Управление технологическими процессами

Рис.5
Информация о состоянии производства предоставляется 
в наглядном виде Информационной 
системой управления производством.

Автоматизация

Технологий молочного производства за несколько последних десятилетий претерпела огромные изменения. На смену многочисленным ручным операциям в мелких разрозненных хозяйствах пришли централизованные комплексы заводского типа.

Эта тенденция привела к многочисленным и далеко идущим последствиям. На небольшой ферме все процессы находились под контролем и управлением нескольких квалифицированных исполнителей, которые вручную выполняли большинство работ, в том числе мойку оборудования после их окончания. По мере укрупнения хозяйств и количество задействованных машин, и их габариты увеличивались, а вместе с ними росло и число необходимых ручных операций. В частности, очень трудоемкой операцией была мойка. Каждую машину, находящуюся в контакте с продуктом, приходилось разбирать и мыть, по меньшей мере, раз в день.

В середине 50-х годов была разработана система безразборной мойки (CIP), которая сегодня внедрена почти повсеместно. Эта система позволяет мыть машины без их разборки, так как они сконструированы таким образом, что их можно промывать моющими растворами, циркулирующими по продуктовым линиям в соответствии с заданной программой мойки.

Непрерывный процесс механизации молочного производства постепенно вытеснил значительную часть тяжелого ручного труда, поручив его машинам. Механизация вместе с ростом производственных мощностей привела к увеличению количества обязательных операций. Увеличилось количество клапанов и двигателей. Приобрело существенное значение синхронное выполнение отдельных операций. Ведь каждое несвоевременное включение, например только одного клапана, может привести к существенным потерям продукции. Каждая неточность в технологическом процессе, каждое ошибочное решение оператора могут привести к потере качества и к серьезным экономическим последствиям.

Со временем на предприятиях было установлено все большее число приборов дистанционного управления. Клапаны с ручным управлением заменялись электрическими и пневматическими клапанами. Выключатели для запуска и остановки клапанов, насосов, мешалок и других двигателей монтировались на пультах управления. Устанавливались датчики, направляющие на панель управления данные о параметрах процесса (давление, уровень, температура, расход, pH и т.д.). Для сообщения оператору о правильном срабатывании клапанов и двигателей (на открытие/закрытие и старт/стоп) соответствующие узлы и детали были снабжены специальными устройствами для отправки сигналов обратной связи.

Так постепенно появилась возможность автоматизировать производственный процесс.

Что такое автоматизация?

Строго говоря, понятия “механизация” и “дистанционное управление», о которых шла речь во вступлении, не имеют ничего общего с автоматикой как таковой, но они явились важными шагами на пути к автоматизации. Автоматизация означает, что все действия, необходимые для управления процессом с оптимальной эффективностью, выполняются системой управления в соответствии с инструкциями, заложенными в ее программу:

• Для поддержания связи с системой управления и технологическим процессом используется интерфейс оператора

• Современные автоматизированные системы имеют программное обеспечение для обработки информации, необходимое для составления отчетов, ведения статистики, анализов и т.д.

В автоматизированном процессе система управления должна поддерживать связь с каждым управляемым компонентом производственного процесса и с каждым датчиком. Вот некоторые из сигналов, которыми обмениваются система управления и контролируемый ею технологический процесс:

• Выходные сигналы (команды) на срабатывание элементов, участвующих в технологическом процессе

• Сигналы обратной связи от клапанов и двигателей, сообщающие системе управления о срабатывании данного узла

• Аналоговые сигналы от датчиков температуры, давления и других, которые обеспечивают информацию о параметрах процесса в каждый конкретный момент

• Мониторинговые сигналы от датчиков, которые посылают сигнал о достижении определенного состояния контролируемой системы — например, максимального уровня в емкости, заданной минимальной температуры и т.д.

Сигналы обрабатываются логическим блоком системы управления. Перед тем как продолжить, прервемся, чтобы разобраться в значении термина «логика».

