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.

Разработка АСУ ТП элеватора

ОАО “САН Интербрю”, филиал в г. Волжский

В статье рассмотрена АСУ ТП элеватора, внедряемая в волжском филиале "САН Интербрю", описана структура системы и основные параметры. 

Сейчас уже ни для кого не секрет, что производство наиболее эффективно и дает максимальную отдачу, если большинство процесов контролируется современной “умной” автоматикой. Описываемая АСУ ТП элеватора (на фото), внедряемая в волжском филиале компании “САН Интербрю” , -весьма наглядный пример данного утверждения. Ведь внедряемая система позволяет автоматизировать весь комплекс применяемого технологического оборудования, снизить энергозатраты и потери продукта при транспортировке и хранении зерна, а также повысить взрывобезопасность производства по переработке зерна.
ulevator1.jpg
По мнению автора статьи, возможно излишняя, техническая детализация будет уместна для весомой части читательской аудитории журнала. 
Автоматизация технологического процесса элеватора осуществляется на основе аппаратно-технических и программных средств по блочно-модульному принципу и легко перестраивается под изменения технологического процесса. Система отличается высокими характеристиками по надежности, помехозащищенности, самотестированию и диагностике неисправностей электрооборудования. По принципу построения АСУ ТП относится к классу сетевых систем управления. Подключение к периферийному оборудованию и датчикам производится через управляющие станции (промышленные контроллеры), связанные промышленной информационной сетью PROFIBUS. Аппаратура комплекса полностью гальванически развязана от управляемого электрооборудования.
В объем автоматизации входит управление всеми маршрутами внутри элеваторного транспорта перекачки зерна, приема с ЖД и автотранспорта, включая управление задвижками и перекидными клапанами, а также сопутствующими системами аспирации.

Проектом предусмотрены следующие виды управления: местное - с индивидуальных пультов управления и дистанционное - с блокировкой и элементами автоматики. 
Внедрение системы автоматического управления и визуализации позволяет:
к осуществлять оперативный сбор и обработку данных о состоянии периферийного оборудования, механизмов, датчиков, транспортеров, норий и т.д.;
- обеспечивать непрерывное диагностирование и обнаружение аварий и отклонений от технологического процесса, с выдачей аварийной сигнализации и с оповещением о характере неисправности и мерах, предпринятых по предотвращению нежелательных последствий (блокировки оборудования, остановы маршрутов);
- вести оперативные протоколы работы предприятия, а также протоколы функционирования собственных узлов и модулей;
- обеспечивать надежную непрерывную работу в условиях промышленного производства;
- контролировать наличие продукта в бункерах и силосах;
- контролировать токи нагрузки двигателей, сигнализировать о превышении нагрузки и выполнять отключения двигателей при достижении предельных нагрузок;
- осуществлять переход на “местный” режим работы;
- отображать основные технологические параметры в удобной для обслуживающего персонала форме (таблицы, графики, технологические схемы);
- вести архив значений технологических параметров;
- разграничить уровни доступа к изменению параметров работы установок (авторизированный вход в систему).

Возможности системы автоматизации элеватора

1. Система автоматизации сохраняет функции управления при отказе отдельных технических средств.
2. Система имеет модульную архитектуру со встроенными элементами непрерывного самотестирования и самодиагностики, легко и быстро восстанавливаемая при отказах, путем замены стандартных блоков и модулей, подключаемых на разъемных соединениях.
3. В системе автоматизации предусмотрена полная гальваническая развязка всех внешних линий и кабелей информационных сетей.
4. Предусмотрены резервные аппаратные каналы для возможности расширения степени автоматизации предприятия путем интеграции в систему управления необходимых датчиков, автоматических клапанов и задвижек, нового технологического оборудования и т.д.
5. Функции оперативного управления реализуется на SCADA - системе WINCC интерфейсом управления с оператором-технологом, обеспечивает быстрый и удобный доступ к процессу, а также полное представление необходимой текстовой и графической информации через экранную систему отображения.
6. Система сигнализирует оператору о различного рода ошибках, связанных с отклонением параметров от допустимых значений, отказами технических средств и основного оборудования, а также с неправильными действиями персонала.
7. Функции защит и блокировок реализуются в результате регистрации недопустимых отклонений аналоговых сигналов или определения недопустимых состояний дискретных сигналов или их сочетания.
8. Система предусматривает два уровня защит - локальные (действующие на отдельные узлы и агрегаты) и глобальные (влияющие на разгрузку или останов объекта).
9. В результате слежения за нагрузкой оборудования система имеет возможность раннего обнаружения перегрузок для их профилактического устранения, что уменьшает число аварийных остановов оборудования и его износ.
ulevator2.jpg
Рис. Структурная схема АСУ ТП элеватора

