Глава 3. Системы управления пищевыми производствами.

Концепция построения систем управления.

Аппаратура: локальный ПЛК®сетевой ПЛК или ПМК®промышленный

ПТК + SCADA-система.

Операционная система: фирменная ОС®универсальная ОС РВ®Windows

NT®Windows NT + расширение РВ®Unix®ОС РВ QNX и др.

Программирование: специальные средства®языки IES – 1131-3®VBA, C++,

JAVA и другие.

Цель создания и внедрения систем управления: обеспечение качества про-

дукции, увеличение экономичности производства, повышение надежности

функционирования оборудования, повышение производительности, обеспе-

чение экологичности и безопасности условий труда обслуживающего персо-

нала.

Режим функционирования системы управления – автоматизированный (че-

ловек (технолог) + ЭВМ).

Система управления – цифровая (см. рис.2.34).

3.1. Структура управления пищевым предприятием (хлебозавод).

Система функционирования АСУ хлебозавода в основном определяется вы-

бором структур АСУТП отделений и подразделений, их функциями, компле-

ксом технических средств управления с учетом мощности и необходимого режима управления. Структурную организацию АСУ хлебозавода следует рассматривать по горизонтали (где выделяются технологические отделения и подразделения хлебозавода, функционирующие в плане задач управления за-

конченным технологическим процессом производства) и по вертикали (где выделяются уровни управления технологическим процессом. На рис.3.1. при-

ведена структура АСУ хлебозавода (АСУП).

Технологические отделения и подразделения, как правило, состоят из ряда

взаимосвязанных технологических аппаратов, агрегатов, установок в кото-

рых протекает технологический процесс производства полуфабриката, про-

дукта или подготовка вспомогательных материалов, энергоносителей, теп-

лоносителей и других материалов, а связь между ними сплошными линиями.

Автоматизированное управление технологическими отделениями или подразделениями осуществляется сменными технологами под руководством

главного технолога и руководителей хлебозавода, а связь между ними обоз-

начается пунктирными линиями.

В первую очередь автоматизируются наиболее подготовленные отделения

и подразделения, а затем, развивая АСУ хлебозавода, подключаются новые.

Любая АСУТП является многофункциональной системой, т.е. имеет внеш-ние и внутренние функции. Внешними являются функции, определяемые назначением системы; внутренними – служебные функции, обеспечивающие качественное выполнение основных, внешних функций. Внешние функции АСУТП разделяют на информационные и управляющие. К информационным относят функции системы, результатом выполнения которых является предо-

ставление оператору ТП и внешним потребителям информации о состоянии

объекта.

Рис.3.1.Структура АСУ хлебозавода

Информационными функциями АСУТП являются: контроль текущих значений основных параметров процесса (У_тек); проверка соответствия параметров процесса заданным оптимальным значениям (У_min<У_тек<У_max) и информирование персонала о возникновении несоответствия; измерение и регистрация параметров по вызову оператора; вычисление определенных параметров или комплексных показателей, неподдающихся непосредствен- ному измерению (обобщенный показатель качества продукта и др.); вычис- ление технико-экономических показателей (ТЭП) работы ТОУ и другие.

Управляющие функции АСУТП включают мероприятия по формированию

и реализации управляющих воздействий на ТОУ. К ним относятся следую-

щие функции: стабилизация оптимальных заданных параметров ТП на зна-

чениях, определяемых технологическим регламентом (У=const) программ-

ное управление по заданным программам, в том числе пуск и останов машин

и аппаратов; логическое управление в типовых ситуациях, определение “узких мест” и согласование нагрузок последовательно работающих аппара-

тов; формирование и реализация управляющих воздействий, обеспечиваю-

щих достижение режима оптимального по технологическому и технико-эко-

номическому критерию.

Вспомогательные функции обеспечивают собственно функционирование

АСУТП, т.е. алгоритмы функционирования системы, диагностику состояния комплекса технических средств, формирование базы данных и введение ин-

формационной базы.

Функционирование АСУТП осуществляется взаимодействием ее составных

частей: информационного обеспечения, программного обеспечения, техниче-

ского обеспечения, организационного обеспечения и действиями оперативно-

го персонала.

Информационное обеспечение (ИО) – это совокупность систем кодирования и классификации технологической и технико-экономической информации, сигналов, характеризующая состояние ПТК, справочной и оперативной ин-

формации. В состав информационного обеспечения входит математическое обеспечения, состоящее из математических методов и алгоритмов решения задач, обработки информации и формирования команд управления для воз-

действия на процесс.

Программное обеспечение (ПО) – это совокупность программ для средств вычислительной техники, обеспечивающая реализацию информационной функций АСУТП. Оно состоит из общего (системного) ПО и других средств вычислительной техники, инструментального ПО, при помощи которого про- изводится разработка прикладного ПО, обеспечивающего решение конкрет-

ных задач функционирования ТОУ по заданным алгоритмам управления.

Техническое обеспечение (ТО) – это комплекс технических средств, обеспе-

чивающий формирование информации о состоянии ТОУ; получение и пере-

дачу информации; ее обработку и формирование управляющих воздействий; предоставление информации оперативному персоналу; управление исполни-

тельными механизмами для воздействия на технологический процесс; пере-

дачу информации в смежные или вышестоящие АСУ.

Организационное обеспечение (ОО) – это описание функциональной, техни-

ческой и организационной структур, регламенты и инструкции для оператив-

ного персонала.

