с помощьюкоторых необходимоосуществлятьрегулирование(выходные каналыСАУ):

непрерывныхвходных каналов: 16;
непрерывныхвыходных каналов: 8;
дискретныхвходных каналов:32;
дискретныхвыходных каналов:32;

Кромеэтого припроектированиинеобходимоучитыватьследующиефакторы:

создаваемаясистемаавтоматизированногоуправлениябудет работатьсовместно сСАУ ферментации;
использованиедатчиков иисполнительныхмеханизмовот САУ ферментации;
автоматизацииподлежитпериодическийпроцесс, проводящийсяодин раз в 240часов;
существенныеэкономическиепотери, связанныес нарушениемрегламентапроцесса;
наличиене взрыво/пожароопасногопроизводства;
размещениеобъекта управленияна небольшойтерритории;
возможностьнаращиванияпроизводстваза счет добавленияновых биореакторов.

4.СТРУКТУРА ИФУНКЦИОНИРОВАНИЕПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГОКОМПЛЕКСА (ПТК)РАЗРАБАТЫВАЕМОЙСАУ В СОСТАВЕАСУТП БИОСИНТЕЗАЭРИТРОМИЦИНА

В настоящеевремя автоматизациябольшого количествапроизводственныхпроцессоввыполняетсяс использованиемсовременныхинформационныхтехнологий.Различныевычислительныесредства, программныетехнологиии протоколывзаимодействияприменяются для управлениятехнологическимипроцессамина нижних уровняхавтоматизации– интеллектуальныедатчики, объединенныев промышленныеинформационныесети, программируемыелогическиеконтроллеры(ПЛК) на баземикропроцессорныхкомпонентов.На верхнихуровнях –вычислительныесети масштабовпредприятия,автоматизированныерабочие местаоператоров,системы хранениятехнологическойинформации(базы данных)и другиепрограммно-техническиесредства.Совокупностьпрограммно-вычислительныхсредств автоматизациитехнологическогопроизводстваи их инфраструктураобразуетпрограммно-техническийкомплекс (ПТК)технологическогопроцесса. Навход ПТК отдатчиков поступаютсигналы, несущиеинформациюо технологическихпараметрах процесса. Комплексреализуетзаданные функцииконтроля, учета,регулирования,последовательногологическогоуправленияи выдает результатына экран дисплеярабочей станцииоператора иуправляющиевоздействияна исполнительныемеханизмыобъекта автоматизации.

Как былоотмечено выше,САУ стадиистерилизациидолжна входитьв состав АСУТПбиосинтезаэритромицина.Это необходимоучитывать припроектированииданной САУ.Целесообразноопределитьструктуру ифункционирование программно-техническогокомплекса такимобразом, чтобыимелась возможностьмасштабированияи простой интеграцииэтой системыв АСУТП биосинтезаэритромицина.

ПроектируемаяСАУ по своейструктуредолжна представлятьцентрализованнуюавтоматизированнуюсистему управления.Прежде всего,это обусловлено сосредоточениемвсех элементовобъекта управленияна небольшомпространстве.

Кроме того,предлагаемаяструктурасистемы автоматизированногоуправлениястадией стерилизации,позволит снизитьзатраты наоборудованиеПТК, а такжетрудоемкостьи время созданиясистемы управленияи проведенияпуско-наладочныхработ [10].

Структурапрограммно-техническогокомплексацентрализованнойсистемы управленияпроизводством являетсяиерархической,в ее составедолжны бытьпредусмотреныследующиекомпоненты:

средстваавтоматическогосбора информацииот датчиковтехнологическихпараметров;
вычислительныесредства снеобходимымсоставомпериферийныхустройств;
средстваобработкиинформациии передачи еев сеть;
средстваконтроля иотображениятехнологическойинформации;
средствапостроенияавтоматизированныхрабочих местоперативноготехнологическогоперсонала.

ПТК должениметь возможностьрасширенияфункционально-алгоритмическогои техническогообеспеченияза счет добавленияновых техническихсредств ипрограммногообеспеченияпри развитииАСУТП, увеличенииколичествасигналов ввода/вывод.

Программно-техническийкомплекс долженвключать аппаратныеи программныесредства дляобеспечениядиагностикивсех компонентов,входящих вструктурукомплекса.

С целью обеспеченияпостоянногоэлектропитанияпрограммно-техническогокомплекса САУнеобходимо:

реализоватьсоответствующуюсистему бесперебойногоэлектропитаниятребуемоймощности;
времяработы этойсистемы приисчезновениипитания впроизводственнойсети должносоставлятьне менее 40 минути обеспечиватьбезаварийныйостанов установки(процесс, оборудование).

Функционированиепрограммно-техническогокомплекса САУдолжно бытькруглосуточным,с остановкойна профилактикув период капитальногоремонта технологическогокомплексапроизводстваэритромицина.

Для защитыинформацииот потерь присбоях программныхи/или техническихсредств САУдолжно бытьобеспеченоархивированиеинформации.Продолжительностьхранения архивадолжна бытьне менее 30 суток.

Применяясовременныепринципы построениясистем автоматизированногоуправления,можно определитьследующуюструктуру АСУстадией стерилизации:

диспетчерскийуровень;
сетевойинтерфейсныйуровень;
уровеньконтроллерови модулейввода-вывода;
уровеньдатчиков иисполнительныхмеханизмов.

Основныефункции диспетчерскогоуровня – сбори обработкаданных и отображение технологическогопроцесса. Средствадиспетчерскогоуровня позволяютпроизводственномуперсоналуудаленноконтролироватьтечение технологическогопроцесса,предоставляютдоступ к историческойи актуальнойтехнологическойинформациив удобной длявосприятияформе в видемнемосхем,диаграмм, тревог,историческихданные. На этомуровне необходимообеспечиватькорректность,доступность,простоту пониманияотображаемойи записываемойтехнологическойинформации.Диспетчерскийуровень представленавтоматизированнымирабочими местами(АРМ) операторов,технологов,инженеров –компьютерами,получающимиинформациюс нижних уровней,на которыхфункционируютсистемы сбораданных и управления(SCADA), ведутсяархивы базданных (БД)технологическихпараметров.

Сетевойуровень являетсяпрослойкоймежду вычислительнымисредствамиверхнего инижних уровней,отвечает завзаимодействиеАРМ, систем БД, промышленныхконтроллерови устройствсопряженияс объектом(УСО).

Вычислительныесредства черезблоки согласованияобъединеныв общую сетьс использованиеминтерфейсов(RS-485, Ethernet).Блок согласованияподключаетсяк последовательномупорту компьютера(или в виде платырасширениявставляетсяв разъем непосредственнов компьютере)и выполняетфункции преобразователяинтерфейсовRS-485 в RS-232и наоборот. ПоинтерфейсуRS-485 происходитопрос входныхпараметровпромышленныхконтроллеров,подключенныхк сети длядиспетчеризациии управления.Функции этогоуровня – передачаинформациимежду вычислительнымисредствамиавтоматизации.На этом уровнеобеспечиваетсядетерминированность(гарантированностьпередачи данныхза заданноевремя), минимальноевремя доставки,корректностьпередаваемойинформации.Этот уровеньпредставленсетевымиустройствами:повторителями,коммутаторами,маршрутизаторами,шлюзами, а такжекабельнойинфраструктуройсети.

Уровеньконтроллерови модулейввода-выводарешает классическиезадачи управлениятехнологическимипроцессами.Наличие этогоуровня в отличиеот диспетчерскогоявляетсяобязательным,так как основныефункции управленияв АСУ реализуютсяименно на этомуровне. Функции– сбор и обработкапервичнойтехнологическойинформации,управлениетехнологическимпроцессом. Наэтом уровнеобеспечиваетсябыстрота икорректностьпервичнойобработкитехнологическойинформации,гарантированноевыполнениеалгоритмовуправления,надежностьработы средствавтоматизации,возможностьгорячей заменывышедших изстроя элементовбез потериуправленияв целом. Центральнымэлементом наэтом уровнеявляетсявычислительныйблок – программируемыйлогическийконтроллер(ПЛК). В соответствиис заложеннойв него программой через встроенныеили подключаемыемодули ввода-выводаосуществляетсясбор и обработкапервичнойинформациис самого нижнегоуровня – отдатчиковтехнологическихпараметров(термопар,уровнемерови т.п.), а такжеуправленияисполнительнымимеханизмами(клапанами,двигателямимешалок и т.п.).

Уровеньдатчиков иисполнительныхмеханизмов,как следуетиз названия,включает датчики(термометрысопротивления,манометры,pH-метры,емкостныеуровнемерыи др.) и исполнительныемеханизмы (ИМ)с дистанционнымуправлением(приводы насосов,отсечные ирегулирующиеклапаны и др.),необходимыедля полученияинформациио ходе управлениятехнологическимпроцессом.Требования,предъявляемыек этому уровню,– надежностьв эксплуатации,точность измеренийи управления.Рекомендуетсяиспользоватьдатчики и ИМс унифицированными аналоговымии дискретнымисигналами(токовый сигнал4-20 мА, по напряжению3.5V ~ 30 V), дляупрощенияподключенияк модулямввода-выводаконтроллерови УСО.

Упрощеннаяструктурнаясхема системыпредставленана рис. 4.1. Развернутаяструктурнаясхема САУ данав приложении2.

…

Рис.4.1. Упрощеннаяструктурнаясхема САУ

5.АНАЛИЗ ФЕРМЕНТЕРАВ КАЧЕСТВЕОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯСАУ СТАДИИСТЕРИЛИЗАЦИИБИОРЕАКТОРА

Выше былоопределеноположениеферментера на схеме автоматизациистадии стерилизации,теперь рассмотрим ферментер вкачестве объектаавтоматическогоуправления.Для этого сначалаопределим, чтопредставляетсобой стадиястерилизациис позицииавтоматизациитехнологическихпроизводств.

На стадиистерилизацииосновной функциейуправленияявляется обеспечениезаданнойпоследовательностивыполненияопераций, т. е.функцияпрограммно-логическогоуправления.Она реализуетсяпереключениемв определеннойпоследовательностизапорно-регулирующейарматуры,установленнойна трубопроводахтехнологическойобвязки биореакторапо достижениитехнологическимипараметрами(ТП) условийпереключенияили по завершениивременныхинтерваловподдержанияТП. Таким образом,АСУ стадиейстерилизациифункционируетпо разработаннойс учетом технологиипроизводствациклограммепереключенияуправляющихэлементов(клапанов, насосови др.)

За цикл работыбиореакторанеобходимопереключитьдесятки единицзапорной арматуры,причем в случаеошибочногоизмененияпорядка переключениянарушаетсястерильность,что ведет кснижению выходацелевого продукта.При управлениивручную ошибкив порядкепереключения— одна из причинпотерь продукта.Кроме того,переключениевентилей вручнуюсвязано с большимизатратами трудаи времени, т.е. с увеличениемдлительностивспомогательныхопераций иснижениемпроизводительностиреактора. Поэтомуавтоматизацияпрограммно-логическогоуправления— важный резервповышенияэффективностипроизводстваэритромицина.

Информацияо состояниитехнологическихпараметровпроцесса снимаетсяс датчиков,расположенныхвнутри ферментераи входящих всостав запорно-регулирующейарматуры.

Теперь выделимиз всех технологическихпараметров,учитываемыхпри биосинтезеантибиотика,только те, которыеимеют значениедля стадиистерилизации.

Промышленныйферментер Ф1представляетсобой аппаратпериодическогодействия. Времяодного циклаферментации240 часов.

Вследствиебольшой тепловойемкости этотобъект обладаетзначительнойинерционностьюи чистым запаздыванием.

Основнымитехнологическимипараметрамипроцесса биосинтезаявляются:

температурыпри проведениивспомогательныхопераций(стерилизацияи др.) и во времяферментации;
давленияво время стерилизациии во времяферментации;уровни пеныи жидкостейв ферментере;
pHуровень ферментационной среды;
содержаниеразличныхвеществ в отходящихгазах;
расходыстерильноговоздуха, пара,щелочи, кислоты,пеногасителя,подпитки, холоднойводы.

Из них технологическиепараметры,имеющие значениедля стадиистерилизации:

температураэлементовобвязки в ферментереи на выходе изфермента;
давлениевнутри ферментера;

Всоответствиис протекающимив ферментеретеплообменнымипроцессамимежду технологическимипараметрамисуществуетследующаясвязь:

нагревострым паромведет к повышениютемпературына соответствующихэлементахобвязки навыходе изферментера;
охлаждениеферментерахолодной водойведет к снижениютемпературыи давлениявнутри аппарата(охлаждениеимеет местопо завершениистадии стерилизации,для сохраненияпри этом стерильныхусловий требуетсягерметичностьаппарата)

Исходя изэтого, можноопределитьвходные параметры,имеющие значениедля процессастерилизации:

расходвоздуха F_В;
расходпара F_П;
температурапара Т_П;
температураохлаждающейводы Т_охл;
расходохлаждающейводы G_ОВ.

выходныепараметры:

температурасреды в ферментереТ_Ф;
температураэлементовтрубопроводнойобвязки (штуцер)на выходе изферментераТ_Ш;
давлениевнутри ферментераP.

Т_Ф

Т_Ш

Т_П

Т_охл

F_В

G_ОВ

F_П

Объект

управления

Рис 5.1. Ферментеркак объектавтоматизированногоуправления

6.ВЫБОР СРЕДСТВПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГОКОМПЛЕКСА

Ранее былираскрыты назначение,цели, и критериисоздания АСУстадией стерилизации(в составе АСУТПбиосинтезаэритромицина),определенаструктура ифункционированиеПТК этой АСУ,затем проведенанализ ферментераи стадии стерилизациис позицииавтоматизациитехнологическихпроизводств.Следующим шагомна пути созданияавтоматизированнойсистемы управленияявляется выборсредствпрограммно-техническогокомплекса,охватывающийдиспетчерскийуровень, сетевойуровень и уровеньконтроллерови модулейввода-выводаструктурнойсхемы АСУ.

Как уже былоотмечено, привыборе средствПТК необходимостремитьсяк снижениюстоимостисистемы, наладкии эксплуатации,повышениюнадежности,производительности,простотеэксплуатации,совместимости и другим важнымхарактеристикам системы.

Техническиесредстваавтоматизации(ТСА) выбираютсятаким образом,что в рамкахАСУ необходимособлюдатьтакие принципыГосударственнойсистемы приборов(ГСП), как:

агрегатирование;
унификациясигналов,интерфейсов,несущих конструкций,элементнойбазы, модулейи блоков;
минимизацияноменклатуры;
реализацияэстетическихи эргономическихтребованийс точки зрениярациональности.

При выборепрограммнотехническихсредств автоматизациинеобходимоучитыватьособенностипоставленнойзадачи, требованияпредъявляемыехарактеромтехнологическогопроцесса кнадежности,живучести,быстродействию,другим техническими эксплуатационнымхарактеристикамсистемы, а такжепотребительскиесвойства системы.

Набор выполняемыхфункций исоответствующийобъем получаемойи обрабатываемойинформацииоб объектесоответствуетвозможностямПТК, построенногона базе локальногопрограммируемогологическогоконтроллера (ПЛК) или сетевогокомплексаконтроллеров(сеть ПЛК).

7Программируемыйлогическийконтроллер(ПЛК) и сопутствующиетехнологииавтоматизации

Из всех используемыхв настоящеевремя классовлокальныхконтроллеровнас интересуетPLC, выполненныев виде автономных модулей, реализующихфункции контроляи управленияизолированнымитехнологическимиузлами, как,например, районныекотельные,электрическиеподстанции,резервуарныепарки. Автономныеконтроллерыпомещаютсяв защитныекорпуса, рассчитанныена разные условияокружающейсреды [17, 18]. Почтивсегда этиконтроллерыимеют портыдля соединенияв режиме "точка-точка"с другой аппаратуройи интерфейсы,связывающиеотдельныеустройствачерез сеть сдругими средствамиавтоматизации.В контроллервстраиваетсяили подключаетсяк нему специальнаяпанель интерфейсас оператором,состоящая изалфавитно-цифровогодисплея и наборафункциональныхклавиш.

В этом классеследует выделитьспециальныйтип локальныхконтроллеров,предназначенныхдля системпротивоаварийнойзащиты. (ПАЗ).

Устройстваотличаютсяособенно высокойнадежностью(IEC 61511) и быстродействием.В них предусматриваютсяразличныеварианты полнойтекущей диагностикинеисправностейс глубиной доотдельнойплаты; защитныекоды, предохраняющиеинформациюот искаженийво время передачии хранения;резервирование,как отдельныхкомпонентов,так и всегоустройствав целом. В частности,к наиболеераспространеннымспособамрезервированияконтроллеровэтого типаотносятся:

горячийрезерв отдельныхкомпонентови/или контроллерав целом (прине прохождениитеста в рабочемконтроллереуправлениепереходит ковторому контроллеру);
троированиеосновных компонентови/или контроллерав целом с голосованиемпо результатамобработкисигналов всемиконтроллерами,составляющимигруппу (за выходнойсигнал принимаетсятот, которыйвыдали большинствоконтроллеровгруппы, а контроллер,рассчитавшийиной результат,объявляетсянеисправным);
работапо принципу"пара и резерв".Параллельноработает параконтроллеровс голосованиемрезультатов,и аналогичнаяпара находитсяв горячем резерве.При выявленииразности результатовработы первойпары управлениепереходит ковторой паре;первая паратестируется,и либо определяетсяналичие случайногосбоя и управлениевозвращаетсяк первой паре,либо диагностируетсянеисправностьи управлениеостается увторой пары.

Контроллеры,предназначенныедля цепейпротивоаварийнойзащиты, должныиметь специальныйсертификат(например,соответствиеуровням SILстандарта IEC61508), подтверждающийих высокуюнадежностьи живучесть.

Контроллерыданного классачаще всегоимеют десяткивходов/выходовот датчикови исполнительныхмеханизмов,небольшую илисреднюю вычислительнуюмощность.

Мощностьпредставляетсобой комплекснуюхарактеристику,зависящую отразрядностии частоты процессора,а также объемапамяти разноготипа (оперативной,постояннойи т. д.).

Контроллерыреализуютпростейшиетиповые функцииобработкиизмерительнойинформации,блокировок,регулирования.Многие из нихимеют один илинесколькофизическихпортов дляпередачи информациина другие системыавтоматизации.

Также средилокальныхконтроллеровможно выделитьдве группы: неPC-совместимые(закрытые) иPC-совместимые(x86-совместимые,открытые)контроллеры.

Контроллерыпервой группы,как правило,базируютсяна специальноразработанныхпроцессорах(например, CPU 214 вSiemens SIMATIC S7-200). Производительоснащает этиконтроллерысобственнымии стандартнымикоммуникационнымиинтерфейсами,выпускаетразнообразныемодули расширения.

Важной особенностьюконтроллеровэтой группыявляется жесткаяпривязка кпрограммномуобеспечению(ПО) фирмы-производителя.ОтсутствиевозможностииспользованиястороннегоПО накладываетопределенныеограниченияна создание,эксплуатацию,масштабирование,модернизациюсистемы автоматизированногоуправления,ведет к увеличениюсовокупнойстоимостиконтроллераи программногообеспечения.

Этот типконтроллеров,как правило,поставляетсяизвестными,крупнымипроизводителямисредств промышленнойавтоматизации(Siemens, Allen-Bradley, Omron, Schneider).С другой стороныони гарантированообеспечиваютвысокую надежность,стабильностьи отлаженностьпрограммногообеспечение,контроллерови модулей расширения.

