Автоматизированная система управления технологическим процессом приготовления пива

ООО «Экомаш» Ведущий специалист Севрюков В.Д.

Обязательным условием высокого и стабильного качества пива является постоянное и точное соблюдение параметров технологических процессов на всех этапах приготовления. В большинстве случаев выполнить это условие достаточно сложно ввиду наличия либо устаревшего оборудования, либо отсутствия высококвалифицированных специалистов. Одним из основных решений в обеспечении указанных условий является включение в процесс производства пива автоматической системы управления и контроля технологического процесса (АСУ ТП), что позволяет с оптимальной производительностью, высокой точностью и стабильностью соблюдать технологию приготовления пива на всех этапах, начиная с приёмки солода и заканчивая отпуском готовой продукции на линии разлива, а так же вести учёт расхода солода, дрожжей 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 помещён управляющий компьютер, он же выполняет функции сервера АСУ ТП, на который сведены: пульт управления оператора цеха приготовления, пульт контроля лаборатории качества и пульты других пользователей (главный технолог, главный механик и т.д.). Под управлением пульта опе-ратора цеха приготовления 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.

Система выполняет все функции управления и контроля параметров процесса приготовления пива в автоматическом и ручном режимах. 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 приготовляемого пива, а также архив фактических технологических режимов. В качестве сервера АСУ ТП главный компьютер может быть встроен в локальную сеть предприятия.

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. 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 ЦЕХА ПРИГОТОВЛЕНИЯ управляет работой отделения варки сусла, брожения, отделения дображивания, мойкой, системой вентиляции и кондиционирования и позволяет:

  • вести приёмку солода и дрожжей и других компонентов в ручном и автоматическом режимах с контролем основных параметров: объёма, температуры и плотности;
  • управлять технологическим процессом приготовления пива в автоматическом или ручном режимах, контролировать параметры технологического процесса в числовом и графическом виде в режиме реального времени, корректировать параметры технологического процесса без отключения управления;
  • задавать и управлять режимами мойки трубопроводов и оборудования;
  • контролировать и поддерживать заданные температуру, влажность и содержание СО2 в помещении цеха.
  • индицировать состояния клапанов, насосов и прочего оборудования;
  • формировать аварийные сообщения оператору в случае отклонения текущих параметров процесса от заданных или в случае выхода из строя или сбоев оборудования;
  • формировать и архивировать отчеты по прохождению солода, дрожжей и других расходных материалов. При формировании отчёта фиксируются: дата, время, № смены, сорт (наименование), параметры, количество, номера сопроводительных документов (накладная, аналитический лист и т.д.), ФИО ответственного лица.

ПУЛЬТ КОНТРОЛЯ ЛАБОРАТОРИИ КАЧЕСТВА ПОЗВОЛЯЕТ в режиме реального времени контролировать параметры технологического процесса и параметры производимого пива на всех стадиях приготовления. Возможно подключение пультов других пользователей, например пульта главного технолога, главного механика и других пользователей, что дает возможность специалистам указанных служб в режиме реального времени отслеживать состояние процесса и оборудования. Человеко-машинные интерфейсы выполнены максимально удобными для оператора, что позволяет оператору иметь минимальный опыт работы с компьютером. Вид экрана пульта управления оператора цеха приготовления в режимах "сусло", "брожение", "дображивание", "хранение" показан на рисунках 2, 3, 4, 5.

НИЖНИЙ УРОВЕНЬ - система удалённого сбора и обработки данных. Система построена на основе РС-совместимого промышленного контроллера (ПК) серии ROBO-3140 и комплекта модулей серии1-7000 фирмы ICP CON (модули дискретного и аналогового ввода/вывода). Модули предназначены для сбора и обработки информации с датчиков уровня, расходомеров, датчиков температуры и давления, и для формирования и передачи управляющих команд на исполнительные механизмы: насосы, запорные клапаны, мешалки. Связь между пультом 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 "Factory Suite A2" фирмы "Wonderware". Программное обеспечение имеет возможность интеграции режима монито-ринга технологического процесса в локальную сеть предприятия.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ СИСТЕМЫ. Большое значение в производстве пива имеет санитарное состояние технологического оборудования и производственных помещений, поэтому предлагаемая система имеет возможность управлять процессом мойки оборудования. В этой части система позволяет выполнять в режиме реального времени следующие функции:

организовать приготовление и поддержание заданной концентрации моющих составов в процессе мойки, что позволяет выполнять мойку магистралей практически любой длины;

осуществлять в автоматическом режиме подключение магистралей в соответствии с заданной последовательностью мойки;

осуществлять автоматическое регулирование подачи концентрированных растворов для поддержания заданной концентрации моющих составов непосредственно в режиме мойки;

автоматически поддерживать температуру и продолжительность каждой технологической операции;

гибко менять последовательность подачи моющих растворов, продолжительность операций, температурные режимы и концентрацию растворов.

Обязательным условием высокого и стабильного качества продукции любого производства является постоянное и точное соблюдение параметров микроклимата в производственных помещениях. Предлагаемая система имеет возможность контролировать и управлять системой вентиляции и кондиционирования.

В этой части система позволяет выполнять в режиме реального времени следующие функции:

  • контролировать и поддерживать заданные температуру, влажность и содержание СО2 в обслуживаемых помещениях;
  • индицировать в цифровом и графическом виде температуру, влажность, и содержание СО2 в обслуживаемых помещениях и наружного воздуха;
  • индицировать состояния задвижек, вентиляторов, клапанов, насосов и прочего оборудования;
  • формировать и архивировать аварийные сообщения оператору в случае отклонения текущих параметров процесса от заданных, в случае выхода из строя или сбоев оборудования;
  • проводить диагностику и тестирование оборудования и программного обеспечения с архивацией результатов тестирования;
  • вести и архивировать журналы по учёту оборудования, учёту ремонтов и профилактик оборудования;

Вид экрана монитора в режимах "мойка" и "вентиляция" показан на рисунках 6 и 7.

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, 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, АСУ ТП цеха приготовления водки. В части аппаратных средств применяются хорошо зарекомендовавшие себя отечественные датчики и исполнительные механизмы. 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 наличие системы диагностики, которая позволяет в режиме реального времени отслеживать аварийное состояние датчиков, измерительных приборов и исполнительных механизмов. Не менее важным фактором надёжности системы является её гарантированное сервисное обслуживание в течение всего периода работы системы.

Для более полного ознакомления с представленной АСУ ТП имеется демонстрационная версия данной системы.