май 2004 - Водка без АСУ - деньги на ветер.
Дмитрий Кудрявцев, ведущий специалист предприятия "ЭКОМАШ"
Виктор Севрюков, главных технолог предприятия "ЭКОМАШ"
Обязательным условием высокого и стабильного качества водки является постоянное и точное соблюдение параметров технологических процессов на всех этапах приготовления. В большинстве случаев выполнить это условие достаточно сложно ввиду наличия либо устаревшего ликеро-водочного оборудования для производства , либо отсутствия высококвалифицированных специалистов. Одним из основных решений в обеспечении указанных условий является включение в процесс производства водки автоматической системы управления и контроля технологического процесса (АСУ ТП). Это позволяет с оптимальной производительностью, высокой точностью и стабильностью соблюдать технологию приготовления водки на всех этапах, начиная с приёмки спирта и заканчивая отпуском готовой продукции на линии разлива, а так же вести учёт расхода спирта и других расходных материалов.
Принципы построения системы.
Структурная схема автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) представлена на рис.1.
Система построена по трёхуровневой иерархической схеме. На верхнем уровне размещён управляющий компьютер он же выполняет функции сервера АСУ ТП, на который сведены пульты управления (ПУ) операторов спиртохранилища, цеха приготовления, отделения хранения, а также пульт контроля лаборатории качества под управлением которых работают удалённые системы сбора и обработки данных, которые в свою очередь принимают и обрабатывают информацию с датчиков и выдают управляющие сигналы на агрегаты и механизмы.
Рисунок 1 Система выполняет все функции управления и контроля параметров процесса приготовления водки в автоматическом и ручном режимах. Система рассчитана для цеха приготовления производительностью 172800 декалитров водки в месяц (2073600 дал. в год). Общее число угольных колонок - 12, сгруппированных в 4-е тройки. В системе заложена возможность наращивания аппаратных и программных средств. Верхний уровень системы - управляющий IBM-совместимый компьютер, который отвечает за характеристики технологического процесса в целом и подготовку необходимых данных для ПУ операторов. Заложенные в главный компьютер функции сервера АСУ ТП позволяют формировать архив по учёту расходных материалов, архив фактических параметров приготовляемых водок, а также архив фактических технологических режимов.
Формирование архива ведётся по техническому заданию заказчика. Наличие указанного архива позволяет в более короткие сроки и с большей экономией расходных материалов выводить оборудование на рабочий режим при изменениях в технологическом процессе (перегрузка угольных колон, переход на другой сорт спирта и т.д.).
В качестве сервера АСУ ТП главный компьютер может быть встроен в локальную сеть предприятия, что позволяет осуществить взаимодействие между уровнями производства и управления, такими как система планирования ресурсов предприятия, система управления материальными потоками, система управления основными производственными фондами. Средний уровень - пульты управления операторов, которые позволяют полностью контролировать и управлять всеми технологическими процессами в режиме автоматической работы, при необходимости вносить корректировки или управлять этими процессами в ручном режиме, а так же формировать отчеты по прохождению расходных материалов. Формирование отчётов ведётся по формам утверждённым заказчиком.
Пульты управления операторов выполнены на IBM-совместимых компьютерах с операционной системой Windows 98 и инструментальной системой "Good Help", на основе которой строится графическая визуализация системы управления, позволяющая выполнять все указанные функции системы. - пульт управления оператора спиртохранилища позволяет вести приёмку спирта с контролем основных параметров: концентрации, температуры, плотности и объёма. Перекачка идёт в автоматическом режиме, контроль заполнения емкостей осуществляется с помощью уровнемеров, установленных на емкостях спиртохранилища.
Программное обеспечение данного пульта управления позволяет формировать отчеты. - пульт управления оператора цеха приготовления позволяет в автоматическом или ручном режимах управлять технологическим процессом приготовления водки с визуализацией всех контролируемых параметров в режиме реального времени, корректировать параметры технологического процесса без отключения управления, формировать отчёты. - пульт управления оператора отделения хранения позволяет вести в автоматическом и ручном режимах прием водки из цеха приготовления и отпуск её на линии разлива, контролировать заполнение емкостей, формировать отчёты. - пульт контроля лаборатории качества позволяет в режиме реального времени контролировать параметры технологического процесса и параметры производимой водки на всех стадиях приготовления. Человеко-машинные интерфейсы выполнены максимально удобными для оператора, что позволяет оператору иметь минимальный опыт работы с компьютером.
Вид экрана монитора пульта управления оператора отделения приготовления в режиме "автомат" показан на рисунке 2. Нижний уровень - системы удалённого сбора и обработки данных построены на основе РС-совместимых промышленных контроллерах (ПК) серии ROBO-3140 и комплекта модулей серии I-7000 фирмы ICP CON (модули дискретного и аналогового ввода/вывода), которые являются дистанционно управляемыми модулями сбора и обработки информации с датчиков уровня, расходомеров, измерителей концентрации спирта, и модулями формирования и передачи управляющих команд на исполнительные механизмы: насосы, запорные клапаны, мешалки. Связь между пультами управления и контроллерами, а также между контроллерами и модулями осуществляется с использованием интерфейса RS-485.