Ко второйгруппе принадлежатконтроллеры,построенныена базе Intel-совместимыхпроцессоров(80386EX, AMD80188-40, AMD DX5-133 (5x86-133)). Кроместандартныхдля PLC функцийэти контроллерыобладают большимивозможностями.Так, например,на них можновозложитьфункции работыс сетями, интерфейсачеловек-машина,поддержкуразличных базданных и болеедружественногоинтерфейсапользователя.Таким образом,РС-контроллерможно считатьРС-совместимойпрограммируемойPLC-системой,которая выполняетстрого определеннуюзадачу, но свозможностьюгибкого ееперепрограммирования.

Также в силуPC-совместимостиэтих контроллеровпредоставляетсяболее широкийвыбор средствпрограммирования:стандартныеязыки программирования(Asm, C, C++и т.п), специальныесредства разработки(средства разработкибазирующиесяна стандартеIEC 61131(МЭК 61131): ISAGrafи т.п.).

Производителиэтого типаконтроллеров,как правило,менее известнына рынке средствавтоматизации(ICP DAS,Advantech) преимущественноиз стран Азии(Тайвань), такжеесть российскиеразработки(ТЕКОН). С другойстороны стоимостьэтих контроллеровниже стоимостисвоих болееизвестных неPC-совместимыханалогов. Техническиеи эксплуатационныехарактеристикисходны с характеристикамианалогов.

8Сетевой комплексконтроллеров

Сетевые ПТКнаиболее широкоприменяютсядля управленияпроизводственнымипроцессамиво всех отрасляхпромышленности.Минимальныйсостав данногокласса ПТКподразумеваетналичие следующихкомпонентов:

наборконтроллеров;
несколькодисплейныхрабочих станцийоператоров;
системную(промышленную)сеть, соединяющуюконтроллерымежду собоюи контроллерыс рабочимистанциями.

Контроллерыкаждого сетевогокомплекса, какправило, имеютряд модификаций,отличающихсядруг от другабыстродействием,объемом памяти,возможностямипо резервированию,способностьюработать вразных условияхокружающейсреды, числомканалов входа/выхода.Так что можноподобратьконтроллердля каждогоузла автоматизируемогоагрегата сучетом особенностейи выполняемыхфункций последнегои использоватьодин и тот жекомплекс дляуправленияразными производственнымиобъектами.

В качестведисплейныхрабочих станцийпочти всегдаиспользуютсяперсональныекомпьютерыв обычном илипромышленномисполнении;большей частьюс двумя типамиклавиатур:традиционнойалфавитно-цифровойи специальнойфункциональной- и оснащенныеодним или несколькимимониторамис большимиэкранами.

Системнаясеть можетиметь различнуюструктуру:шину, кольцо,звезду; оначасто подразделяетсяна сегменты,связанные междусобой, коммутаторами,повторителямии маршрутизаторами.Информация,передаваемаяпо сети, достаточноспецифичнаи может представлятьсобой какпериодические,так и случайныево временикороткие сообщения.К передачесообщенийпредъявляютсяжесткие требования:они гарантированнодолжны доставлятьсяадресату, а длясообщенийвысшего приоритета,например,предупреждающихоб авариях,также следуетобеспечитьуказанный срокпередачи сообщений.Так что предпочтительныеметоды доступак системнойсети основываютсяна передачемаркера илина взаимодействииузлов сети помодели "ведущий/ведомый"("Master/Slave").

Если применяетсяметод случайногодоступа к сети,то во времявозникновенияаварийнойситуации можетпроизойтирезкое одномоментноеувеличениечисла экстренныхсообщений и,как следствие,возникнутьзатор в сети,что приводитне только кзадержке доставкисообщенийадресату, нои к их частичнойпотере.

Чащевсего сетевыекомплексыприменяютсяна уровне цеховмашиностроительныхзаводов, агрегатовнефтеперерабатывающих,нефтехимическихи химическихпроизводств(правда, не самыхмощных), а такжецехов предприятийпищевой промышленности.

9Выбор контроллерныхсредств (ПЛК)

Выше былиуказаны рольи место программируемыхлогическихконтроллеров(ПЛК) в автоматизированныхсистемах управлениятехнологическимипроцессами.

Теперь приведемкраткую оценкуобъема российскогорынка контроллерныхсредств.

На нем работаютвсе международныелидеры - производителиданной продукции:ABB (распространяющаятакже контроллерныесредства фирмBaily Controls и Gartman & Braun), Emerson (бывшаяFisher-Rosemount), General Electric Fanuc Automation, Foxboro,Honeywell, Metso Automation (поглотилафирму Damatic Automation), MooreProducts, Omron, Rockwell Automation, Siemens, Yokogawa, SchneiderAutomation и др. Всегопорядка 15 фирм,каждая из которыхпредлагаетот двух до пятиконтроллерныхсредств разныхклассов.

Около 20 зарубежныхпроизводителейменьшего масштабаимеют российскихдилеров, внедряющихих контроллерныесредства нароссийскихпредприятиях(Koyo Electronics, Tornado, Triconex, PEP, Trey, ControlMicrosystems, GF Power Controls и др.).

Более 20 российскихпредприятийконкурируютс зарубежнымипроизводителямив разных классахконтроллерныхсредств ("Автоматика",ДЭП, "Импульс","Инсист Автоматика","Интеравтоматика","Квантор",НИИтеплоприбор,"НВТ-Автоматика",ПИК "Прогресс","Саргон","Системотехника",ТЕКОН, "Электромеханика",ЭМИКОН и др.).

Посколькуроссийскиепредприятиякомплектуютконтроллерныесредства зарубежнымимикропроцессорами,стандартнымисетями, типовымсистемным иприкладнымпрограммнымобеспечением,то продукцияотечественногопроизводстваоказываетсявполне конкурентоспособнойпо сравнениюс импортнымианалогами. Ксожалению, приэтом ее стоимостьтакже становитсясопоставимойс зарубежнымиизделиями.

Выбираемыймикроконтроллердолжен отвечатьследующимтребованиям:

поддержкатребуемогоколичествавходных и выходныхсигналов (неменее 16/8 аналоговыхвх./вых., 32/32 дискретныхвх./вых.);

применениекак для непрерывныхпроизводств,так и для периодических;
высокийуровень надежности,помехозащищенности(отказ микроконтроллераможет к большимэкономическимпотерям);
высокаяпроизводительность,необходимаядля контролябольшого количестватехнологическихпараметров;
использованиестандартныхпротоколови коммуникационныхинтерфейсовдля работы сверхним уровнем;
широкийдиапазон модулейрасширениядля поддержкивсевозможныхдатчиков;
развитаяпрограммнаяподдержка;
широкийдиапазон рабочихусловий;
оптимальнаяцена.

С учетомпоставленнойзадачи, технических,эксплуатационныххарактеристики потребительскихсвойств в результатеанализа российскогорынка средствпромышленнойавтоматизациибыл выбран рядконтроллерови составленасоответствующаясводная таблица(приложение3).

В таблицеприведенынекоторыехарактеристикиПЛК различныхпроизводителей.Рассматриваемыеконтроллерыимеют сходныефункциональныевозможности,близкие техническиеи эксплуатационныехарактеристики,некоторые почтиодинаковыеразмеры. В четырехпоследнихстроках указаныпараметры длямодулей дискретноговвода-вывода.Все контроллерыпостроены помагистрально-модульномупринципу, монтируютсяна панель илиDIN-рейку, работаютот напряженияот +24 до 220в и поддерживаютпротоколыобмена Fieldbus (приложение4), некоторыеEthernet, имеютширокий набормодулей:

модулидискретныхвходов/выходов;
коммуникационныемодули;
модулианалоговоговвода/вывода;
модулитерморегуляторов;
модулипозиционирования;
модулиПИД-регулятора;
модуликонтроля движения.

Наличиеразличных PLCставит следующийвопрос: каквыбрать изэтого обилиянеобходимыйдля эффективногорешения поставленнойзадачи контроллер?Требуется непревосходствоодной какой-тохарактеристики,а некая интегральнаяоценка, позволяющаясравнить PLC посовокупностихарактеристики свойств.

Методикавыбора ПЛК

Рис. 6.2. ДеревохарактеристикПЛК

техническиехарактеристики;
эксплуатационныехарактеристики;
потребительскиесвойства.

определитьвесовой коэффициент

,учитывающийстепень влиянияданной характеристикина полезностьустройства.

Выбор аппаратурыпроизводитсяв четыре этапа:

определениесоответствиятехническиххарактеристикпредъявленнымтребованиям;
определениесоответствияэксплуатационныххарактеристикпредъявленнымтребованиям;
оценкапотребительскихсвойств выбираемойаппаратуры;
ранжированиеизделий.

Для этогоиспользуетсяаддитивныйметод оценки,когда суммарнаяоценка каждойгруппы свойств(характеристик)(затраты /производительность/ надежность)вычисляетсяпо следующейформуле:

где

- весовые коэффициентыхарактеристик;

l- число прямыххарактеристик, n-l - числообратныххарактеристик.

Дляпрямой характеристики

- наилучшие,

- наихудшиезначения оцениваемогосвойства. Дляобратныххарактеристикнаоборот. Значениятекущих оцениваемыххарактеристик

должны лежатьв диапазоне



Рис.6.3. Сводная анкетаэксперты-коэффициенты

Определяютсясреднеарифметическиезначенияненормированныхкоэффициентовдля каждойгруппы характеристик:

,при

Определяютсязначениянормированныхвесовых коэффициентовпо группамхарактеристикхарактеристикПЛК:

Программаопределениявесовых коэффициентовс использованиемэкспертныхоценок и расчетакомплексныхоценок потребительскихсвойств ПЛК «expert_quality.vi»написана сиспользованиемLabVIEW. Блок-диаграммыприведены вприложении6.

Программасодержит несколькотаблиц.

В таблицах1,2,3 определяетсяпереченьконтроллеров,задаютсяпотребительскиехарактеристикиПЛК, объединенныев группы попризнаку однородностисвойств: затраты,производительность/надежность.

Таблицы 4,5,6предназначеныдля ввода экспертныхоценок весовыхкоэффициентов(по десятибалльнойшкале) элементарныхпотребительскихсвойств длякаждой группы.

После усредненияи нормированиявесовых коэффициентовв таблицы 7,8,9выводятсясоответствующиезначениянормированныхвесовых коэффициентов.

Таблица 4содержит усредненныевесовые коэффициенты.

После этогов соответствииописаннойметодикойвычисляютсягрупповыекомплексныехарактеристикиПЛК:

,проводитсяранжирование, а результатыработы программызаносятся втаблицу 10.

Программаразработанас использованиемпринциповоткрытой архитектуры,позволяетизменять составэкспертов иварьироватьисследуемыепараметры.Простота иудобство позволяютработать спрограммойдаже слабоподготовленнымпользователям.

Рис.6.4. Рабочее окнопрограммы

По результатамработы программыстроится диаграммакомплексных оценок потребительскиххарактеристикПЛК.

Максимальноезначение обобщеннойкомплекснойоценки соответствуетэталонномуПЛК.

В результатеанализа потребительскихсвойств аппаратурысоставленатаблица комплексныхоценок потребительскиххарактеристикПЛК, котораясодержит исходныеданные длявыбора ПЛК.

Проведенныйанализ не претендуетна полнотуохвата всехпоказателейв основном посубъективногопричинам. Однакодаже в такомвиде можносделать выводо том, что даннаяметодика позволяетпровести оценкуи принять решениео выборе ПЛК.

Из взятыхдля сравненияПЛК наилучшимипотребительскимисвойства обладаетконтроллерICP DAS I-8837.

Этот контроллерявляетсяPC-совместимым,полностьюотвечает современнымтенденциямдвижения рынкапромышленнойавтоматизации.

Конструктивноэтот контроллерсерии i-8000 выполненв виде отдельногоблока из негорючегопластика. Блоксодержит центральныйпроцессор,источник питания,панель управления,коммуникационныепорты и объединительнуюплату для установкимодулей ввода-вывода.

Контроллерможет быть безтруда установленна DIN-рейку илина панель. Приэтом обеспечиваетсяоткрытый иудобный доступк панели управления,к слотам дляустановки илизамены модулейввода-выводаи коммуникационнымразъемам.

I-8837 имеет процессорAMD-188/186-40МГц, 512 КБайтоперативнойпамяти с возможностьюпитания ототдельнойбатареи, 512 КБайтFlash-памяти, встроенныечасы реальноговремени и сторожевойтаймер. ОбъемFlash-памяти можнонаращиватьдо 32 Мбайт. Встроенныйсторожевойтаймер представляетсобой аппаратнореализованнуюсхему сброса,контролирующуюрабочее состояниеконтроллера.В случае непредвиденного“зависания”контроллерасторожевойтаймер автоматическиперезапуститего. Для связис модулямирасширенияиспользуетсявысокоскоростнаяпараллельная,локальная шина.

Контроллеримеет такжевстроенныеаппаратныеи программныесредствасамодиагностики.В ПЗУ встроеноядро и программныемодули системыISaGRAF (целеваязадача), подуправлениемкоторых осуществляетсяработа контроллера.Подробнее осистеме ISaGRAFбудет сказанов главе “Средствапрограммированияконтроллеров”.

Для удобстваоперативногоконтроля заработой I-8837 имеетсявстроеннаяпанель управления.На ней расположены5-знаковыйсемисегментныйиндикатор, 3светодиодаи кнопки управления.На индикаторможет выводитсяинформацияо статусе работыI-8837 и состояниианалоговыхвходов-выходов(информацияо состояниидискретныхвходов-выходоввыводится насветодиоды,расположенныена модуляхрасширения).Четыре кнопкиоперативногоуправления“Up”, “Down”, “Mode”, “Set”позволяютпользователюоперативнопросматриватьнеобходимыеданные на дисплееи управлятьстатусом работыконтроллера.

Дополнительнона панели расположениндикаторпитания и кнопка“Reset” для сбросаконтроллера.

Питаниеконтроллераможет осуществлятьсяпостояннымнестабилизированнымнапряжениемв диапазонеот 10 до 30 В. Блокпитания мощностью20 Вт имеет линейнуюнагрузочнуюхарактеристикуво всем рабочемдиапазоневыходной мощностии температур.Его соединительныеклеммы выведенына переднююпанель контроллераи защищеныдополнительнойкрышкой.

Контроллеримеет три уровнягальваническойразвязки. Первыйуровень в 3000 Впостоянноготока обеспечиваетсяэлектрическимицепями источникапитания, второй,также в 3000 В, - изоляциейв модуляхввода-вывода,третий, в 2500 В, -цепями коммуникационныхинтерфейсов.

Контроллери модули расширениямогут работатьв широкомтемпературномдиапазоне отминус 25 до плюс75°С.

Контроллермогут иметьбольшой наборкоммуникационныхпортов, поддерживающихразличныеинтерфейсы.

Последовательныйпорт COM1 поддерживаетстандартныйинтерфейсRS-232. COM2 служит дляорганизациисвязи по RS-485 наоснове единственнойвитой пары.

Последовательныйпорт COM3 всехконтроллеровслужит длязагрузки программс обычногоперсональногокомпьютераили можетиспользоватьсяв качествепорта RS-232 общегоназначения.

Контроллеримеет встроенныйпорт Ethernet. Обменс сетью Ethernet можетосуществлятьсяна скорости10 Мб по витойпаре категории3 и выше. Контроллерпоставляетсяс библиотекамиTPC/IP, Web Server и VxCOM. Первыедве библиотекипозволяют оченьлегко интегрироватьконтроллерыв существующуюсеть Интернет/Интранети получитьдоступ к даннымчерез обыкновенныйбраузер типаIE или Netscape. Последняябиблиотекапредназначенадля реализациифункции Ethernet –RS-232/485 роутера.

Контроллеримеет соответственно8 слотов расширениядля установкимодулей ввода-выводаи наращиванияфункциональныхвозможностей.

Через одиниз коммуникационныхпортов могутбыть подсоединеныдополнительныемодули ввода-вывода,установленныев специальныеустройстварасширения- корзины типаI-87k4 или I-87k8. Ониимеют соответственно4 и 8 слотов длядополнительныхмодулей. Всегок одному контроллеруможет бытьприсоединенодо 255 модулейрасширения.По интерфейсуRS-485 к контроллерамможно такжеподсоединятьи любые модулисерии I-7000.Т.к. модулирасширениясерии I-8000 поддерживаютсистему команд,совместимуюс системойкоманд длясерии модулейI-7000, то смешанныесистемы наоснове двухсерий модулейсоздавать оченьлегко и удобно.Модули серииI-8000, установленныев блоки I-87k4 илиI-87k8, можно подсоединятьк последовательномупорту промышленногоили персональногокомпьютера.

Модули расширениясерии I-8000 делятсяна два типа:параллельныеи последовательные.Модули параллельноготипа – высокоскоростныеустройстваввода-вывода,которые могутбыть установленытолько в контроллеры.Модули последовательноготипа обладаютболее низкойскоростьюобмена и могутустанавливатьсякак в слотырасширенияконтроллеров,так и в слотыдополнительныхустройств типаI-87k4 или I-87k8. В контроллерможно устанавливатьмодули в любойкомбинации:как параллельные,так и последовательные.Все модулиобладают съемнымиклеммнымисоединителямис винтовойфиксациейвнешних проводов.

В комплектес контроллероми модулямисерии i-8000 поставляется документацияи дополнительноепрограммноеобеспечение:

руководствопользователя;
утилитапрограммнойконфигурации;
драйверыи библиотекидля MS DOS;
драйверыи библиотекидля Windows 95/98/NT;
DDEсервер;
библиотекакомпонентовActiveX;
драйверыи библиотекидля Linux;
OPCсервер;
библиотекиTPC/IP, Web-Server и VxCOM;

Среда разработкиISaGRAF являетсяотдельнымпрограммнымпродуктом ипоставляетсяза отдельнуюплату.

10Выбор средствпрограммированияконтроллеров.

Использованиепрограммируемогологическогоконтроллерав автоматизированнойсистеме управлениятехнологическимпроцессомтребует применениеспециальныхпрограммныхсредств дляпрограммированияконтроллера.

Какбыло отмеченовыше выбор тогоили иного средствапрограммированиядиктуется впервую очередьтипом контроллера.

Такдля PC-несовместимыхПЛК выборпрограммногообеспечения,как правило,ограниченсредствамиразработки,поставляемымипроизводителями(например, STEP7от Siemens дляпрограммированияконтроллеровсерии S7).Эти программныепродукты,поддерживающиетолько определенныетипы ПЛК, включаюткак традиционныетекстовые языкипрограммирования,так и специализированныеграфическиеи позволяютрешать практическилюбые задачипо автоматизациис использованиемПЛК. С другойстороны, в условияхотсутствияальтернативныхпрограмм отстороннихразработчиков,часто эти средыразработкиимеют несколькозавышенныецены.

ДляPC-совместимыхконтроллеровсуществуетболее широкийвыбор средствразработки,включающийкак почти бесплатныесистемы (Asm,Borland C,адаптированныедля программированияконтроллерныхсистем и т.п.),так и специальныесредства разработки,базирующиесяна стандартеIEC 61131(МЭК 61131) (ISAGrafи т.п).

Отметим, чтостандартМеждународнойэлектротехническойкомиссии МЭК61131 (IEC 61131) имеетреализациипрограммномобеспечениидля контроллеровобоих типов.

В разделевыбор контроллерныхсредств (ПЛК)был сделан иобоснован выборконтроллераICP DAS I-8837.

Возникаетвопрос о выборесредств программированиясреди многообразия систем разработкипредназначенныхдля программированияPC-совместимыхконтроллеров.

Похожий вопросвозникает привыборе программногообеспечениядля разработкисистемы диспетчерскогоуровня, поэтомусведения поэтому вопросуприведены вглаве: «Системыверхнего уровня.SCADA системы».

