СИСТЕМА ОПОВЕЩЕНИЯ ДЛЯ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Полезная модель относится к вычислительной, информационно-измерительной технике, в частности к автоматизированным системам управления технологическими процессами для привлечения дополнительного внимания эксплуатационного и обслуживающего персонала и предотвращения аварийных ситуаций.
Автоматизированные системы управления технологическими процессами широко используются в различных отраслях промышленности, однако не все из них позволяют отслеживать критические значения параметров технологического процесса и проводить оповещение эксплуатационного и обслуживающего персонала в ситуациях, близких к аварийным, и при отказах оборудования. В этой связи актуальной задачей является создание системы, способной своевременно оповещать персонал о возникновении ситуаций, приводящих к сбоям и отказам в ходе технологического процесса.
Известна самообучающаяся технологическая система обеспечения заданных параметров качества поверхностного слоя, содержащая устройство ЧПУ класса PCNC и датчик, измеряющий текущую температуру в зоне резания (см. патент RU №93725 U1, B23Q 15/007, опубл. 10.05.2010). Система получает оперативную информацию от датчиков и обрабатывает ее для создания соответствующей математической модели технологического процесса. Недостатком указанной системы является то, что она не обеспечивает предупреждение отказа, так как обработка информации происходит по математическим моделям, не предусматривающим реакцию системы в случае возникновения предаварийной или аварийной ситуации.
Наиболее близким техническим решением является система оповещения для принятия решений в автоматизированных системах управления технологическими процессами (см. патент RU №74226 U1, G06F 15/00, опубл. 20.06.2008), содержащая рабочую станцию, модуль цикла сканирования переменных, блок сравнения, речевой извещатель, блок поддержки управления запуском и остановом системы на мнемосхеме, радиотелефон. Система позволяет оповещать эксплуатационный и обслуживающий персонал для оценки ситуации в автоматизированных системах управления технологическими процессами за счет рабочей станции, речевого извещателя и радиотелефона, и контролировать ход технологического процесса за счет отображения отклонений на устройствах визуализации рабочей станции. Недостатком системы является то, что оповещение персонала происходит только после возникновения аварийной ситуации и таким образом не обеспечивается возможность предотвращения аварии.
Технический результат предлагаемой полезной модели состоит в том, что на основе оперативной информации о ходе технологического процесса система позволяет в предаварийной ситуации предотвратить аварию с помощью вывода текстового сообщения на экран визуализации с синхронным воспроизведением речевого сообщения, что обеспечивает привлечение дополнительного внимания эксплуатационного и обслуживающего персонала, а при возникновении аварийной ситуации - автоматический останов технологического процесса.
Указанный технический результат достигается тем, что система оповещения для принятия решений в автоматизированных системах управления технологическими процессами, содержащая рабочую станцию, модуль цикла сканирования переменных, блок сравнения, речевой извещатель, блок поддержки управления запуском и остановом системы на мнемосхеме, радиотелефон, дополнительно снабжена датчиком термоЭДС, выполненным в виде естественной термопары инструмент-деталь, RC-фильтром и многоканальным аналого-цифровым преобразователем, причем выход датчика термоЭДС соединен с входом RC-фильтра, выход RC-фильтра соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя двунаправленным последовательным интерфейсом RS-232 соединен с первым входом рабочей станции, первый выход рабочей станции соединен с входом модуля цикла сканирования переменных, второй выход рабочей станции соединен с первым входом блока сравнения, а выход модуля цикла сканирования переменных соединен со вторым входом блока сравнения, причем первый выход блока сравнения соединен с блоком поддержки управления запуском и остановом системы на мнемосхеме, второй выход блока сравнения соединен с речевым извещателем, третий выход блока сравнения соединен с первым входом радиотелефона, выход речевого извещателя соединен со вторым входом радиотелефона, а выход блока поддержки управления запуском и остановом системы на мнемосхеме двунаправленным последовательным интерфейсом соединен со вторым входом рабочей станции.
Отличием заявленной модели является ее конструктивное исполнение, при котором она снабжена датчиком термоЭДС, выполненным в виде термопары инструмент-деталь, который позволяет получать оперативную информацию о ходе технологического процесса, RC-фильтром и аналого-цифровым преобразователем, которые позволяют улучшить качество диагностического сигнала и преобразовать его в цифровую форму для передачи в рабочую станцию. Рабочая станция конструктивно выполнена в виде устройства ЧПУ класса PCNC, которое позволяет следить за изменениями в ходе технологического процесса на мнемосхеме, отображать предупреждающие сообщения, вносить корректирующую информацию. В системе предусмотрены два порога срабатывания, первый из которых предназначен для оповещения персонала в предаварийной ситуации, а второй - автоматического останова технологического процесса в случае аварии и дополнительного оповещения персонала.
Сущность предложенной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена структурная схема системы оповещения для принятия решений в автоматизированных системах управления технологическими процессами; на фиг.2 представлена схема датчика термоЭДС.
