Задачи автоматизации производства гранулированной серы исходят из повышения эффективности процесса. Необходимо наиболее достоверно с достаточной точностью и своевременно предоставить информацию о происходящих процессах на производстве операторам, специалистам, остальному обслуживающему персоналу.
На производстве гранулированной серы в свое время различными проектными организациями были спроектированы три различные системы контроля и управления составными частями технологического процесса.
1. Для основного производства – системы грануляции серы – спроектирована АСУ ТП на основе программируемых логических контроллеров (PLC - Programming Logical Controoller) фирмы Siemens. Эта система разработана фирмой Sandvik. Ею поставлены оборудование и программа Simatic Step-7, которая осуществляет сбор и анализ данных, автоматизированное управление и сигнализацию.
2. В операторной реализована система наблюдения, контроля и управления за транспортной системой, поставленная фирмой INTRAG. Она включает в себя датчики, находящиеся на объекте, коммутирующую аппаратуру, промышленные контроллеры, на которых реализована логическая схема и персональный компьютер. На РС установлена операционная система Windows 2000 и программа «Транспорт», которая визуализирует работу транспортной системы. Контроллеры PS4-200 фирмы Moeller осуществляют сбор информации и передают на РС данные через последовательный порт.
3. Система контроля за вспомогательным оборудованием спроектирована предприятием ВНИИПРОГАЗ. Контроль некоторых параметров вспомогательного оборудования выведен только на регистрирующие приборы, находящиеся на панели регистрации параметров в операторной. Это – вторичные приборы А-100, измерители-регуляторы 2ТРМ-1 фирмы «Овен», световое табло.
На приборы А-100 и 2ТРМ приходят от датчиков температуры, давления, уровня и расхода унифицированные аналоговые сигналы 4-20 мА.
Для измерения температуры применяются термопреобразователи ТСПУ, ТСМУ группы Метран. Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика измерительный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный токовый выходной сигнал, что дает возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей.
Для измерения давления применяются датчики давления Метран. Они передают информацию на вторичные приборы используя либо внешние блоки питания на 18-36 В постоянного тока, либо, если датчик находится во взрывоопасной зоне, то используя блоки питания с барьером искрозащиты
Одной из главных задач автоматизации является создание многоканальной микропроцессорной подсистемы сбора и регистрации информации о некоторой части производства гранулированной серы, которая не включена ни в систему разработаной фирмой Sandvik, ни в систему наблюдения, контроля и управления за транспортной системой, поставленная фирмой INTRAG.
Подсистема должна состоять из аппаратной и программной составляющих. Аппаратная часть состоит из электронного устройства на основе микроконтроллера и разъема для подсоединения к компьютеру. Программа по которой будет работать электронное устройство, записывается программатором в постоянную перепрограммируемую память. Персональный компьютер должен считывать информацию с устройства и передавать ее программам обработки. Остальное программное обеспечение планируется реализовать на основе SCADA-системы.
Многие проекты автоматизированных систем управления технологическими процессами для различных областей применения позволяют выделить обобщенную схему их реализации.
Как правило, АСУ ТП - это двухуровневые системы (уровень объекта -контроллерный и уровень операторной/диспетчерской - HMI). Именно на этих уровнях реализуется непосредственное управление технологическими процессами. Специфика каждой конкретной системы управления определяется используемой на каждом уровне программно - аппаратной платформой /7/.
Нижний уровень представлен различными датчиками для сбора информации о ходе технологического процесса, электроприводами и исполнительными устройствами для реализации регулирующих и управляющих воздействий. Датчики поставляют информацию локальным программируемым логическим контроллерам (PLC - Programming Logical Controoller), которые могут выполнять следующие функции:
- сбор, первичная обработка и хранение информации о состоянии оборудования и параметрах технологического процесса;
- автоматическое логическое управление и регулирование;
- исполнение команде пункта управления;
- самодиагностика работы программного обеспечения и состояния самого контроллера;
- обмен информацией с пунктами управления.