В соответствиис выводами,сделаннымив этой главе,путь использованияготовых (COTS (CommercialOf The Shelf)) инструментальныхпроблемно-ориентированныхсредств, оказывается более предпочтительным.

Далее речьпойдет об одномиз известныхсредств разработки,базирующимсяна стандартеIEC 61131(МЭК 61131) - ISaGRAF.

ISaGRAF - стредствопрограммированияконтроллеровна базе стандартаIEC 61131(МЭК 61131).

СтандартМЭК 61131 в целомпосвященпрограммируемымлогическимконтроллерам.Но наиболееизвестна ипопулярнатретья частьэтого стандарта,определяющаямнемоникуязыков программирования:«Программируемыеконтроллеры.Часть 3. Языкипрограммирования».

Часть посвященарешению задачпрограммированияконтроллеровдля систем иустройств собъектом наоснове 4-х языков:

текстовых - IL (список инструкций)и ST (структурированныйтекст);
графических - FBD (Диаграммаблока функций)и LD (Релейнаядиаграмма);
элементовграфическогопредставленияSFS (последовательныефункциональныесхемы).

Применениестандарта даетвозможностьописать автоматизируемыйпроцесс и егоотдельныекомпонентыв наиболеелегкой и понятнойформе; все языкистандарта имеютобщий внешнийинтерфейс;части прикладнойпрограммы могутбыть разработанына любом языкеи скомпонованыв единую исполняемуюпрограмму.Стандарт позволяетопределитьхарактеристикиразличныхпрограммируемыхконтроллеров,построенныхна базе стандартов,используяуниверсальныетермины, облегчаятем самым задачупо программированияэтих контроллерныхсредств.

В той или иноймере этот стандартреализованв программахвсех основныхразработчикиинструментальныхпрограммныхсистем дляпромышленнойавтоматики.

Списокинструментальныхпрограммныхсистем, реализующихстандарт IEC 61131-3,превышает двадесятка (Табл.6.1).

Таблица 6.1

Инструментальныепрограммныесистемы

CoDeSys	(SmartSoftware Solutions, Германия)
ACCON-ProSys	(Deltalogic, Германия)
OpenDK	(InfoteamSoftware , Германия)
PUMA	(KEBA,Австрия)
SUCOsoftS340	(Klokner-Moeller, Германия)
NAISCONTROL	(MatsushitaAC , Германия)
PDS7	(Philips,Нидерланды)
SELECONTROL	(SelectronLyss, Швейцария)
SoftControl	(Softing, Германия)
ISaGRAF	(ICSTriplex, Канада)

На российскомрынке "61131"-системпредставленонесколькопродуктов, нонаибольшуюизвестностьимеет системаISaGRAF(CJ International, Франция).Под управлениемISaGRAFработают десяткисистем автоматизации.

Инструментальнаясистема ISaGRAF относитсяк классу системCASE-типа (Computer Aided SoftwareEngineering – СистемаАвтоматизированногоПроектирования)и предназначенадля разработкиприкладногопрограммногообеспеченияинтеллектуальныхконтроллеров.

ПЛК ICP DASI-8837 семействаконтроллеровсерии I-8000 имеетвстроенноеядро и программныемодули системыISaGRAF (целеваязадача), подуправлениемкоторых осуществляетсяработа контроллера.

СистемаISaGRAF включает:

Системуразработки(ISaGRAF WorkBench);
Системуисполнения(ISaGRAF Target)

Системаразработкипредназначенадля созданияприкладныхзадач, исполняемыхзатем под управлениемядра ISaGRAF на системахисполнения,и устанавливаетсяна компьютереIBM PC (или совместимом)под управлениемMS Windows. Специальныхтребованийк компьютеруне предъявляется.

Системаисполнениялибо загружается,либо прожигаетсяв ПЗУ системыисполнения(целевая задача).Она включаетв себя ядроISaGRAF и набор модулейсвязи. В качествецелевой системымогут выступатьконтроллеры(или компьютеры),построенныена основемикропроцессоровINTEL и MOTOROLA и работающиекак под управлениемоперационныхсистем (OS-9,VxWorks, Dos, Windows NT, QNX и т.д.), таки без них.

ОсновныедостоинстваISaGRAF:

использованиестандартныхязыков программирования(МЭК 61131-3);
графическийинтерфейссистемы разработки;
легкостьв освоении иудобствоиспользования;
обеспечениекачественныхразработокпользовательскихприложений;
встроенныесредствапрограммированияпромышленныхсетей;
удобныеи эффективныеотладочныесредства.

В ISaGRAF заложенаметодологияструктурногопрограммирования,которая даетвозможностьпользователюописать автоматизируемыйпроцесс в наиболеелегкой и понятнойформе. Интерфейсс пользователемсистемы разработкиISaGRAF соответствуетмеждународномустандарту GUI(Graphical User Interface), включающемумногооконныйрежим работы,графическиередакторы,работу с мышьюи т.д. ФункцииISaGRAF можно разделитьна два класса:функции общегоназначенияи функциипрограммированиялогики.

Функции общегоназначенияпозволяютрешать следующиезадачи:

управлениеразработкойпроекта (созданиепрограммнойконфигурации,разработкаотдельныхпрограммныхи функциональныхединиц);
созданиепользовательскихбиблиотекфункций и блоковна основестандартныхязыков;
созданиепользовательскихбиблиотекСИ-функций иСИ-блоков, атакже драйверовмодулей УСО;
архивацияпроектов ифункций;
отладкаразработанныхпрограммныхединиц;
"горячая"замена исходногокода.

Программированиелогики ведетсяс использованием:

графическихязыков программирования(SFC, FBD и LD);
текстовыхязыков программирования(IL, ST и "C").

Использованиестандартныхязыков программированияпозволяетсущественноснизить затратына разработкуприкладногопрограммногообеспечения.

ISaGRAFпредоставляетвозможностьразрабатыватьпроцедуры сиспользованиемязыка "C". Этипроцедуры можновызывать излюбого, описанноговыше языка.

Тестированиелюбого программногопродукта составляетсущественнуючасть всейразработки,и наличие хорошихотладочныхсредств являетсянеобходимымусловием длясоздания сложныхпрограммныхкомплексов.Графическийотладчик интегрированв систему разработкии дает возможность:

запускатьприложениев реальномрежиме и в режимеэмулятора;
трассировкипрограмм ипроцедур;
мониторингапеременныхпроекта;
интерактивногоизменениясодержимогопеременных;
измененияцикла выполнения

В зависимостиот реализациисистемы исполненияISaGRAF под определенныйтип контроллеровсуществуетподдержкаразличныхпротоколовпромышленныхсетей непосредственноиз ISaGRAF.Это даетвозможностьиспользованияодного инструментальногосредства и дляпрограммированиялогики контроллерови для конфигурированиямногоузловыхсетей с включениемсистем визуализациина базе РС(FactoryLink, InTouch, TraceMode и т.д.).

11Выбор программногообеспеченияверхнего уровня.SCADA системы

Приступаяк выбору/разработкеспециализированногопрограммногообеспечения(ПО) для созданиясистем контроляи управлениядиспетчерскогоуровня, необходимовыбрать одиниз следующихпутей:

программированиес использованием"традиционных"средств (традиционныеязыки программирования,стандартныесредства отладкии пр.);
использованиесуществующих,готовых - COTS (CommercialOf The Shelf) - инструментальныхпроблемно-ориентированныхсредств.

ПроцессразработкиПО важно упростить,сократитьвременные ипрямые финансовыезатраты наразработкуПО, минимизироватьзатраты трудавысококлассныхпрограммистов,по возможностипривлекая кразработкеспециалистов-технологовв областиавтоматизируемыхпроцессов. Притакой постановкезадачи второйпуть можетоказаться болеепредпочтительным.

Для сложныхраспределенныхсистем процессразработкисобственногоПО с использованием"традиционных"средств можетстать недопустимодлительным,а затраты наего разработкунеоправданновысокими. Вариантс непосредственнымпрограммированиемотносительнопривлекателенлишь для простыхсистем илинебольшихфрагментовбольшой системы,для которыхнет стандартныхрешений (ненаписан, например,подходящийдрайвер) илиони не устраиваютпо тем или инымпричинам впринципе.

Далее речьпойдет о существующих,готовых COTS средствах– SCADA системах.

SCADA-система- система диспетчерскогоуправленияи сбора данных.Специальноепрограммноеобеспечение,решающее задачиввода-выводаинформациив системе АСУТП, отслеживаниеаварийных ипредаварийныхситуаций, обработкии представлениена пульт оператораграфическойинформациио процессе,поддержкиотчетов о выполнениитехнологическогопроцесса. Вмире существуютпорядка десяткаподобных систем.Имеются разработчикитакого программногообеспеченияи в России.

ПрименениеSCADA (Supervisory Control And DataAcquisition - диспетчерскоеуправлениеи сбор данных)– технологийпозволяетдостичь высокогоуровня автоматизациив решении задачразработкисистем управления,сбора, обработки,передачи, храненияи отображенияинформации.

Дружественностьчеловеко-машинногоинтерфейса(HMI/MMI), предоставляемогоSCADA - системами,полнота и наглядностьпредставляемойна экране информации,доступность"рычагов"управления,удобство пользованияподсказкамии справочнойсистемой и т.д. - повышаетэффективностьвзаимодействиядиспетчерас системой исводит к нулюего критическиеошибки приуправлении.

Спектрфункциональныхвозможностейопределен самойролью SCADA в системахуправленияи реализованпрактическиво всех пакетах:

автоматизированнаяразработка,дающая возможностьсоздания ПОсистемы автоматизациибез реальногопрограммирования;
программнаяподдержкаразнообразногооборудованияи сетевыхпротоколов;
сборпервичнойинформацииот устройствнижнего уровня(сигналы, определяющиесостояниепроизводственногопроцесса втекущий моментвремени: температура,давление, положениеи т.д. с промышленнойаппаратуры:контроллеры,датчики и т.д.;
обработкапервичнойинформации;
графическоеотображениесобранныхданных на экранеавтоматизированногорабочего места(АРМ) в удобнойдля оператораформе (на мнемосхемах,индикаторах,сигнальныхэлементах, ввиде текстовыхсообщений ит.д.);
регистрациятревог (алармы)и историческихданных (тренды)(автоматическийконтроль состоянияпараметровпроцесса, генерациясигналов тревогии выдача сообщенийоператору вграфическойи текстовойформе в случаевыхода их запределы заданногодиапазона);
хранениеинформациис возможностьюее пост-обработки(как правило,реализуетсячерез интерфейсык наиболеепопулярнымбазам данных);
контрольза действиямиоператорапутем регистрацииего в системес помощью имении пароля, иназначенияему определенныхправ доступа,ограничивающихвозможностиоператора(если это необходимо)по управлениюпроизводственнымпроцессом;
средстваисполненияприкладныхпрограмм.

Кроме перечисленныхбазовых функцийSCADA системвозможно наличиеспецифическихвозможностей:

разработкаи выполнение(автоматическоеили по командеоператора)алгоритмовуправленияпроизводственнымпроцессом.Сложностьалгоритмовограниченавозможностямии надежностьюSCADA системы;
поддержкановых информационныхтехнологий(WEB, GSM ит.п.);
интеграцияс автоматизированнымисистемамиуправленияпредприятиями(АСУП).

Следуетотметить, чтоконцепцияSCADA, основу которойсоставляетавтоматизированнаяразработкасистем управления,позволяетрешить рядзадач, долгоевремя считавшихсянеразрешимыми:сократить срокиразработкипроектов поавтоматизациии прямые финансовыезатраты на ихразработку.

В настоящеевремя SCADA являетсяосновным инаиболееперспективнымметодом автоматизированногоуправлениясложнымидинамическимисистемами(процессами).

Программныепродукты классаSCADA широко представленына мировомрынке. Это несколькодесятков SCADA -систем, многиеиз которыхнашли своеприменениеи в России. Наиболеепопулярныеиз них приведеныниже:

InTouch(Wonderware) - США;
Citect(CI Technology) - Австралия;
FIX(Intellution) - США;
Genesis(Iconics Co) - США;
FactoryLink (United States Data Co) - США;
RealFlex(BJ Software Systems) - США;
Sitex(Jade Software) - Великобритания;
TraceMode(AdAstrA) - Россия;
Cimplicity(GE Fanuc) - США;
САРГОН(НВТ - Автоматика)– Россия;
LabVIEWDSC (National Instruments) – США.

При такоммногообразииSCADA продуктовна российскомрынке естественновозникаетвопрос о выборесистемы длянаиболее эффективногорешения поставленныйзадачи.

Многие промышленныеSCADA системы (например, WinCC)крайне сложны в освоении (помнению экспертових практическиневозможноосвоить самостоятельно,без посещениядорогостоящих(сотни евро засеминар) фирменныхкурсов) и весьмадороги.

Среди перечисленныхSCADA системособенно хочетсявыделить продукткомпании NationalInstruments LabViewDSC (LabVIEWDatalogging & SupervisoryControl). Эта системазначительнопроще в освоениии нагляднейпри программировании.

LabVIEWDSC – SCADA система

Компания NationalInstrumentsявляется однимиз ведущихразработчиковконтрольно-измерительныхсистем, в основекоторых лежитконцепциявиртуальныхизмерительныхприборов. Технологиявиртуальныхприборов опираетсяна современнуюкомпьютернуютехнику в комбинациис гибким программнымобеспечениеми модульнымвысокопроизводительнымоборудованиемдля созданиямощных компьютерныхизмерительных решений. Подходвиртуальныхприборов позволяетсоздаватьмощные приложениядля повышенияпроизводительностии эффективностина всех этапахпроизводства– от исследованияк опытным разработками реальномупроизводству[20,21].

Флагманскимпродуктомкомпании NationalInstrumentsявляетсявысокоэффективнаяпрограммнаясреда LabVIEW,которая сочетаетпростоту графическогоподхода с гибкостьюмощного языкапрограммирования.LabVIEWтесно интегрируетсяс измерительнымоборудованием,что позволяетбыстро создаватьэффективныерешения в областисбора данныхи управления.С помощью LabVIEWвместо написаниятекста программысоздаетсяграфическаяблок-диаграммавиртуальногоприбора. Именноинтуитивностроящаясяблок-диаграмма,понятная любомуинженеру, -определяетфункционированиесистемы.

Данные могутбыть полученыот тысячиразнообразныхустройств,включая промышленныеконтроллерыPLC,встраиваемыеплаты ввода/выводасигналов видеои управленияприводами.Создаваемаяпрограмма имеетвозможностьвзаимодействияс другими системамипосредствомкомпьютерныхсетей, ActiveX,разделяемыхбиблиотек,языка общенияс базами данныхSQL.

Когда исходныеданные получены,мощные математическиеинструментыLabVIEWпозволяютвыявить нужнуюинформациюи затем опубликоватьее в Интернетили оформитьв виде профессиональногоотчета.

Наибольшийинтерес дляразработчиковпромышленныхсистем управленияпредставляетредакция ControlEdition,содержащаямодули LabVIEWReal-Timeи LabVIEWDSC(DataloggingandSupervisoryControlModule),а также драйверадля PLCконтроллерови других устройств.ИспользуяLabVIEWсовместно сэтими модулями,можно создаватьмощные и эффективныесистемы автоматизированногосбора данныхи управлениятехнологическимипроизводствами.

Модуль LabVIEWReal-Timeсовместно сцелевой аппаратнойплатформойсерии RTпозволяет разрабатыватьширокий диапазонспециализированных,встраиваемыхсистем реальноговремени и загружатьих для выполненияна независимойцелевой платформесерии RT(например, вконтроллерахсерии FieldPoint)для гарантированноговыполненияв режиме жесткогореальноговремени.

Особенности:

графическаяразработкавстраиваемыхсистем «жесткого»реальноговремени;
загрузкаLabVIEWкода для выполненияна целевойплатформе;
быстраяразработкаи отладка;
теснаяинтеграцияс оборудованиемсерии RTдля обеспеченияпроизводительностижесткого реальноговремени, надежноевыполнениена отдельномпроцессорепод управлениемОС РВ;
интегрированныебиблиотекиввода/выводасигналов, управленияприводамимашинногозрения, PIDрегулирования,нечеткой логики,последовательногои GRIBинтерфейсов,сетевой поддержкии анализа поточкам.

Модуль LabVIEWDataloggingandSupervisoryControlModule,как следуетиз названия,предназначендля графическойразработкиприложениймониторингаи управления.По сути, этотмодуль делаетиз LabVIEWнастоящую SCADAсистему, обладающуюполным наборомфункций программэтого класса.Наряду сосвойствами,необходимымидля современныхSCADA-систем, LabVIEWDSCполучил мощнуюматематическуюподдержкуLabVIEW и опыт тысячего пользователей.

Особенности:

быстраяграфическаяразработкаприложениймониторингаи управленияс большим числомканалов;
обработкатревог и регистрациясобытий;
автоматическаярегистрацияданных;
просмотрзаписей и данныхв реальномвремени;
обеспечениесовместногоиспользованияданных в сети;
сетевойдоступ к удаленнымбазам данныхдля храненияинформации;
OPCклиент/серверныесоединения;
математическаяподдержкаLabVIEWи модулейрасширения.

Мощныйматематическийаппарат совместнос использованиемсовременныхтехнологииавтоматизации,таких как OPC,позволяетпомимо созданиясистем управленияуспешно моделироватьна базе LabVIEWDSC многиетехнологическиепроцессы, напримерстадию стерилизацииферментера.Это позволяетсоздаватьэффективныеалгоритмыуправления(а также совершенствоватьматематическиемодели процессов)без проведениядорогостоящихэкспериментовс использованиемтехнологическогооборудования.

Эти особенностиповлияли навыбор в пользуLabVIEW Dataloggingand SupervisoryControl Module вкачестве SCADAсистемы дляАСУ стадиейстерилизации.

12.РАЗРАБОТКАСИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГОУПРАВЛЕНИЯСТАДИИ СТЕРИЛИЗАЦИИБИОРЕАКТОРА

13Автоматизированноерабочего местооператора.Интерфейсоператора

Выполняемыефункции. Требованияк конфигурации.Программноеобеспечение

В системеавтоматизированногоуправлениястадией стерилизацииверхний (диспетчерский)уровень структурыАСУ представленавтоматизированнымрабочим местомоператора(АРМ), на которомфункционируетSCADAсистема NILabVIEWDSCи ведется архивбазы данныхтехнологическихпараметров[23,24,25].

Выполняемыефункции:

Обеспечениевхода в системупо паролям иразграничениеуровня доступак ресурсам;
Отображениеи архивированиеинформациио функционированиисистемы стерилизации;
Взаимодействиес контроллернойподсистемойуправления;
Отображениедиагностическойинформациио состояниисоставныхчастей системыи линий связи;
Ведениепротоколанарушений итехнологическогожурнала;
Ведениепротоколаработы системыи действийоператора;
Возможностьуправленияоператоромработой установкив «ручном»режиме;
Взаимодействиес производственнойвычислительнойсетью.

Автоматизированноерабочее местопредставляетсобой IBMPCсовместимуюрабочую станциюв офисном исполнении,размещеннуюв отапливаемомпомещении сконтролируемойтемпературойи влажностью.

Конфигурацияэтого компьютерасоответствуетфункциональномуназначениюАРМ (сбор и обработкатехнологическойинформациис нижних уровнейавтоматизации,визуализациятехнологическогопроцесса). Основныеособенностиконфигурации:

качественныекомплектующиеи надежнаясборка;
большойобъем оперативнойи постояннойпамяти, высокоебыстродействиепроцессораи системы вцелом;
видеоподсистема,обеспечивающаявысокое качествоизображения(монитор с большимэкраном ивидеоадаптерс четкой цветопередачейи стабильнойкартинкой);
эргономичныеустройстваввода.

