SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Водка без АСУ - деньги на ветер

"ЭКОМАШ"

Обязательным условием высокого и стабильного качества водки является постоянное и точное соблюдение параметров технологических процессов на всех этапах приготовления и приемки спирта, а также отпуска готовой продукции на линии розлива. Одним из основных решений в обеспечении указанных условий является включение в процесс производства водки автоматической системы управления и контроля технологического процесса. 

Для достижения стабильно высокого качество алкогольной продукции необходимо строгое соблюдение технологического процесса производства, то есть внедрение АСУ технологического процесса цеха приготовления и розлива готовых напитков. 

Принципы построения системы

Структурная схема автоматизированной системы управления технологическим процессом представлена на рис.1. Система построена по трехуровневой иерархической схеме. 
На верхнем уровне размещен управляющий компьютер. Он же выполняет функции сервера АСУ ТП, на который сведены пульты управления (ПУ) операторов спиртохранилища, цеха приготовления, отделения хранения, а также пульт контроля лаборатории качества, под управлением которых работают удаленные системы сбора и обработки данных, которые в свою очередь принимают и обрабатывают информацию с датчиков и выдают управляющие сигналы на агрегаты и механизмы. 
Система выполняет все функции управления и контроля параметров процесса приготовления водки в автоматическом и ручном режимах, и рассчитана для цеха приготовления производительностью 172800 декалитров водки в месяц (2073600 дал. в год). Общее число угольных колонок - 12, сгруппированных в четыре тройки.

ris1.jpg
Рис.1. Структурная схема АСУ ТП цеха приготовления водки

В системе заложена возможность наращивания аппаратных и программных средств.
Верхний уровень системы - управляющий компьютер, который отвечает за характеристики технологического процесса в целом и подготовку необходимых данных для ПУ операторов. Заложенные в главный компьютер функции сервера АСУ ТП позволяют формировать архив по учету расходных материалов, архив фактических параметров приготовляемых водок, а также архив фактических технологических режимов. Формирование архива ведется по техническому заданию заказчика. Наличие указанного архива позволяет в более короткие сроки и с большей экономией расходных материалов выводить оборудование на рабочий режим при изменениях в технологическом процессе (перегрузка угольных колон, переход на другой сорт спирта и т.д.). 

В качестве сервера АСУ ТП главный компьютер может быть встроен в локальную сеть предприятия, что позволяет осуществить взаимодействие между уровнями производства и управления, такими как: система планирования ресурсов предприятия, система управления материальными потоками, система управления основными производственными фондами. 

Средний уровень - пульты управления операторов, которые позволяют полностью контролировать и управлять всеми технологическими процессами в режиме автоматической работы, при необходимости вносить корректировки или управлять этими процессами в ручном режиме, а также формировать отчеты по прохождению расходных материалов. Формирование отчетов ведется по формам, утвержденным заказчиком.

Пульты управления операторов выполнены на IBM-совместимых компьютерах с операционной системой Windows 98 и инструментальной системой “Good Help”, на основе которой строится графическая визуализация системы управления, позволяющая выполнять все указанные функции системы:

- пульт управления оператора спиртохранилища позволяет вести приемку спирта с контролем основных параметров: концентрации, температуры, плотности и объема. Перекачка идет в автоматическом режиме, контроль заполнения емкостей осуществляется с помощью уровнемеров, установленных на емкостях спиртохранилища. Программное обеспечение данного пульта управления позволяет формировать отчеты; 
- пульт управления оператора цеха приготовления позволяет в автоматическом или ручном режимах управлять технологическим процессом приготовления водки с визуализацией всех контролируемых параметров в режиме реального времени, корректировать параметры технологического процесса без отключения управления, формировать отчеты;
- пульт управления оператора отделения хранения позволяет вести в автоматическом и ручном режимах прием водки из цеха приготовления и отпуск ее на линии розлива, контролировать заполнение емкостей, формировать отчеты;
- пульт контроля лаборатории качества позволяет в режиме реального времени контролировать параметры технологического процесса и параметры производимой водки на всех стадиях приготовления.
Человеко-машинные интерфейсы выполнены максимально удобными для оператора, что позволяет оператору иметь минимальный опыт работы с компьютером. Вид экрана монитора пульта управления оператора отделения приготовления в режиме “автомат” показан на рис. 2. 
ris2.jpg
Рис.2. Вид экрана монитора пульта оператора отделения приготовления в режиме "автомат"

Нижний уровень - системы удаленного сбора и обработки данных построены на основе РС-совместимых промышленных контроллерах (ПК) серии ROBO-3140 и комплекта модулей серии I-7000 фирмы “ICP CON” (модули дискретного и аналогового ввода/вывода), которые являются дистанционно управляемыми модулями сбора и обработки информации с датчиков уровня, расходомеров, измерителей концентрации спирта, и модулями формирования и передачи управляющих команд на исполнительные механизмы: насосы, запорные клапаны, мешалки. Связь между пультами управления и контроллерами, а также между контроллерами и модулями осуществляется с использованием интерфейса RS-485. 

