SCADA/Softlogic S3 эффективно решает задачи рецептурного управления (batch control)

17.08.2009 11:52
Lesaffre Group - N1 в мире по производству хлебопекарных дрожжей, стала использовать SCADA/Softlogic S3 для управления технологическими процессами ферментации на своем украинском предприятии ЗАО "Надежда" (г. Ингулец, Днепропетровской области)

АСУ ТП ферментации дрожжей, общей информационной емкостью более 2900 параметров была спроектирована, изготовлена и внедрена отделом системной интеграции компании RTS-Ukraine.

1. Технологический процесс

Отделение ферментации - часть комплекса, производящего хлебопекарские дрожжи. Здесь в аппаратах ферментации (т.н. ферментерах) производится выращивание товарных дрожжей из материнской культуры. Рост массы достигается путем снабжения дрожжей питательными веществами, воздухом, а также поддержанием необходимых значений параметров среды, таких, как температура, уровень пенообразования и уровень рН. Процесс можно условно разделить на следующие стадии:

• Набор воды в ферментер и подготовка воды к созданию питательной среды
• Создание питательной среды (т.н. складка) и засев среды
• Брожение (ферментация) в соответствии с рецептом
• Передача готового продукта на сепарацию и последующую упаковку

Для получения требуемого прироста массы, а также для того, чтобы конечный продукт соответствовал многочисленным и очень высоким требованиям, на стадиях складки и ферментации требуется точное соблюдение рецептуры.

Складку и ферментацию можно представить в виде графиков зависимости температуры, уровня pH, а также расходов основных компонентов от времени. Соответственно графики можно представить в виде таблиц - рецептов. Основным требованием к системе было предоставить возможность управления течением процесса путем загрузки в систему различных рецептов, создаваемых персоналом.

2. Основные функции системы

• Автоматическое дозирование ингредиентов в соответствии с рецептом
• Поддержание параметров технологического процесса в соответствии с рецептом
• Cлежение за точностью дозирования ингредиентов и регулирования параметров
• Контроль и регистрация состояния оборудования, предоставление оператору информации о состоянии оборудования
• Ведение архива параметров, характеризующих технологический процесс
• Ведение архива событий
• Аварийная и предупредительная сигнализация

3. Технические средства АСУ ТП

АСУ ТП ферментации выполнена с использованием двух компьютеров: промышленного компьютера, работающего под управлением ОСРВ QNX с локальными УСО, и компьютера под управлением ОС Windows XP Professional. В качестве локальных УСО использованы платы Advantech аналогового ввода PCI-1713, платы аналогового вывода PCI-1724U, платы дискретного ввода/вывода PCL-730 и PCL-731.

4. Программные средства АСУ ТП

Для решения поставленной задачи потребовалось применение компонента RTS-S3-RT.QNX.1.0 (нет ограничений по количеству точек ввода-вывода, нет ограничений по количеству переменных, включает в себя единую среду разработки для всех уровней под Windows, Linux, Solaris на языках FBD, ST, SFC,построитель экранных форм, средства работы с СУБД MySQL или файловой, отладчик, комплект драйверов плат УСО, универсальный драйвер Modbus, набор инструментальных средств для разработки драйверов с примерами DDK,лицензию QNX Runtime) , а также компонента RTS-S3.HMI.1.0 , включающего в себя кроссплатформенную среду исполнения операторского интерфейса, который проектируется единой средой разработки.

4.1. Структура системы

Проект состоит из двух узлов:

• QNX-проекта, в котором реализована обработка входных и выдача выходных сигналов, алгоритмы управления и архивирование.
• HMI-проекта, с помощью которого создан интерфейс оператора и реализована загрузка рецептов.

Емкость системы - 2900 переменных. Структура проекта позволяет в будущем расширять систему - как управляющую ее часть, так и интерфейсную, что и планируется в дальнейшем.

4.2. Интерфейс оператора

Система управляет процессом в трех ферментерах одновременно, фактически она содержит в себе три почти одинаковых подсистемы. В каждой из подсистем есть мнемосхема собственно ферментера и мнемосхема рецепта для этого ферментера. В проекте широко использованы скрипты на языке ST для придания интерфейсу большего удобства и интерактивности.