Компьютерподключен через переходник(RS-232/485)к производственнойсети.

Автоматизированноерабочее местооператорафункционируетна базе операционнойсистемы MicrosoftWindows2000 Professional,обеспечивающейудовлетворительнуюнадежностьи совместимостьс программнымпакетом MicrosoftOffice.

ФункцииSCADAвыполняетустановленнаясреда исполненияNILabVIEWDSCRun-Time,предоставляющаяпрограммнуюподдержку длявыполненияпроектов,разработанныхв инструментальнойсреде NILabVIEWDSCStandart.

Это программноеобеспечениепозволило вкороткие срокисоздать удобныйинтерфейсоператора, атакже алгоритмыуправленияи регистрациисобытий.

Кроме того,на данном АРМведется главныйархив базыданных технологическогопроцесса Citadel.

Главный архивудовлетворяетследующимтребованиями имеет следующиехарактеристики:

период храненияданныхне менее30 суток;
длительностьцикла опроса0,2 с.;
длительностьцикла архивирования0,2 с.;
место храненияжесткий дископераторскойстанции;
циклическаяорганизацияхранения;

Главный архивпредназначендля функционированияследующихподсистем:

подсистемаотображениятрендов соответствующихгрупп параметров;
подсистемапротоколированияоперативнойи отчетнойинформации(событий).

Системапозволяетархивироватьданные и сообщенияо ходе технологическогопроцесса,обеспечиваетвыполнениеследующих группфункций создание архива данныхо значенияхзаданных параметровтехнологическогопроцесса;

созданиеаварийногоархива данныхо значенияхкритическихпараметровтехнологическогопроцесса;
прием и хранениеданных в указанныхархивах с заданнымивременамициклов опросаи архивирования;
возможностьвыборки изархива группданных поопределеннымпараметрам,(имя параметра)или по интервалувремени;
формированиерасчетныхархивов данныхпо условиям(имена расчетныхпараметров,формат хранения,интервал временив течении которогобудет хранитьсяи архивироватьсяданный параметр,времена цикловопроса и архивирования);
созданиеархива сообщенийо ходе и нарушенияхв ходе технологическогопроцесса;
хранениевыборка иотображениесообщений позаданномукритерию;
печать заданнойвыборки изархива сообщенийпо запросуоператора.

Также в системереализованыфункции протоколированиясообщений оходе технологическогопроцесса.Регистрируютсянарушения иотклонениятехнологическихпараметров,двоичных событий(типа вкл./выкл.или открыт/закрыт),действияоператора-технолога,аварийныеситуаций.

Данные протоколыв случае необходимостимогут бытьраспечатаныв форме аналогичнойих отображениюна экране монитораи в этом случаеявляются отчетнымидокументамии предназначеныдля:

 анализафункционированиятехнологическогообъекта;

 управленияв регламентныхи нештатныхситуациях;

 анализапричин нарушенийи отклоненийот регламента;

 анализафункционированияпрограммно-техническогокомплекса.

Рассмотримподробнеереализациюдиспетчерскогоуровня автоматизацииСАУ стадиейстерилизациив SCADAсистемы в NILabVIEWDSC.

Структураинтерфейсаоператора

Основой дляпостроенияиерархическойсистемы визуализации(интерфейсаоператора) длясистемы управленияявляетсятехнологическаяструктурастадии стерилизациисостоящая изферментера,запорно-регулирующейарматуры,трубопроводнойобвязки.

Визуализацияинформациио функционированиипроизводствана стадиистерилизацииосуществляется с помощьюсовокупностивидеограмм– окон и панелей,отображаемыхна экранахцветных монитороврабочих станцийоператоров-технологов.

Структураинтерфейсаоператора:

верхний уровень: обзорноеменю с реализациейфункций прямоговызова видеограммнижнего уровня;
нижнийуровень: комплекссоответствующихвидеограммотдельнойтехнологическойнитки (стадиистерилизации).

К видеограммамнижнего уровняотносятся:

Мнемосхема- технологическоеокно отображенияработы оборудования,вывода технологическихпараметрови аварийнойсигнализации(показаниядатчиков исостояниеисполнительныхмеханизмов);
Виртуальнаяпанель контроляи управления стадией стерилизации– окно, служащееуправляющиминтерфейсомстадии стерилизации;
Окнотрендов стадиистерилизации– панель, накоторой отображаетсяактуальнаятехнологическаяинформацияв виде графикови диаграмм -трендов (trends);
Окнособытий –предназначенодля регистрациии просмотратекущих иисторическихтревог, аварийи других событий;
Окноисторическихтрендов –обеспечиваетпросмотр графиковвыполнениятехнологическогопроцесса.

Системывизуализации,построеннаяна основе описаннойструктуры вдальнейшембудет интегрированав состав диспетчерскогоуровня АСУТПбиосинтезаэритромицина,в качествереализациидиспетчерскогоуровня отдельнойветви технологическогопроцесса.

Общиехарактеристикиинтерфейсаоператора

Все панелии окна интерфейсаоператора,принадлежащиеодной системевизуализациипостроены попринципу унификациисвойств (тип,цвет, анимация)графическихэлементов.

Панели и окнаинтерфейсаоператораотображаютсяна черном фонеэкрана мониторарабочей станции.

Цвет фонапанелей и оконинтерфейсаоператоразадается однимцветом (серо-голубым)для обозначенияпринадлежностивидеограммк одной системевизуализации.

Статическиесоставляющиеинтерфейсаоператора,такие как изображениятехнологическогооборудованиеустановкиотображаютсяпреимущественносерым цветом.

Текстовыеобозначения(подписи) индикаторов,полей ввода,аппаратов иматериальныхпотоков, идентификаторытехнологическихпараметров,физическиеразмерноститехнологическихпараметров,обозначаютсячерным илисиним цветом.

В оформлениидинамическихэлементов вводаи отображениязначений (состояний)технологическихпараметров,следуя концепцииунификации,используютсяследующие цветовые ианимационныерешения:

дляалфавитно-цифровыхиндикаторовпараметровтехнологического процессарегламентныезначениятехнологическихпараметров(активные, рабочиесостояния)отображаютсязеленым илисиним цветамина черном илибелом фоне;
регламентныезначения(неактивные,выключенныесостояния)отображаетсясерым, серо-зеленым,красным цветами(например, закрытыйклапан);

отклонившиесяот нормы значениятехнологическихпараметровпри нарушенииграниц Lи H(сигнализация)отображаютсяжелтым цветом,при нарушенииграниц LLHH(блокировка)отображаютсяярко краснымцветом, с использованиеммерцающейсмены цветов.

В оформлениидинамическихэлементов вводаи отображения,не связанныхнапрямую стехнологическимипараметрами(кнопки, переключатели,индикаторысостояния процесса)используютсяследующие цветовые ианимационныерешения:

дляобозначениярегламентныхзначений (активных,рабочих состояний)используютсясиний, зеленыйцвета (различнойяркости);
дляобозначенийрегламентныхзначений(неактивных,выключенныхсостояний)используютсясерый, красный(приостановкапроцесса) цвета;
нерегламентныезначенияобозначаютсяжелтым, краснымцветами сдобавлениеманимационныхэффектов (мерцание).

Более подробноеописание оформлениядинамическихэлементовинтерфейсаоператораприведено вследующихподразделах.

На видеограммахдолжна отображатьсяследующаяинформация:

для контролируемыхтехнологическихпараметровиндицируетсяего числовоезначение и физическаяразмерность.При выходезначения параметраза пределыверхних илинижних границHи L(сигнализация)и или HHи LL(блокировка),если она/онизаданы, цифровоезначение параметра,с моментавозникновенияотклонениязначение отображаетсяв режиме миганияи выделяетсясоответствующимцветом – желтымпри нарушенииграниц типаLи Hи ярко краснымпри нарушенииграниц типаLLи HH.После квитированиясобытия оператором- технологомотображениепараметрарежим миганияснимается.Возвращениеотображенияпараметра кобычному цветупроисходитпри возвратезначения параметрак нормальнойвеличине. Обычнымпо умолчаниюявляется синий(зеленый) цвет;
для регулируемого технологическогопараметраиндицируетсяназвание параметра,его числовоезначение, физическаяразмерность.

Обзорноеменю

Обзорноеменю предназначенодля быстрого(путем нажатиясоответствующейкнопки) вызовавсех типоввидеограмм,относящихсяк данной технологическойлинии (стадиистерилизации).

Меню содержиткнопки вызовапанелей и оконинтерфейсаоператора, атакже сопроводительныенадписи. Вовремя работыобзорное менюрасполагаетсяпостоянно напереднем планев правой частиэкрана, делаяудобной быструюнавигацию повидеограммам.

При первомнажатии навыбраннуюкнопку происходитзагрузка изапуск соответствующегоокна (панели).Повторноенажатие (призагруженнойпанели) приводитк выводу окнана переднийплан.

Изображениеобзорного менюдано на рис.7.1. Блок-диаграммаприведена вприложении8.

Рис.7.1. Обзорное меню

Мнемосхема

Для визуализациисостояниятехнологическогооборудованияи отображениятекущих значенийконтролируемыхпараметровиспользуетсямнемосхема,индицируемаяна экране монитора(рис. 7.2). Блок-диаграммаприведена вприложении9. Наряду с виртуальнойпанелью контроляи управлениямнемосхемапредназначенадля использованияоператорами-технологамив качествеосновногосредства контроляи управлениятехнологическимпроцессом.

Рис. 7.2. Мнемосхемастадии стерилизациибиореактора

На мнемосхемев реальноммасштабе времениотображается ход технологическогопроцесса, аиспользованиеобъемных изображенийэлементовмнемосхемы,максимальноприближенныхк виду реальныхконструкцийтехнологическогооборудования,облегчаетработу оператораи обеспечиваетхорошее восприятиеим фактическогосостоянияуправляемогов дистанционномрежиме оборудования.

МнемосхемаСАУ стадиистерилизацииповторяет снекоторымиособенностямифункциональнуюсхему автоматизации,содержит основноетехнологическоеоборудованиеи направлениядвижения материальныхпотоков, отражаетпринципиальнуюсхему КИПиАс одновременнойиндикациейв цифровойформе:

значенийконтролируемыхи регулируемыхтехнологическихпараметров;
значенийсигналов,характеризующихдействительноесостояниедвухпозиционных,исполнительныхмеханизмов(клапанов, насосов);
состояния(ВКЛ/ВЫКЛ) различногоэлектротехническогооборудования;
состояниетехнологическогопараметраотносительнотехнологическихи аварийныхрегламентныхзначений;
для отсечногоклапана выводитсятекстоваяиндикациясостоянияклапана поуправляющемусигналу.

Наибольшеевнимание намнемосхемеуделяетсязапорно-регулирующейарматуре, атакже позициям,на которыхустановленыдатчики технологическогопроцесса.

Статическиеэлементы мнемосхемыизображаютсяв виде объемныхфигур светло-серогоцвета с текстовымиподписями, даныназвания инаправлениямассовых потоков(пар, стерильныйвоздух и др.).

Элементы,участвующиев автоматизации:трубопроводы,запорно-регулирующаяарматура, –сделаны динамическимиобъектами,свойства которых(видимость,цвет, анимированныевозможности)меняются всоответствиис выполняемымиоперациямипроцесса.

По данноймнемосхемеосуществляетсяконтроль заследующимипараметрамитехнологическогопроцесса:

температурасреды внутриферментера;
температурана выходномштуцере ферментера;
давлениевнутри ферментера;
уровень средыв ферментере.

Дляэтого в оформлениимнемосхемыприсутствуютдинамическиеэлементы индикаторыфизическихпараметровпроцесса, связанныес соответствующимитехнологическимипараметрами:

индикатортемпературысреды внутриферментера;
индикатортемпературына выходномштуцере ферментера;
стрелочныйиндикатордавления внутриферментера;
индикаторуровня средыв ферментере.

Формат отображенияинформациии оформлениеиндикаторовв определеннойстепени аналогиченвнешнему видупоказывающихприборов обычноготипа (манометр,термометр).

Другимидинамическимиэлементамимнемосхемыявляютсязапорно-регулирующаяарматура итрубопроводнаяобвязка:

открытыеклапаны и работающиенасосы подсвечиваютсязеленым цветом,закрытые клапаныи неработающиенасосы подсвечиваютсякрасным цветом;
трубопроводнаяобвязка, припрохожденииматериальногопотока, меняетцвет с нейтральногосерого на цвет,определенныйв соответствиис ГОСТ 14202-69 («Трубопроводыпромышленныйпредприятий.Опознавательнаяокраска, предупреждающиезнаки и маркировочныещитки» см. табл.7.1).

Основныематериально–техническиепотоки отображаютсяследующимицветами (табл.1).

Таблица 7.1

Цветаматериально-техническихпотоков

Транспортируемоевещество	Цветоваямаркировка
Вода	Зеленый
Пар	Красный
Воздух	Синий
Кислота	Оранжевый
Щелочь	Фиолетовый
Отходящиегазы	Желтый
Подпитка	Коричневый

Виртуальнаяпанель контроляи управления

Виртуальнаяпанель контроляи управлениянаряду с указаннойвыше мнемосхемойявляется основнымсредствомоператоров при контролеи управлениитехнологическимпроцессом.

Виртуальнаяпанель контроляи управленияпостроена изследующихотдельныхпрограммныхблоков:

блок управления;
блок индикаторов;
блок состоянияклапанов инасосов;

С помощьюблока управленияоператор осуществляетзапуск стадии

стерилизации,контролируеттечение процесса,может приостанавливатьи возобновлятьпроцесс с выбраннойоперации. Дляэтого в данномблоке присутствуюткнопки: «Старт»,«Стоп», «Стартс операции»,а также индикатор«Процесс».

Спомощью переключателя«Доступ к ручномууправлению»можно переводитьклапаны и насосыв режим ручногоуправления(управлениеосуществляетсякнопками блокасостоянияклапанов инасосов).

Кроме этогоблок управлениясодержит индикаторытревог и аварийныхситуаций:

 HH:верхняя аварийнаяграница;

 H:верхняя технологическаяграница;

 L:нижняя технологическаяграница;

 LL:нижняя аварийнаяграница.

Также на блокеуправления присутствуетцифровой индикаториндекса текущейоперации итекстовое поле,в которомотображаетсякомментарийк текущей операции.

Другим блокомявляется блокиндикаторов.Формат отображенияинформациина нем аналогиченформату отображениятехнологическихпараметровна мнемосхеместадии стерилизации.По данномублоку осуществляетсяконтроль заследующимипараметрами:

температурасреды внутриферментера;
температурана выходномштуцере ферментера;
давлениевнутри ферментера;
уровень средыв ферментере.

Для каждогопараметра,кроме отображенияв цифровом играфическомвиде его текущегозначения,предусмотреныиндикаторысостояниясвязанных сним характеристик. Например, выходзначений параметраза технологическиеили аварийныйграницы: LL,L,H,HHиндикаторрабочего состояниядатчиков.

Следующийблок - блок состоянияклапанов инасосов.

Блок представляетсобой группуиндикаторови элементовуправлениясостояниемзапорно-регулирующийарматуры (кнопок).

В автоматическомрежиме стерилизациикаждый индикаторинформируето технологическомсостояниясоответствующегоисполнительногомеханизма.

В ручномрежиме стерилизацииконтролируетсясостояниеотдельныхклапанов инасосов. Нажатиемсоответствующейкнопки производитсяизменениетехнологическогосостоянияисполнительногомеханизма, аиндикаторпоказываетфактическоесостояние этогоклапана илинасоса. В правомверхнем углукаждого индикаторатехнологическогосостояниязапорно-регулирующейарматуры присутствуетиндикаторырабочего состояниясоответствующегоэлемента.

Виртуальнаяпанель контроляи управленияобеспечиваетбыстрое обучениеоператора ипростоту формированиякоманд управленияоборудованиемв дистанционномрежиме. Экранвиртуальнойпанели контроляи управлениястадией стерилизациипоказан на рис.7.3. Блок-диаграммаприведена вприложении10.

Рис 7.3. Виртуальнаяпанель контроляи управления

Окнотрендов стадиистерилизации

На панелитрендов стадиистерилизациив реальномвремени идетотображениязначенийтехнологическихпараметров.Широкие возможностиLabVIEWпозволяютиспользоватьмощные средстваобработки ивизуализациидля предоставленияоператорутехнологическойинформациив виде графикови диаграмм(трендов).

Все технологическиепараметры,относящиесяк стадии стерилизации,разделены нагруппы, отображаемыена соответствующихтрендах (графикахзначенийтехнологическихпараметровна определенномпрошедшеминтервалевремени). Этигруппы объединяют сходные посвойствамтехнологическиепараметры(например, вседискретныесигналы).

Операторимеет возможностьсчитывать всезначения параметрови определятькраткосрочнуютенденцию ихразвития втекущий моментвремени.

Тренды,расположенныев верхней частипанели трендов(Тренд1, Тренд2,Тренд3) отображаютсостояниенепрерывных(аналоговых)технологическихпараметров(температура,давление, уровеньжидкости).

В нижней частипанели находитсятренд группыдискретныхпараметров,фиксирующийсостоянияклапанов и насосов, участвующихв стадии стерилизации(открыт/закрыт,включен/выключен).На этой диаграммеотображаетсяциклограммастадии стерилизации(графическоеизображениесостоянийисполнительныхмеханизмовво времени).

Каждый трендимеет названиеи поле, содержащеетехнологическиенаименованиепараметрови используемыецвета и стилиотображения.

Для удобстваоператоратренды могутлегко настраиватьсяна различныедиапазонывременных осейи амплитудыизменениятехнологическихпараметров.Можно организовать отображениеинформациис абсолютнымиили относительнымивременнымишкалами, просматриватьисторическиеданные (ограничивающиесяразмером буфераграфическихданных). Легкоподдаютсянастройкесвойства линийотображения(толщина, цвет,форма и др.). Экранокна трендовстадии стерилизацииизображен нарис. 7.4. Блок-диаграммаприведена вприложении11.

Рис. 7.4. Окнотрендов стадиистерилизации

Окнособытий

Окно событийпредоставляетоператоруинформацию о ходе технологическогопроцесса путемотображенияразличныхсобытиях, связанныхс течениемстадии стерилизации:сообщения обизменениисостоянияэлементовзапорно-регулирующейарматуры; тревоги,связанные сдостижениемтехнологическимипараметрамиграниц допустимыхзначений; аварии,вызванныеполомками илисбоями в функционированиитехнологическогооборудования.

Окно событийвключает следующиеэлементы:

таблицарегистрациитревог;
таблицарегистрацииистория событий,тревог;
кнопкаподтверждениятревоги;
панель расшифровкицветовой маркировкисобытий.

Экран окнасобытий изображенна рис. 7.5. Блок-диаграммаприведена вприложении12.

Рис. 7.5. Окнособытий

Системойрегистрациитревог фиксируютсянарушений иотклоненияот заданныхзначений параметровтехнологическогопроизводства

Информацияо нарушенияхи отклоненияхотображаетсяна экране дисплеярабочей станциив специальнойтаблице, постояннообновляемойпо мере поступленияновых сообщенийокна - «Тревоги(Alarms)»в форме построчныхзаписей.

При нарушенииработы илиотклоненийтехнологическихпараметровот регламентав таблице регистрациитревог появляетсясоответствующаязапись, помеченнаякрасным цветом,при этом окнособытий автоматическивыводится наэкран. Параметррегистрируетсяпри наличиихотя бы однойиз уставок,например L;LL;H;HH.

