Введение
|
Современный рынок с неизбежностью требует от производителя продукцию
только высшего качества. Применительно к спиртовому производству это
значит переход на выпуск спирта сортов «Экстра», «Люкс», «Альфа».
В то же время, практически всем производителям спирта ясно, что невозможно
добиться стабильного выпуска качественной продукции с одновременной
минимизацией потерь без включения в технологический процесс системы
автоматизированного управления и контроля.
Что касается разработок ООО «СпиртПриборСервис», то необходимо отметить
богатый опыт специалистов фирмы в автоматизации спиртовых установок
малой и средней мощности, а также ориентацию фирмы на самые последние
мировые новинки в области аппаратного обеспечения и периферийного
оборудования. Это обеспечивает нужное качество и надежность систем
автоматизированного управления спиртовым производством, а также соответствие
разрабатываемых САУ международным стандартам.
Основываясь на международных стандартах в аппаратном и программном
обеспечении, а также используя собственный богатый опыт специалисты
ООО «СпиртПриборСервис» разработали новое поколение систем автоматизированного
управления (САУ). Их основными отличиями от существующих являются:
|
- минимальная стоимость;
- сокращенные сроки изготовления и монтажа (до 3-х месяцев);
- увеличенный срок гарантии (до 3-х лет);
- повышенная надежность;
- простота адаптации к конкретному производству;
- уменьшенный аппаратный состав;
- недорогое сервисное обслуживание.
|
В штатном исполнении система может включать в себя до 1024 каналов
контроля, регулирования и управления. Структура системы позволяет
быстро перестраивать их количество, исходя из конкретного объекта
и пожеланий Заказчика.
Особенностями системы также являются:
|
- возможность автоматизированного вывода на рабочий режим колонн
БРУ;
- возможность управления контурами регулирования как с клавиатуры
компьютера (автоматизированного рабочего места оператора), так
и с панелей интерфейса, расположенных на лицевой стороне шкафа
управления;
- возможность подключения системы и ввод ее в эксплуатацию без
остановки технологического процесса БРУ;
- возможность использования регулирующих клапанов как с пневматическим,
так и электрическим приводом.
|
Включение системы в состав технологического оборудования позволяет
добиться существенного повышения качества и стабильности показателей
выпускаемой продукции, осуществлять полный контроль за параметрами
технологического процесса, сократить количество операторов, одновременно
облегчив их работу.
В настоящее время описываемая система смонтирована, прошла успешные
испытания и сдана Заказчику на предприятии ОАО «Этанол» г. Ливны Орловской
области. С рядом предприятий («Веселолопанский спиртовый завод», «Жирятинский
спиртовый завод» «Петропавловский спиртовый завод и др.) заключены
договоры на поставку САУ. |
Принципы построения системы |
Система автоматизированного управления брагоректификацией построена
по трехуровневой распределенной схеме с автоматизированным рабочим
местом оператора (АРМ). Поддержание параметров в контурах регулирования
производится микроконтроллерами, связанными с датчиками и исполнительными
механизмами через модули сбора-передачи данных и команд. Управление
САУ выполнено на базе программного обеспечения SCADA InTouch-8. Система
выполняет все функции управления и контроля параметров процесса производства
спирта как в автоматическом (со временем реакции на возмущение менее
0.01 сек), так и в ручном режиме.
В принципе, управление всем технологическим процессом возможно с использованием
одного центрального управляющего компьютера, выполненного на базе
персонального компьютера РС IВМ. Однако, недостаточная надежность
одного компьютера, а также невозможность передачи через компьютерный
порт необходимого количества информации с нужной скоростью делает
необходимым применение децентрализованного управления отдельными контурами
регулирования. В этом случае управление БРУ разбивается на несколько
«условно-автономных контуров», например, по числу колонн БРУ плюс
несколько контуров общего назначения (например, контур регулирования
давления пара в паровом коллекторе). За управление каждым таким контуром
отвечает один микроконтроллер. Каждый контур регулирования независим.
Важным отличительным свойством системы, имеющей подобную структуру,
является ее автономность (независимость от компьютера АРМ-оператора).
