Создание АСУТП диффузии на сахарном заводе
Отделение диффузии одно из первых стадий в процессе сахарного производства. От его работы зависит темп и ритмичность работы завода в целом, именно это отделение определяет качественные и количественные показатели сахарного производства.
Объект автоматизации.
Процесс получения сока диффузионным способом состоит в противоточном высолаживании нарезанной стружки сахарной свеклы горячей водой. При этом сахароза и часть несахаров постепенно переходят в воду, в результате чего содержимое их в стружке снижается, а в воде увеличивается.
На объекте установлена колонная диффузионная установка, она включает в себя высоладживатель колонного типа, ошпариватель, подогреватели сока и оборудование подготовки воды для питания аппарата.
Задачи контроля и управления
При работе диффузионной установки необходимо поддерживать оптимальные значения качественных показателей, в частности концентрацию сухих веществ в диффузионном соке и количество сахара в жоме. Непосредственное управление этими параметрами невозможно, поэтому возникает необходимость их регулирования путем изменения косвенных параметров. К последним относятся показатели материального баланса, теплового режима, нагрузки аппаратов.
На станции требуемый режим обеспечивается за счет введения следующих контуров:
- контроля и управления расходом стружки по ленточным весам, установленным на транспортере,
- стабилизации производительности свеклорезок,
- поддержания уровня сока в колонне,
- стабилизации откачки диффузного сока,
- регулирования откачки сока из колонны,
- контроля содержимого сухих веществ диффузионного сока на выходе ошпаривателя,
- стабилизации температуры питательной воды и циркуляционного сока за счет которой достигается необходимый температурный режим,
- контроля рН сока в колонне,
- измерения перепада давления на ситах колонны и ошпаривателя,
- определения удельной нагрузки на электродвигателях приводов ошпаривателя и колонны.
На станции диффузии система автоматизации выполняет следующие функции:
- принятие и последующая обработка сигналов от датчиков температуры, давления, уровня, расхода, концентрации, величины рН;
- реализация рабочих алгоритмов, алгоритмов аварийных ситуаций, подача управляющих сигналов на соответствующие исполнительные механизмы;
- контроль состояния приводов оборудования,
- требуемые блокировки при управлении оборудованием,
- передача диагностирующей информации, сигналов с датчиков и исполнительных механизмов на операторскую станцию,
- оперативный централизованный контроль в режиме реального времени и вывод информации о ходе технологического процесса в графической форме,
- предупредительная и аварийная сигнализация об отклонениях измеренных или расчетных значений технологических параметров от допустимых пределов,
- контроль ввода оператором заданий и уставок с целью предотвращения возможных ошибок,
- прием от оператора команд управления исполнительными механизмами в дистанционном режиме работы со щита,
- формирование и отображение архивной информации о параметрах технологического процесса, состоянии технологического оборудования и сигналах управления,
- архивирование значений технологических параметров работы оборудования, ведения протокола нарушений и технологического журнала работы системы и действий оператора.
Структура системы автоматизации
Система автоматизации проектировалась как трёхуровневая иерархическая система управления:
- нижний уровень: датчики и исполнительные механизмы;
- средний уровень: контроллер, коммутационная аппаратура, преобразователи для двигателей постоянного и переменного тока;
- верхний уровень: рабочая станция оператора (АРМ оператора).
Для увеличения надежности системы было предусмотрено управление процессом посредством SCADA-системы или непосредственно с щита оператора, отдельно по каждому каналу регулирования. Система имеет возможность перехода с автоматического режима на ручной и обратно, причем переход на автоматический режим «безударный».

Рисунок 1 – Структурная схема АСУТП диффузии.
При создании системы автоматизации были использованы датчики, исполнительные механизмы и преобразователи, которые представляют собою серийные компоненты и имеют унифицированные сигналы. При их выборе необходимо было учитывать повышенную влажность окружающей среды, и кроме того вязкость, агрессивность и загрязненность измеряемой среды (сокостружечная смесь, сульфитированая вода).
Для измерения технологических параметров были использованы:
- термометры сопротивления ТСП100 (ТЕРА, Украина);
- датчики давления Kobold (Германия);
- расходомеры Endress+Hauser и Siemens (Германия);
- для измерения напряжения и тока на двигателях постоянного тока – преобразователи постоянного напряжения и трансформаторы тока фирмы Микрол (Украина);
- рН метры и газоанализаторы.
В качестве исполнительных механизмов были использованы пневматические механизмы: МИП и ПСП. Для регулирования скорости двигателей приводов постоянного тока применялись заводские тиристорные преобразователи.