Рис.1 Ход логических рассуждений оператора при решении проблемы управления.

Рис.1 Ход логических рассуждений оператора при решении проблемы управления.

Логика

Логика — это основополагающее понятие в вопросе автоматизации. Она означает механизм принятия решений, который позволяет решать определенную задачу в соответствии с имеющейся моделью. Чтобы решить некую задачу определенным образом, человеческий разум «запрограммирован» имеющимся

у него образованием и опытом. На рис.1 показано, как оператор использует логику для решения задачи управления, которая состоит в направлении молока из группы емкостей в линию

переработки. Он получает информацию о производственном процессе, например, что танк Т1 вскоре опорожнится, танк Т2 в данный момент промывается, танк ТЗ заполнен продуктом. Оператор логически обрабатывает эту информацию. На рисунке проиллюстрирована последовательность его рассуждений: вопросы, которые он себе задает, и решения, которые он принимает. В результате он выполняет свои решения, нажимая кнопки на щите управления, чтобы задействовать нужные клапаны, насосы и другое
оборудование.

Оператор не испытывает трудностей при решении этой задачи управления. Не стоит забывать о возможности принятия ошибочного решения. По ошибке моющий раствор и молоко могут быть смешаны.

В линии переработки может закончиться молоко, что приведет к пригоранию его остатков к теплопередающим поверхностям. Молоко, оставшееся в танке во время его мойки, будет потеряно. Риск таких ошибок возрастает, если оператор одновременно отвечает за несколько подобных участков производства. Он будет находиться в состоянии спешки и стресса, что повышает риск совершения ошибки.

На первый взгляд легко подумать, что оператор постоянно сталкивается

с необходимостью выбора между большим числом вариантов решения поставленной задачи. Но при более внимательном изучении вопроса выясняется, что это не так.

Опыт работы на производстве подсказывает, какие варианты решений обеспечат оптимальное качество продукта, безопасность и экономичность. Другими словами, оператор приобрел более или менее стабильную логику управления. Он выбирает танки в соответствии с наработанными схемами, он пользуется секундомером, чтобы засекать время слива молока из танка, он точно знает, когда нужно переключить линию на заполненный танк, чтобы до минимума свести потери продукта, и так далее. Так может
быть проанализирован любой процесс, и тогда на основе этого анализа можно определить логику управления, которая обеспечивает оптимальные результаты.

Зачем нам нужно автоматическое управление процессом?

При планировании молочного производства необходимо учитывать несколько факторов. Следовательно, окончательное решение — всегда компромисс между факторами, имеющими отношение к продукции, к производственному процессу и к экономии. Только
требования связаны с такими факторами, как рабочая сила, вид продукции и ее количество, качество продукции, вопросы гигиены, законодательства, наличия товаров, гибкости и экономичности производства.

В число факторов, имеющих отношение к продукции, входят сырье, обработка продукции и ее качество, в то время как факторы, относящиеся к технологии производства, включают в себя выбор оборудования для удовлетворения внешних требований. Даже если производственные линии изначально комплектуются с целью обеспечения запланированного качества продукции, все равно приходится идти на многочисленные компромиссы, в особенности если на данном оборудовании предполагается производство разнообразной продукции. Например, это относится к требованиям по мойке оборудования и возможности его подключения к предполагаемой системе мойки. Другие компромиссы также неизбежны там, где речь идет о расходе энергии и подсобных средств и о том, насколько подбираемое оборудование подходит предприятию с этой точки зрения. Здесь необходимо подчеркнуть, что при выборе производственного оборудования необходимо учитывать степень автоматизации рабочих процессов.

Правильно выполненная автоматизация, с полным пониманием специфики продукции, технологических процессов и производственного оборудования, дает массу преимуществ, главные из которых:

• Безопасность

• Высокое качество продукции

• Надежность

• Экономичность производства

• Гибкость производства

• Управление производством.