В строкекаждого сообщенияуказывается:

дату и времярегистрациисообщения;
идентификаторотклонившегосяпараметра;
значениепараметра вмомент регистрациитревоги;
статус, приоритет,порог срабатываниятревоги;
событие втекстовойформе.

Эти характеристикизаписи выводятсяв соответствующихстолбцах таблицы.

После возникновениетревоги оператору,в соответствиис настройкамисистемы регистрациитревог дляданного события,будет предложеноподтвердитьфакт тревогис помощью кнопкиподтверждениятревог, либоожидать автоматическогоподтверждениятревоги посленормализациивызвавшеготревогу параметра.

Новые записив таблице регистрациитревог подсвечиваетсякрасным цветом,при подтвержденииоператоромфакта тревоги(или автоподтверждении)цвет записименяет на желтый,при возвращениитехнологическогопараметра врамки регламентацвет записименяется назеленый и записьпропадает. Принормализациитехнологическогопараметра доподтверждениятревоги операторомцвет записименяется назеленый, послеручного подтверждениязапись пропадает.

Таблицарегистрациитревог содержиттолько оперативнуюдинамическиобновляемуюинформацию.

Другой таблицей,в которой сохраняютсязаписи всехсобытий, связанныхс развитиеми устранениемтревог, являетсятаблица регистрацииистория событий,тревог.

Форма представленияинформациив этой таблицево многом аналогичнатаблице регистрациитревог. Отличиезаключаетсяв том, что всесобытия фиксируютсяв виде новыхзаписей, добавляемыхв начало таблицы,кроме того,таблица регистрацииистория событийсодержитдополнительныестолбцы, включающиеидентификатороператора, иописание группыданного технологическогопараметра.Кроме регистрациинарушений иотклоненийтехнологическихпараметровв таблице фиксируютсядвоичные событий(типа вкл./выкл.или открыт/закрыт),действийоператора-технолога,аварийныеситуаций.

Данный протоколможет включатьболее 100 сообщений.При необходимоститаблица этаможет бытьраспечатанав форме протоколанарушений иотклонений.

Окноисторическихтрендов

Окно историческихтрендов позволяетоператорупросматриватьархив технологическихпараметровпроцесса в видетренда историческихданных (рис7.6). Блок-диаграммаприведена вприложении13.

Рис. 7.6. Окноисторическихтрендов

Главнымэлементом окнаявляется трендисторическихданных - гипертренд.Эта структурапозволяетодновременновыводить историческиетренды несколькихтегов за счетдобавлениянесколькихвертикальныхфактических(не в %) шкалтехнологическихпараметров,входящих вданный трендс указаниемфизическойразмерности.

В верхнейчасти гипертрендарасположенанавигационнаяпанель, позволяющаяосуществлятьбыстрое изменениявременногодиапазонаотображения,пролистыватьисторию процесса,задавать временнойдиапазон отображенияв явном виде.Отображениеведется в абсолютномвремени.

Гипертрендимеет поле,содержащеетехнологическиенаименованиепараметрови используемыецвета отображения.

При помощивсплывающегоменю можнодобавлять иудалять отображаемыетехнологическиепараметры,настраиватьсвойствадополнительныхвертикальныхшкал, включатьавтомасштабирование.

Во времяконфигурированиягипертрендамогут бытьзаданы следующиесвойства ихарактеристики:

 цвет фонаи шрифт значенийи размерностей;

 составкаждой группытрендов (имяархива, имятега);

 названиеи масштаб осиX (время);

 названиеи масштаб осиY (значение тега).

Врежиме Run-Time направлениеразвития тегабудет отображенов окне тренда,если было выполненосоответствующееконфигурирование.

Параметрыотображениетегов гипетрендоммогут бытьизменены врежиме Run-Time кнопкамиокна или панелиинструментов.

Нажатие накнопку

включает режимотображения,при которомвывод информацииосуществляетсятолько приизменениизначенийтехнологическихпараметров(выход параметраиз зоны нечувствительности).

Принажатии накнопку

на гипертрендекроме историйвыводятсяактуальныезначения тегов,добавляемыев базу данныхтехнологическихпараметров.При отключениизапись в архивпродолжаетсяв фоновом режиме.

Дляперемещенияпо архиву можноиспользоватьсоответствующиекнопки на панелиинструментовгипертренда.Отображениеархивированногозначение тегаидет в пределахвременногоинтервала.Длина этогоинтервалаопределяетсявременнымдиапазоном,подлежащимотображению,или являетсяразницей междувременем запускаи окончания.

Вокне гипертрендабудет отображенонаправлениеразвития тегав пределахустановленноговременногодиапазона,начиная с первогозаархивированногозначения.

Вокне гипертрендабудет отображенонаправлениеразвития тегав пределахпредыдущеговременногоинтервала,начиная с интервала,отображаемогов данный момент.

В окне гипертрендабудет отображенонаправлениеразвития тегав пределахследующеговременногоинтервала,начиная сотображаемогов данный моментвременногоинтервала.

Вокне гипертрендабудет отображенонаправлениеразвития тегав пределахустановленноговременногодиапазона,заканчивающегосяпоследнимзаархивированнымзначением.

Дляувеличенияили уменьшенияизображениясегмента гипертрендаследует использоватьсоответственнокнопки «Zoomin» и «Zoomout» («Увеличениеобласти отображения»и «Уменьшениеобласти отображения»).

Областьдля увеличениятакже можновыделить, растягиваявокруг неерамку при нажатиилевой кнопкемыши.

Для возвратак установкамотображенияпо умолчаниюследует нажатьправой кнопкойна гипертрендеи выбрать пунктменю «RestoreX Axis Width»(«Восстановлениеширины диапазонаоси Х»). Длядиапазоназначений наоси X автоматическибудут использованыпредварительноустановленныезначения.

Длянахождениямаксимальныхи минимальныхзначений отображаемыхтегов на заданноминтервале,определениевремени достижениятехнологическимпараметром(группой) определеннойвеличины (величин),определениевременнойпозиции и амплитудывыбранной точкипредназначенакнопка «Opencursor», открывающаядиалог «HyperTrendCursors» («Диалогвизирных линий») (рис 7.7).

При открытииэтого диалогав области графикапоявляетсявертикальнаявизирная линия.С помощью диалогаили передвигаякурсором визирнуюлинию можно производитьперечисленныеи другие операциипо определению различныхпараметровисторическихданных.

Рис 7.7. Диалогвизирных линий

Используякнопку

можно запустить«HistoricalTrendViewer»(рис. 7.8) утилитупозволяющуюпроизводитьразбор историитегов, а такжеэкспортироватьданные длясоставленияотчетов.

Рис. 7.8. Утилитапросмотраисторическихтрендов

14Компьютернаямодель стадиистерилизациибиореактора

ИспользованиетехнологииOPC

Взамен ограниченногопо производительностии надежностимеханизма DDEкомпания Microsoftпредложилаболее эффективноеи надежноесредство передачиданных междупроцессамиOPC(OLE for Process Control) [20].

Основнаяцель стандартаOPC заключаетсяв определениимеханизмадоступа к даннымс любого устройстваиз приложенийи, в частности,обеспечениесовместнойработы и взаимозаменяемости(совместимость)промышленныхустройств отразных поставщиков.ОРС позволяетпроизводителямоборудованияпоставлятьпрограммныекомпоненты,которые стандартнымспособом обеспечатклиентов даннымис ПЛК. Имеяутвержденныйв стандартенабор интерфейсов,конечный пользовательсможет организоватьвзаимодействиеи обмен даннымимежду любымираспределеннымикомпонентамисистемы. Преимуществаиспользованиястандарта OPC:

OPCпозволяетопределятьна уровне объектовразличныесистемы управленияи контроля,работающиев распределеннойгетерогеннойсреде;
OPCустраняетнеобходимостьиспользованияразличногонестандартногооборудованияи соответствующихкоммуникационныхпрограммныхдрайверов;

OPC-клиенты(SCADAсистемы и другиеприложения)могут связыватьсяс одним илинесколькимиOPC-серверами(например,реализованнымив ПЛК), разработаннымиразными производителями.

С OPC-решениямиинтеграцияв гетерогенные(неоднородные)системы становитсядостаточнопростой. С точкизрения SCADA-системследует подчеркнуть,что OPC-серверы,расположенныена компьютерахвсего производственногопредприятия,стандартнымспособом могутпоставлятьданные в программувизуализации,базы данныхи т.п.

При разработкепрограммногообеспечениядиспетчерскогоуровня САУстадии стерилизациибиореакторашироко использовалисьвозможноститехнологииOPC.

ИспользованиеOPCдля объединениякомпьютерноймодели процессастерилизациии системы управленияпозволилосоздать гибкуюсистему для совершенствованияСАУ, отладкиалгоритмовуправленияи улучшениямодели процесса.

При разработкедиспетчерского(верхнего) уровня САУ стадиистерилизациибиореактора проблема апробациисистемы решаетсяпутем компьютерногомоделированиятехнологическогопроцесса. Этопозволяетснизить затратына дорогостоящий этап экспериментальноготестированиясистемы управленияс использованиемсложноготехнологическогооборудования.

Компьютерноемоделированиена современномэтапе являетсямощным инструментомрешения задачтехнологическогопроектирования и управленияпроцессамистерилизации.

Компьютернаямодель (КМ) объектапредставляетсобой программнуюреализациюматематическоймодели процессастерилизациибиореактора,которая отражаетдинамику протекающихфизическихпроцессов(теплопереноса).

В качествеосновы дляразработкиКМ стадиистерилизациибиореактораберется программнаясреда LabVIEWDSC.Эта среда обладаетмощными математическимисредствамидля удобногоописания процесса.В ней обеспечиваетсяподдержкасовременныхтехнологийавтоматизации,таких как TCP/IP,OPC,ActiveX. С их помощьюразработаннуюкомпьютернуюмодель процессаможно легкоинтегрироватьс системойуправления,заменив настадии проектирования,технологическоеоборудование.

РазработаннаяКМ отражаетосновныезакономерностиизменениятехнологическихпараметров(давление,температура).

Обмен информациеймежду КМ и САУстадии стерилизацииведется сиспользованиемтехнологииOPC,при этом КМвыступает вроли OPCсервера. Технологическиепараметрыпередаютсямежду системамив виде тегов(Tag).Это дает возможностьподключатьмодель к различнымсредствамавтоматизации,например кSCADAсистемам[20,21,22,23].

Экраны компьютерноймодели и OPCсервера КМпредставленына рис. 7.9 и рис.7.10. Блок-диаграммыприведены вприложении7.

Рис. 7.9. OPCсервер КМ

Рис. 7.10. Компьютернаямодель стадиистерилизации

15Реализацияпрограммно-логическогоуправлениястадией стерилизациибиореактора.

Одной из задачрешаемых припроектированиии созданиисистемы автоматизированногоуправлениястадии стерилизациибиореактора,является реализацияфункций управленияэтой стадией.

При стерилизацииосновной цельюуправленияявляется обеспечениезаданнойпоследовательностивыполненияопераций, иточное соблюдениерегламентапроведенияпроцесса. Такимобразом, управлениестадией стерилизацииявляется жесткимпрограммно-логическимуправлением.

Такие функциипо иерархииуровней автоматизацииреализуютсяна уровнеконтроллерови модулейввода-выводас помощьюпрограммируемогологическогоконтроллера.

ВыбранныйконтроллерICP DAS I-8837 программируетсяс использованием

стандартныхпрограммныхблоков из средыISaGRAF. При этомисходным материаломпри написаниипрограммногокода в ISaGRAFявляетсяразработанныйс использованиемтехнологическогорегламентапроцесса алгоритмпрограммно-логическогоуправления,который можетбыть представленв виде логическойдиаграммыстадии стерилизации(стандартANSI/ISA–5.2–1976 (R1992) Binary Logic Diagrams forProcess Operations – “Бинарные(двоичные) логическиедиаграммы дляуправленияпроцессом”),в виде текстовогоописания процесса,в виде таблицыпереключенийи др.

Такимобразом в первуюочередь необходиморазработатьуправляющийалгоритм, которыйзатем будетреализованв ISaGRAF и прошитв постояннуюпамять ПЛК.

Наэтапе созданияалгоритма важноиметь возможностьего апробирования,при этом изсхемы разработка-отладкажелательноисключитьреальноетехнологическоеоборудование,контроллери другие элементынижних уровнейавтоматизации.

Такиевозможностиоткрываетиспользованиепрограммнойсреды LabVIEWDSC в качествесистемы дляразработкии отладки алгоритмовпрограммно-логическогоуправления.В которой можнореализоватьлюбые особенностипрограммно-логическогоуправленияс использованиемвизуальногопостроенияструктурыалгоритма.Кроме того, дляразработкиможно использоватьразнообразныесредства отладки,различныепрограммныетехнологии(TCP/IP, OPC,ActiveX и др.).

Впредыдущихподразделахбыли использованывозможностисреды LabVIEWDSC для создания:

системыдиспетчерскогоуправленияи сбора данных(SCADA);
компьютерноймодели стадиистерилизациис использованиемтехнологииOPC.

Таким образом,реализацияалгоритмапрограммно-логическогоуправлениястадией стерилизациис применениемтехнологийLabVIEW и его совместноеиспользованиесо SCADA системойдля управлениямоделью процессапозволяютсоздать на базе Labview мощныйинструментотладки иапробированияразличныхалгоритмовуправления,разрабатываемойсистемы диспетчерскогоуправленияи сбора данныхбез использованиядорогостоящеготехнологическогооборудования,а также позволяетсовершенствоватькомпьютернуюмодель стадиистерилизации.

Реализацияалгоритмапрограммно-логическогоуправленияна базе LabVIEWDSC

Опираясьна регламентпроведениястадии стерилизации,описанный вразделе «Краткоеописание технологиипроизводстваэритромицина»,с использованиемпрограммнойсреды LabVIEWDSC был разработаналгоритм управлениястадией стерилизации.

Алгоритмреализованв виде блок-диаграммыLabVIEW, оформленнойв отдельныйблок программно-логическогоуправления(рис.7.11). Базовыеэлементы (кадры)реализацииалгоритмапрограммно-логическогоуправленияпроиллюстрированына следующейсерии рисунковрис. 7.12 (Кадрыалгоритмауправления0-2). Полная блок-диаграммаприведена вприложении15.

Рис.7.11. Экран блокапрограммно-логическогоуправления.

Рис.7.12. Кадр алгоритмауправления«0»

Рис.7.12. Кадр алгоритмауправления«1»

Рис.7.12. Кадр алгоритмауправления«2»

16.РАЗРАБОТКАПРОГРАММЫУПРАВЛЕНИЯИЗМЕРИТЕЛЕМТЕМПЕРАТУРЫРЕГУЛИРУЮЩИМ«ДАНА-ТЕРМ»ИТР 2529 В ПРОГРАММНОЙСРЕДЕ LABVIEWDSC. РЕАЛИЗАЦИЯФУНКЦИЙ OPCСЕРВЕРА

В этом разделедано описаниесозданнойпрограммыуправленияизмерителемтемпературырегулирующим«Дана-Терм»ИТР 2529, описанывозможностии принципыработы с программой.

Целью разработкипрограммы былареализациявозможностиудаленногосбора данныхи управленияприборами,использующимисходный протоколобмена с компьютером.

Дополнительнов рамках программыуправленияизмерителемтемпературыреализованыфункций OPCсервера, чтодает возможностьиспользоватьизмерительтемпературыс любыми средствамиавтоматизации,поддерживающимитехнологиюобмена OPC.

17Описание программыуправленияизмерителемтемпературырегулирующим«Дана-Терм»ИТР 2529

Назначениеи функциональныевозможности

Программауправленияизмерителемтемпературырегулирующим

"Дана-Терм”ИТР 2529 предназначенадля удаленнойработы совместнос измерителемтемпературыИТР 2529 черездрайвер инструментальнойсети “Дана –Терм” (DINdrv).

Текущаяреализацияпрограммыобладает следующимифункциональнымивозможностями:

cборданных в автоматическомрежиме;
просмотри удаленноередактированиенастроек прибора;
вывод измеряемойтемпературыв виде временнойдиаграммы;
сохраненияполученныхданных в файлв формате удобномдля обработкис использованиемMicrosoftExcel;
функцииOPCсервера (использованиеИТР в SCADAсистемах).

Составпрограммы

Каталогпрограммысодержит следующиефайлы и директории:

2529.exe– исполняемыйфайл программыуправления;
Log_view.exe– исполняемыйфайл программыпросмотра“log”файлов;
Temper.ini– файл конфигурациипрограммыуправления;
Realtime– директория,содержащаябиблиотекиподдержки(NationalInstrumentsLabVIEWRun-TimeEngine7.0), для запускана системе безустановленногоLabVIEW;
DINdrv – директория,содержащаядрайвер инструментальнойсети “Дана –Терм” (DINdrv);
DOCS –директория,содержащаядокументациюпо настройкеи эксплуатациипрограммыуправления.

Установкаи настройкапрограммы

Перед использованиемпрограммынеобходимопроделатьследующие шаги.

Скопироватьвсе файлы программыуправления в рабочий каталог(выбираетсяпользователем).Туда же рекомендуетсяпоместитькаталог драйвераинструментальнойсети “Дана –Терм” (DINdrv).
Отредактироватьфайл конфигурации. В нем необходимозадать полныепути к соответствующимкаталогам(подробнее см.раздел “Описаниефайла конфигурации”).
Настроитьизмерительтемпературы.Необходимозадать адрес (номер прибора(НП) и номер группы(НГ) прибора).В текущей версиипрограммысоединениес измерителемтемпературыведется пот.н. “широковещательному”адресу, поэтомунастройкуприбора производитьнеобязательно.Более подробнаяинформацияпо настройкеприбора содержитсяв файлах: “ИзмерительтемпературырегулирующийИТР 2529_Навигацияпо меню пользователя.doc”,“ИспользованиеDINdrv – драйверадля организациисоединенияизмерителятемпературыИТР 2529 с компьютером.doc”из каталогаDOCS;а также в “Инструкциипо эксплуатацииизмерителятемпературырегулирующегоИТР 2529”.
Настроитьдля работы сприбором драйверинструментальнойсети “Дана –Терм” (DINdrv).Для этого нужнозапустить файлDINdrv.exe из каталогаDINdrv, выбрать вменю Setup,произвестинастройки всоответствиис рис 8.1.

Рис 8.1. Диалогвыбора и настройкиCOMпорта

Более подробноеописание настройкии работы с драйверомсодержитсяв файле: ИспользованиеDINdrv – драйверадля организациисоединенияизмерителятемпературырегулирующегоИТР 2529 с компьютером.doc”из каталогаDOCS.Для запускапрограммы (приотсутствиисреды разработкиLabVIEW)необходимоустановитьбиблиотекиподдержки(lvrteinstall.exe).

18Работа с программойуправления(2529.exe)

Запуск программыосуществляетсяфайлом 2529.exe.

После запускапрограммы наэкране появляются:рабочая панельпрограммы иокно драйвераинструментальнойсети “Дана –Терм” (DINdrv).

Внешнийвид рабочейпанели программы

При запускепрограммыактивируетсярабочая панель,включающая в себя различныеэлементы управленияи индикации(рис 8.2, рис 8.3).Блок-диаграммыпрограммыприведены вприложении14.

Рис 8.2 Рабочаяпанель (видсразу послезапуска)

Рис 8.3 Рабочаяпанель (вид врежиме регистрации)

Описаниеэлементоврабочей панелипрограммы

В верхнейчасти окнарасположеныследующиеэлементы управления(кнопки):

Принажатии выводитсяокно, содержащееинформациюо предназначениипрограммы,версию, информациюоб авторе (рис8.4).

Рис8.4

Принажатии выводитсяпанель настройкиприборов (рис8.5). (Описаниеработы с панельюв разделе “Панельнастройкиприборов”).

