АСУ ТП линии компаундирования в ОАО «Пластик»

На сегодняшний день изделия из пластмассы находят широкое применение в различных отраслях промышленности (автомобильной, приборостроительной и др.) благодаря их легкости и прочности, простоте обработки и изготовления. Продукция, изготавливаемая из этих материалов, прочно вошла в наш быт благодаря своей доступности и отличительным потребительским качествам. Не стоят на месте технологии производства пластмасс, разрабатываются материалы, способные выдерживать сильные удары, деформации, стойкие к воздействию агрессивных сред, экстремально низких и высоких температур.

В феврале – марте 2009 года специалистами компании «АБС ЗЭиМ Автоматизация» (входит в «АБС Холдингс») были проведены пуско-наладочные работы, комплексные испытания и сдача в промышленную эксплуатацию АСУ ТП линии компаундирования в ОАО «Пластик», г. Узловая Тульской области. Проектирование данной АСУ ТП было проведено специалистами компании «АБС ЗЭиМ Автоматизация» в 2008 году. Система предназначена для повышения качества конечной продукции, облегчения работы персонала, исключения ручного труда и уменьшения расхода сырья на брак.

Система управления состоит из шкафов управления и регулирования, а также диспетчерского пульта управления (ДПУ). Шкаф управления построен на процессорной технике линейки 800xA фирмы ABB и содержит:

- контроллер PM861 – 2 шт;

- модуль MODBUS CI853 – 1 шт;

- модуль PROFIBUS CI854 – 1 шт;

- модуль дискретного ввода DI810 – 3 шт;

- модуль аналогового ввода для термопар AI835 – 3 шт;

- модуль аналогового ввода AI810 – 2 шт;

- модуль аналогового вывода 0–10В AO820 – 2 шт;

- модуль аналогового вывода 4–20mA AO810 – 3 шт;

- модуль дискретного вывода DO810 – 3 шт;

- блоки питания контроллеров SD822 – 2 шт;

- блоки питания контроллеров полевых приборов и датчиков SD831 – 2 шт;

- клеммные колодки и реле для коммутации цепей управления.

Шкаф управления связан резервированным каналом Ethernet с диспетчерским пультом управления. В функции данного шкафа входят: локальные блокировки, автоматическое регулирование и преобразование сигналов, обмен данными между ДПУ и технологическим оборудованием, шкафами управления вакуумной подачи сырья фирмы AZO GmbH+Co. KG (Modbus RTU) и объемно-весового дозирования фирмы Brabender-Technologie KG (Profibus DP). В состав шкафа регулирования входит:

- частотный привод экструдера, управляемого сигналом 0–10 В;

- тиристорные преобразователи, управляемые током 4–20 мА;

- магнитные пускатели для управления вентиляторами.

Диспетчерский пульт управления реализован на базе промышленного ПК и предназначен для управления всей установкой с одного рабочего места оператора-технолога. В качестве среды управления была использована новейшая разработка компании ABB – распределенная система управления Industrial IT 800xA 5.0. В качестве основных особенностей данного  программного обеспечения можно выделить следующие:

- эргономичный графический интерфейс пользователя;

- простое и безопасное управление на основе стандартов Windows;

- быстрая и интуитивно понятная навигация;

- уникальные контекстные ме­ню для объектно-ориентированной информации;

- легкие в освоении профессиональные технологические видеограммы;

- технологическая индикация и тренды, оптимизированные для конкретного объекта;

- развитая обработка аварийных сообщений и событий;

- простые в обращении панели управления;

- мощные средства архивирования;

- развитые средства формирования отчетов;

- объектно-ориентированный доступ к документации;

- интеграция информационных систем, например Advise IT, Optimize IT;

- объектно-ориентированный доступ в Интернет;

- совершенная система доступа;

- стандартизированные права пользователей;

- настраиваемые под пользователя операторские консоли;

- архитектура клиент/сервер;

- OPC интерфейс к системе управления.

Распределенная система управления Industrial IT 800xA 5.0 состоит из следующих семейств и компонентов:

- Operate IT для операторского интерфейса:

- пакет операторского интерфейса Process Portal;

- сеть клиент/сервер для обмена данными между операторскими станциями, серверами и инженерными станциями.

 Field IT и Analyse IT для измерений, газового анализа и приводов: 

- преобразователи температуры, давления, расхода, электрических параметров и т.п.;

- газоанализаторы;

- приводы для дискретного и аналогового управления.

Engineer IT:

- пакет Engineering Studio для проектирования, обслуживания и диагностики;

- инженерная станция с инструментами из Engineering Studio для обслуживания и диагностики системы. 

Потоки данных в Industrial IT разделены по уровням, определяющим степень важности циркулирующих в них данных для процесса управления объектом автоматизации. Сеть управления является магистральной, она связывает контроллеры с уровнем операторских станций. По сети управления в основном передаются технологические данные, но также могут передаваться большие пакеты данных в фоновом режиме (например, загрузка прикладных программ в контроллер с инженерной станции). Для повышения надежности может применяться резервирование линий передачи данных и коммуникационного оборудования контроллеров и компьютеров. 