Так при отключении управляющего компьютера, не происходит нарушения
технологического процесса. Контроллеры автономно и бесконечно долго
будут самостоятельно поддерживать последний установленный режим работы
спиртовой установки. Кроме того, при желании, режим работы можно изменить
вводом новых коэффициентов или уставок с панелей интерфейса. Блок
бесперебойного питания позволяет при отключении внешней электросети
поддерживать управление в течение 30-40 мин. Этого времени достаточно,
чтобы операторы успели переключится на аварийный источник питания
либо вывели БРУ на безопасный режим работы. |
Верхний уровень системы – АРМ оператора. |
В режиме взаимосвязанного управления, совместное управление контроллерами
и всей системой в целом осуществляется через персональный компьютер
(АРМ оператора). Другими словами, введение соответствующих параметров
регулирования (коэффициентов в уравнение ПИД-закона регулирования
конкретного контура), а также уставок осуществляется с клавиатуры
компьютера. Дополнительно, для удобства оператора, введение уставок
возможно и с специальных панелей интерфейсов, устанавливаемых на лицевой
стороне шкафа управления. Предусмотрена возможность перевода системы
или отдельно взятого контура в любой момент времени на ручной режим
управления. При этом ручная коррекция осуществляется без прерывания
работы брагоректификационной установки.
Вывод данных о параметрах технологического процесса и о состоянии
БРУ производится на экран монитора компьютера и на панели интерфейсов
контроллеров. Программа, заложенная в память компьютера, отслеживает
и поддерживает параметры технологического процесса в целом, автоматически
меняя уставки в управляющих микроконтроллерах отдельных контуров регулирования.
Основные трудности в решении данной задачи лежат в задании правильного
алгоритма поддержания технологического процесса, который на каждом
конкретном производстве имеет свои особенности. |
Средний уровень – шкаф управления с комплектом
микроконтроллеров и модулей сбора, обработки и вывода информации.
|
В качестве микроконтроллеров используются недавно появившиеся на
российском рынке РС-совместимые контроллеры фирмы ICP DAS серий I-7000
и I-8000 (сертификат ISO 9002,ed. 1994. No T2000-385 от 20.12.00),
которые соответствуют требованиям международного сертификата МЭК 61131-3.
В частности, контроллеры I-7188 представляют собой аналог известных
контроллеров серии ADAM, NuDAM, Fastwell. Это РС-совместимые контроллеры
с процессором AMD 80188 – 40МГц, ОЗУ и Flash-диском до 512 кбайт,
4-мя последовательными портами (RS-232\485) со скоростью передачи
нформации 300…115200 бод и интерфейсом Ethernet (в максимальной конфигурации).
Они работают при температуре от –25 до +70 град.С, потребляют 3 Вт
от источника постоянного тока напряжением 10…30 В и содержат DOS-совместимую
операционную систему. Программирование этих контроллеров может осуществляться
как из-под Windows, с помощью специализированных SoftLogic пакетов
и пользовательских программ, написанных на языках высокого уровня
(Visual Basic, С++), так и из-под DOS.
Одним из главных преимуществ использования контроллеров I-7188 (помимо
низкой цены) является удобство построения распределенной системы ввода\вывода
с подключением до 256 модулей по шине RS-485 на расстоянии до 1200
м. В номенклатуре фирмы ICP DAS – более 60 наименований этих модулей,
включая: |
- модули аналогового ввода и вывода (термосопротивления, термопары,
датчики с токовым выходом, тензодатчики);
- модули дискретного ввода\вывода;
- модули таймеров и счетчиков;
- модули интерфейсов и радиомодемов.
|
Шкафы управления, выполненные с использованием контроллеров I-7188
весьма компактны и удобны в обслуживании.
Кроме комплекта микроконтроллеров шкаф управления включает в себя
модули сбора, обработки, передачи данных и команд, имеющие от 4
до 8 каналов ввода-вывода, а также блоки питания и искрозащиты.
Связь с датчиками и исполнительными механизмами осуществляется по
экранированным кабелям с использованием токовых выходов и интерфейса
RS-485. |
Нижний уровень системы – датчики и исполнительные
механизмы.
|
Датчики выполняют функции измерения параметров технологического
процесса с последующей их передачей в шкаф управления. Для контроля
параметров технологического процесса используются датчики температуры
ТСПУ 420, ТСМУ 420 с унифицированным выходным токовым сигналом, датчики
давления МТ100, КРТ-5, Сапфир –22, расходомеры электромагнитного типа
МР400 (фирма «EESA» Чехия), турбинные преобразователи расхода ТПР,
для управления электродвигателями насосов - частотные преобразователи
EI-7001 фирмы «Веспер». Измерение уровней в емкостях осуществляется
с помощью датчиков давления. |
Управление |
По желанию Заказчика управление может осуществляться
как регулирующими пневмоклапанами с мембранно-исполнительными механизмами,
управляемыми электропневмопозиционерами, так и с использованием электрических
приводов с шаровыми и прямоходными регулирующими кранами. В последнем
случае вся АСУ будет несколько дороже.