Безопасность обеспечивается тем, что система управления непрерывно действует и отслеживает процессы в режиме реального времени. Нежелательное смешивание разных продуктов, переполнение емкостей и другие ошибки, приводящие к потере продукции и сбоям в производстве, исключаются.

Тот факт, что все стадии процесса всегда выполняются абсолютно аналогичным образом, означает, что конечный продукт будет отличаться неизменно высоким качеством, потому что здесь исключаются любые отклонения от заданного процесса, которые обычно приводят к ухудшению качества.

Точное управление процессом означает, что потери продукции и расход сервисных сред, моющих растворов и энергии сведены до минимума. Поэтому хорошо сконструированная и адаптированная к данному производству система управления обеспечивает высокую экономичность.

Гибкость производства можно обеспечить, разработав систему автоматизации с учетом различных вариантов технологии и конечного продукта. В этих случаях производство можно переналадить простой сменой рецептуры вместо перепрограммирования.

Кроме того, система автоматизации может предоставить данные и информацию, необходимые для производства, в виде отчетов, статистики, анализов и т.д. Эта информация помогает принимать безошибочные решения по управлению производством.

Каковы задачи управления?

Задачи автоматизированных систем управления можно разделить на четыре основные группы:

1 Цифровой контроль

2 Аналоговый контроль

3 Мониторинговый контроль

4 Программное обеспечение для обработки информации.

Цифровой контроль

Цифровое управление основано на том принципе, что управляемые объекты могут находиться в одном из двух состояний — включенном или выключенном (рис.2). Двигатель может или работать, или не работать. Клапан может быть либо открыт, либо закрыт. Исходя из этого, можно предусматривать абсолютно разные уровни автоматизации:

А Дистанционное управление, подразумевающее управление отдельными объектами с пульта управления, что по существу означает удлиненную руку оператора, то есть одну из разновидностей ручного управления. Этот уровень еще нельзя считать автоматизацией

В Групповой контроль, подразумевающий одновременное управление группой объектов, например, группой клапанов под танком

С Управление работой, то есть открытие и закрытие продуктовых линий или управление операциями перемешивания

D Управление цепочками операций, подразумевающее последовательное выполнение различных функций в соответствии с определенным порядком. Приведем некоторые примеры таких цепочек:

• Очистка различными моющими растворами в строго определенной последовательности и в соответствии с конкретным временным графиком

• Заблаговременное определение маршрутов движения продукта и уровней заполнения

• Запуск пастеризатора.

В настоящее время широко практикуется уровень D, позволяющий в полной мере воспользоваться возможностями современных систем управления.

Рис.2 Примером цифрового управления могут служить эти выключатели (вкл/выкл).

Рис.2 Примером цифрового управления могут служить эти выключатели (вкл/выкл).


Рис.3 Один из примеров аналогового управления - контроль температуры в пастеризаторе.

Рис.3 Один из примеров аналогового управления — контроль температуры в пастеризаторе.

Аналоговый контроль

Аналоговое управление (см. рис.3) означает, что объект может управляться аналоговыми сигналами, посылаемыми командным блоком. Обычно этот вид контроля строится на основе другого (постоянно изменяющегося) сигнала обратной связи, приходящего на блок управления Этот вид управления используется, например, для регулировки подачи пара или горячей воды в пастеризатор. Сигнал обратной связи поступает на блок управления от датчика температуры пастеризации.

Аналоговый контроль играет очень важную роль в обеспечении эффективной работы оборудования молочных заводов. В молочной промышленности аналоговый контроль очень несложен, и число цепей аналогового управления на таких предприятиях обычно довольно невелико. Их основные объекты таковы:

• Пастеризаторы

• Системы взвешивания, в задачу которых входит дозирование компонентов согласно рецептуре и их смешивание

• Управление насосным оборудованием

• Нормализация сырья по содержанию сухих веществ или жира.

