АСУ ТП · ЗЕРНОПЕРЕРАБОТКА · С 1996 ГОДА

Автоматизированная система управления мукомольным заводом

Функции, состав, подсистемы и порядок внедрения. Решение на базе собственной специализированной SCADA VSP5000.

ООО «ТАУ 2» · Москва, Зеленоград · +7 (499) 734-94-84 · mail@tau2.ru · tay2.ru

Современный мукомольный завод — это несколько сотен механизмов и десятки маршрутов движения продукта в непрерывном процессе, остановка которого стоит дорого. Управлять таким объектом «по месту», с помощью кнопочных постов и сменного журнала, сегодня невозможно: человек физически не удержит в голове состояние всего процесса.

Автоматизированная система управления объединяет всё оборудование завода в единый управляемый комплекс. Оператор работает не с отдельными двигателями, а с технологическими задачами: сформировать помольную партию, направить её на очистку и увлажнение с выбором порядка заполнения бункеров отлежки, выбрать бункеры муки и отрубей, запустить размольное отделение, выработать партию муки по заданной рецептуре. Всё остальное — выбор механизмов, их пуск в правильной последовательности, контроль исправности, блокировки и учёт — система берёт на себя.

Ниже описано, из чего состоит такая система, какие задачи она решает на каждом участке производства и какие дополнительные подсистемы могут входить в её состав.

Система строится по трёхуровневой схеме. Такое разделение обеспечивает главное эксплуатационное свойство: при отказе верхнего уровня завод продолжает работать.

Разделение уровней принципиально. Вся логика пуска, блокировок и защит находится в контроллерах. Компьютер оператора — это средство наблюдения и постановки задач. Если он выйдет из строя, технологический процесс не прервётся: механизмы продолжат работать, а управление можно вести с местных постов.

1.1. Поддерживаемые контроллеры и промышленные сети

Помимо контроллеров и модулей ввода-вывода собственного производства, наша SCADA работает с программируемыми контроллерами ведущих мировых производителей: OMRON серий CJ и CP и SIEMENS всех современных серий, включая SIMATIC S7-1500.

Сервер SCADA соединяется с контроллерами по сети Ethernet TCP/IP либо по сети RS-485 с протоколом ADAM. Обмен между контроллерами завода осуществляется по промышленной сети: для OMRON — Ethernet, Controller Link, Profibus или Profinet; для SIEMENS — Ethernet, Profibus или Profinet.

Если контроллеры удалены друг от друга на значительное расстояние — например, размещены в разных корпусах предприятия, — магистрали Ethernet и Profinet прокладываются оптоволоконным кабелем. Это обеспечивает устойчивость связи к электромагнитным помехам от силового оборудования и снимает ограничения по длине линии.

2.1. Приёмка зерна и силосный корпус

• Автоматический выбор и запуск маршрута движения зерна: от автомобилеразгрузчика или приёмного бункера до заданного силоса.
• Контроль занятости маршрутов и запрет одновременного использования одних и тех же механизмов разными потоками.
• Учёт содержимого силосов: наименование продукта, количество, дата закладки, качественные показатели партии.
• Контроль исправности транспортного оборудования: подпор, обрыв ленты, контроль скорости, перегрузка привода, температура подшипников.
• Управление вентилированием и температурным контролем зерна в силосах.

2.2. Зерноочистительное отделение и гидротермическая обработка

• Формирование помольной смеси по заданной рецептуре из нескольких силосов с контролем соотношения компонентов.
• Управление сепараторами, камнеотборниками, обоечными и щёточными машинами, магнитной защитой.
• Дозирование воды при увлажнении зерна с учётом фактической производительности.
• Управление отволаживающими бункерами: контроль заполнения, времени выдержки, очерёдности выгрузки.
• Ведение технологических карт подготовки зерна с сохранением и быстрым вызовом.