4.2.1. Мнемосхема ферментера

На мнемосхеме ферментера дано схематическое изображение аппарата ферментации с основными технологическими узлами и панелями управления режимами узлов и ферментера. Над изображением аппарата выведено поле индикации стадии процесса и времени от начала текущей стадии. Вид и поведение органов управления технологическими узлами зависит от текущего режима управления, выбранного для узла на одной из двух панелей управления узлами. Доступность того или иного режима управления узлом зависит от текущей стадии процесса, которая устанавливается с помощью панели управления ферментером.

Рисунок 1. Мнемосхема ферментера. увеличить

4.2.2. Мнемосхема рецепта

Эта мнемосхема служит для загрузки, просмотра и введения поправок в рецепт, также для отображения суммарных расходов компонентов и усредненных значений параметров.

Рецепт представляет собой текстовый файл с расширением .csv, содержащий программу подачи компонетов и поддержания технологических параметров в формате «comma separated values» - «значения, разделенные запятыми ». Этот формат поддерживается табличными редакторами (Microsoft Excel, OpenOffice.org Calc) и рецепты можно создавать или редактировать в них. Несмотря на то, что для добавления и редактирования рецептов достаточно обычного Excel, по желанию заказчика на Java была написана утилита для редактирования рецептов, с учетом специфики документов.

Рецепт отображается в виде нескольких таблиц. Каждая таблица содержит циклограмму для одного компонента или параметра. Переключение между таблицами осуществляется выбором соответствующей закладки.

Загрузка данных в систему из рецепта производится нажатием кнопки Загрузить рецепт. Пользователю предоставляется стандартное окно выбора файла для загрузки с кнопками Открыть и Отмена. Диалог выбора файлов и считывание рецепта из файла организованы с помощью программы на языке ST, с использованием библиотечных функций для работы с файлами и строками.

Рисунок 2. Мнемосхема рецепта. увеличить

4.2.3. Мнемосхема настроек системы

Мнемосхема предназначена для отображения и редактирования констант, определяющих поведение системы. Константы отображаются в виде нескольких таблиц, переключение между которыми осуществляется выбором соответствующей закладки.

Рисунок 3. Мнемосхема настроек системы. увеличить

4.3. Управление

Функции, реализующие алгоритмы управления, обработку входных сигналов, обработку данных рецепта, вычисление усредненных и суммарных параметров, написаны на языке FBD с широким использованием функциональных блоков, которые в свою очередь написаны на ST. Все алгоритмы управления выполняются на QNX-узле, что исключает возможность сбоя программы по вине операционной системы или некорректных действий оператора на АРМ оператора. Благодаря этому при отключении операторской машины технологический процесс, если он был запущен, не прервется.

Рисунок 4. Регуляторы в управляющей программе. увеличить

5. Заключение

В отличие от других программных продуктов, где рецптурное управление требует покупки отдельных компонентов, стандартных компонент SCADA/SoftLogic S3 оказалось достаточно, что бы в короткие сроки разработать и внедрить современную, надежную и эффективную систему batch control.

Проектирование интерфейсов оператора и задач управления в единой интегрированной среде, исключило ошибки и сущетсвенно сократило время разработки.

Наличие драйверов хорошо себя зарекомендовавших недорогих плат УСО Advantech позволило значительно сэкономить на технических средствах АСУ ТП.

Применение новой АСУ ТП повысило точность и стабильность технологических параметров, улучшена точность системы дозирования и учета компонентов. Операторы избавлены от рутинных операций, исключен вид возмущений, типа "человеческий фактор". В результате значительно повысилось качество выпускаемой продукции.

Все вышеизложенное позволило Lesaffre Group максимально быстро вернуть инвестиции, снизить себестоимость выпускаемой продукции, поднять ее качество, повысить конкурентоспособность предприятия и укрепить свои позиции, как лидера отрасли.

http://www.s3.com.ua/content/view/59/1/lang,ru/