В последнее время на российском рынке появилось достаточно предприятий
выпускающих качественную запорно-регулирующую арматуру. Среди них
можно отметить ОАО «Армагус» (г. Гусь-Хрустальный), ООО «Руст-95»
(г. Москва), ООО «ЛГ-Автоматика» (г. Москва) и др. |
|
Программное обеспечение. |
Управление технологическим процессом осуществляется на основе программного
пакета SCADA InTouch-8, соответствующего международному стандарту
МЭК 61131-3. Программа управления учитывает все особенности технологического
процесса производства спирта и обеспечивает:
|
- Поддержание заданных параметров технологического процесса спиртовой
установки в определенном допустимом диапазоне;
- Корректировку параметров технологического процесса в автоматическом
и ручном режимах;
- Вывод на экран значений текущих параметров технологического
процесса;
- Архивацию и просмотр графиков изменения параметров технологического
процесса;
- Просмотр в реальном масштабе времени числовых значений архивных
параметров технологического процесса без отключения режима управления;
- Ввод дополнительных функций управления параметрами технологического
процесса, и коэффициентов, характеризующих работу конкретной спиртовой
установки без ее остановки;
- Отработку аварийных режимов.
|
Программа позволяет, при необходимости, интегрировать режим мониторинга
в единую информационную сеть предприятия. Взаимодействие программы
с оператором производится с использованием многоконного интерфейса.
Интерфейс выполнен максимально удобным для оператора. При этом оператор
может иметь минимальный опыт работы с компьютером. |
Надежность |
Надежность АСУ определяется надежностью базовых программно-аппаратных
компонентов. В аппаратной части используются хорошо зарекомендовавшие
себя отечественные серийно выпускаемые датчики и исполнительные механизмы
со сроками гарантии 1-3 года, выполненные во взрывобезопасном исполнении,
имеющие соответствующие сертификаты и запитываемые с использованием
искробезопасных цепей.
Надежность компонентов модульной подсистемы обусловлена использованием
в качестве базовых компонентов широко применяемых во всем мире, проверенных
на множестве реальных объектов модулей корпорации ICР. |
В части программного обеспечения показателем надежности является
использование программного обеспечения на основе международного
стандарта МЭК 61131-3 и SCADA-систем, а также широко применяемых
во всем мире операционных систем реального времени для программирования
контроллеров.
Немаловажным фактором в надежной работе САУ является ее гарантированное
сервисное обслуживание, осуществляемое разработчиком в течение всего
периода функционирования системы на предприятии.
Конструктивное исполнение
Конструктивно САУ выполнена как распределено модульная система.
АРМ, как правило, устанавливается в комнате операторов-технологов.
Там же устанавливается и шкаф управления. В шкафу размешаются, помимо
модулей управления, блоки питания, барьеры искрозащиты, электрические
автоматы. Крепеж всех элементов в шкафу производится на DIN-профили,
что позволяет производить максимально быструю замену любого элемента
без демонтажа кабельных соединений. Кабельные соединения осуществляются
с применением пружинных клемм фирмы «Wago».
Монтаж датчиков давления, температуры и уровня производится в предусмотренные
для этой цели специальные штатные или дополнительно ввариваемые
штуцера. Электропневмопозиционеры устанавливаются непосредственно
на запорно-регулирующие клапаны. Вся кабельная разводка выполняется
в трубах, гибких металлорукавах и металлических коробах кабельных
каналов. |
Внедрение |
В настоящее время закончен монтаж и осуществлен запуск САУ на
установке брагоректификации ОАО «Этанол» г.Ливны Орловской обл.
Готовится к запуску САУ на пятитиколонной БРУ Веселолопанского спиртового
завода.
При отработке системы управления основной задачей являлось получение
спирта со стабильными характеристиками и качеством, превышающим
качество спирта до внедрения автоматизированной системы управления..