Состав АСУ ТП элеватора

Система управления оборудованием состоит из: контроллера SIMATIC S7-400, станций распределенного ввода-вывода ET200M, модулей ASI-интерфейса, объединенных в единые сети и подключенных к контроллеру SIMATIC S7-400.

В системе управления оборудованием контроллер SIMATIC S7-400 выполняет функции ведущего устройства. Он связан со станциями ET200M и модулями ASI-интерфейса единой сетью PROFIBUS, по которой производит обмен информацией с периферийными устройствами. К контроллеру подсоединены персональные компьютеры. SIMATIC S7-400 состоит из следующих функциональных блоков: блок питания PS407 на 10А, CPU 414-3 с встроенным блоком IF 964-DP, модуль дискретных выходов SM 422 на 16 выходов по 24В постоянного тока, два модуля дискретных входов SM 421 на 32 входа по 24В постоянного тока каждый, два модуля аналоговых входов SM 431 на 16 входов каждый, сконфигурированные на входной ток 4-20 мА, монтажная стойка на 18 разъемов.

Станции распределенного ввода-вывода предназначены для сбора сигналов от датчиков, преобразования и передачи их в контроллер SIMATIC S7-400 по сети PROFIBUS, а также получения служебной информации от контроллера, преобразования ее в дискретные выходные сигналы управления оборудованием. В состав станции ET200M-1 входит: блок питания PS307 на 5A, интерфейсный модуль IM153-1, для подключения к сети PROFIBUS, четыре модуля дискретных входов SM321 на 32 входа по 24В постоянного тока каждый, два модуля дискретных выходов SM322 на 32 выхода по 24В постоянного тока каждый. Станция ET200M-1 позволяет подключить дополнительно, с целью расширения, еще 2 модуля. ЕТ200М-1 задействована в контроле и управлении оборудованием, расположенным на отметках 36.600, 48.600 метров. 

Станция ЕТ200М-2 состоит из блока питания PS307 на 5А, интерфейсного модуля IM153-1, для подключения к сети PROFIBUS, пяти модулей дискретных входов SM321 на 32 входа по 24В постоянного тока каждый. Станция ЕТ200М-2 позволяет подключить дополнительно с целью расширения еще 3 модуля. ЕТ200М-2 задействована в контроле верхнего уровня в силосах. 

Станции ЕТ200М-3, ЕТ200М-4, ЕТ200М-5 идентичны и состоят из блока питания PS307 на 2А, интерфейсного модуля IM153-1, для подключения к сети PROFIBUS, одного модуля дискретных входов SM321 на 16 входов по 24В постоянного тока каждый и одного модуля дискретных выходов SM322 на 16 входов по 24В постоянного тока каждый. С целью расширения на каждую из вышеперечисленных станций можно дополнительно установить еще по 6 модулей. ЕТ200М-3, ЕТ200М-4, ЕТ200М-5 установлены на разгрузочных тележках и заняты их управлением и контролем.

Станция ET200M-6 состоит из блока питания PS307 на 5А, интерфейсного модуля IM153-1, для подключения к сети PROFIBUS, двух модулей дискретных выходов SM322 на 32 выхода по 24В постоянного тока каждый и одного модуля аналоговых входов SM331 на 8 входов, сконфигурированный на входной ток 4-20 мА. На станцию ЕТ200-М6 можно дополнительно установить 3 модуля. К ЕТ200-М6 относится оборудование, установленное на отметках 13.725, 19.725, 25.725, 31.725 метров.