Информация с локальных контроллеров может направляться в сеть диспетчерского пункта непосредственно или через контроллеры верхнего уровня. В зависимости от поставленной задачи контроллеры верхнего уровня (концентраторы, интеллектуальные или интерфейсные контроллеры) реализуют различные функции. Некоторые из них перечислены ниже:
- сбор данных с локальных контроллеров;
- обработка данных, включая масштабирование;
- поддержание единого времени в системе;
- синхронизация работы подсистем;
- организация архивов по выбранным параметрам;
- обмен информацией между локальными контроллерами и верхним уровнем;
- работа в автономном режиме при нарушениях связи с верхним уровнем;
- резервирование каналов передачи данных и др.
Верхний уровень диспетчерский пункт или операторная включает один или несколько компьютеров, играющих роль автоматизированных рабочих мест (АРМ) диспетчеров/операторов и специалистов. В качестве сервера базы данных может служить АРМ оператора или отдельный компьютер.
АРМы предназначены для обеспечения человеко-машинного интерфейса между диспетчером/оператором и системой управления. С этой целью на компьютерах установлено прикладное программное обеспечение типа SCADA /1/.
Спектр функциональных возможностей ППО SCADA определен ролью этого программного обеспечения в системах управления (HMI) и реализован практически во всех пакетах:
- автоматизированная разработка, дающая возможность создания ПО системы автоматизации без реального программирования (Development);
- исполнение прикладных программ (Run Time);
- сбор первичной информации от устройств нижнего уровня;
- обработка первичной информации;
- регистрация аварийных ситуаций;
- представление текущих и накопленных (архивных) данных в виде графиков (тренды);
- хранение информации с возможностью ее пост-обработки (как правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных);
- визуализация параметров технологического процесса и оборудования с помощью мнемосхем, таблиц, графиков и т.п.;
- дистанционное управление объектами;
- формирование отчетов по созданным на этапе проектирования шаблонам.
Все аппаратные средства системы управления объединены между собой каналами связи.
На нижнем уровне контроллеры взаимодействуют с блоками удаленного и распределенного ввода/вывода, а также с интеллектуальными приборами. Это реализуется с помощью специализированных сетей удаленного ввода/вывода и полевых шин.
Связующим звеном между локальными контроллерами и контроллерами верхнего уровня, а иногда и пультами оператора являются промышленные сети. К промышленным сетям предъявляется целый ряд требований, например, по скорости обмена, надежности доставки информации и т. п.
Связь различных АРМ оперативного персонала между собой, с контроллерами верхнего уровня, а также с вышестоящим уровнем (возможны варианты) осуществляется посредством информационных сетей. На сегодняшний день абсолютно доминирующим типом таких сетей является Ethernet (сеть шинной топологии, случайного метода доступа, большой протяженности, с высокой скоростью передачи данных).
Выбор каналов связи для конкретной системы управления определяется многими факторами, в том числе архитектурой системы управления, типом применяемых контроллеров и используемой SCADA - системой.
Базовый функциональный профиль систем SCADA/HMI сформировался еще во времена первых управляющих вычислительных машин. Со временем функциональные возможности SCADA/HMI расширялись (появление цветных дисплеев, средств анимации, голосовой сигнализации и т. п.).
С появлением концепции открытых систем программное обеспечение SCADA/HMI для операторских станций становится самостоятельным продуктом, свободно взаимодействующим с программно-техническими средствами разных производителей /7/.
Для производства гранулированной серы необходимо средствами SCADA/HMI реализовать следующее:
- сбор первичной информации от устройств нижнего уровня;
- обработка первичной информации;
- регистрация аварийных ситуаций;
- представление текущих и накопленных (архивных) данных в виде графиков (тренды);
- хранение информации с возможностью ее пост-обработки (как правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных);
- визуализация параметров технологического процесса и оборудования с помощью мнемосхем, таблиц, графиков и т.п.
1.3 Обзор современных средств автоматизации
В настоящее время автоматизация любых производственных процессов выполняется на базе универсальных микропроцессорных контроллерных средств, которые в России получили название программно-технических комплексов (ПТК). На вход ПТК от датчиков поступают измеренные значения величин, характеризующих производственный процесс. Комплексы реализуют заданные функции контроля, учета, регулирования, последовательного логического управления и выдают результаты на экран дисплея рабочей станции оператора и управляющие воздействия на исполнительные механизмы объекта автоматизации. Все ПТК можно разбить на классы, каждый из которых рассчитан на определенный набор выполняемых функций и соответствующий объем получаемой и обрабатываемой информации об объекте.