Врежиме регистрации кнопка блокируется.

Рис8.5. Панель настройкиприборов

Принажатии происходитзавершениеработы программы.

В центральнойчасти окнанаходитсядиаграмма(тренд), отображающаяпоказанияприбора (температуру)во времени (рис8.6).

В текущейреализациипрограммы опроссостоянияприбора идетс интервалом10 с. Вывод измеренийв файл и отображениена диаграмме- с интервалом10 с.

Рис8.6. Температурнаядиаграмма

В нижней частиокна расположеныэлементы управленияпроцессом регистрациитемпературы:

Принажатии накнопку производитсяпереход из

режимаготовностик режиму регистрациитемпературы,при этом индикатор

мерцаетс интервалом1 с.

Переключатель,разрешающий/запрещающийзапись регистрируемыхданных в файл,во время запускапрограммынаходится вположении,определяемом ключом «Save»в файле конфигурации:«Temper.ini»(подробнее см.«Описание файлаконфигурации»). Переключениеможно производитькак во времярегистрации,так и в режимеготовности:

Включитьзапись в файл. Выключитьзапись в файл.

арабочую панельвыведены следующиеинформационныеполя:

Текущеезначение температуры(в текущей реализациипрограммыобновлениераз в 10 сек).

ремя,прошедшее смомента запускарегистрациитемпературы.

Время,прошедшее смомента превышенияустановленногов поле «Температурныйпорог» значениятемпературы.

Вэтом поле выводитсязначение заданногоключом «Temperature_level»в файле конфигурации«Temper.ini»температурногопорога.

Припревышениитекущим значениемтемпературызначения заданногопорога зажигаетсяиндикаторпревышенияпорога и продолжаетгореть до техпор, пока температуране снизитсяниже пороговогозначения.

Вполе фиксируетсяотносительноевремя достижениятемпературногопорога.

- Путь до файла,в который идетсохранениерегистрируемыхданных. Путьфайла определятсяключом «Logs_path» вфайле конфигурации«Temper.ini».Имя файлагенерируетсяпо текущей датекаждый раз призапуске режимарегистрации.Таким образом,каждый блокданных измеренийсохраняетсяв отдельномфайле, имя которогоопределяетсядатой и временемначала измерения.

Панельнастройкиприборов

Рис 8.7. Панельнастройкиприборов

В текущейверсии программыподдерживаетсявозможностьнастройкинесколькихприборов, дляэтого требуетсядобавить впрограммныйкод “Панелинастройкиприборов” уникальныепараметры подключаемогоприбора (префиксыкоманд, команды,поля настроек соответствующихпараметров).

Для настройкипараметровприбора ИТР2529 (соответствующаявкладка) служатследующие поляввода:

Задание можноосуществлятькак с клавиатуры,так и пошаговомышью.

После редактированияпараметра склавиатуры,с нажатиемклавиши “Enter”значение передаетсяв прибор.

Кроме этогона вкладкеприсутствуютследующие поляиндикации икнопки работыс диалогом:

Принажатии происходитобновлениевсех полейввода и индикации.

Принажатии происходитзавершенииработы с панельюнастройкиприборов.

19Файл конфигурации

Файл конфигурациипрограммыуправленияизмерителемтемпературы

регулирующим"Дана – Терм”ИТР 2529. (в даннойреализациипрограммы файл “Temper.ini”)содержит в себенекоторыенастройки,необходимыедля корректнойработы приложения,а также настройкиоблегчающиеработу с даннойпрограммой

Этот файлимеет стандартнуюструктуруконфигурационныхфайлов настройки“WINDOWS” приложенийи описываетсяследующимсинтаксисом:

[раздел1]

;комментарий

имяключа 1=значениеключа 1

……

имяключа n=значениеключа n

……

[разделN]

……

Листингфайла Temper.ini.

[general]

;Разрешениязаписи в файлпо умолчанию("0"/"1", "True"/"False").

Save=True

;Пути указываютсяв полном (абсолютном)виде, например:"c:Dindrv".

;Каталог в которыйбудут сохранятьсяпоказанияприбора (есликаталог по

; указанномупути отсутствует,он создается).

Logs_path=C:Sterilization_programLogs

;Каталог в которомнаходитсядрайвер DINdrv.

DINdrv_path=C:Sterilization_programDindrv

;Уровень температуры,который необходимодостичь.

Temperature_level=112

;Настройкидиаграмм.

;Максимальныеи Минимальныезначения координатосей (в сек.)

; Вовремя работыпрограммыинтервал междумакс. и миним.

;значениямикоординатсохраняется.

Graph1_XScaleRangeMinimum=0

Graph1_XScaleRangeMaximum=600

Graph1_YScaleRangeMinimum=20

Graph1_YScaleRangeMaximum=150

20Работа с программойпросмотра “log”файлов регуляторатемпературы«Дана-Терм»ИТР 2529 (Log_view.exe)

Запуск программыосуществляетсяфайлом Log_view.exe.

Послезапуска программына экране появляютсярабочая панельпрограммы (рис.8.8)

Рис 8.8. Рабочейпанель программы

-кнопка открываетдиалог загрузкинового logфайла

- завершениеработы программы

Работа систорическойдиаграммойпрограммыпросмотра “log”файлов полностьюаналогичнаработе с диаграммойпрограммыуправления.

21Внедрениепрограммыуправления измерителемтемпературырегулирующим«Дана-Терм»ИТР 2529.

Программыуправления измерителемтемпературырегулирующим«Дана-Терм»ИТР 2529 была опробована,а затем включенав состав системыстерилизациижидких средв колбах в автоклаве.

Основныехарактеристикисистемы стерилизации:

стерилизацияжидких средпроводитсяв автоклавев колбах,
нагревпроизводитсяпаром, подаваемымв камеру автоклавачерез клапанподачи параиз рубашкиавтоклава;
скоростьнагрева устанавливаетсявручную, с помощьювнешней подачипара в камеруавтоклава

нагревжидкости вколбе происходитдо температуры113°С с заданнойскоростьюнагрева;
осуществляетсяподдержаниетемпературыжидкости при113°С в течении20 минут;
поддержаниетемпературыжидкости ведетсяавтоматическиизмерителемтемпературырегулирующим«Дана-Терм»ИТР 2529 с термопаройХК.
температурнаядиаграммарегистрируетсяв файл на компьютере.
режимстерилизации- программный;
перегревжидкости недопустим;

Цели использованияпрограммыуправления измерителемтемпературырегулирующим«Дана-Терм»ИТР 2529 в составесистемы стерилизации:

регистрациятемпературнойдиаграммы вфайл для последующегоанализа иоптимизациирежима проведениястадии стерилизации.

Возможностипрограммыуправления измерителемтемпературырегулирующим«Дана-Терм»ИТР 2529 в составесистемы стерилизации:

уделенноередактированиепараметровнастройкитерморегулятора;

измерениеи регистрациятемпературынепосредственнов среде (в колбе),запись температурнойдиаграммы вфайл;

Структурасистемы управленияавтоклавомприведена нарис. 8.9

Рис. 8.9. Системыуправленияавтоклавом

Экспериментальныетемпературныедиаграммыизображенына рис 8.10 и 8.11

Рис8.10. Диаграмма,полученная02-10-2003 в 13ч15м49с (названиефайла: 02-10-2003_13ч15м49с_term.log)

Рис.8.11. Диаграмма,полученная02-10-2003 в 16ч12м22с (названиефайла: 02-10-2003_16ч12м22с_term.log)

22.БЕЗОПАСНОСТЬПРОИЗВОДСТВА

Основныехарактеристикипроцесса биосинтезаэритромицина,определяющиеего опасность

Выпускаемыйпредприятиемантибиотик– эритромицинпроизводитсяпутем биологическогосинтеза с помощьюспециальноотселекционированногоштамма микроорганизма.

Микроорганизм– продуцентцелевого веществакультивируютв специальныхаппаратах нажидкой питательнойсреде, в строгоасептическихусловиях, принепрерывномперемешивании,подаче стерильногосжатого воздухадля дыханиямикробныхклеток и охлаждениидля отводаобразующегосятепла жизнедеятельностимикроорганизма.Данный процессназываютферментацией,а аппараты, вкоторых онпроводится– ферментерами.

Растворы,содержащиепитательныевещества, необходимыемикроорганизмамдля роста иразвития(«питательныесреды»), готовятв специальнойаппаратуреи перед ферментациейподвергаютвысокотемпературной(выше 120С)термическойстерилизациис помощью водяногопара, вводимогонепосредственнов жидкость(«острый» пар).Затем стерильныепитательныесреды охлаждаютдо температурыкультивирования 28 С.

Также стерилизацииподвергаетсяферментер иего обвязка.Для обеспечениястерильныхусловий в аппаратеперед каждой ферментациейнеобходимообеспечитьтемпературув аппарате 120С придавлении 0,2 МПа.В ходе стерилизацииобеспечиваетсяавтоматическоерегулированиетемпературыи давления ваппарате,трубопроводнойобвязки изапорно-регулирующейарматуре (подачейострого пара).

Во времяферментацииобеспечиваетсяавтоматическоерегулированиетемпературыжидкости ваппарате (подачейохлаждающейводы в рубашкуаппарата), показателярН (подачей 20%раствора сернойкислоты H2SO4или 10% растворащелочи NaOH),расход подаваемогостерильноговоздуха, скоростивращения мешалкии других параметровпроцесса. Позавершенииферментации,длящейся около9 суток, получаютвязкую воднуюсуспензиюмикробныхклеток и ихфрагментов(«культуральнуюжидкость»),содержащуюантибиотик.

Таким образом,при производствеэритромицинаосновнымифакторами,характеризующимиопасность этогопроизводстваявляются:

острый водяной пар(более 130С);
давлениев ферментереи трубопроводахобвязки;
использованиеопасных химическихсоединений(20% раствор сернойкислоты H2SO4и 10% раствор щелочиNaOH).

В обязанностиоператороввходит постоянныйвизуальный(органолептический)контроль засостояниемсоединенийв аппаратуре,трубопроводахи арматуре.

Для определенияопасных примесейв воздухепредусматриваютсясоответствующиегазоанализаторыи системы оповещения.

Обеспечениевзрыво/пожаробезопасноститехнологическогопроцесса

Пожаро- и взрывобезопасныесвойства используемых веществ [24,25]

Таблица. 1

Пожароопасныесвойства веществ

Наименованиев-ва.	Агрег.состояние	Плотность кг/м³	Т_кип.,^С	Т_{самовоспл.}^С	Т_всп.^оС	конц.пределы распр.Пл.
Растворглюкозы	Вязкаяжидкость	1300	120	-	-	-
Растворщелочи	Растворв воде	1150	138	-	-	-
Растворсерной кислоты	Растворв воде	1170	102	-	-	-
Моющийраствор	Жидкость	1010	100	-	-	-
Посевнойматериал	Вязкаяжидкость	1030	-	-	-	-

В данномпомещениииспользуютсявещества ирастворы негорючиеили трудногорючие, поэтомувероятностьвозгораниякакого-либовещества практическиотсутствует.Однако на случайвозгорания(кабели, электрооборудование)должны бытьпредусмотреныогнетушителиуглекислотныеОУ-5 (ручной,углекислотный,в том числе длятушенияэлектрооборудования).Из других средствпожаротушенияприменяютсяпесок и асбестовоеполотно.

На установкедля извещенияо пожаре предусмотрены:

автоматическаясигнализацияна пожарныйдиспетчерскийпульт и центральныйпульт управления;
кнопочныеручные электрическиепожарные извещатели.

Категорияпомещения повзрывопожарнойи пожарнойопасности

В соответствиис нормами пожарнойбезопасностидля помещенийи зданий [24] отделениеферментацииотносятся ккатегории В4.В этом помещениинаходятся негорючие итрудногорючиежидкости, твердыевещества иматериалы (втом числе пылии волокна). Расчетудельной пожарнойнагрузки приведенниже.

Удельнаяпожарная нагрузкаравна 6.34*10^-4МДж/м²по НПБ 105-95 этозона В4.

Расчетпожарной нагрузки[25]

Так как вотделенииферментацииесть толькоодно трудногорючеевещество (ПропинолБ-400), то все расчетыпроводим длянего одного.

g –удельная пожарнаянагрузка

Q –пожарная нагрузка

Q_H– низшаятеплота сгоранияПропинола Б-400 = 0,0204 МДж*кг^-1

G –количествоматериалапожарной нагрузки= 19,36 кг

S –площадь размещенияпожарной нагрузки= 622,8 м²

Q = G*Q_H= 0.0204*19.36 = 0.395 МДж

g = Q/S = 0.395/622.8 = 6.34*10^-4МДж/м²

Обеспечениетехники безопасностипри работе схимическимивеществами

Едкий натр(NaOH)

Едкий натрпредставляетсобой едкоевещество. Припопадании накожу вызываетхимическиеожоги, а придлительномвоздействииможет вызыватьязвы и экземы,сильно действуетна слизистыеоболочки. Опаснопопаданиеедкого натрав глаза.

Предельнодопустимаяконцентрацияаэрозоля едкогонатра в воздухерабочей зоны:0,5 мг/м³.

Едкий натротносится квредным веществам2-го класса опасностипо ГОСТ 12.1.007-76.

Все виды работс продуктомследует проводитьтолько в защитнойодежде: костюмыиз хлопчатобумажнойткани, в резиновыхсапогах и перчатках,в защитныхочках. Рабочиепомещениядолжны бытьоборудованыприточно-вытяжнойвентиляцией.При концентрацииаэрозоля продуктав производственныхпомещениях,превышающейпредельнодопустимую,применяютпромышленныепротивогазымарок М, БКФ.

Припопаданиипродукта накожные покровыи спецодеждупораженныеместа следуетнемедленнообмыть струейводы или физиологическимраствором иобратится кврачу.

Приразливе растворапродукта егообезвреживают,поливая месторазлива обильнымколичествомводы.

Серная кислота(H2SO4)

Серная кислотаи ее пары обладаютсильным прожигающими раздражающимдействием.

При попаданиина кожу и слизистыеоболочки сернаякислота вызываеттяжелые ожоги.

При работенеобходимострого соблюдатьмеры предосторожности,предупреждающиевыделениесерного ангидридав воздух, попаданиисерной кислотына кожу. Применяютсяиндивидуальныесредства защиты(халаты с длиннымирукавами поГОСТ 12.4.131-83, респираторы,защитные очки,резиновыеперчатки,нарукавники,резиновыефартуки).

Предельнодопустимаяконцентрациясерной кислотыи серного ангидридав воздухе рабочейзоны производственныхпомещений: 1мг/м³. При превышенииПДК пары сернойкислоты раздражаюти прижигаютслизистыеоболочки верхнихдыхательныхпутей, поражаютлегкие.

Класс опасности2 по ГОСТ 12.1.005-88.

Помещения,в которых проводятсяработы с сернойкислотой, должныбыть оборудованыобщей приточно– вытяжноймеханическойвентиляцией.

ПропинолБ-400

ПропинолБ-400 – трудногорючеевещество.

В случаезагоранияпропинол Б-400тушить мелкораспыленнойводой.

ПропинолБ-400 по ГОСТ 12.1.007.76относится к4 классу малоопасныхвеществ. Обладаетслабо выраженнымраздражающимдействием накожу и слизистыеоболочки.

При работес пропиноломрабочее местонеобходимооборудоватьприточно –вытяжной механическойвентиляциейи строго соблюдатьтехнологическийрежим, а так жеежемесячнопроводитьвлажную уборкупомещения.

В случаепопаданияпропинола накожные покровы или слизистыеоболочки удаленияпродукта проводитьводой.

Средстваколлективнойи индивидуальнойзащиты

Средствамиколлективнойзащиты персоналаот воздействияопасных и вредныхпроизводственныхфакторов являются[29]:

системаприточной ивытяжнойобщеобменнойвентиляции;
местныеотсосы отоборудования,где происходитутечка токсичныхвеществ и возможназагазованностьвыше ПДК. Дляпредотвращенияобразованияопасных концентрацийедкого натраи паров сернойкислоты должныбыть установленыавтоматическиесигнализаторыбезопасныхконцентраций;
герметизация всей аппаратуры,коммуникаций,транспорта,связанных с едким натром,серной кислотойи пропинолом;
систематическая уборка полов и оборудования.Быстрое смываниепролитых едкихвеществ.

Все работникина установкев зависимостиот вида выполняемыхработ, и в соответствиис типовымиотраслевыминормами обеспечиваютсяспецодеждой,спецобувьюи защитнымиприспособлениями,которые должныотвечать требованиямсоответствующихГОСТов и ТУ.

Противогазыи респираторынеобходимыдля защитыорганов дыхания,глаз и кожилица от воздействияпаров сернойкислоты и пароведкого натра.При этом должныприменяться:

независимыереспираторныеаппараты;
промышленныефильтрующиепротивогазытипа "КД".

Возможно использование противогаза марки М с защитнымвременем 90 минут.Противогазы должны сменятся немедленно при ощущении самого слабого запаха. Такжедолжны использоваться защитные очки марки ПО-3 и перчатки изщелочестойкой резины, спецодежда из плотной ткани и т.д. (Всесредства защитыдолжны использоватьсятолько в аварийныхситуациях:разгерметизациятрубопроводовс опаснымивеществами,разлив опасныхвеществ).

Обеспечение электробезопасноститехнологическогопроцесса [28]

Так как помещение,где находитсяотделениеферментации,не являетсявзрывопожарнойи пожароопаснойзоной, то применяетсяэлектрооборудованиебез специальныхмер взрывозащиты.Допустимыйуровень взрывозащитыдля электрическихмашин, аппаратови приборов: безсредств взрывозащиты;оболочка состепенью защитыне менее IP54 [30]

IP-InternationalProtection:

5 (первая цифра)– степень защитыперсонала отсоприкосновенияс токоведущимичастями и попаданиявнутрь оболочкитвердых постороннихтел (защита оттел диаметромболее 1 мм);

4 (вторая цифра)– степень защитыот попаданиявнутрь оболочкиводы (защитаот брызг воды,попадающихна оболочкус произвольногонаправления).

К техническимспособам обеспеченияэлектробезопасностив отделенииферментацииотносятся:защитное заземление,изоляция токоведущихчастей, блокировочныеустройства,автоматическиустраняющиеопасностьпораженияэлектрическимтоком, а такжеиндивидуальныесредства защиты(диэлектрическиеперчатки, коврикии т.д.).

Электроустановкиобъекта располагаютсявнутри зданияи защищены отатмосферныхвоздействий.В соответствиис правиламиустройствэлектроустановок,отделениеферментацииотносится кособо опаснымпомещениямв отношенииопасностипоражения людейэлектрическимтоком, т.к. присутствуютдва условияповышеннойопасности:

наличиетокопроводящихполов (железобетонные);
возможностьодновременногоприкосновениячеловека кимеющим соединениес землейметаллоконструкциямзданий и технологическимкорпусамэлектрооборудования.

При различныхнеисправностях(например, приповрежденииизоляции) частиэлектроустановоки оборудованиямогут оказатьсяпод напряжением.Прикосновениек ним человекасвязано с опасностьюпораженияэлектрическимтоком. Однойиз мер защитыв таких случаяхявляется защитноезаземление.

К частям,подлежащимзаземлению,относятся:

корпусаэлектрическихмашин, трансформаторов,светильников;
приводыэлектродвигателей;
каркасыразделительныхщитов;
металлическиеконструкциираспределительныхустройств;
металлическиекабельныеконструкции,лотки, коробаи провода;
металлоконструкции,на которыхустанавливаетсяэлектрооборудование.