Программное обеспечение Программное обеспечение верхнего уровня построено на базе программного пакета фирмы Wonderware, учитывает все особенности технологического процесса приготовления водки и позволяет: - управлять технологически процессом, поддерживая параметры технологического процесса в заданном диапазоне, как в автоматическом, так и в ручном режимах; - контролировать работу оборудования, наблюдая в реальном масштабе времени числовые значения параметров технологического процесса без отключения режима управления; - корректировать параметры технологического процесса без отключения режима управления; - проводить диагностику оборудования и отработку аварийных режимов; - проводить диагностику технологического процесса, что значительно сокращает простои и исключает ошибки операторов; - вести учёт расхода сырья и расходных материалов; - вести архивацию и просмотр изменений параметров технологического процесса; - проводить текущий контроль качества производимой продукции; - отслеживать процесс производства с учетом загрузки оборудования.
Программное обеспечение имеет возможность интеграции режима мониторинга технологического процесса в локальную сеть предприятия. Отличительные особенности Отличительными особенностями данной системы является точное и постоянное во времени соблюдение заданных параметров технологического процесса. Наличие в составе системы измерителей концентрации спирта (ИКС) позволяет при приготовлении сортировки контроллеру анализировать концентрацию и температуру спирта и брать за основу расчёта массы жидкостей. Точность дозировки достигается применением в системе массовых расходомеров фирмы DANFOSS, имеющих погрешность 0,1% и позволяющих так же измерять плотность раствора.
Контроль концентрации спирта в смесителях после перемешивания раствора позволяет в случае необходимости сделать корректировки по крепости до того как водно-спиртовая смесь попадёт в напорные ёмкости, это в свою очередь исключает возможную корректировку крепости на этапе приготовления водки, что значительно влияет на её качество. Далее водно-спиртовая смесь подаётся в напорные ёмкости. Основным процессом, влияющим на качество водки является процесс фильтрации водно-спиртовой смеси через угольные колонки. Основными параметрами этого процесс являются постоянная скорость фильтрации и температурный режим водно-спиртовой смеси.
Для решения этих задач в напорных емкостях установлены уровнемеры, которые позволяют с высокой точностью поддерживать уровень жидкости в напорных емкостях, что является одним из условий поддержания постоянной скорости фильтрации через угольные колонки. К тому же на входе в угольные колонки установлены объёмные расходомеры фирмы DANFOSS, имеющие погрешность 0,25% и запорный регулируемый клапан, управляемый контроллером, который поддерживает скорость фильтрации в заданном диапазоне с высокой точностью. Постоянный температурный режим обеспечивается наличием на входе в угольные колонки теплообменника, который под управлением контроллера поддерживает заданную температуру смеси.
На органолептические свойства водки влияет точность дозировки добавляемых ингредиентов. Установленные на доводных чанах уровнемеры позволяют точно определить объём поступившей на приготовление сортировки, контроллер делает точный расчёт количества вводимых ингредиентов под данный объём сортировки, которые вводятся последовательно. Контроль объёма (массы) вводимых ингредиентов осуществляется дозирующим расходомером фирмы DANFOSS, имеющим погрешность 0,1%. После добавления ингредиентов и перемешивания производится контроль крепости, плотности и температуры полученной водки.
Далее водка перекачивается в отделение хранения, откуда подаётся на линии разлива. Предлагаемая система управления исключает действия операторов из процесса расчёта и замера объёмов ингредиентов мерниками и, следовательно, исключает ошибки, связанные с низкой точностью мерников и человеческим фактором, что и позволяет получать водку стабильно высокого качества. Конструктивное исполнение. Конструктивно АСУ выполнена в виде распределённо-модульной системы.
Пульты управления устанавливаются в комнатах операторов, там же размещаются шкафы управления, в которых размещаются контроллеры, блоки питания, цепи искрозащиты и электрические автоматы. Устройства сбора и обработки информации размещаются также в шкафах со степенью защиты не менее IP 54 в непосредственной близости от управляемого оборудования.
Крепёж всех элементов в шкафах осуществляется на DIN-рейки, что максимально сокращает время замены любого элемента. Кабельная разводка выполняется в трубах и гибких металлорукавах. Надёжность. Надёжность АСУ определяется надёжностью входящих в неё программно-аппаратных средств. Показателем надёжности является проверенное временем применение программного обеспечения и аппаратных средств в разработанных и внедрённых ранее системах управления (СУ): СУ установкой мойки В2-ОЦЗ-У, СУ электоропастеризатором А1-ОПЭ-1000, АСУ линии приёмки и переработки молока.
В части аппаратных средств применяются хорошо зарекомендовавшие себя отечественные датчики и исполнительные механизмы, выполненные во взрывобезопасном исполнении с использованием искробезопасных цепей. Надежность модульной системы сбора и обработки информации обусловлена высокими техническими характеристиками широко применяемых во всём мире модулей корпорации ICP CON. Важным фактором надёжности системы является её гарантированное сервисное обслуживание в течение всего периода работы системы.
Наряду с обеспечением высоких показателей надёжности, при проектировании АСУ ТП большое внимание уделено стоимостным показателям. Широкое применение в АСУ ТП аппаратно - программных средств отечественных производителей позволило сделать стоимость изготовления и стоимость эксплуатации ниже, чем стоимость известных зарубежных аналогов. Демонстрационная версия предлагаемой системы будет представлена на выставке "АГРОПРОДМАШ - 2004", которая пройдёт в Москве на Красной Пресне с 4 по 8 октября 2004г. Павильон №2, зал №2, стенд №2249.