Оперативный персонал (ОП) состоит из операторов-технологов ПТК, осуще-

ствляющих управление ТОУ, и эксплуатационный персонал, обеспечиваю-

щий функционирование системы в целом. Степень участия операторов в уп-

равлении ТОУ зависит от уровня автоматизации. Современный уровень авто-

матизации ТОУ позволяет постепенно выводить оператора из контура управ-

ления и передавать его функции техническим средствам. При этом оператор

должен контролировать работу системы и принимать решения в аварийных

ситуациях.

По способу реализации информационных и управляющих функций АСУТП

по структуре подразделяются на нижеследующие разновидности:

- АСУТП, функционирующая с ПТК, выполняет информационные функции

централизованного контроля, обработки информации и технико-экономичес-

ких показателей (ТЭП). Выбор и осуществление управляющих воздействий

производит человек. Для информационных функций автоматизированный ре-жим предусматривает участие человека (оперативного персонала) и ПТК в

операциях по формированию и преобразованию информации. Ее структура

представлена на рис.3.2.

Рис. 3.2. Структура АСУТП, выполняющая информационные функции

Эта структура АСУТП реализована на многих предприятиях пищевой про-

мышленности. Например, на хлебозаводах (склады БХМ и ее подачи в про-

изводство), на сахарных и спиртовых предприятиях (управление технологи-

ческими процессами производства) и других;

- АСУТП, функционирующая с ПТК в режиме “советчика”, при котором ПТК выполняет информационные функции. На основе анализа входной ин-

формации он (ПТК) формирует рекомендации (советы) по управлению и осу-

ществляет поиск оптимальных решений, которые принимаются и реализуют-

ся оперативным персоналом. Эта система может осуществлять диалоговый

режим, что позволяет оперативному персоналу корректировать постановку и

условия задачи, решаемые ПТК при выработке рекомендаций по управлению

объектом.

Данная АСУТП находит применение при освоении новых технологий, когда

обслуживающий персонал не имеет достаточного навыка и наработок по тех-

нологии производства. Структура АСУТП, функционирующая в режиме “со-

ветчика” идентична структуре, представленной на рис.3.2.;

- АСУТП, функционирующая в автоматическом режиме, при котором ПТК реализует управляющие функции, с целью автоматического формирования и

осуществления управляющих воздействий на ТОУ. При этом реализуется ре- жим супервизорного управления, когда средства ПТК автоматически изменя-

ют уставки и/или параметры настройки контроллеров или локальных систем

автоматического управления регулирующими устройствами вблизи оптима-

льного протекания технологического процесса. Структура АСУТП, реализу-

ющая супервизорное управления, с некоторой корректировкой функций опе-

тора, идентична структуре, приведенной на рис.3.2.

Эта АСУТП (супервизорный режим) может реализовать процесс тестопри-

готовления, один из основных и наиболее ответственный этап хлебопекарно-

го производства, во многом определяющим качество хлебобулочных изде-

лий, а также процесс брожения в виноделии и спиртовом производстве и др;

- АСУТП, реализующая автоматический режим прямого непосредственного

цифрового управления (НЦУ), в котором ПТК реализует управляющие фун-

кции. Его целью является автоматическая выработка и осуществление управ-

ляющих воздействий на ТОУ. В этом режиме все процедуры переработки оперативной информации реализуются ПТК без участия человека.

Структура АСУТП в режиме НЦУ, с некоторой корректировкой функций

оператора, идентична структуре, представленной на рис.3.2. Эту структуру

в режиме НЦУ можно реализовать при выпечке хлебобулочных изделий.

Структура управления и оснащение техническими средствами АСУ хлебо-

завода (АСУП) большой и средней мощности приведена на рис.3.3. По вер-

тикали ее можно представить в виде трех иерархических уровней управле-

ния. Для хлебозавода малой мощности и хлебопекарен (минипекарни) целе-

сообразна двухуровневая иерархическая структура управления.

Трехуровневая система управления состоит:

1. первичные преобразователи (датчики) технологических параметров, уста-

новленные на технологическом оборудовании;

2. исполнительные устройства и электродвигатели технологического обору-

дования;

3. нормирующие преобразователи, сигнализаторы параметров, блоки пита- ния, смонтированные на щитах;

4. пусковая аппаратура электродвигателей и исполнительных устройств;

5. пульт оператора по месту;

6. локальная вычислительная сеть;

7. локальные микропроцессорные контроллеры;

8. сетевые микропроцессорные контроллеры;

9. программно-технический комплекс (ПТК): 9.1- печатающее устройство;

9.2- УСО, контроллеры и микро-ЭВМ; 9.3-видеотерминал;

10. цветной графический монитор;

11. АРМы оператора-технолога или лаборанта АСУТП;

12. персональная ЭВМ (ПЭВМ);

13. базовая ЭВМ третьего уровня: 13.1- печатающее устройство, ВЗУ;

13.2-видеотерминал и ПЭВМ; 13.3-печатающее устройство;

14. Сервер БД РВ;

15. АРМы АСУП.

Первый уровень состоит из локальных автоматизированных систем управ-

ления, обеспечивающий формирование информации о протекании техноло-

гического процесса производства хлебобулочных изделий, смонтированных

непосредственно по месту аппаратов, установок или линии, ее обеспечении

передачи информации на следующий уровень с помощью сети Fieldbus H1.

Рис.3.3.Структура управления хлебозавода