Система управления часто включает в себя элементы и аналогового, и цифрового управления. Они взаимно дополняют друг друга. Аналоговая система применяется для контроля нагревания в пастеризаторе, в то время как температурный датчик отслеживает температуру. Если она опускается ниже заданного уровня, датчик мгновенно реагирует. Он посылает сигнал в блок управления, и поток в пастеризаторе направляется в обходное направление.

Мониторинговый контроль

Мониторинг — это непрерывный контроль за различными объектами и состояниями процесса, включая выдачу сигнала тревоги в случае какого-либо сбоя.

В основе мониторингового контроля — сигналы обратной связи от контролируемых объектов. Эти сигналы могут носить разный характер, предназначаясь для:

• Простого мониторингового контроля определенных важных элементов

• Простой регистрации неисправностей

• Блокировок, не позволяющих какой-либо операции начаться или продолжиться, если получен предупреждающий сигнал. Например, начало процедуры мойки может быть блокировано, если не получен сигнал о низком уровне жидкости в соответствующем танке

• Автоматического возобновления работы после устранения неисправности.

Очень важным элементом текущего контроля является самодиагностика, то есть

непрерывная проверка исправности работы контролирующей системы.

Просмотрите бесплатный онлайн-инструмент HTML, CSS и JavaScript: редактор, теги, чит-лист, коды символов, генераторы тегов, шаблоны веб-сайтов и другие.

Рис.4 Управленческая информация позволяет повысить производительность.

Рис.4 Управленческая информация позволяет повысить
производительность.

Программное обеспечение для обработки информации

Компьютеры позволяют повышать производительность не только в цехе, но и в офисе.

Они умеют собирать и анализировать информацию и представлять ее в упорядоченной форме, на основе которой можно принимать обоснованные управленческие решения (рис.4). Современные системы располагают такой возможностью. Вот несколько характерных примеров того, что автоматика берет на себя рутинный круг обязанностей тех, кто осуществляет руководство и надзор за производством:

• Регистрация информации, получаемой с производственных участков

• Слежение за продвижением продукта — на каждый элемент производственного оборудования и для каждого продукта на данном предприятии у автоматической системы есть персональный электронный журнал регистрации. Это позволяет

фиксировать всю информацию, от которой зависит готовая продукция. Сюда, в частности, входит систематизация сырья и отслеживание качества обработки продукции

• Регистрация производственной информации. Все данные, имеющие отношение к производству, регистрируются и подвергаются обработке. Эти данные идут в основу отчетов о производстве как конечного продукта, так и промежуточного. Эти отчеты могут выдаваться через необходимые промежутки времени — например, раз в смену, в день, в месяц

• Анализ стоимости, позволяющий оценить экономичность производства. Производительность техники, коммунальные расходы, эффективность эксплуатации машин и оборудования — все эти факторы принимаются в расчет

• Производственное планирование — это ключ к более оптимальному и эффективному использованию оборудования предприятия. Машина обрабатывает информацию обо всех сделанных заказах и сопоставляет ее с характеристиками всех производственных единиц.

В результате появляется ежедневный производственный план для молочного завода, представляющий собой подробную программу производства на данный день, в которой расписаны планы для всех машин и их обеспечение всем необходимым — продуктами, упаковками различных видов, размеров и т.д.

• Планирование технического обслуживания может стать более эффективным, если руководство получает доступ к информации о том, сколько часов проработала каждая машина и сколько срабатываний было у каждого клапана после того, как он в последний раз проходил техническое обслуживание • Гарантия качества. Причина некачественного функционирования легко отслеживается с помощью предоставляемой компьютером информации.

Рис.5 Информация о состоянии производства предоставляется  в наглядном виде Информационной  системой управления производством.

Рис.5
Информация о состоянии производства предоставляется
в наглядном виде Информационной
системой управления производством.


Рис.6 Представление производственной информации на дисплее компьютера.

Рис.6
Представление производственной информации на дисплее компьютера.