Программное обеспечение 

Программное обеспечение верхнего уровня построено на базе программного пакета фирмы Wonderware, учитывает все особенности технологического процесса приготовления водки и позволяет:
- управлять технологическим процессом, поддерживая параметры технологического процесса в заданном диапазоне как в автоматическом, так и в ручном режимах;
- контролировать работу оборудования, наблюдая в реальном масштабе времени числовые значения параметров технологического процесса без отключения режима управления;
- корректировать параметры технологического процесса без отключения режима управления;
- проводить диагностику оборудования и отработку аварийных режимов;
- проводить диагностику технологического процесса, что значительно сокращает простои и исключает ошибки операторов;
- вести учет расхода сырья и расходных материалов;
- вести архивацию и просмотр изменений параметров технологического процесса;
- проводить текущий контроль качества производимой продукции;
- отслеживать процесс производства с учетом загрузки оборудования.
Программное обеспечение имеет возможность интеграции режима мониторинга технологического процесса в локальную сеть предприятия.

Отличительные особенности

Отличительными особенностями данной системы является точное и постоянное во времени соблюдение заданных параметров технологического процесса. Наличие в составе системы измерителей концентрации спирта (ИКС) позволяет при приготовлении сортировки контроллеру анализировать концентрацию и температуру спирта и брать за основу расчета массы жидкостей. Точность дозировки достигается применением в системе массовых расходомеров фирмы “DANFOSS”, имеющих погрешность 0,1% и позволяющих также измерять плотность раствора. 

Контроль концентрации спирта в смесителях после перемешивания раствора позволяет в случае необходимости сделать корректировки по крепости до того как водно-спиртовая смесь попадёт в напорные емкости. Это в свою очередь исключает возможную корректировку крепости на этапе приготовления водки, что значительно влияет на ее качество. Далее водно-спиртовая смесь подается в напорные емкости. Основным процессом, влияющим на качество водки, является процесс фильтрации водно-спиртовой смеси через угольные колонки. Основными параметрами этого процесса являются постоянная скорость фильтрации и температурный режим водно-спиртовой смеси. 

Для решения этих задач в напорных емкостях установлены уровнемеры, которые позволяют с высокой точностью поддерживать уровень жидкости в напорных емкостях, что является одним из условий поддержания постоянной скорости фильтрации через угольные колонки. К тому же на входе в угольные колонки установлены объемные расходомеры фирмы “DANFOSS”, имеющие погрешность 0,25% и запорный регулируемый клапан, управляемый контроллером, который поддерживает скорость фильтрации в заданном диапазоне с высокой точностью. Постоянный температурный режим обеспечивается наличием на входе в угольные колонки теплообменника, который под управлением контроллера поддерживает заданную температуру смеси.

На органолептические свойства водки влияет точность дозировки добавляемых ингредиентов. Установленные на доводных чанах уровнемеры позволяют точно определить объем поступившей на приготовление сортировки, контроллер делает точный расчет количества вводимых ингредиентов под данный объем сортировки, которые вводятся последовательно. Контроль объема (массы) вводимых ингредиентов осуществляется дозирующим расходомером фирмы “DANFOSS”, имеющим погрешность 0,1%. После добавления ингредиентов и перемешивания производится контроль крепости, плотности и температуры полученной водки. Далее водка перекачивается в отделение хранения, откуда подается на линии розлива. 

Предлагаемая система управления исключает действия операторов из процесса расчета и замера объемов ингредиентов мерниками и, следовательно, исключает ошибки, связанные с низкой точностью мерников и человеческим фактором, что и позволяет получать водку стабильно высокого качества. 

Конструктивное исполнение

Конструктивно АСУ выполнена в виде распределенно-модульной системы. Пульты управления устанавливаются в комнатах операторов; там же размещаются шкафы управления, в которых размещаются контроллеры, блоки питания, цепи искрозащиты и электрические автоматы. Устройства сбора и обработки информации размещаются также в шкафах со степенью защиты не менее IP 54 в непосредственной близости от управляемого оборудования. Крепеж всех элементов в шкафах осуществляется на DIN-рейки, что максимально сокращает время замены любого элемента. Кабельная разводка выполняется в трубах и гибких металлорукавах.

Надежность

Надежность АСУ определяется надежностью входящих в нее программно-аппаратных средств. Показателем надежности является проверенное временем применение программного обеспечения и аппаратных средств в разработанных и внедренных ранее системах управления (СУ): СУ установкой мойки В2-ОЦЗ-У, СУ электоропастеризатором А1-ОПЭ-1000, АСУ линии приемки и переработки молока. В части аппаратных средств применяются хорошо зарекомендовавшие себя отечественные датчики и исполнительные механизмы, выполненные во взрывобезопасном исполнении с использованием искробезопасных цепей. Надежность модульной системы сбора и обработки информации обусловлена высокими техническими характеристиками широко применяемых во всем мире модулей корпорации “ICP CON”. 

Важным фактором надежности системы является ее гарантированное сервисное обслуживание в течение всего периода работы системы. 
Наряду с обеспечением высоких показателей надежности, при проектировании АСУ ТП большое внимание уделено стоимостным показателям. Широкое применение в АСУ ТП аппаратно-программных средств отечественных производителей позволило сделать стоимость изготовления и стоимость эксплуатации ниже, чем стоимость известных зарубежных аналогов. 

Демонстрационная версия предлагаемой системы была представлена на выставке “АГРОПРОДМАШ - 2004”, которая прошла в Москве на Красной Пресне с 4 по 8 октября 2004 г. 

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 1(5)_2005

Кудрявцев Д., ведущий специалист,
Севрюков В., главный технолог,
тел:(095) 702-92-47, E-mail: ecomash@mail.ru.