СопротивлениезаземляющегоустройстваRзаз меньше 4Ом. Общее сопротивлениерастеканиюзаземлителейвсех повторныхзаземленийдолжно бытьне более 10 Ом.

Используемаяв системеавтоматизированногоуправлениястадии стерилизациибиореакторавычислительнаятехника соответствуетвсем требованиям,указанным всанитарныхправилах инормах СанПиН2.2.2.542-96 “Гигиеническиетребованияк видеодисплейнымтерминалам,персональнымэлектронно-вычислительныммашинам и организацииработы.

Технологическиефакторы опасностии мероприятияпо их устранению

Для предотвращенияаварийныхситуаций реализуютсяпротивоаварийныеблокировкии системаавтоматическогорегулирования.

Во времястерилизациидавление ваппарате можетувеличитьсяиз-за подачив ферментерпара не поддавлением 0,4МПа, а 0,6 МПа попричине поломкимагистралипо которойподается париз отделенияприготовленияпара. Давлениемеряется датчикомдавления Сапфир22Д. Системааварийныхблокировокподаст сигнална пульт о созданииаварийнойситуации иоткроет отсечнойклапан на отходящихгазах.

В случае еслипосле охлажденияв аппаратеможет бытьсоздано большоеразряжениеиз-за того, чтопосле охлажденияпар конденсируетсявместе с воздухом,который былв аппарате. Напульт операторуподается сигналоб опасномуровне давления/разряжения.Давление меряетсядатчиком давленияСапфир 22ДА. Системааварийныхблокировокоткроет отсечнойклапан на подачестерильноговоздуха в аппарат.

В случае есливо время ферментациидавление вбиореактореувеличится,система автоматическогорегулированияуменьшит подачустерильноговоздуха в этиаппараты путемприкрытиярегулирующегоклапана наподаче стерильноговоздуха.

Для предотвращенияразрушениябиореакторапри критическихзначенияхдавления, нааппарат ставитсяпредохранительноеустройство.В аппаратедолжна бытьмаксимальнаястерильность,по этому вместопредохранительногоклапана нааппарат ставитсяразрывнаямембрана. Разрывнаямембрана размещаетсяна крышке аппарата.Предохранительнаямембрана выдерживаетдавление неменее 0,5 МПа. Расчетразрывноймембраны приведенниже.

Важными дляобеспечениябезопасностиявляются мерыпредосторожности при стерилизацииоборудованияи трубопроводовострым паром. При контактес нетеплоизолированнымоборудованиемили высокотемпературнымпаром можнополучить серьезныеожоги. Дляпредотвращенияподобных ситуацийиспользуетсяцветовая маркировкаоборудованияи предупреждающиенадписи.

23.СПЕЦИФИКАЦИЯКИПиА

№	Позицияна схеме	Измеряемый/ регулируемыйпараметр	Место установки	Наименованиеи техническаяхарактеристика	Тип,марка	Завод- изготовитель	Количество	Цена,руб.
1.	Ф1-4а	Сигнализацияуровня	Ф1	Сигнализаторуровня, емкостнойРОС101, стержневойчувствительныйэлемент, питание24В постоянноготока, релейныйвыходной сигнал	РОС101	АООТ"Теплоприбор",Рязань	1	2300
2.	Ф2-7а	Измерениедавления	Ф1	Преобразовательизбыточногодавления МетранМетран 43-Ex-ДИ,с мембраннымразделителем,пределы измерения:0-0,40 МПа, IP65, вых сигнал4-20мА, питание24В постоянноготока	3153-01	ЗАО"Промышленнаягруппа "Метран",Челябинск	1	4315
3.	Ф1-3а	Измерениеуровня	Ф1	Преобразовательгидростатическогоуровня Метран43Ф-ДГ, пределыизмерения:0-10КПа, IP65, вых. сигнал4-20мА, питание24В постоянноготока, c разделительноймембраной	3595	ЗАО"Промышленнаягруппа "Метран",Челябинск	1	15200
4.	Ф1-10а Ф1-1а	Измерениетемпературы	Ф1	ТермопреобразовательТСМУ с унифицированнымвыходным сигналом4-20 мА, шкала 0-180оС,показательтепловой инерциине более 20с	ТСМУ-205	ЗАО"Промышленнаягруппа "Метран",Челябинск	2	1350
5.	Ф2-1е	Регулированиерасхода холоднойводы	Рубашка Ф1	Клапанрегулирующийс МИМ, односедельный,с сальниковымуплотнением,Ду25, корпус нж,с электро/пневматическимпозиционером	25нж960нж	ООО"ОРАЛАКС",Новосибирск*	1	8400
6.	Ф2-1д	Регулированиерасхода пара	Рубашка Ф1	Клапанрегулирующийс МИМ, односедельный,с сальниковымуплотнением,Ду25, корпус нж,с электро/пневматическимпозиционером	25нж960нж	ООО"ОРАЛАКС",Новосибирск*	1	9000

№	Позицияна схеме	Измеряемый/ регулируемыйпараметр	Место установки	Наименованиеи техническаяхарактеристика	Тип,марка	Завод- изготовитель	Количество	Цена,руб.
7.	Ф2-2г	Регулированиерасхода пара	Линия подачипара в Ф1	Клапанрегулирующийс МИМ, односедельный,с сальниковымуплотнением,Ду25, корпус нж,с электро/пневматическимпозиционером	25нж960нж	ООО"ОРАЛАКС",Новосибирск*	1	9000
8.	Ф2-8г	Регулированиерасхода воздуха	Линия подачивоздуха в Ф1	Клапанрегулирующийс МИМ, односедельный,с сальниковымуплотнением,Ду25, корпус нж,с электро/пневматическимпозиционером	25нж960нж	ООО"ОРАЛАКС",Новосибирск*	1	9000
9.	Ф2-7г	Регулированиерасхода отходящихгазов	Линия отходящихгазов из Ф1	Клапанрегулирующийс МИМ, односедельный,с сальниковымуплотнением,Ду25, корпус нж,с электро/пневматическимпозиционером	25нж960нж	ООО"ОРАЛАКС",Новосибирск*	1	9000
10.	Ф2-7в	Регулированиерасхода отходящихгазов	Линия отходящихгазов из Ф1	Клапанотсечной сМИМ, односедельный,с сальниковымуплотнением,Ду25, корпус нж,с датчикамииндикацииконечныхположений,с 3-х ходовымсоленоиднымклапаном Ду6	22нж960нж	ООО"ОРАЛАКС",Новосибирск*	1	6500
11.	НП1	Регулированиерасхода питательнойсреды	Линии подачипитательнойсредыв Ф1	Перистальтическийнасос ЛАБ-НП-1-20;0-20 л/ч; 100 Вт; 220 В, 50 Гц.	ЛАБ-НП-1-20	“ЛабораторноеОборудованияи Приборы”,Санкт-Петербург	1	12 500

24.ПОДСЧЕТ СУММАРНОЙСТОИМОСТИОБОРУДОВАНИЯИ ПРОГРАММНОГООБЕСПЕЧЕНИЯДЛЯ СОЗДАНИЯСАУ ПРОЦЕССАСТЕРИЛИЗАЦИИБИОРЕКТОРА.

25.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данная работабыла посвященаразработкесистемыавтоматизированногоуправления(САУ) стадиистерилизациибиореакторакак составляющейАСУТП биосинтезаэритромицина.

В ходе разработкиСАУ стадиистерилизациивыполненыследующиеэтапы разработки:

определеныисходные данные;
произведенопроектированиеСАУ;
осуществленареализациясоставляющихСАУ;
апробированыотдельныеэлементы САУ

В рамкахпроектирования,реализациии апробированиясоставляющихэлементовсистемыавтоматизированногоуправленияполучены следующиерезультаты:

определенаструктура ифункционированиепрограммно-техническогокомплекса(ПТК) САУ;
произведенанализ стадиистерилизациис позицииавтоматизациитехнологическихпроизводств;
осуществленподбор компонентовПТК для реализацииСАУ, включающий:

выбор программируемогологическогоконтроллераи средствпрограммирования;
выбор конфигурациии программногообеспеченияавтоматизированногорабочего местаоператора;

разработанысоставляющиесистемыавтоматизированногоуправления:

диспетчерскийуровень САУ,включающийинтерфейсоператора ипрограммнуюреализациюалгоритмическойсхемы переключенийв процессестерилизациибиореактора;
компьютернаямодель стадиистерилизациибиореакторас использованиемтехнологииOPC;
разработанапрограммауправленияизмерителемтемпературырегулирующим«Дана-Терм»ИТР 2529 в программнойсреде LabVIEWDSC с функциейOPC сервера.

Внедрениеразработаннойсистемы автоматизированногоуправленияпозволит:

использоватьдля управленияинформацию,по объемузначительнопревосходящуюзнания отдельногооператора;
оперативнои точно изменятьпрограммууправленияв соответствиис изменениямитехнологии;
повыситьпроизводительностьоборудованияза счет исключенияопераций ручногоуправления;
осуществлятьлогико-программноеуправлениепроцессами,которыми человекуправлятьточно и своевременноне может из-заотносительномедленнойреакции наизменение ходапроцесса;
резкосократитьколичествоошибок оперативногоперсонала иаварий по причинеперсонала.

26.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Навашин С.М., БринбергС. Л. и др. Производствоантибиотиков- Издательство«Медицина».Москва 1970. – 368 с.
ДытнерскийЮ. И. Основныепроцессы иаппараты химическойтехнологии.– М; «Химия»,1991г.
Бирюков В.В., Кантере В.М. “Оптимизацияпериодическихпроцессовмикробиологическогосинтеза”. М.:Наука, 1985г.
Вальков В.М. АСУ ТП в производствеизделий электроннойтехники. М., «Сов.радио», 1974, 72-с.
Кафаров В.В.,Винаров А.Ю.,Гордеев Л.С. “Моделированиеи системныйанализ биохимическихпроизводств”.М.:Лесная Промышленость,1985г.
Под общейредакциейпроф. ЕгороваН.С. “Промышленнаямикробиология”. М.:Высшая школа,1989г.
Автоматизацияпроизводственныхпроцессов вхимическойпромышленности, В.А.Голубятеиков,В.В.Шувалов, М.”Химия”, 1985г.
Проектированиесистем автоматизациитехнологическихпроцессов(справочноепособие), А.С.Клюев,Б.В.Глазов,А.Х.Дубровский,А.А.Клюев, М.«Энергоатомиздат»,1990г.
ДудниковЕ. Г. Автоматическоеуправлениев химическойпромышленности.– М; «Химия»,1987г.
ЕмельяновА. И., Капник У.В. Проектированиесистем автоматизациитехнологическихпроцессов.Справочноепособие. – М;«Энергоатомиздат»,1983г.
Кафаров В.В., Глебов М. П.Математическоемоделированиеосновных процессовхимическихпроизводств.– М; Высшая школа,1991г.
Клюев А. С.Техника чтениясхем автоматическогоуправленияи технологическогоконтроля. – М;«Энергоатомиздат»,1991г.
Клюев А. С.Монтаж средствизмерения иавтоматизации.–М; «Энергоатомиздат»,1988г.
РемизевичТ.В. Современныепрограммируемыелогическиеконтроллеры.Приводнаятехника, 1999, 1-2, с.8-20.
РемизевичТ.В. Современныепрограммируемыелогическиеконтроллеры.Приводнаятехника, 1999, 3-4, с.6-17. 3.Митин Г.П.Программаподдержкипринятия решения.Автоматизацияи управлениев машиностроении,1999, 10.
Экономикапредприятия:Учебник длявузов/Л. Я. Аврашков,В. В. Адамчук,О. В. Антоноваи др. Под ред.Проф. В. Я. Горфинкеля,проф. В. А. Швандера.– 2-е изд., перераб.И доп. – М.: Банкии биржи, ЮНИТИ,1998. – 742 с.
PROFIBUS - открытаяшина для открытыхтехнологий
ЛюбашинА.Н., ЗАО "РТСофт",Москва, "PCWeek", N 8,1998.
NationalInstruments.Измерения иавтоматизация.Каталог 2003.
Журнал: “Миркомпьютернойавтоматизации”,статья: “LabVIEWSCADA,или простоBridgeVIEW” А. Балакин(ООО "ВиТэк",Санкт-Петербург).
Статья: “OPC:Интеграцияинтеллектуальныхприборов измерениярасхода
энергоносителейна основе пакетаBridgeVIEW” В.Е. Здановский/И.В.Ц. Мосэнерго/
LabVIEWдля всех / ДжеффриТревис : Пер.с англ. КлушинН.А. - М.: ДМК Пресс;ПриборКомплект,2004. – 544 с. : ил.
Пейч Л. И., ТочилинД. А., Поллак Б.П. LabVIEWдля новичкови специалистов.– М.: Горячаялиния – Телеком,2004. – 384 с.: ил.
Березин Б.И., Березин С.Б. Начальныйкурс С и С++. – М.:ДИАЛОГ-МИФИ,1998. – 288 с.э
Определениекатегорийпомещений изданий повзрывопожарнойи пожарнойопасности (НПБ105-95). –М., ГУГПС МВДРоссии, 1995г.
Пожаровзрывоопасностьвеществ и материалови средства ихтушения: Справ.изд.: в 2 книгах.А. Н. Баратов,А. Я. Корольченко,Г. Н. Кравчуки др. – М.: Химия,1990г.
Полтев М. К.Охрана трудав машиностроении.:Учебник. –М.:Высш. школа,1980г.
Попова Г. Н.,Алексеев С. Ю.Машиностроительноечерчение:Справочник.– Л: Машиностроение,Ленингр. отд-ние,1986г.
Правилаустройстваэлектротехническихустановок(ПУЭ-76).: Атомиздат,1980; Разд. 1-6,7.
В.Маршалл.Основные опасностихимическихпроизводств.М., Мир, 1989.
ПУЭ. –ГлавгосэнергонадзорМ. 1998. Степенизащиты, обеспечиваемыеоболочками(код IP),ГОСТ 14254-96
Обеспечениебезопасностинефтехимическихпроизводств(справочник),Г.Г.Смирнов, А.Р.Толчинский,Т.Ф.Кондратьева,Ленинград"Машиностроение",1988г.
Справочноепособие потехнике безопасностив микробиологическойпромышленности,под ред. В.М.Цыгальницкого,"Лесная промышленность",Москва 1972г.
Санитарныенормы проектированияпромышленныхпредприятий(СН 245-71). –М.: Стройиздат,1972г.
Санитарныеправила и нормы.СанПиН 2.2.2.542-96.Гигиеническиетребованияк видеодисплейнымтерминалам,персональнымэлектронно-вычислительныммашинам иорганизацииработы. – М.:ГоскомсанэпиднадзорРоссии, 1996г.
Приборы.Справочныйжурнал. №7-8.1999г.
ГОСТ 21.404-85. Автоматизациятехнологическихпроцессов.Обозначенияприборов исредств автоматизациив схемах.
ГОСТ 34.201-89. Информационнаятехнология.Комплекс стандартови руководящихдокументовна автоматизированныесистемы.

27.ПРИЛОЖЕНИЯ

Изм.

Лист

Дата

Подп.

№ докум.

САУПРОЦЕССАСТЕРИЛИЗАЦИИБИОРЕАКТОРА

Лист

Доклад.

Уважаемыечлены государственной экзаменационнойкомиссии разрешитепредставитьвашему вниманиюдипломныйпроект на тему:

«Системаавтоматизированногоуправленияпроцесса стерилизациибиореактора»

Процессстерилизациибиореактора(или ферментера)является важнойстадией процессабиосинтезаантибиотикаэритромицина.

Суть процессастерилизациисостоит в прогреваниибиореакторас питательнойсредой притемпературе120 градусов Цельсияострым паром.

Приэтом происходиттермическаягибель микрофлоры.Этим обеспечиваетсястерильностьпроведениябиосинтезаантибиотика.Технологическоеоборудование,задействованноена стадиистерилизацииизображенона плакате 1.Плакат называется«Функциональнаясхема автоматизации».

Ферментеробвязан трубопроводамидля подачиматериальныхпотоков. Натрубопроводахустановленазапорно-регулирующаяарматура (клапаны),воздушныйфильтр, перистальтическиенасосы – дозаторы,емкости с химическимиреагентами.На схеме приведеныусловные обозначениядатчиков исредств автоматизации,установленныхпо месту илипринадлежащихк централизованнойсистеме управления.

Длясоздания системыавтоматизированногоуправленияпроцесса стерилизациибиореакторавыбрана структурацентрализованнойсистемы управления.Это связанос сосредоточенностьюпроизводствано небольшомпространстве.

Структурнаясхема системыавтоматизированногоуправленияпредставленана плакате 2.

Структуравключает четыреуровня.

Нижнийуровень – уровеньдатчиков иисполнительныхмеханизмовсвязанных стехнологическимоборудованием– с ферментером.

Следующийуровень - Уровеньконтроллерови модулейввода/вывода.

Основнымэлементомуровня являетсяпрограммируемыйлогическийконтроллерICPDASI-8837,выполняющийфункции управления.Контроллервзаимодействуетс нижним уровнемчерез модуливвода/вывода.

Программированиеконтроллерапроизводитсяпри помощипереносногокомпьютерас помощьюпрограммногообеспечения– ISaGRAF.

Сетевойуровень предназначендля связи контроллерас верхнемдиспетчерскимуровнем попромышленнойсети RS-485.

Верхнийуровень представленавтоматизированнымрабочим местомоператора, соSCADAсистемой LabVIEWDSC.

Основныефункции управленияпроцессомстерилизациилежат на контроллере,в котором реализованалгоритмпрограммно-логическогоуправления.

Правильныйвыбор контроллераявляется важнойзадачей. Вариантрешения этойзадачей представленна плакате 3.Для выбораприменялсяметод квалиметрии.

Быливыбраны семьконтроллеровтехническиехарактеристикикоторых соответствовалипредъявляемымтребованиям.

Иххарактеристикиприведены втаблицах 1,2,3

Сиспользованиемвесовых коэффициентов(табл. 4,5,6,7,8,9) рассчитаныкомплексныеоценки потребительскиххарактеристикконтроллеров.Из диаграммывидно что лучшимихарактиристикамиобладает контроллерICPDASI-8837.

Тутже приведенаблок-диаграммапрограммырасчета написаннойна LabVIEW.

Вэтой же программнойсреде разработандиспетчерскийуровень САУпроцесса стерилизациибиореактора.

Следующийплакат (4) иллюстрируетмнемосхемуСАУ

Заоснову взятафункциональнаясхема автоматизациипроцесса стерилизациис добавлениемдинамическихэлементов.Трубопроводы,которые меняютцвет при протеканиипо ним потоков,изображенияклапанов инасосов, такжеменяющие свойцвет при различныхсостояниях,цифровые истрелочныеиндикаторы,связанные сдатчикамипроцесса.

Мнемосхемаотображаетв реальномвремени ходтехнологическогопроцесса. Онапредоставляетинформациюо процессестерилизациив виде удобномдля восприятияоператором.

Следующийплакат (5): Окнаи панели интерфейсаоператора.

Наэтом плакатепредставленыдругие элементыинтерфейсаАРМ.

Виртуальнаяпанель контроляи управлениястадией стерилизациипозволяетконтролироватьход технологическогопроцесса вавтоматическомили ручномрежимах.

Вокне трендовотображаютсясостояниятехнологическихпараметровв реальноммасштабе временив виде графикови циклограмм.

Наокне событийв табличнойформе фиксируютсясобытия и тревогисвязанные сходом процесса.

Спомощью окнаисторическихтрендов можнопросмотретьисторию любогофиксируемогов технологическойбазе данныхпараметра (илитэга).

Такжедля этих целейможно воспользоватьсяутилитой просмотраисторическихтрендов.