На трубопроводах основных потоков установлено по два насоса – основной и резервный. Для плавного управления насосами в системе были использованы частотные преобразователи фирмы Lenze, а именно 8200 Vector.
Схемой было предусмотрено переход с одного насоса на другой, при этом управление двигателями осуществляется одним и тем же частотным преобразователем.
Использование преобразователей позволило:
- максимально точно регулировать расход (экономия ресурсов);
- экономить электроэнергию;
- увеличить время эксплуатации самих двигателей.
Любой частотный преобразователь имеет возможность работы в четырех режимах:
- автоматический;
- ручной, со SCADA-системы;
- ручной, со щита оператора;
- ручной, непосредственно возле самого преобразователя.
В автоматическом режиме управление насосами происходит согласно заданной программе пользователя. В дистанционном «ручном» режимах есть возможность запустить, остановить и задать производительность насоса. Для повышения безопасности «по месту» непосредственно возле самого насоса предусмотрены кнопки «Пуск» и «Стоп», которые могут использованы в случае неисправности автоматического режима, пусконаладочных работах, проведение обслуживания и ремонта насоса.
При проектировании системы предусмотрена возможность перехода с автоматического режима на ручной и обратно, причем переход на автомат должен был быть безударным. Возможность перехода реализована с помощью вторичных приборов фирмы Микрол.
Для автоматического управления всей системой используется промышленный контроллер фирмы VIPA c процессором SPEED7.
Выбор этого контроллера был обусловлен его высокой производительностью и поддержкой открытых интерфейсов: Ethernet (одновременно два порта – активный и пассивный) и Profibus-DP master/slave. Последнее, дает возможность подключать дополнительные аппаратные средства и облегчает интеграцию отдельных производственных участков в информационную сеть предприятия.
В проекте, реализованном на заводе:
- первый Ethernet порт используется для конфигурирования, программирования, наладки и диагностики контроллера в режиме on-line,
- второй - для двух групп соединений:
- для связи с программой SCADA/HMI;
- для связи с контроллером-партнером через S5-совместимые коммуникации на транспортном протоколе TCP/IP.
При создании системы автоматизации на станции диффузии необходимо было установит 16 модулей расширения.
Информационная емкость системы:
- общее количество сигналов – 152;
- дискретных входных сигналов – 48;
- дискретных выходных сигналов – 16;
- аналоговых входных сигналов – 64;
- аналоговых выходных сигналов – 24.
Для удобства работы операторов станций, на базе программного пакета Genesis32, разработан человеко-машинный интерфейс, который позволяет вести контроль над технологическим процессом, а также одновременно управлять узлами и механизмами на всех стадиях работы.
На экране монитора можно:
- контролировать все технологические параметры, включая скорости вращения трубовалов и насосов, управляемых частотными и тиристорными преобразователями;
- отображать аварийные сообщения, используется графическую диагностику;
- проводит выбор технологического режима, с помощью дисплейной мнемосхемы;
- отображать данные производственной статистики и анализа работы.
Доступ к изменению технологических параметров выполняется через пароли с разными уровнями приоритетов.
При разработке человеко–машинного интерфейса для автоматизированной системы придерживались следующих принципов:
- простоты: каждая картинка на дисплее отображала модель физического процесса и его работу, при этом вместе с важными данными не выводилась ненужная и избыточная информация,
- наглядности: обеспечивалась связь между техническим процессом, его режимами работы и оператором,
- последовательности: для отображения одинаковых, или аналогичных элементов системы применялись однотипные обозначения.
При этом оператор может иметь минимальный опыт работы с компьютером.

Рисунок 2 - Мнемосхема технологического процесса диффузии
Результаты и эффект внедрения
Спроектированная и реализованная система управления станции диффузии позволяет:
- стабилизировать расход стружки при автоматическом управлении свеклорезками и контроле уровней в бункере;
- рационально проводить подготовку питательной воды;
- эффективно управлять гидродинамическим и температурным режимами;
- оптимизировать технологический процесс;
- обеспечить ритмичность подачи сокового потока и согласовать производительность отделений с производительностью смежных отделений;
- повысить надежность системы, уменьшен человеческий фактор;
- интегрировать систему управления процессом дифузии в единую информационную сеть предприятия;
- осуществлять удобное управление процессом и производить последующий анализ работы станции.
При введении в эксплуатацию системы автоматизации экономический эффект достигается за счет:
- повышения производительности диффузионной установки;
- увеличения содержания сахара в диффузионном соке;
- снижения расхода энергии, пара (газа).
← Вернуться к списку проектов