РЕАЛИЗАЦИЯ   АСУ  БРАГОРЕКТИФИКАЦИОННОГО ОТДЕЛЕНИЯ СПИРТЗАВОДА

Назначение и область применения

     Разработанная   система автоматизации обеспечивает управление технологическим процессом брагоректификации с возможностью  внесения  корректировок в работу установки с рабочего места оператора. Масштабируемость системы позволяет развивать и модернизировать ее, добавляя новые функции при изменении технологической схемы. Основой АСУ являются программные и технические решения ведущих  производителей, учитывающие особенности отечественного оборудования. Система управления  является составной частью АСУ всего спиртзавода. АСУ  БРУ позволяет контролировать и поддерживать в оптимальных режимах следующие параметры брагоректификационных установок:

    Технологическая схема объекта представлена на рисунке. Это традиционная технология, предусматривающая использование трех колонн - бражной, эпюрационной и ректификационной.

     Качество получаемого этилового спирта определяется стабильностью работы всей установки, т.е. стабильностью технологических параметров. Все параметры каждой из колонн БРУ должны строго соответствовать технологическому регламенту. Изменение режима работы любой из колонн неизбежно приводит к изменению режима работы установки в целом.

Цель создания АСУ ТП

Целью создания АСУТП является повышение технико-экономических показателей работы завода за счет:

• Оперативного получения информации о ходе технологического процесса и принятия на его основе обоснованных решений по стратегии управления;

• Ведения технологических процессов в режимах близких к оптимальным;

• Качественного цифрового регулирования;

• Применения эффективных алгоритмов управления и современных средств автоматизации ;

• Сокращения расходов, связанных с производственными потерями;

• Улучшения условий работы оператора-технолога.

Выполняемые функции

Для реализации поставленной цели АСУ ТП должна выполнять следующие функции:

• Сбор и хранение информации;

• Сигнализация и регистрация нарушений норм технологического режима;

• Отображение информации о технологическом процессе на мониторе ПК;

• Автоматическое регулирование технологических параметров;

• Программно-логическое управление;

• Оперативное управление технологическими процессами;

• Регистрация и документирование предаварийных и аварийных ситуаций;

• Формирование рапортов и журналов;

• Получение предыстории развития технологических параметров за длительное время в виде трендов, графиков, таблиц;

• Контроль действий оператора;

• Защита от несанкционированного доступа к функциям системы.

Высокое качество регулирования технологических параметров и обеспечение стабильного отбора конечного продукта с заданными качественными характеристиками реализуется благодаря применению оригинальных алгоритмов управления, разработанных нашими специалистами.  Основа алгоритма системы управления БРУ строится по принципу локальных контуров регулирования, которые обеспечивают поддержание требуемых значений технологических параметров. При этом реализуются функции, достаточно традиционные для подобных СУ:

• поддержание постоянных давлений низа колонн;

• поддержание постоянных давлений верха колонн с коррекцией по температурам охлаждающей воды на выходах из дефлегматоров колонн;

• поддержание постоянной температуры на тарелке питания ректификационной колонны с коррекцией по температурам в контрольных точках колонны;

• управление контуром подачи бражки в бражную колонну с коррекцией по расходу спирта и эпюрата;

• отработка аварийных ситуаций, связанных с возможным пропаданием пара, охлаждающей воды и воздуха

    Структура  комплекса

Основой  системы управления является  информационно – вычислительный комплекс, построенный на базе промышленных контроллеров серии КОНТРАСТ - КР-300 и программного пакета КАСКАД, реализующего функции оперативного контроля и управления.

Физически система управления состоит из:

• датчиков и исполнительных механизмов, расположенных непосредственно на технологическом оборудовании;

• удаленных УСО и шкафа управления, где располагаются контроллер, блок бесперебойного питания, нормирующие преобразователи, коммутационное оборудование;

• компьютера с установленным программным обеспечением: кросс-система КОНТРАСТ для  программирования и мониторинга контроллера. Она поставляется вместе с контроллером и является  прекрасным инструментом отладки технологических программ. Поддержка всех сетевых протоколов позволяет интегрировать рабочую станцию в существующие сетевые структуры. 

АСУ  ТП  представляет собой традиционную  трехуровневую систему управления:

• первый - уровень датчиков, преобразователей  и исполнительных механизмов.   Функции уровня –  сбор  и первичная обработка информации; реализация управляющих воздействий.

• второй - уровень подсистемы управления. Это уровень контроллеров.  Функции уровня – опрос измерительных датчиков; реализация алгоритмов управления и аварийной защиты; контроль работоспособности оборудования; передача результатов измерений и вычислений на верхний уровень.

• третий - уровень автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора.  Основные функции уровня – отображение информации о ходе технологического процесса; передача команд оператора в подсистему управления; архивирование данных о работе установки; ведение протокола работы системы и действий оператора.