Что определяет уровень автоматизации?

Уровень автоматизации определяется в соответствии с выбором производственного оборудования для предприятия. Поэтому важно провести тщательный анализ того, как выбранное производственное оборудование будет влиять на возможность автоматизации.

Для этого необходимо знать все системы, задействованные на молочном заводе.

Помимо необходимости учета особенностей данного производства, к системе автоматизации должны быть предъявлены специальные требования. В их числе — интерактивность оператора, то есть возможность исправлять ошибки. Другой важный фактор, свидетельствующий об уровне автоматизации, — объем необходимой отчетной и управленческой информации.

Роль оператора

В задачу автоматизации входит не устранить необходимость в операторе, а увеличить его возможности. Чем сложнее система, тем с меньшим числом мелочей ему приходится иметь дело. Программа должна управлять всеми рутинными функциями процесса, проблемами тактического уровня, в то время как оператор, как главнокомандующий, должен заниматься стратегическими вопросами. Например, он отвечает за выбор емкостей для производственного процесса, определяет время начала промывки различных объектов, при необходимости изменяет время, температуру и другие производственные параметры, заложенные в программу, принимает решения о мерах, направленных на устранение сбоев и нарушений производственного процесса. Имеется ряд средств, которые помогают оператору в этой работе:

• Цветной графический видеодисплей

• Принтеры

• Локальные пульты управления. Цветной графический видеодисплей

Цветной графический видеотерминал (рис.6.) в настоящее время повсеместно является неотъемлемой частью операторского оборудования. Особое внимание следует уделять эргономике цвета и графики. Здесь важно все — графическое и цветовое решение, использование символов и формы интерактивности, а также графическая иерархия и т.д. Хорошее изображение поможет оператору в его работе, предоставив ему правильную информацию в нужный момент и в наиболее удобном виде (см. рис.7). Это один из важнейших факторов успешной работы.

Рис.7 Примеры  получаемой оператором информации и интерактивных окон  на дисплее

Рис.7 Примеры получаемой оператором информации и интерактивных окон на дисплее

Устройство печати

Устройство печати имеет две основные функции. Первая: распечатывание информации, предоставленной контроллером технологического процесса — например, сообщений о неисправностях для оператора или статистических данных для руководства. Вторая: распечатка «жестких» копий с экрана монитора. Это позволяет постоянно документировать графическую информацию, например, о температуре пастеризации или о тенденциях в расходовании электроэнергии, воды и т.д.

Локальные пульты управления

Локальные пульты управления устанавливаются в производственных зонах — там, где удобно осуществлять местный контроль или где есть необходимость принимать информацию на месте.

В числе таких мест участок приемки, станция мойки, пастеризаторы (рис.8) и упаковочные машины. Местные пульты оператора могут быть разного типа — в виде небольших щитов с кнопками и индикаторными лампочками или микропроцессорных блоков с небольшим дисплеем и клавиатурой.

Рис.8 Локальный  пульт оператора в зоне пастеризатора.

Рис.8 Локальный пульт оператора в зоне пастеризатора.

Как работает система управления?

Управление осуществляется командным блоком, который в определенной последовательности посылает сигналы-команды на срабатывание и остановку различных исполнительных устройств таким образом, чтобы удовлетворялись заложенные в командном блоке логические условия, относящиеся к данному производственному процессу. Исполнительные устройства посылают в командный блок ответные сигналы, подтверждающие исполнение команд. Эти сигналы обратной связи с командным блоком являются условием, позволяющим сделать очередной шаг в управлении работой исполнительных механизмов. Принципиальная схема системы управления показана на рис.9.

Если сигнал обратной связи не получен, может быть послан сигнал о неисправности. В этом случае или останавливается процесс, или подключается другой участок командного блока, чтобы помочь справиться с возникшими трудностями. Это, естественно, предполагает, что данная неисправность предсказуема. Чем сложнее управляемый процесс и чем более жесткие требования предъявляются к его надежности и экономичности, тем более развитой должна быть логическая система блока управления.