2.3. Размольное отделение

• Групповой пуск размольного отделения единой командой в технологически правильной последовательности, с контролем пуска каждого механизма.
• Автоматический останов группы при аварии с сохранением работы механизмов, обеспечивающих опорожнение тракта.
• Регулирование питания вальцевых станков по уровню продукта в питающих бункерах, управление привалом и отвалом мелющих вальцов.
• Контроль нагрузки приводов вальцевых станков, норий, вентиляторов высокого давления, воздуходувок и другого оборудования.
• Контроль работы аспирационных сетей и пневмотранспорта.
• Токовая защита оборудования с настраиваемыми уставками и выдержками.
• Регулирование потока зерна на первую драную систему.
• Задание последовательности выбора бункеров для готовой продукции и отрубей, отработка заданных временных последовательностей заполнения.

2.4. Готовая продукция, дозирование и выбой

• Управление бункерами готовой продукции с контролем уровня и распределением потоков по сортам.
• Весовое дозирование и смешивание компонентов по рецепту с автоматическим контролем точности навески.
• Дозирование обогатительных добавок пропорционально потоку продукции.
• Управление фасовкой, выбойным отделением и бестарной отгрузкой, учёт отгруженного количества.

Отдельный программный модуль, дополняющий систему управления. К нему подключаются весовые контроллеры всех весов предприятия. Модуль собирает показания, формирует отчёты по выработке каждыми весами и сводит материальный баланс производства.

При условии, что весы установлены по всем продуктовым потокам, а их весовые контроллеры способны собирать и передавать необходимые данные, предприятие получает функционал уровня решений ведущих мировых производителей мукомольного оборудования:

• весовой учёт по всем точкам технологической схемы;
• ведение баланса «поступило зерно — выработано по сортам — отруби — усушка и потери»;
• расчёт выхода продукции в реальном времени;
• расчёт отклонения фактического выхода от нормативного.

4.1. Весовые контроллеры

Необходимые данные собирают и передают, в частности, весовые контроллеры TW-01 нашего производства. Они поставляются как в комплекте с нашими бункерными весами серии ДВТ ТАУ, так и отдельно — для установки на весы других производителей, включая зарубежные. Это позволяет включить в систему контроля выходов уже установленное на предприятии весовое оборудование, не заменяя его. Есть и другой вариант подключения весов сторонних производителей — через ПЛК в составе системы контроля выходов, который обеспечивает сбор данных от весовых контроллеров, энергонезависимое хранение и передачу по высокоскоростной информационной сети.

4.2. Обязательные точки учёта

Для эффективной и корректной работы системы учёта весы должны быть установлены в трёх ключевых точках. На многих предприятиях такие весы отсутствуют. Все нижеперечисленные типы весов входят в нашу производственную линейку.

Поставка весов, весовых контроллеров и программного модуля от одного изготовителя снимает вопрос совместимости и разделения ответственности: за достоверность учёта отвечает один поставщик.

Дополнительно для корректной работы системы учёта необходимо контролировать влажность поступающего зерна, влажность зерна, подаваемого на размол, и влажность продуктов размола.

Собственную систему управления вальцевыми станками мы разрабатываем, производим и внедряем с 2011 года. Она может поставляться самостоятельно — для оснащения действующих станков, — либо входить в состав системы управления заводом в качестве подсистемы.

5.1. Функции

• Поддержание постоянного уровня продукта в питающем бункере (стакане) над вальцевым станком. Стабилизация уровня по всему вальцевому парку обеспечивает равномерную нагрузку по системам и рассевам и высокий процент выхода муки.
• Плавное изменение подачи продукта питающими валками на мелющие — за счёт управления преобразователем частоты привода питающих валков. Исключаются скачкообразные изменения нагрузки на мелющую пару.
• Контроль параметров вальцевого станка: температура подшипников, нагрузка электродвигателей приводов, положение вальцов, наличие продукта, обороты питателя, контроль вращения мелющих вальцов.
• Автоматическое управление привалом и отвалом мелющих вальцов при заданных уровнях продукта в стакане вальцевого станка.

5.2. Варианты реализации

Система может быть построена по двум схемам — выбор зависит от числа станков, их размещения и требований заказчика к резервированию:

• С собственным управляющим контроллером в каждом вальцевом станке — каждый станок работает автономно, отказ одного не влияет на остальные.
• С размещением программы управления в одном из контроллеров системы управления заводом — решение экономичнее по составу оборудования и проще в обслуживании.