Повышение надежности высокоскоростной передачи данных достигается применением протокола Fast Ethernet 100 Mбит/с, а также Ethernet-коммутаторов для развязки узлов сети. Сеть клиент/сервер объединяет компьютеры рабочих мест операторов с серверами связи, аспектов и прочими (например, с серверами приложений Optimize IT). По сети клиент/сервер в основном передаются большие пакеты данных, а также данные для управления технологическим процессом. Поэтому она обычно не применяется на малых объектах, где функции клиента и сервера объединяются на одном ПК. На малых и средних объектах сеть клиент/сервер может быть объединена с сетью управления. 

Для оперативного управления оборудованием предлагается масштабируемый человекомашинный интерфейс Process Portal Operate IT и информационный пакет Information Manager. Данный интерфейс имеет архитектуру клиент/сервер и обеспечивает все функции, требующиеся для оперативного управления системой любого типа и мощности. Операторские консоли предоставляют доступ ко всей информации о технологическом процессе – также и от отдельных информационных систем, например к результатам расчета ТЭП. С любой операторской станции можно осуществлять контроль и управление технологическим процессом. В случае выхода из строя одного ПК управление осуществляется с любой другой консоли. Человекомашинный интерфейс Process Portal является открытой системой, построенной на основе общепромышленных стандартов Windows 2000/XP, Microsoft Visual Basic, Web Browser technology, ActiveX, OPC и т.д.

Process Portal имеет масштабируемую распределенную архитектуру программного обеспечения, соответствующую архитектуре технических средств. Также в активе системы имеется обширная библиотека графических элементов для эргономичного представления структуры, последовательности управления и состояния технологического процесса. Библиотека базирует на технологии ActiveX. Технологические данные могут быть представлены в буквенно-цифровом или графическом виде. Управление оборудованием осуществляется непосредственно с технологической видеограммы с помощью панелей управления. Для оператора видеограммы являются окнами в технологический процесс. Они занимают основную часть экрана и не могут замещаться другой информацией.

Панели управления используются для подачи команд оператора и для получения детальной информации об объекте. Для каждой панели имеются три представления: сокращенное, стандартное и расширенное. Сокращенный вариант показывает только наиболее значимую информацию и занимает минимум места на экране. Стандартный вариант предоставляет больше важной графической информации, повышая удобство управления. При расширенном представлении панели оператор получает доступ к вспомогательным параметрам (например, к уставкам или параметрам ПИД-регулятора). 

В АСУ ТП линии компаундирования оператор может визуально вести контроль и управление технологическим процессом компаундирования, системой транспортировки гранулированных продуктов и системой дозирования, задавать рецептуру для производства различных сортов пластика, сохранять все параметры системы в базу данных Oracle и выводить информацию в удобном графическом виде.

Вся линия состоит из нескольких этапов. На первом этапе осуществляется загрузка сырья из тары поставщика в хранилища большого объема – силосы. В процессе работы установки, шкафы управления вакуумной подачи сырья контролируют подачу различных компонентов исходного продукта в необходимом количестве в дозаторы. Далее сырье проходит стадии экструзии и гранулирования. При этом важно выдерживать указанные в рецептуре температурные режимы в каждой из зон экструдера и обороты главного двигателя, приводящего в движения смешивающие шнеки.

Для этого система управления наделена следующими функциями:

- поддержание температуры в температурных зонах;

- оперативное отображение информации о состоянии следующего оборудования, установленного на линии компаундирования;

- дистанционное управление насосами и задвижками;

- непрерывное отображение аварийных сообщений на АРМ-оператора;

- сигнализация и регистрация аварийных ситуаций, отклонения процесса от заданных пределов, отказов технологического оборудования, наличия связи между подсистемами;

- автоматическая регистрация и архивация важных параметров технологического процесса;

- автоматическая регистрация действий оперативного персонала, ведение архива.

Внедрение данной системы управления позволило повысить качество выпускаемой продукции за счет плавного аналогового регулирования температуры всех зон экструдера. Использовав данный способ регулирования, удалось уменьшить расход электроэнергии, при этом защитив нагревательные элементы от выхода из строя из-за непредсказуемых скачков напряжения в сети, путем ограничения максимального действующего напряжения на выходе тиристорного регулятора. Объединение интеллектуальных систем разных производителей в единой системе управления позволило рационально и в полной мере использовать возможности установленного проприетарного оборудования. Тотальная запись всех критически важных параметров системы в единую долговременную базу данных позволяет даже по прошествии длительного времени посмотреть, как проходил тот или иной процесс в конкретный момент времени, что является очень важным при разборе нештатных ситуаций, рекламаций на качество продукции по прошествии времени. В результате внедрения системы удалось облегчить и автоматизировать работу оператора-технолога, сделать ее более комфортной и менее трудоемкой. За время комплексных испытаний система показала себя надежной и удобной в эксплуатации.

Е.И. Акулов, Р.И. Федоров, С.В. Тихонов, 

инженеры-программисты Департамента автоматизированных систем, 

Чебоксарский филиал ЗАО «АБС Русь», ABS Holdings, г. Чебоксары,

тел.: (8352) 30-52-62,

e-mail: info@zeim.ru