Все датчики и все управляемые объекты процесса должны быть соединены с блоком управления. Так, в систему управления поступает вся необходимая информация о температурах, расходах, давлениях и т.д. Обработав эти сигналы, блок управления направляет сигналы-команды в адрес управляемых объектов, задействованных в данном процессе.

Специальные устройства ввода/вывода (3) преобразуют сигналы, поступающие от контролируемого процесса и направляемые к нему (4) в форму, пригодную для компьютерной обработки.

Все необходимое оборудование оператора — видеотерминал (1), печатающие терминалы (2) и локальные пульты управления — подсоединено к блоку управления.

2018-01-31_185047

Программируемая система управления

Автоматика — это быстроразвивающаяся область. Не так уж много лет назад системы управления автоматизированными производственными процессами состояли из электромеханических реле, соединенных в одну логическую схему. Им на смену пришли электронные элементы, которые работают быстрее и надежнее, так как не содержат подвижных элементов.

Следующим этапом стали программируемые системы управления, логика работы которых выражается в битах информации, сохраняющихся в памяти компьютера, а не в физической схеме электропроводов. Это позволило с гораздо большей легкостью изменять программу там, где нужно, и снижать стоимость аппаратуры.

В новых системах управления конструкторы воспользовались растущими возможностями и сниженной стоимостью компьютеров и микропроцессоров и рассредоточили командные функции по отдельным участкам. Это наделяет систему в целом большой гибкостью и очень высоким потенциалом. Новые процессоры можно использовать для управления одной машиной и можно группировать для осуществления всеобъемлющего руководства целым предприятием с целью повышения его производительности.

В системы автоматизации обычно входят и программируемые логические контроллеры (PLC), и компьютеры (например, персональные компьютеры PC).

PLC первоначально представлял собой маленькую копию более крупного компьютера, но затем, по мере укрупнения PLC, грань между ним и компьютером стерлась.

Требования к системе управления

Прежде всего от системы управления производственными процессами требуются гибкость, надежность и экономичность. Это означает, что:

• Видеомонитор оператора должен быть удобным и эффективным

• Система должна легко поддаваться расширению

• Язык программирования должен быть эффективным

• Система должна располагать эффективными электронными решениями

• В системе должны быть программы для проведения диагностических тестов, оперативной модификации и моделирования ситуаций.

Расширение системы управления

Существует много универсальных систем автоматизации, которые можно приспособить к любой промышленной схеме. Одно из важнейших требований, предъявляемых к такой системе,- это возможность ее дальнейшего расширения при необходимости. Должна существовать возможность постепенного построения системы любых размеров, позволяющей дополнять ее стандартными элементами. Небольшой регулятор, установленный для управления линией приемки, может в дальнейшем получить дополнительные функции — управление переработкой молока, наполнением и другими операциями, если добавить к нему дополнительные элементы оборудования из той же системы. В то же время в имеющиеся процессоры или в специальный управляющий компьютер могут быть введены дополнительные командные функции.

Очень важно, чтобы при этом все детали системы управления, соединяющей оператора и управляемый процесс,- от самого дальнего датчика до пульта управления — принадлежали одной и той же системе. Пример расширения системы управления будет приведен ниже.

Простой язык программирования

Должен быть разработан язык программирования с функциональной графикой, показанной, например, на рис.10, облетающей понимание и написание технологических программ и формализованных функциональных описаний процесса специалистами, не владеющими компьютерным программированием.

Данный язык должен быть языком высокого уровня, т.е. он должен иметь сходство с человеческим языком. Таким образом, облегчается понимание этого языка неспециалистами. Строение языка должно допускать разбиение прикладных программ на модули, каждый из которых описывает отдельную задачу — например, наполнение танка, мойку трубопровода или распечатку производственных данных. Это облегчает понимание языка и упрощает техническое обслуживание и тестирование прикладных программ.