Опыт производства и внедрения этих систем позволяет нам не только предлагать собственное решение, но и эффективно взаимодействовать с системами управления, поставляемыми изготовителями вальцевых станков. При комплексной автоматизации завода заказчик выбирает: интегрировать штатные системы установленных станков в общую систему управления или заменить их нашей подсистемой.

Комплект поставки определяется проектом и, как правило, включает обследование объекта и разработку проектной документации; шкафы управления и силовые шкафы в сборе; контроллеры с модулями ввода-вывода, сетевое оборудование, датчики и измерительные устройства; серверное и операторское оборудование; программное обеспечение SCADA VSP5000 с конфигурацией под конкретный завод; монтаж, пусконаладочные работы, обучение персонала, гарантийное и послегарантийное обслуживание.

На рынке присутствуют системы управления зарубежных производителей мукомольного оборудования и решения, собранные интеграторами на универсальных SCADA-платформах общего назначения. Наша система отличается от тех и от других по нескольким существенным пунктам.

1. Собственное российское программное обеспечение

   SCADA VSP5000 — полностью наша разработка. Она распространяется бесплатно, без покупки дорогостоящих лицензий, и проста в освоении для операторов и инженеров КИПиА. Новые версии выходят несколько раз в год и доступны бессрочно и бесплатно, с полной обратной совместимостью: конфигурация завода без изменений заработает на следующей версии.

2. Отраслевая специализация вместо универсальной платформы

   Система изначально создавалась для предприятий зернопереработки, а не адаптировалась под них из платформы общего назначения. В её основе — библиотека готовых типовых элементов, описывающих реальное оборудование мукомольного, крупяного и комбикормового завода: нория с контролем подпора и обрыва ленты, поворотная труба, блок задвижек, весовой дозатор, комплекс дозирования и смешивания, токовая защита.

   Практическое следствие: там, где интегратору на универсальной SCADA нужно программировать поведение каждой задвижки и каждой нории заново, у нас соответствующий элемент берётся из библиотеки готовым — со всеми состояниями, блокировками, диагностическими сообщениями и подсказками по устранению неисправностей. Алгоритмы отлажены за 30 лет более чем на 105 объектах, что критично для опасного производственного объекта.

3. И программа, и аппаратура — собственного производства

   Мы разрабатываем и производим не только программное обеспечение, но и контроллеры с модулями ввода-вывода, бункерные весы и фасовки, шиберные задвижки, датчики уровня и подпора, датчики тока. Это не сборка чужих компонентов: заказчик получает комплекс от одного поставщика, без разделения ответственности между производителем оборудования и разработчиком программы, и с возможностью оперативно доработать любой уровень системы под нестандартную задачу.

4. Продуманный механизм маршрутов

   Управление движением продукта построено на механизме захвата и освобождения ресурсов с приоритетами. Система не просто включает механизмы по списку: она проверяет доступность всей цепочки целиком, при невозможности запуска корректно освобождает уже занятые участки, а оборудование, остановившееся по временной блокировке, дозапускает автоматически, не разрушая маршрут. Такие решения появляются только после многих лет пусконаладки на реальных заводах.

5. Проверка проекта до выезда на объект

   В состав системы входит режим эмуляции, позволяющий полностью проверить работу технологической схемы без реального оборудования. Схема отлаживается в офисе, а не на остановленном заводе. Этот же режим используется для обучения операторов до пуска и для безопасной отработки нештатных ситуаций.

6. Прозрачная и сопровождаемая конфигурация

   Конфигурация завода хранится в открытом текстовом виде и одновременно доступна для редактирования через диалоговые формы. Заказчик получает читаемое описание своего объекта, а не закрытый файл, который может открыть только разработчик. Это упрощает сопровождение, документирование и передачу проекта.

7. Дозирование и смешивание с самонастройкой

   Комплекс весового дозирования автоматически подбирает величину упреждения отключения питателя и компенсирует погрешности предыдущих навесок. Точность дозирования поддерживается без ручной подстройки при изменении сыпучести компонентов. Для производств с рецептурным смешиванием это прямой экономический эффект.

