Применение техники AutomationDirect в автоматизации пищевой промышленности

Пищевая промышленность в РФ в последнее время развивается довольно высокими темпами. По данным МЭРТ рост объемов производства пищевой промышленности составит в 2008 году 117,8-118,6% к уровню 2004 года. Соответственно возрастает потребность предприятий в системах автоматизации.

Как и любая отрасль промышленности, пищевая промышленность имеет свои особенности, которые в свою очередь накладывают определенные требования к технике автоматизации.

Из особенностей производств пищевой промышленности можно выделить некоторые основные:

• Производства характеризуются наличием большого числа трубопроводов, отсюда возникает задача создания распределенной системы сбора информации с местных управляющих устройств насосов, клапанов, дозаторов.
• В производственном процессе большую долю занимают повторяющиеся операции с изменяющимися параметрами (производство продуктов по рецептам).
• В номенклатуре средств измерений присутствуют системы измерения сыпучих и вязких сред, большое распространение имеют системы взвешивания.
• Часто процесс управления требует методик расчетов, не реализуемых в стандартных измерительных комплексах, выполнение которых ложится на АСУТП.
• В производстве, как правило, четко выражена постадийность, причем зачастую система автоматизации необходима отдельно для аппарата.
• Многие процессы обладают критичностью ко времени и точности поддержания параметров, что налагает требования по быстродействию и точности измерения.

При всем этом в пищевой промышленности распространены ситуации изменения производственного цикла и смена оборудования, отсюда АСУТП должна обладать широкими коммуникационными возможностями и масштабируемостью.

В данной статье рассматривается построение АСУТП с учетом вышеперечисленных требований на базе средств автоматизации AutomationDirect, эксклюзивным поставщиком оборудования которой в России и странах СНГ является ООО “ПЛКСистемы”.

Будем рассматривать построение АСУТП по частям, начиная с системы ввода-вывода и заканчивая человеко-машинным интерфейсом.

Система ввода-вывода

Для построения распределенной системы ввода-вывода AutomationDirect предлагает систему Terminator I/O -  надежную систему распределенного полевого ввода-вывода модульной конструкции. В одном корпусе модуля располагаются сразу и каналы ввода-вывода, и клеммный блок, что позволяет сэкономить место при монтаже и установить узлы ввода-вывода на минимальном расстоянии от полевых устройств и расстоянии до 1000 метров от управляющего устройства.
Система Terminator I/O поддерживает все наиболее распространенные протоколы связи, такие как: Ethernet, Profibus, DeviceNet, MODBUS, Koyo Remote I/O. Такое разнообразие протоколов позволяет модулям Terminator I/O работать как с техникой AutomationDirect, так и с контроллерами других производителей. В систему Remote I/O входят модули аналогового и дискретного ввода-вывода с поддержкой горячей замены, а также специальные модули скоростного счета и коммуникационные модули.

Рис.1   Система распределенного ввода-вывода Terminator I/O

Система управления

Для организации системы управления целесообразно использовать контроллеры DirectLOGIC компании AutomationDirect. Семейство DirectLOGIC состоит из нескольких контролеров для различных задач.

Микроконтроллер DL05 – это самый доступный контроллер небольшого размера с широкими возможностями. Он имеет 14 встроенных каналов дискретного ввода-вывода (8 входов/6 выходов), 2 порта RS-232C, 4 контура ПИД-регулирования и один слот расширения, который поддерживает дополнительные дискретные и аналоговые модули, модуль памяти и часов/календаря реального времени или модуль для подключения к сети DeviceNet.

Микроконтроллер DL06, - 9 базовых моделей с питанием от постоянного или переменного тока, память 14.8 КСлов, 2 коммуникационных порта RS-232C и RS-232/422/485 (c поддержкой протокола MODBUS RTU и ASCII), 229 команд, включая 8 ПИД-регуляторов с автонастройкой и команды работы с ASCII-обменом, 36 встроенных каналов ввода-вывода для всех моделей, поддержка до 100 каналов ввода-вывода (4 модуля расширения), большой выбор дополнительных модулей (12 типов дискретных, 13 аналоговых, специальные и коммуникационные модули).

Микроконтроллеры DL105 содержат в одном корпусе процессор, источник питания и устройство ввода-вывода. Серия DL105 – восемь моделей с различными комбинациями входов/выходов - переменного, постоянного тока или релейными, а также с питанием от переменного или постоянного тока. Особенностью серии является наличие моделей с релейными выходами 7А со встроенной защитой от бросков напряжения.

DL205 дает Вам возможность создавать мощные и экономически эффективные системы сбора данных и диспетчерского контроля. DL205 имеет шесть различных процессоров, два встроенных последовательных порта для работы с человеко-машинным интерфейсом (HMI), последовательными сетями, удаленным вводом-выводом и устройствами, поддерживающими протокол обмена ASCII. Имеются также свыше 35 мощных модулей ввода-вывода и коммуникационных модулей. В семейство DL205 входит процессор, поддерживающий Windows CE.