Рис.10 Заложенные в процессор расширенные функции помощи, описания функциональных блоков (1) и схемы последовательности функций (2) являются эффективным и легко читаемым языком программирования.

Рис.10 Заложенные в процессор расширенные функции помощи, описания функциональных блоков (1) и схемы последовательности функций (2) являются эффективным и легко читаемым языком программирования.

Используя язык высокого уровня такого типа, оператор быстро обучается общению с системой. Начав с основ, он постепенно расширяет свой «словарь» до такой степени, что начинает общаться с системой так же просто, как если бы он обсуждал работу с коллегами. Таким образом, оператор получает очень мощный инструмент управления технологическим процессом.

Эффективные электронные решения

Для эффективного управления производственным процессом необходимо применение в данном процессе первоклассных электронных решений. Работа всей системы управления процессом будет поставлена под угрозу, если датчики и другая электроника не будут действовать безупречно.

Рис.11 Система управления клапанами. 1	Клапанные элементы 2	Модем 3	Система управления (PLC)

Рис.11 Система управления клапанами.
1 Клапанные элементы
2 Модем
3 Система управления (PLC)

Хорошим примером электронного решения является система управления клапанами, показанная на рис.11. Управление молочным заводом включает в себя контроль работы сотен и тысяч клапанов и управление их работой в различных сочетаниях и очередности. Для запоминания комбинаций, необходимых для конкретных целей, и для запуска этих комбинаций в кратчайшее время идеально подходят программируемые логические контроллеры. Для этого блок управления должен иметь канал мгновенной связи со всеми клапанами. Это делает систему дорогостоящей, поэтому была разработана новая система клапанов.

Новая система состоит из ряда клапанных элементов (1), по одному на каждый клапан. Клапанные элементы присоединены к общему кабелю и к общей линии сжатого воздуха. Кабель также соединен с модемом (2), связанным с системой управления (3). Монтаж, таким образом, значительно упрощается, при этом такая система управления обходится гораздо дешевле традиционной.

До 120 клапанов могут управляться с помощью одного кабеля, который также снабжает все клапаны электричеством. К системе автоматизации могут быть последовательно подключены несколько модемов, каждый из которых контролирует до 120 клапанов.

Еще одно несомненное достоинство этой системы состоит в том, что она имеет цепь обратной связи. Получив команду на открытие или закрытие, управляющий клапаном элемент докладывает блоку управления о ее исполнении.

С помощью модема постоянно отслеживается состояние всех клапанов и мгновенно передается сообщение в блок управления о любом сбое. Это значительно ускоряет обнаружение и устранение неисправностей, поскольку имеется возможность отсоединять отдельные клапанные элементы без вмешательства в работу всех остальных.

2018-01-31_185047

Примеры управляющих систем

Миниатюрный программируемый логический контроллер

На рис.12 показан миниатюрный ПЛК, предназначенный для точечной автоматизации — например, для автоматического программного управления отдельной машиной или фрагментом процесса. Это может касаться приемки молока, работы пастеризатора или мойки, PLC может также применяться на приемке материалов, ферментации, дозировке, стерилизации, приготовлении продуктов по заданной рецептуре, их расфасовке и т.д.

Данный программируемый контроллер основан на микропроцессоре, соединенном с производственным оборудованием через каналы ввода/вывода, число которых может доходить до 240. Поступающие в PLC сигналы несут информацию о состоянии контролируемого оборудования (температура, положение клапана и т.д.), а выходные сигналы контроллера передают команды насосам, клапанам и двигателям.

На рис.13 показан PLC, управляющий линией приемки молока. Микропроцессор этого блока непрерывно изучает поступающие сигналы, сравнивая

состояние процесса в данный конкретный момент с тем, каким оно должно быть в соответствии с заложенными в программу инструкциями, и автоматически принимает необходимые меры в случае каких-либо отклонений.