 Структурно система управления выглядит  следующим образом:

АРМ технолога
промышленный контроллер
Датчики, исполнительные механизмы

Уровень датчиков

В качестве датчиков, преобразователей и исполнительных механизмов в АСУ БРУ используются модели лучших отечественных и зарубежных производителей, отвечающих современным требованиям и имеющим приемлемые показатели с точки зрения цена/качество. Использование датчиков с унифицированными токовыми выходными сигналами, а также исполнительных механизмов с электропневматическими позиционерами позволило обойтись без установки нормирующих преобразователей. Такое решение не только снижает стоимость комплектации и затраты на дополнительный монтаж, но и повышает надежность системы за счет устранения дополнительных элементов.

 Для  измерение величин давлений использованы измерительные преобразователи производства APLISENS. Модификации этих датчиков имеют достаточно широкий диапазон измерения, любой стандарт выходного электрического сигнала, что делает их универсальными. Они зарекомендовали себя как недорогое и надежное устройство.

Для измерения температуры используются стандартные термопреобразователи сопротивленя ТСП 100П, подключаемые к измерительным каналам УСО.

Для измерения расхода бражки применен индукционный расходомер "ВЗЛЕТ"

Для измерения расходов спиртосодержащих жидкостей используются  ротаметры производства "KRONE" с электрическим выходным сигналом.

Выполнение требований искробезопасности входных цепей достигается применением барьеров "КОРУНД".

Запорно-регулирующая арматура выбрана производства "РОКБА", с электропневматическими позиционерами в искробезопасном исполнении

Уровень подсистемы управления

  Функционально система представляет собой информационно – вычислительный комплекс, построенный на базе промышленного контроллера серии  КР - 300 ИШ. Контроллер имеет функционально-децентрализованную архитектуру, которая обеспечивает его высокие технические характеристики при минимальной стоимости. Все модули контроллера снабжены встроенными микропроцессорами, которые могут работать независимо и асинхронно по отношению к центральному процессору. Обмен данными ЦП с модулями также децентрализован и осуществляется с помощью трех микроконтроллеров, что повышает производительность и живучесть всей системы. Вся информация с датчиков поступает на контроллер, где на основании разработанного алгоритма вырабатываются управляющие воздействия, которые передаются обратно на первый иерархический уровень – к исполнительным механизмам.

  Программирование контроллеров осуществляется при помощи технологических языков, не требующих привлечения профессиональных программистов при разработке технологических программ - язык функциональных алгоблоков (ФАБЛ) и язык процедурных программ (ПРОТЕКСТ). Процесc программирования на языке ФАБЛ сводится к объединению в систему заданной конфигурации нужных алгоритмов, зашитых в постоянной памяти контроллера, на языке ПРОТЕКСТ - к записи условий, содержащих алгебраические и логические выражения. Созданная таким образом программа записывается в энергонезависимую флэш-память.

Уровень АРМ оператора

     Подключение контроллера к компьютеру выполнено по RS-232. Применяемая нами SCADA система зарекомендовала себя как мощный и надежный инструмент для контроля и управления технологическими процессами. Она спроектирована так, чтобы обеспечить максимально удобную работу с ней для пользователей различной квалификации, не требует специальной подготовки пользователя для настройки отдельных модулей, имеет интуитивно понятный интерфейс.

     Сетевая архитектура системы позволяет легко наращивать ее мощность, гибко конфигурировать под любой технологический процесс, комбинируя нужные модули. К несомненным достоинствам SCADA системы можно отнести следующие архитектурные решения:

• Распределенная клиент/серверная технология;

• Уникальный механизм хранения истории технологического процесса;

• Добавление новых, сколь угодно сложных алгоритмов обработки информации;

• Визуализация процессов, просмотр исторических данных, звуковой и речевой сигнализации, формирование отчетной документации, просмотр событий, публикация данных в WEB;

• Ведение оперативного журнала для регистрации действий диспетчера, сообщений об авариях.

      Связь с контроллерами осуществляется с помощью модулей доступа к данным. Информация, формируемая сервером доступа к данным, предоставляется пользователю посредством клиентских модулей. Основным из них является модуль визуализации, где отображаемые данные группируются в виде панелей мнемосхем. Каждая панель может отображать информацию в любом удобном для анализа виде: графическом, текстовом, анимированных изображений, трендов, гистограмм и т. д. Модуль визуализации является основным инструментом управления процессом.

     Модуль просмотра истории ТП и модуль формирования отчетной документации являются мощным средством для анализа данных и ситуаций. предоставление пользователю максимум удобств по виду отображения и навигации.

     Комплекс технических средств АСУ размещается в шкафах Фирмы Rittal (Германия). Крепеж всех элементов в шкафу производится на DIN-профили, что позволяет производить максимально быструю замену любого блока или модуля без демонтажа кабельных соединений.

Особенности внедренной  АСУ:

•  открытость и доступность системы управления, динамическая  адаптация к запросам пользователей - заказчик  имеет возможность обслуживания и модернизации системы своими силами, без привлечения сторонних организаций;

• система  управления  обеспечивает решение задач, действительно необходимых конкретному производству. Предложенный комплекс технических и программных средств - это  сбалансированный выбор между функциональностью  и ценой. 

• интуитивно понятный русскоязычный интерфейс, простота и доступность технологического программирования, объем и качество сопроводительной документации не  потребуют привлечения специально обученного персонала.