8. Собственная система управления вальцевыми станками

   Вальцевый станок — самое ответственное оборудование мельницы: от равномерности питания напрямую зависят зольность муки, выход и стабильность технологического режима. С 2011 года мы производим и внедряем собственную систему управления вальцевыми станками. Накопленный опыт даёт заказчику свободу выбора: интегрировать в общую систему штатные системы уже установленных станков либо применить нашу подсистему. Это редкое сочетание — большинство поставщиков SCADA работает с вальцевыми станками как с «чёрным ящиком».

9. Полный контроль выхода — от весов до отчёта

   Мы поставляем не только программный модуль контроля выходов, но и всё весовое хозяйство под него: бункерные весы серии ДВТ ТАУ, весовые контроллеры TW-01, весы учёта отходов и весы возврата муки, работающие по принципу Loss-in-Weight. Контроллеры TW-01 продаются и отдельно — для оснащения весов других производителей, в том числе зарубежных.

   Отдельно отметим разборные бункерные весы ДВТ ТАУ 2500 для установки внутри действующих сооружений, включая бетонные элеваторы: они заносятся по частям через существующие проёмы, без строительных работ по их расширению. Это снимает главное препятствие для организации учёта зерна на уже построенном объекте.

10. Работа с контроллерами ведущих мировых производителей

    Наша SCADA не привязана к аппаратуре одного изготовителя. При модернизации действующего производства сохраняется уже установленное контроллерное оборудование — заменяется только верхний уровень, что существенно снижает стоимость проекта и сокращает срок остановки завода. Если техническая политика предприятия предписывает применение конкретной марки контроллеров, мы работаем в её рамках. На одном объекте могут сочетаться контроллеры разных производителей.

11. Готовность к интеграции

    Обмен данными с ERP-системами, включая SAP и продукты 1С, с ситуационными центрами, со сторонними АСУ ТП — в том числе иностранными, — с системами термометрии и весами любых производителей. Связь с учётными системами реализуется через OPC-сервер, обеспечивающий обмен в реальном времени, либо конвертацией данных в согласованный формат файлов обмена. Второй вариант часто предпочтительнее по соображениям информационной безопасности, поскольку не требует прямого сетевого доступа из корпоративной сети в технологическую.

12. Замена сервера при устаревании техники — за несколько минут

    Компьютерная техника устаревает значительно быстрее технологического оборудования. Во многих системах замена сервера превращается в отдельный проект: требуется участие разработчика, перенос настроек, повторная наладка и остановка производства.

    У нас порядок иной: заказчик приобретает новый сервер, устанавливает на него актуальную версию Windows Professional, запрашивает у нас текущую версию VSP5000, устанавливает драйвер коммуникационной платы из папки драйверов новой версии и переносит со старого сервера файл конфигурации своего завода. Подготовка ведётся заранее, на работающем заводе; остановка требуется только на само переключение — это несколько минут, которые можно приурочить к любой технологической паузе.

13. Удалённая техническая поддержка — под контролем заказчика

    Большинство вопросов эксплуатации решается без выезда специалиста. Удалённо выполняются диагностика неисправностей, настройка параметров оборудования, калибровка весовых и измерительных устройств, корректировка конфигурации, консультация оператора по его экрану. Подключение к управляющему компьютеру — через программы удалённого доступа к рабочему столу; по согласованию с ИТ-службой предприятия используется то решение, которое разрешено её регламентом. К контроллерам — напрямую по сети Ethernet.

    Существенное преимущество: большую часть изменений в программах контроллеров мы вносим без вывода контроллера из режима online — технологические линии продолжают работать. Подключение возможно только по согласованию с заказчиком и после того, как его специалист откроет защищённый канал на время сеанса; постоянного доступа в технологическую сеть у нас нет.

14. Узкий профиль и опыт эксплуатации

    Мы работаем только с предприятиями хранения и переработки зерна — с 1996 года. Более 105 предприятий эксплуатируют наши АСУ ТП, более 150 объектов АПК оснащены нашим оборудованием, системы работают в четырёх странах. Узкий профиль — причина, по которой решения приходят на объект уже проверенными.