DL405 является наиболее мощным ПЛК DirectLOGIC и может использоваться в системе управления с очень сложной инфраструктурой. Он имеет большее количество дополнительных коммуникационных модулей и модулей ввода-вывода, чем остальные серии. Три типа процессоров имеют от 6.5K памяти с 1664 каналами ввода-вывода до 30.8K памяти с 16 384 каналами ввода-вывода. В дополнение к характеристикам DL205 он имеет: входы-/выходы постоянного тока до 64 каналов на модуль, ведущий и ведомый модуль удаленного ввода/вывода по Ethernet, от 16 до 96 ПИД-регуляторов.

Контроллеры программируются на языках соответствующих стандарту МЭК 1131.3, 61131.3. Для контроллеров, поддерживающих Windows CE, существует среда программирования Think & Do Studio, позволяющая программировать последовательности действий в виде блок-схем и циклограмм.

Широкая номенклатура модулей ввода-вывода позволяет принимать и выдавать все стандартные сигналы, также представлены специальные модули, например управления шаговым двигателем, приемов сигналов с термопар и термометров сопротивления. Отметим наличие в номенклатуре 16 битных аналоговых модулей, обеспечивающих высокую точность.

Система человеко-машинного интерфейса

Контроллеры семейства DL поддерживаются большинством известных производителей HMI продуктов. Например, в распространенные в РФ SCADA-системы InTouch и Trace Mode встроены драйвера контроллеров DL.

Часто на производствах пищевой промышленности вместо полноценной SCADA -системы используют панели оператора. AutomationDirect предлагает панели оператора C-more.

Панели C-more имеют цветные жидкокристаллические ТFT-экраны (у панелей диагональю 6 дюймов STN-экраны) с диагональю от 5.7 до 15 дюймов и разрешениями от 320х240 до 1024х768 точек, они обеспечивают решение задач по созданию систем отображения и управления небольшими технологическими процессами или аппаратами.

Панели C-more имеют ряд возможностей, характерных для полноценных SCADA – систем, таких как: отображение трендов; выдача сообщений о событиях; возможность ведения архивов; встроенные часы реального времени; возможность выполнения рецептов. Напрямую соединяются с контроллерами DirectLOGIC и рядом других контроллеров, интегрируются в сети Ethernet  через встроенный порт. На рис.2 и 3 показан пример программирования рецептов с использованием C-more.

Рис.2.   Программирование рецепта		Рис.3 .  Управление рецептами в панели C-more

Типовые решения для пищевой промышленности

В заключение приведем несколько типовых решений на технике DirectLOGIC, применимых как тиражируемые системы в пищевой промышленности.

Система 1

Автоматизация постадийного производства, на примере производства пива. Система состоит из контроллеров DL06, объединенных в сеть Ethernet, каждый контроллер отвечает за одну стадию, отображение информации и управление осуществляется с помощью станции оператора в центре управления.

Предусматривается возможность местного управления каждой стадией с помощью панелей C-more.

Рис.4.   Структура системы автоматизации постадийного производства, на примере производства пива.

Система 2

Автоматизация системы взвешивания и управление двигателями дозирующих клапанов. Задачи по получению данных с интеллектуальных весов и дозирование ингредиентов часто встречаются в пищевой промышленности. На рис. 5 приведен пример автоматизации дозирующей установки. Контроллер DL205 принимает данные с системы взвешивания напрямую по RS-232 интерфейсу (в зависимости от модели весов может быть RS-485, ASCII). Управление осуществляется с помощью рецептурного модуля панели C-more. Подобные системы широко используются в зерновых элеваторах.

Рис.5.   Структура системы автоматизации дозирующей установки.

Система 3

Управление большим распределенным производство на примере завода по производству кофе. Данная система, в общем-то, характерна не только для пищевой промышленности и может быть использована для любого производства подобной структуры.

Рис.6.   Автоматизация распределенного производства с большим количеством точек ввода-вывода, на примере производства кофе.

В системе используется устройства распределенного ввода-вывода Terminator I/O, установленные в цехах, сбор данных происходит по сети Ethernet (в зависимости от условий проектирования может быть применена сеть Profibus Modbus DeviceNet). Данные поступают в управляющий контроллер DL405, который в свою очередь включен в сеть операторских станций.

Система 4

Система приготовления продукта по рецепту. Система состоит из устройств распределенного ввода-вывода Terminator I/O, установленных по месту приготовления ингредиентов и конечного продукта. Управление осуществляется контроллером DL205, в который последовательно загружаются рецепты, запрограммированные рецептурным модулем панели C-more. Система последовательно осуществляет приготовление ингредиентов и конечного продукта по заданным рецептам. Такие системы находят свое применение в кондитерской промышленности.

Рис.7.   Структура Автоматизация производства с использованием рецептов.

Заключение

Приведенные решения даны схематично, в них не обозначены приборы КИПиА и не описывается технологический процесс, поэтому стоит заметить, что номенклатура модулей ввода-вывода контролеров DirectLOGIC включает в себя модули для приема и выдачи всех стандартных и многих специальных видов сигналов. Для примера в системе 4 возможно управление перемешивающим устройством, нагревательными элементами и т.д. Подобные задачи решаются уже индивидуально для каждой системы подбором модулей ввода-вывода.

Василий Шауро
ООО «ПЛКСистемы»