Навигацияпо перечисленнымокнам и панелямможет осуществлятьсяс использованиемобзорного меню,которое постояннонаходится вобласти видимостиоператора.

Для апробированиядиспетчерскогоуровня системыавтоматизированногоуправленияпроцесса стерилизацииразработанаупрощеннаякомпьютернаямодель стадиистерилизациии алгоритмпрограммно-логическогоуправлениястерилизациейв виде блок-диаграммLabVIEW.

Обмен информациеймежду системойдиспетчерскогоуровня, моделью,блоком программно-логическогоуправленияведется сиспользованиемтехнлогии OPC.

Следующийплакат (6) иллюстрируетинтерфейспрограммыуправленияизмерителемтемпературырегулирующим«Дана-Терм»ИТР 2529. Программапозволяет вестимониторинги запись в файлтемпературыизмеряемыйтерморегулятором,менять настройкиприбора. В программереализованыфункции OPCсервера, позволяющиеиспользоватьданный приборкак автономно,так и в составеСАУ процессастерилизациив качестветерморегулятора.

Этаразработкабыла опробована,а затем включенав состав системыстерилизациижидких средв колбах в автоклаве.Которая функционируетв лабораториикафедры промышленнойи экологическойбиотехнологииМГУИЭ.

МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯРОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ

МИНИСТЕРСТВОПО АТОМНОЙЭНЕРГИИ

РОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ

Московскийинженерно-физическийинститут

(государственныйуниверситет)

Факультет«Автоматикии Электроники»

Кафедра«Автоматики»

ОТЗЫВ

О работестудента группы __А11-01_

___________БарботаАлександраВладимировича_______________

(фамилия,имя, отчество)

(наименованиетемы дипломногопроекта)

а тему ___САУпроцесса стерилизациибиореактора___________

__________________________________________________________

Руководительпроекта __ЗубовДмитрийВладимирович__________

(фамилия,имя, отчество

должность,уч. степень,звание, местоработы)

____Руководительотдела разработкипромышленногоПО,_______

_____ОООПКФ «Бигор»_____________________________________

«13» февраля2004 г.

Место прохожденияпреддипломнойпрактики идипломногопроектирования.

ОООПКФ «Бигор».

Кем предложенатема дипломногопроекта (студентом,предприятием).

Темадипломногопроекта предложенапредприятием.

Актуальностьтемы дипломногопроекта, областьнаучных исследований(фундаментальная,поисковая(НИР), ОКР и т.д.).

РеализацияСАУ позволитускорить отработкупромышленнойтехнологиипродукта. ОКР.

Переченьосновныхрезультатов,которые должныбыть полученыв ходе выполнениядипломногопроекта.

Выборпрограммно-аппаратногообеспеченияСАУ. Созданиесистемы автоматизированногоуправлениястадии стерилизации.Разработкаалгоритмапрограммно-логическогоуправлениястадией стерилизации.

Характеристикиположительныхкачеств проделаннойдипломантомработы.

Глубокийанализ и обоснованныйвыбор программно-аппаратныхсредств автоматизации.Использованиев работе современныхкомпьютерныхтехнологийи технологийавтоматизации.Гибкость,наглядность,функциональностьразработаннойСАУ. Практическаяценность полученныхрезультатов.

Характеристиканедостатковпроделаннойработы.

Использованиеупрощеннойкомпьютерноймодели стадиистерилизации.Отсутствиесистемы отказоустойчивогоуправления(противоаварийнойзащиты).

Рекомендованыли результатыдипломнойработы к опубликованиюили внедрению.

Рекомендованык внедрению.

Рекомендуетсяли дипломникупродолжитьобучение васпирантуре(указать полноеназвание учреждения,где будет проходитьобучение васпирантуре).

Рекомендуетсяпродолжитьобучение васпирантуреМосковскогогосударственногоуниверситетаинженернойэкологии.

Оценка в 4-хбальной системе(отлично, хорошо,удовлетворительно,неудовлетворительно),заключениео возможностиприсвоенияквалификации“инженер-физик”по специальности«Электроникаи автоматикафизическихустановок».

Отлично.

СтудентМИФИ БарботАлександрВладимировичзаслуживаетприсвоенияквалификации“инженер-физик”по специальности«Электроникаи автоматикафизическихустановок».

Подписьруководителядипломногопроекта

(заверитьв отделе кадров)

ПРИЛОЖЕНИЯ

Функциональнаясхема автоматизации;+
Структурнаясхема САУ. +
Отказоустойчивоеуправления(системы ПАЗ)– TRICON (TRICONEX) +
Полеваяшина – Fieldbus +
Своднаятаблица контроллерныхсредств и ихпрограммногообеспечения.+
Блок-диаграммыпрограммырасчета весовыхкоэффициентови комплексныхоценок. +
Блок-диаграммакомпьютерноймодели стадиистерилизациибиореактора.+
Блок-диаграммаобзорногоменю; +
Блок-диаграммамнемосхемыстадии стерилизациибиореактора.+
Блок-диаграммавиртуальнойпанели контроляи управлениястадии стерилизациибиореактора.+
Блок-диаграммаокна трендовстадии стерилизациибиореактора.+
Блок-диаграммаокна событий;+
Блок-диаграммаокна историческихтрендов стадиистерилизациибиореактора;+
Блокдиаграммыпрограммыуправленияизмерителемтемпературырегулирующим«Дана-Терм»ИТР 2529. +
Блок-диаграммаблока программно-логическогоуправления.+

МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯРОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ

МИНИСТЕРСТВОПО АТОМНОЙЭНЕРГИИ

РОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙУНИВЕРСИТЕТ)

Факультет«Автоматикии Электроники»

Кафедра«Автоматики»

РЕЦЕНЗИЯ

Надипломныйпроект студентагруппы __А11-01_______________

_____________БарботаАлександраВладимировича______________

(фамилия,имя, отчество)

(наименованиетемы дипломногопроекта)

а тему __САУпроцесса стерилизациибиореактора_____________

___________________________________________________________

Рецензентпроекта __АлексаковГибриэльНиколаевич____________

(фамилия,имя, отчество

должность,уч. степень,звание, местоработы)

__________________________________________________________

« »____________2004г.

Заключениео соответствиипроекта специальности(200600

«Электроникаи автоматикафизическихустановок»).

Степеньактуальностии оригинальностидипломногопроекта.

Характеристикаосновныхрезультатов,полученныхпри выполнениидипломногопроекта.

Переченьположительныхкачеств проделаннойдипломантомработы и ееоформлениепо ЕСКД.

Разборнедостатков.

Оценка в 4-хбальной системе(отлично, хорошо,удовлетворительно,неудовлетворительно),заключениео возможностиприсвоенияквалификации“инженер-физик”по специальности«Электроникаи автоматикафизическихустановок».

Подписьрецензента

(заверитьв отделе кадров)

№	Позицияна схеме	Измеряемый/ регулируемыйпараметр	Место установки	Наименованиеи техническаяхарактеристика	Тип, марка	Завод- изготовитель	Количество	Цена,руб.
1.	Ф1-4а	Сигнализацияуровня	Ф1	Сигнализаторуровня,емкостнойРОС101, стержневойчувствительныйэлемент, питание24В постоянноготока, релейныйвыходной сигнал	РОС101	АООТ"Теплоприбор",Рязань	1	2300
2.	Ф2-7а	Измерениедавления	Ф1	Преобразовательизбыточногодавления МетранМетран 43-Ex-ДИ,с мембраннымразделителем,пределы измерения:0-0,40 МПа, IP65, вых сигнал4-20мА, питание24В постоянноготока	3153-01	ЗАО"Промышленнаягруппа "Метран",Челябинск	1	4315
3.	Ф1-3а	Измерениеуровня	Ф1	Преобразовательгидростатическогоуровня Метран43Ф-ДГ, пределыизмерения:0-10КПа, IP65, вых. сигнал4-20мА, питание24В постоянноготока, c разделительноймембраной	3595	ЗАО"Промышленнаягруппа "Метран",Челябинск	1	15200
4.	Ф1-10а Ф1-1а	Измерениетемпературы	Ф1	ТермопреобразовательТСМУ с унифицированнымвыходным сигналом4-20 мА, шкала 0-180оС,показательтепловой инерциине более 20с	ТСМУ-205	ЗАО"Промышленнаягруппа "Метран",Челябинск	2	1350
5.	Ф2-1е	Регулированиерасхода холоднойводы	РубашкаФ1	Клапанрегулирующийс МИМ, односедельный,с сальниковымуплотнением,Ду25, корпус нж,с электро/пневматическимпозиционером	25нж960нж	ООО "ОРАЛАКС",Новосибирск*	1	8400
6.	Ф2-1д	Регулированиерасхода пара	РубашкаФ1	Клапанрегулирующийс МИМ, односедельный,с сальниковымуплотнением,Ду25, корпус нж,с электро/пневматическимпозиционером	25нж960нж	ООО "ОРАЛАКС",Новосибирск*	1	9000
7.	Ф2-2г	Регулированиерасхода пара	Линияподачи парав Ф1	Клапанрегулирующийс МИМ, односедельный,с сальниковымуплотнением,Ду25, корпус нж,с электро/пневматическимпозиционером	25нж960нж	ООО "ОРАЛАКС",Новосибирск*	1	9000

№	Позицияна схеме	Измеряемый/ регулируемыйпараметр	Место установки	Наименованиеи техническаяхарактеристика	Тип, марка	Завод- изготовитель	Количество	Цена,руб.
8.	Ф2-8г	Регулированиерасхода воздуха	Линияподачи воздухав Ф1	Клапанрегулирующийс МИМ, односедельный,с сальниковымуплотнением,Ду25, корпус нж,с электро/пневматическимпозиционером	25нж960нж	ООО "ОРАЛАКС",Новосибирск*	1	9000
9.	Ф2-7г	Регулированиерасхода отходящихгазов	Линияотходящихгазов из Ф1	Клапанрегулирующийс МИМ, односедельный,с сальниковымуплотнением,Ду25, корпус нж,с электро/пневматическимпозиционером	25нж960нж	ООО "ОРАЛАКС",Новосибирск*	1	9000
10.	Ф2-7в	Регулированиерасхода отходящихгазов	Линияотходящихгазов из Ф1	Клапанотсечной сМИМ, односедельный,с сальниковымуплотнением,Ду25, корпус нж,с датчикамииндикацииконечныхположений,с 3-х ходовымсоленоиднымклапаном Ду6	22нж960нж	ООО "ОРАЛАКС",Новосибирск*	1	6500
11.	НП1	Регулированиерасхода питательнойсреды	Линииподачи питательнойсредыв Ф1	Перистальтическийнасос ЛАБ-НП-1-20;0-20 л/ч; 100 Вт;220 В, 50 Гц.	ЛАБ-НП-1-20	“ЛабораторноеОборудованияи Приборы”,Санкт-Петербург	1	12 500

Примернаяструктурадиплома

Всяинформациязаписываласьсо слов ЖучковаА.А. Она собойпредставляетпримерный пландействий кнаписаниюдиплома. Орфографиюпрошу не учитывать.

Дипломдолжен бытьактуальными на уровнемировых стандартов.
Объемдиплома долженсоставлять~80 стр (без приложений)МИНИМУМ60 стр.!
Время защиты одногодиплома составляет~30 мин. Из них ~10мин на докладстудента.
Долженрасматриватьвопросы автоматики,а не другие.

Плакаты

Количествоплакатов ~5 листов(не меньше)

Чтодолжно бытьотражено наплакатах:(подчёркнутообязательное)

Постановказадачи,обзор в видетаблиц
Анализв виде таблиц
Объект
Структурасистемы автоматизации
Алгоритмы(не больше листа)
Характеристики,графики,интерфейсы(не много)
Сравнениев виде таблицыи др.

Структурадиплома

Введенныеназвание главтолько отражаютсуть.

Аннотация(~1 стр)

Введение(~1-1.5 стр)

Отразить важностьзадачи и т.п.

Глава1 Обзори анализ вопросовсвязанной стемой диплома(~10-15 стр)

Не меньше двухпунктов (>=2). Должнобыть отражено:

Международныйопыт и отечественныйопыт
Результатыанализа, сравнений(в таблицах)

Глава2 Постановказадачи по реализации... (~15-20 стр)

В районе 5 пунктов.Должно бытьотражено:

Состояниевопроса (подвестиот главы 1 к своейтеме)
Объект(особенности,краткое описание)
Ограниченияна задачу (какиекомпьютерыи т.п.)
Формулировказадачи (~2 стр)

Вработе требуетсясделать то-тои то-то...
Длярешения требуетсярешить частныеподзадачи,ограничения,особенности
Математическаяпостановка(если возможно)Например, найтиМИН(T,V,R,F)или критерий.

ТЗ(постановказадачи дляреальногопроекта)

Глава3 Реализациязадач .... (~25 стр)

Должно бытьотражено:

Описаниесредства накоторых реализовываемдиплом (несколько)
Предлагаемыеструктуры иалгоритмы
Выборвариантов,выбор хорошеговарианта.Интерфейсы,переходныепроцессы,показателинадёжности.
Реализациязадачи в учебномпроцессе. (неу всех)

Глава4 То жереализацияуже другогокуска задачи
Глава5 Экспериментальнаяокончательнаячасть (~10 стр)
- Насоответствиятребованиям
- Сравнениевариантов
- Перспективы
- Выводы

Заключение(~2-3 стр)
Списоклитературы(>=15 источников)
Приложение1,2,3....
- Инструкции
- Методики
- Массивыданных
- Графики(все)
- Текстпрограмм (листинг)
- Интерфейсы(все)

P.S.:В тексте дипломаотразить рисункии интерфейсыдабы уверитькомиссию в томчто вы производилипрактическиедействия.

Тезисык диплому

Краткоеописание технологиипроизводстваэритромицина,аппаратурно-технологическогооформления,и стадии стерилизациибиореактора.

Существующаясистема автоматизированногоуправления.Актуальностьпроблемы, постановказадач.

Анализ ферментерав качествеобъекта управленияСАУ стерилизациибиореактора.

(Плакат:Функциональнаясхема автоматизации)

Структураи функционированиеПТК системыавтоматизированногоуправлениястадии стерилизациибиореактора.

(Плакат:Структурнаясхема САУ)

Выборсредств ПТК
- ВыборПЛК методамиквалиметриис использованиемLabVIEW.
- Выборпрограммногообеспечения.

(Плакат:Выбор контроллерныхсредств (ПЛК))

Созданиесистемы диспетчерскогоуровня САУпроцессастерилизации.АРМ. Интерфейсоператора сипользованиемLabVIEWDSC.Описание окони панелей и ихфункций
- Мнемосхема,обзорное (Плакат:Мнемосхемаи обзорноеменю).
- Виртуальнаяпанель контроляи управления,окно трендов(Плакат: Виртуальнаяпанель контроляи управления,окно трендов).
- Окнособытий и окноисторическихтрендов (Плакат:Окно событийи окно историческихтрендов).
- Использованиеупрощеннойкомпьютернаямодель стадиислирилизациистерилизации.
Разработкапрограммыуправленияизмерителемтемпературырегулирующим«Дана-Терм»2529 в LabVIEWDSC
- Использованиетерморегуляторасовместно савтоклавоми компьютером
- Описаниепрограммыуправления.
- Описаниепрограммыпросмотра“log”файлов.
- Блок-диаграмма.
Основныерезультатыи выводы.
- Зачиткаиз заключенияв записке.

МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯРОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ

МИНИСТЕРСТВОПО АТОМНОЙЭНЕРГИИ

РОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙУНИВЕРСИТЕТ)

ФАКУЛЬТЕТ «Автоматикаи электроника»КАФЕДРА «Автоматика»

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 2006 00 «Электроника ГРУППА А11-01

иавтоматикафизическихустановок»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯЗАПИСКА

КДИПЛОМНОМУПРОЕКТУ НАТЕМУ:

_______________САУпроцесса стерилизациибиореактора

Студент-дипломник__________________БарботАлександрВладимирович

(подпись)(ФИО)

Руководительпроекта _Руководительотдела разработкипромышленного

ПО__________________________________ЗубовДмитрий Владимирович

(должность)(подпись) (ФИО)

Рецензент___________________________АлексаковГабриэль Николаевич

(должность)(подпись) (ФИО)

Зав. кафедрой,д.т.н., проф. В.М.Рыбин

Москва, 2004 г.

Cистема Автоматизированного Управления процесса стерилизации биореактора

1.ВВЕДЕНИЕ

2.КРАТКОЕ ОПИСАНИЕТЕХНОЛОГИИПРОИЗВОДСТВАЭРИТРОМИЦИНА

3.ЦЕЛИ, ЗАДАЧИИ ИСХОДНЫЕДАННЫЕ ДЛЯСОЗДАНИЯ СИСТЕМЫАВТОМАТИЗИРОВАННОГОУПРАВЛЕНИЯСТАДИИ СТЕРИЛИЗАЦИИБИОРЕАКТОРА

4.СТРУКТУРА ИФУНКЦИОНИРОВАНИЕПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГОКОМПЛЕКСА (ПТК)РАЗРАБАТЫВАЕМОЙСАУ В СОСТАВЕАСУТП БИОСИНТЕЗАЭРИТРОМИЦИНА

5.АНАЛИЗ ФЕРМЕНТЕРАВ КАЧЕСТВЕОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯСАУ СТАДИИСТЕРИЛИЗАЦИИБИОРЕАКТОРА

6.ВЫБОР СРЕДСТВПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГОКОМПЛЕКСА

7Программируемыйлогическийконтроллер(ПЛК) и сопутствующиетехнологииавтоматизации

8Сетевой комплексконтроллеров

9Выбор контроллерныхсредств (ПЛК)

10Выбор средствпрограммированияконтроллеров.

11Выбор программногообеспеченияверхнего уровня.SCADA системы

12.РАЗРАБОТКАСИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГОУПРАВЛЕНИЯСТАДИИ СТЕРИЛИЗАЦИИБИОРЕАКТОРА

13Автоматизированноерабочего местооператора.Интерфейсоператора

14Компьютернаямодель стадиистерилизациибиореактора

15Реализацияпрограммно-логическогоуправлениястадией стерилизациибиореактора.

16.РАЗРАБОТКАПРОГРАММЫУПРАВЛЕНИЯИЗМЕРИТЕЛЕМТЕМПЕРАТУРЫРЕГУЛИРУЮЩИМ«ДАНА-ТЕРМ»ИТР 2529 В ПРОГРАММНОЙСРЕДЕ LABVIEWDSC. РЕАЛИЗАЦИЯФУНКЦИЙ OPCСЕРВЕРА

17Описание программыуправленияизмерителемтемпературырегулирующим«Дана-Терм»ИТР 2529

18Работа с программойуправления(2529.exe)

19Файл конфигурации

20Работа с программойпросмотра “log”файлов регуляторатемпературы«Дана-Терм»ИТР 2529 (Log_view.exe)

21Внедрениепрограммыуправления измерителемтемпературырегулирующим«Дана-Терм»ИТР 2529.

22.БЕЗОПАСНОСТЬПРОИЗВОДСТВА

23.СПЕЦИФИКАЦИЯКИПиА

24.ПОДСЧЕТ СУММАРНОЙСТОИМОСТИОБОРУДОВАНИЯИ ПРОГРАММНОГООБЕСПЕЧЕНИЯДЛЯ СОЗДАНИЯСАУ ПРОЦЕССАСТЕРИЛИЗАЦИИБИОРЕКТОРА.

25.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

26.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

27.ПРИЛОЖЕНИЯ

Кафедра«Автоматики»

О работестудента группы __А11-01_

Кафедра«Автоматики»

Плакаты

Структурадиплома

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯЗАПИСКА

Рецензент___________________________АлексаковГабриэль Николаевич