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

• 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