Последней является станция ЕТ200М-7, состоящая из блока питания PS-307 на 5А, интерфейсного модуля IM153-1, для подключения к сети PROFIBUS, трех модулей дискретных входов SM321 на 32 входа по 24В постоянного тока каждый, двух модулей дискретных выходов SM322 на 32 выхода по 24В постоянного тока каждый и двух модулей аналоговых входов SM331 на 8 входов каждый, сконфигурированные на входной ток 4-20мА. Дополнительно можно установить один модуль. ЕТ200М-7 работает совместно с оборудованием, находящимся на 0 отметке рабочей башни элеватора.

Управление и контроль состояния оборудования подсилосного этажа осуществляется модулями ASI-интерфейса, объединенными в 7 линий. Каждая линия модулей соединена с контроллером SIMATIC S7-400 при помощи устройства связи DP/AS-интерфейса, преобразующего сигналы ASI модулей в формат данных интерфейса PROFIBUS DP. Модули ASI-интерфейса устанавливаются в шкафы местного управления устройствами и подразделяются на модули ввода дискретных сигналов, модули ввода аналоговых сигналов и комбинированные модули ввода-вывода дискретных сигналов. Модуль дискретных входов имеет 4 входных канала, рассчитанных на напряжение 24В постоянного тока, модуль ввода аналоговых сигналов позволяет подключить 2 аналоговых датчика с выходным сигналом 4-20 мА, комбинированный модуль входов-выходов имеет два дискретных входа, рассчитанных на использование 24В постоянного тока.

Кабели связи объединяют отдельные станции ЕТ200М, модули ASI-интерфейса и контроллер SIMATIC S7-400 в единую систему АСУ ТП элеватора. Связь контроллера со станциями ЕТ осуществляется посредством кабеля PROFIBUS DP, в цепь которого включены повторители RS-485, позволяющие существенно повысить пропускную способность сети PROFIBUS. На концах линии связи, соединяющие ЕТ200М с контроллером SIMATIC S7-400, установлены терминальные устройства PROFIBUS TERMINATOR, которые в случае необходимости позволяют производить расширение АСУ ТП путем подключения дополнительных станций ЕТ200М. Вторая линия PROFIBUS соединяет контроллер и линии модулей ASI-интерфейса. В своем составе она имеет интерфейсный субмодуль IF964-DP и 7 устройств связи DP/AS-интерфейса. Здесь также применяется кабель PROFIBUS-DP. Для соединения модулей ASI-интерфейса, последовательно между собой и с устройствами связи DP/AS применяется обычный двухжильный кабель, по которому осуществляется как питание модулей ASI-интерфейса, так и обмен данными между контроллером и ASI-модулями. Данное решение обеспечивает однообразие построения сетевого элемента системы, упрощает отладку, обнаружение неисправностей и обслуживание АСУ ТП объекта.

Заключение
Автоматизированная система управления технологическим процессом элеватора, внедряемая в волжском филиале ОАО “САН Интербрю”, позволяет наиболее полно решать все вопросы, возникающие в процессе приема, хранения и отгрузки зерна. Использование техники известных мировых и российских производителей, хорошо зарекомендовавшей себя на многих производствах, обеспечивает системе высокую надежность. Модульный принцип построения и использование открытого промышленного стандарта PROFIBUS позволяет легко модернизировать систему и по мере необходимости добавлять в нее новые элементы, постепенно охватывая дополнительные участки производства. Сетевой принцип построения системы автоматизации без проблем решает вопросы согласования работы элеватора с другими АСУ ТП, используемыми на производственных линиях предприятия. 

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 3(7)_2005

В.В.Володин,
ОАО “САН Интербрю”, филиал в г. Волжский,
тел.: (8443) 29-87-23
e-mail: Vladimir.Volodin@suninterbrew.ru