Система оповещения для принятия решений в автоматизированных системах управления технологическими процессами состоит из (фиг. 1) датчика термоЭДС 1, RC-фильтра 2, аналого-цифрового преобразователя 3, рабочей станции 4, модуля цикла сканирования переменных 5, блока сравнения 6, блока поддержки управления запуском и остановом системы на мнемосхеме 7, речевого извещателя 8, радиотелефона 9. Датчик термоЭДС 1 (фиг.2) выполнен в виде естественной термопары инструмент-деталь, состоящей из электрически изолированного режущего инструмента 10, электрически изолированной детали 11, токосъемника 12, установленного на детали 11, токосъемника 13, установленного на режущем инструменте 10 и электрического канала связи 14, соединяющего токосъемники 12 и 13. Датчик термоЭДС 1 на своем выходе формирует сигнал термоЭДС, который содержит оперативную информацию о ходе технологического процесса. Выход датчика термоЭДС 1 (фиг.1) соединен с входом RC-фильтра 2. RC-фильтр 2 выполнен в виде электрической схемы с одним входом, на который поступает сигнал термоЭДС, содержащий постоянную и переменную составляющую, от датчика термоЭДС 1 и одним выходом, на котором формируется постоянное значение сигнала термоЭДС. Выход RC-фильтра 2 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 3. Аналого-цифровой преобразователь 3 получает постоянный сигнал термоЭДС на каждый из входов и преобразует его в восьми разрядный цифровой код с частотой дискретизации не менее 1 кГц. Устройство имеет восемь входов, например АЦП В-480. Выход аналого-цифрового преобразователя 3 двунаправленным последовательным интерфейсом RS-232 стандарта ISO/IEK 2110 соединен с первым входом рабочей станции 4. Рабочая станция 4 выполнена в виде устройства числового программного управления (см. ГОСТ 21021-2000) класса PCNC, например SIEMENS SINUMERIK 840Di, которое содержит устройство визуализации в виде монитора, и программное обеспечение для отображения состояния технологического процесса на мнемосхеме и ввода коррекции технологических режимов. Первый выход рабочей станции 4 соединен с входом модуля цикла сканирования переменных 5. Второй выход рабочей станции 4 соединен с первым входом блока сравнения 6. Модуль цикла сканирования переменных 5 выполнен в виде устройства с одним входом и выходом, предназначенного для опроса соответствующих ячеек в памяти рабочей станции 4 для передачи их в блок сравнения 6, причем выход модуля цикла сканирования переменных 5 соединен со вторым входом блока сравнения 6. Блок сравнения 6 выполнен в виде устройства с двумя входами и тремя выходами, причем первый выход блока сравнения 6 соединен с блоком поддержки управления запуском и остановом системы на мнемосхеме 7, второй выход блока сравнения 6 соединен с речевым извещателем 8, третий выход блока сравнения 6 соединен с первым входом радиотелефона 9. Блок сравнения 6 предназначен для сравнения значений, получаемых на второй вход устройства от модуля цикла сканирования переменных 5, со значениями, поступающими на первый вход из соответствующих ячеек рабочей станции 4 и выработки выходного сигнала в случае, соответствующем одному из двух вариантов. В первом случае - возникновение аварийной ситуации - необходимо остановить выполнение технологического процесса, вывести текстовое сообщение первого типа «Внимание! Аварийная ситуация! Останов технологического процесса!» на монитор рабочей станции 4 и воспроизвести его, для чего на первом выходе блока сравнения 6 вырабатывается сигнал для останова и передачи сообщения на монитор рабочей станции 4 с помощью блока поддержки управления запуском и остановом системы на мнемосхеме 7 и на втором выходе блока сравнения 6 вырабатывается сигнал для передачи голосового сообщения первого типа «Внимание! Аварийная ситуация! Останов технологического процесса!» с помощью речевого извещателя 8 и радиотелефона 9, что обеспечивает автоматический останов технологического процесса и привлечение дополнительного внимания эксплуатационного и обслуживающего персонала. Во втором случае - возникновение предаварийной ситуации - вырабатывается сигнал на первом выходе блока сравнения 6 для передачи текстового сообщения второго типа «Внимание! Предаварийная ситуация! Требуется коррекция технологических режимов!» на монитор рабочей станции 4 с помощью блока поддержки управления запуском и остановом системы на мнемосхеме 7 и на, втором выходе блока сравнения 6 вырабатывается сигнал для передачи голосового сообщения второго типа «Внимание! Предаварийная ситуация! Требуется коррекция технологических режимов!» с помощью речевого извещателя 8 и радиотелефона 9, что обеспечивает привлечение дополнительного внимания эксплуатационного и обслуживающего персонала. Третий выход блока сравнения 6 предназначен для соединения с радиотелефоном 9. Блок поддержки управления запуском и остановом системы на мнемосхеме 7 выполнен в виде устройства с одним входом и одним выходом, на котором вырабатывается сигнал для передачи в рабочую станцию 4 информации о прекращении выполнения технологического процесса, выводе одного из двух указанных выше типов сообщений на монитор рабочей станции 4 и отображения состояния технологического процесса на мнемосхеме рабочей станции 4, причем выход блока поддержки управления запуском и остановом системы на мнемосхеме 7 двунаправленным последовательным интерфейсом RS-232 стандарта ISO/IEK 2110 соединен со вторым входом рабочей станции 4. Речевой извещатель 8 выполнен в виде устройства с одним входом, одним выходом и встроенной памятью для хранения двух типов сообщений, причем выход речевого извещателя 8 соединен с вторым входом радиотелефона 9. Радиотелефон 9 выполнен в виде устройства с двумя входами и одним выходом для синхронного воспроизведения речевого сообщения от речевого извещателя 8, причем на первый вход радиотелефона 9 поступает сигнал для включения и дозвона по запрограммированным номерам. В момент ответа на звонок радиотелефон 9 начинает воспроизводить сообщение, полученное на второй вход радиотелефона 9 от речевого извещателя 8. Связь радиотелефона 9 с другими радиотелефонами осуществляется по радиоканалу. Модуль цикла сканирования переменных 5, блок сравнения 6, блок поддержки управления запуском и остановом системы на мнемосхеме 7, речевой извещатель 8 выполнены в виде электронных контроллеров, например CAREL Pro compact.
