Разработка и изготовление автоматизированных систем управления технологическими процессами в производстве стекла

Базовая разработка АСУ ТП ПШ, внедренная на многих стеклотарных заводах и предприятиях по производству листового стекла и другой продукции, построена на основе РС-совместимого контроллера «ICP» серии 8000 и состоит из системы верхнего уровня и нескольких подсистем среднего уровня: АСУ дозировочно-смесительными линиями (АСУ ДСЛ); АСУ поточно-транспортными линиями (АСУ ПТЛ) и АСУ линиями обработки сырьевых материалов.

Каждая подсистема среднего уровня АСУ ДСЛ кроме логического управления пуском и остановом линии решает задачи стабилизации рецепта и влажности шихты, контроля и расчета оптимальных параметров процесса дозирования, а также сбора и подготовки информации для расчета технико-экономических показателей.

Подсистема АСУ ПТЛ дополнительно к функциям логического управления и диагностики функционирования оборудования производит оптимизацию выбора маршрутов транспортировки сырьевых компонентов стекольной шихты и предотвращает холостую работу механизмов. Кроме этого АСУ ПТЛ (иногда эти функции частично выполняют АСУ ДСЛ) осуществляют автоматизированное управление линиями транспортирования возвратного стеклобоя и линиями дозированной подачи шихты и боя к стекловаренным печам.

АСУ линиями обработки сырьевых материалов (например, сушка песка, доломита или известняка) чаще выполняются в виде локальных систем управления, которые при необходимости могут встраиваться в общую АСУ ТП ПШ составного цеха. Обмен информацией в этом случае осуществляется по стандартным протоколам Modbus, Profibus и Ethernet.

Также с помощью стандартных протоколов обмена осуществляется связь всех подсистем среднего уровня с системой верхнего уровня, которая кроме АСУ ДСЛ и АСУ ПТЛ включает в себя несколько автоматизированных рабочих мест (АРМ начальника составного цеха, АРМ лаборатории, АРМ начальника АСУ ТП и др.). Каждое автоматизированное рабочее место позволяет специалистам цеха получать оперативный доступ к информации, сосредоточенной на сервере базы данных и персональных ЭВМ АСУ ДСЛ и АСУ ПТЛ, и использовать данные о расходе сырьевых материалов, количестве приготовленной шихты, потреблении энергоресурсов для расчета технико-экономических показателей и решения других задач.

В этих же АРМах могут быть и свои подсистемы, непосредственно не связанные с технологическим процессом. Так, например, экономист на своем автоматизированном рабочем месте при определении себестоимости шихты может одновременно пользоваться информацией о параметрах объекта управления и работать с базой данных зарплаты персонала цеха, полученной из бухгалтерии завода через общезаводскую вычислительную сеть.

Программное обеспечение, связанное непосредственно с технологическим процессом приготовления шихты, выполняет следующие основные функции:

- организацию обмена информацией между ПЭВМ и контроллерами и съем информации с   устройств связи с объектом;

- отображение в графическом виде на экране монитора информации о функционировании оборудования;

- диалог и предоставление оператору средств воздействия на объект управления;

- архивацию собранных данных на жестком диске ПЭВМ и возможность работы с распределенными по сети архивами (сортировки, выборки, слияние, резервное копирование);

- протоколирование событий в системе управления и печать отчетов на основе архивируемых данных.

Архивация собранных данных о работе составного цеха может вестись как в режиме реального времени, так и на основе расчетов, выполняемых ПЭВМ. При этом в архивах накапливается информация о работе оборудования не только за смену или сутки, но и за месяц, год или даже за все время функционирования системы.

Система позволяет осуществлять сбор данных о времени работы поточно-транспортных и дозировочно-смесительных линий и вести статистику отказов оборудования по каждой его единице.

Наличие подобной информации позволяет персоналу цеха оперативно корректировать сроки планово-предупредительных ремонтов и обращать особое внимание на те механизмы, частые отказы которых приводят к неритмичной работе и остановке ДСЛ и ПТЛ. Все данные, собранные системой, могут быть оформлены в виде рапортов, отчетов, справок и выведены на принтер для печати. Распечатанная сводная информация содержит сведения о максимальных и средних ошибках дозирования за смену, времени загрузки и разгрузки дозаторов, и другие показатели.

Организация диалога оператора с системой предусматривает обмен информацией с ПЭВМ. Такой информацией могут быть установки для контуров автоматического регулирования; команды перехода на другой технологический режим; указание маршрутов в транспортных потоках сырьевых материалов; управляющие воздействия на оборудование в дистанционном режиме и др. Действия оператора при этом могут заноситься в протокол работы системы. Возможно ведение запретов на выдачу управляющих воздействий для некоторых операторов с проверкой разрешения по паролю. Например, настройка контуров регулирования может быть разрешена только технологам и сотрудникам КИП и А, а изменение рецептов приготавливаемой шихты – главному технологу или начальнику составного цеха. Эти вопросы разграничения доступа к защищенным ресурсам и функциям в процессе работы могут регулироваться администратором системы с помощью программного обеспечения АРМа администратора.