В системе такого типа PLC может получать инструкции от оператора, находящегося у соответствующего пульта управления. Блок PLC может быть подсоединен к видеодисплею для подачи команд, программирования или диагностических сообщений. В принципе инструкции могут приходить с любого другого блока управления.

Рис.13 Малая система под управлением ПЛК

Рис.13 Малая система под управлением ПЛК


Рис.14 Большая децентрализованная система автоматизации. 1	Контроллеры технологического процесса 2 Операторский видеодисплей 3 Сетевой кабель

Рис.14 Большая децентрализованная система автоматизации.
1 Контроллеры технологического
процесса
2 Операторский видеодисплей
3 Сетевой кабель

Децентрализованное управление производственными процессами

Если нужно распространить систему управления на целую производственную линию или на несколько линий (см. рис.14), то для этого понадобятся более мощное по сравнению с PLC вычислительное и коммуникационное оборудование и более емкая память.

Рис.15 Объединенная система управления, включающая Управленческую информационную систему.

Рис.15 Объединенная система управления, включающая Управленческую информационную систему.

Система автоматизации создается из ряда стандартных блоков, включающих:

• Контроллеры технологических процессов (1). Число необходимых контроллеров зависит от размеров той части производственного процесса, которую надлежит автоматизировать, а также от реальной планировки производственных помещений

• Интерфейсы оператора (2). Обычно это один или несколько цветных видеомониторов; их число зависит от числа операторов и зон производственной ответственности

• Кабельную сеть (3). Это основа коммуникации между различными элементами системы. Контроллеры процессов и видеомониторы также включены в эту сеть.

Контроллеры технологических процессов рассредоточены по своим подконтрольным участкам и взаимосвязаны через общую сеть. Другими словами, в высшей степени рентабельно автоматизировать весь завод, объединив ряд контроллеров технологических процессов в единую сеть.

Объединенная система управления заводом

Следующая ступень развития автоматизированной системы управления производством — создание всеобъемлющей сети, которая управляла бы всем заводом. Согласно этой схеме управления, завод

 

состоит не из одной промышленной зоны, включая в себя, например, участки производства масла, сыра и жидкого молока. В каждой зоне функционирует группа контроллеров производственных процессов (1) и там же нередко имеется собственно пост оператора (2), руководящего получением продуктов от одного участка и отправкой их в другой.

В пределах каждой зоны сеть коммуникаций связана с различными блоками.

Эта же сеть связана и с другими зонами, так что данные, команды, блокировки и т.д. могут передаваться из зоны в зону. Со всем этим оборудованием может быть соединен центральный пост управления всем заводом. Он может быть оснащен несколькими цветными графическими мониторами, каждый из которых сориентирован на конкретный участок и одновременно является резервным для какого-либо другого участка.

Когда все контроллеры производственных процессов предприятия объединены в одну сеть, появляется возможность подсоединить к этой системе центральный терминал текущего обслуживания. С его помощью можно вводить данные для перепрограммирования, переналадки и настройки, отслеживания сбоев.

На предприятии такого масштаба важно отслеживать производство и его экономические параметры. Контроллеры технологических процессов содержат значительный объем информации о производственных процессах в любой момент времени. Знание происходящего является ключом к повышению эффективности и экономичности производства.

Контроллеры производственных процессов сами по себе могут предоставить массу данных и отчетов, но переработка управленческой информации с возможностью дальнейшей ее обработки или сохранения в базе данных должна производиться отдельным компьютером (3).

Современная Управленческая информационная система (УИС) предназначена для работы с большими объемами данных. Она просчитывает и обрабатывает эти данные с целью подготовки различных отчетов, анализа экономичности производства и т.д. для того, чтобы помочь в планировании и составлении профилактических прогнозов в отношении технического обслуживания. Все это примеры того, как можно использовать Управленческую информационную систему.

Эта система построена на основе персональных компьютеров, использующих стандартное программное обеспечение — Excel. Windows и др.