Система работает следующим образом. В ходе технологического процесса режущий инструмент 10 (фиг.2) взаимодействует с деталью 11, что приводит к возникновению сигнала термоЭДС в электрическом канале связи 14, соединяющем токосъемники 12 и 13. В начальный момент времени сигнала термоЭДС регистрируется на эталонных технологических режимах по известному способу (см. патент RU №2312750, B23Q17/19, опубл. 20.12.07), в последующие моменты времени регистрация сигнала термоЭДС происходит непрерывно на текущем технологическом режиме, что позволяет получать оперативную информацию о ходе технологического процесса на выходе датчика термоЭДС 1 (фиг.1). Полученный сигнал термоЭДС поступает на вход RC-фильтра 2, в котором для улучшения качества проходит фильтрацию от переменной составляющей. Постоянная составляющая сигнала термоЭДС поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 3, в котором преобразуется в восьмиразрядный цифровой код с частотой дискретизации не менее 1 кГц и при помощи интерфейса RS-232 передается на первый вход рабочей станции 4. В постоянной памяти рабочей станции 4 хранится информация о текущем технологическом режиме и предельно допустимом количестве отказов, не влияющем на нормальное состояние технологического процесса. В памяти рабочей станции 4 также хранится начальное значение сигнала термоЭДС, полученное на эталонных режимах обработки, и текущие значения сигнала термоЭДС, считанные с периодичностью не менее пяти секунд с помощью модуля цикла сканирования переменных 5. Каждое текущее значение сигнала термоЭДС передается в блок сравнения 6, который сравнивает его с предыдущим значением. Если текущее значение сигнала термоЭДС по абсолютной величине составляет меньше 2 мВ или превышает начальное значение более чем на 5 мВ, то констатируется факт наличия предаварийной ситуации. В этом случае на вход блока поддержки управления запуском и остановом системы на мнемосхеме 7 подается сигнал для вывода сообщения второго типа на монитор рабочей станции 4, на вход речевого извещателя 8 подается сигнал для передачи на второй вход радиотелефона 9 сообщения второго типа, а на первый вход радиотелефона 9 подается сигнал для включения и дозвона по запрограммированным в памяти устройства номерам, что обеспечивает привлечение дополнительного внимания эксплуатационного и обслуживающего персонала, который имеет возможность выполнить коррекцию технологического процесса с помощью рабочей станции 4. В случае если в произвольный момент времени до окончания технологического процесса количество отказов равно или превышает их предельное допустимое количество, то система констатирует факт наличия аварийной ситуации. В этом случае на вход блока поддержки управления запуском и остановом системы на мнемосхеме 7 подается сигнал для вывода сообщения первого типа на монитор рабочей станции 4 и отображения состояния технологического процесса на мнемосхеме рабочей станции 4, на вход речевого извещателя 8 подается сигнал для передачи на второй вход радиотелефона 9 сообщения первого типа, а на первый вход радиотелефона 9 подается сигнал для включения и дозвона по запрограммированным в памяти устройства номерам, что обеспечивает автоматический останов технологического процесса и привлечение дополнительного внимания эксплуатационного и обслуживающего персонала.
Предлагаемая система оповещения для принятия решений в автоматизированных системах управления технологическими процессами позволяет повысить надежность технологического процесса за счет своевременного оповещения эксплуатационного и обслуживающего персонала и может быть использована для предотвращения возникновения аварийных ситуаций при обработке металлов резанием на автоматизированном оборудовании. Система также позволяет в предаварийной ситуации с помощью программного обеспечения рабочей станции скорректировать параметры технологического процесса, что позволить продлить срок эксплуатации оборудования и снизить экономические затраты предприятия.