Программное обеспечение АСУ ДСЛ кроме непосредственного управления механизмами линий позволяет включать значительное количество защитных и технологических блокировок, предотвращающих приготовление шихты с недопустимо большими отклонениями от рецепта. Стабилизация рецепта шихты достигается за счет адаптивного алгоритма управления и контроля за работой тензометрических весовых дозаторов как во включенном, так и в выключенном состоянии.

Задание и корректировка рецепта шихты осуществляется с клавиатуры ПЭВМ, а результаты каждого отвеса контролируются с помощью графических видеокадров на экране монитора. Информация об отдельных параметрах объекта отображается на кадрах в виде числовых значений, столбиковых диаграмм, линий, меняющих цвет, графиков и другими способами. Переход из кадра в кадр возможен путем выбора названий кадра в меню указанием манипулятора «мышь» на активные зоны экрана или нажатием функциональной клавиши. Время запаздывания и обновления видеокадров на экране ПВЭМ не превышает одну секунду.

Наряду с постоянным развитием базовой разработки АСУ ТП ПШ, выполненной на основе РС-совместимого контроллера ICР 8000-й серии, специалистами ЗАО «Стромизмеритель» большое внимание уделяется проектированию автоматизированных систем управления, построенных на базе программируемых логических контроллеров PLC “Siemens”, “Omron”, “Festo”, “B&R”, “Twido” и др. При этом сама АСУ ТП ПШ может быть как централизованной, так и распределенной системой управления. Например, в централизованной системе управления, разработанной для ОАО «Саратовстройстекло», центральный управляющий контроллер серии S7 (“Siemens”) и дозировочные терминалы Siwarex-Mи Siwarex-V расположены в помещении пультовой. Если же система построения АСУ ТП ПШ имеет распределенную структуру, как в ЗАО «Веда-Пак» (г.Кингисепп), то дозировочные терминалы устанавливаются в местных щитах управления рядом с тензометрическими весовыми дозаторами, что дополнительно позволяет осуществлять контроль и управление     Рис.1 Весовой терминал WT-4007 процессом дозирования по месту.

Помимо общепромышленных микропроцессорных контроллеров известных зарубежных производителей в составе технического обеспечения АСУ ТП и локальных систем управления автономными технологическими агрегатами и отдельными весовыми дозаторами используются следующие средства автоматизации, разработанные и производимые в ЗАО «Стромизмеритель»:

- терминал весовой WT-4007 (используется в качестве вторичного измерительного преобразователя в составе весового дозатора), Рис.1;

- терминал весовой WT-4008 (используется для приготовления многокомпонентных смесей с помощью весовой тележки);

- блок управления БУ-1051 (используется в расходомерах и системах непрерывного взвешивания и дозирования), Рис.2;

- контроллер весовой КВ-1052 (является полностью автономным устройством управления процессом взвешивания и дозирования), Рис.3;                                                                                                                                     Рис.2 Блок управления БУ-1051 

- нормализатор-1580 сигналов тензодатчиков (прецизионное усиление и преобразование сигналов с тензодатчиков);

- преобразователь-6000 сигналов тензодатчиков (преобразование аналоговых сигналов в цифровой код);

- различные модули и блоки, Рис.4.                                       

Рис. 3 Весовой контроллер КВ-1052

Рис.4 Модуль щита управления электроприводами               Рис.5 Панель управления процессом сушки сырья

Кроме перечисленных средств технического обеспечения АСУ ТП производства многокомпонентных смесей ЗАО «Стромизмеритель» изготавливает: микропроцессорные пульты управления пневмокамерными насосами, работающими в линиях пневмотранспорта сырьевых материалов; системы автоматизации сушильных барабанов (Рис.5); системы управления термофизическими испытаниями и линиями ионообменного упрочнения стекла; а также другие средства автоматизации контроля и измерений.

Одной из последних подобных разработок ЗАО «Стромизмеритель» является система сбора и передачи данных с использованием беспроводной сети на основе технологии ZigBee, предназначенной для мониторинга технологических процессов в труднодоступных местах. Разработанная с применением этой технологии система контроля температуры процесса обжига диатомита внутри вращающейся сушильной печи имеет следующие преимущества по сравнению с традиционными приводными схемами:

- отсутствуют сложные механические контактные устройства, необходимые для проводной передачи параметров процесса сушки с вращающейся печи (сушильного барабана), что значительно снижает монтажные и эксплуатационные расходы, связанные с пуском и функционированием системы;

- самоорганизующаяся сеть гарантирует высокую надежность и стабильность измерения и передачи данных в АСУ ТП сушки сырья;

- система обеспечивает интеллектуальное управление электропитанием системы управления, что снижает энергопотребление и увеличивает срок службы автономных модулей преобразователей, устанавливаемых на вращающейся печи.

Таким образом, большой опыт проектирования программного и технического обеспечения автоматизированных систем управления технологическими процессами в стекольной и других отраслях промышленности, а также наличие собственной производственной базы позволяет специалистам ЗАО «Стромизмеритель» успешно разрабатывать и внедрять АСУ ТП и локальные средства автоматизации различной степени сложности и комплектации.

Кондратьев Д.Г., Климычев В.Н., Носов А.И.,  Ефременков В.В.

ЗАО «Стромизмеритель» г.Нижний Новгород.