Эта задача была успешно решена путем точного задания рабочих параметров
БРУ и их стабилизации в узких пределах. Весьма важным результатом
явилось поддержание температуры на 16 тарелке спиртовой колонны
с точностью плюс-минус 0,25°С. |
Переход с пневмоавтоматики на новую компьютерную систему автоматического
управления выявил следующие ее преимущества:
1. Пуско-наладка компьютерной системы производилась без остановки
основного производства и без снижения производительности спиртовой
установки;
2. В одном помещении, на одном рабочем месте собрана вся информация
о работе спиртовой установки и сосредоточены все органы управления
основными параметрами технологического процесса;
3. У начальника цеха появилась возможность, не прерывая процесс управления,
просматривать результаты предыдущей смены и объективно оценивать ее
работу;
4. Существенно облегчена работа операторов: |
- отпала необходимость тщательно следить за уровнем давления верха
и низа четырех колонн по стеклянным водяным манометрам;
- исключена операция ручного регулирования расхода воды через
дефлегматор и конденсатор эпюрационной колонны;
- исключена операция ручного корректирования расхода бражки вращением
вентилей;
- исключена необходимость постоянного визуального отслеживания
уровней в баках повторной и холодной воды;
|
5. Исключен слив химочищенной воды в канализацию, благодаря своевременному
напоминанию операторам котельной о переполнении бака;
6. Появилась возможность наглядного обучения операторов воспроизведения
и разбора ошибок предыдущих смен;
7. Облегчено обнаружение неисправно работающих узлов спиртовой установки.
Например, по графику давления пара в коллекторе обнаружен неисправно
работающий клапан парового коллектора, а по температуре выходной
воды – засорившийся и требующий промывки дефлегматор бражной колонны;
8. Появилась возможность запоминания режимов удачной работы установки,
обеспечивающих получение качественного спирта и их последующего
автоматического воспроизведения;
9. Исключено влияние уровня бражки в передаточной емкости на расход
бражки, благодаря стабилизации расхода с применением контура регулирования
на частотном преобразователе;
10. Обеспечена возможность в течение получаса управлять работой
спиртовой установки при отключенном электропитании 220 в для вывода
ее на безопасный режим;
11.Сохранены и используются в процессе управления ранее установленные
пневмоклапаны на подаче пара в колонны, что существенно снизило
стоимость всей системы автоматизации в целом;
В результате внедрения АСУ нового поколения на ОАО «Этанол» удалось
добиться стабильного выпуска высококачественного спирта, сократить
потери энергоресурсов, облегчить работу персонала и подготовить
базу для автоматизации всего производства в целом. В частности,
результаты, полученные в период пуско-наладочных работ, позволили
руководству предприятия реконструировать теплообменные узлы, с целью
устранения возмущений, вносимых в работу спиртовой колонны при изменении
расхода бражки. В то же время, программа управления технологическим
процессом позволяет быстро разрабатывать и на практике реализовывать
математические модели взаимосвязанного управления различными стадиями
технологического процесса, а также рассчитывать и вводить дополнительные
коэффициенты, определяющие эффективность производства.
|
Дополнительная информация |
САУ БРУ изготавливается на основе проекта, выполняемого, как
правило, отраслевым проектным институтом «Гипропищемаш-2». Проект
в обязательном порядке проходит экспертизу Гостехнадзора на соответствие
правилам промышленной безопасности. Стоимость проекта и экспертизы
входит в сумму договора.
Изготавливаемое оборудование передается Заказчику «под ключ», с
выполнением полного цикла пуско-наладочных работ. Средние сроки
выполнения заказа на создание, монтаж и пуско-наладку САУ составляют
3 месяца. Стоимость системы в основном определяется стоимостью запорно-регулирующей
арматуры.
Вся выпускаемая ООО «СпиртПриборСервис» техника является достаточно
сложной и требует специального обслуживания в процессе эксплуатации.
Одним из решений данной задачи является обучение и практическая
подготовка специалистов «на местах». Еще в процессе изготовления
заказа предприятие-заказчик направляет своих специалистов для знакомства
с изделием, с его особенностями, которые могут выявиться в процессе
эксплуатации. Практическая же подготовка проходит при производстве
пуско-наладочных работ. Инженерно-технический персонал Заказчика
под руководством специалистов ООО «СпиртПриборСервис» проходит курс
обучения с выдачей, если это требуется, соответствующих удостоверений,
дающих право обслуживать и ремонтировать поставленное оборудование.
На все изготавливаемое оборудование дается гарантия 3 года.
Москва
26.12.2003 г.
|
Доклад был сделан Генеральным директором ООО "СпиртПриборСервис"
к.т.н. Сергеевым В.И. на московском научно-практическом семинаре
специалистов спиртовой отрасли на тему "Современные тенденции
развития технологии и аппаратурного оформления процессов ректификации
в спиртовом производстве. Пути повышения качества и увеличения выхода
ректификованного спирта". |
|