Организация и управление технологическими процессами строительного производства с использованием SCADA-систем

Организация и управление технологическими процессами строительного производства с использованием SCADA-систем. М.Ш.Минцаев, Н.А.Бурдачева

В современных автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП) используется принцип диспетчерского управления и сбора данных .

Диспетчерское управление в настоящее время применяется в различных областях: энергетике, строительстве и приготовлении строительных материалов, нефтяной, газовой, атомной, химической, водной промышленности и многих других.

Однако для создания эффективной и надежной системы диспетчерского управления и сбора данных, минимизации времени и ресурсов для разработки проекта АСУ ТП, построения удобного человеко-машинного интерфейса (HMI -Human-Machine Interface) требуется специализированное программное обеспечение. Для решения задач диспетчеризации и сбора данных наиболее целесообразно использовать современное программное обеспечение SCADA.

Программное обеспечение SCADA (Supervisory Control And Date Acquisition) - это сбор, обработка информации в режиме реального времени с удаленных объектов и управление на основе полученной информации. Структура АСУ ТП с использованием SCADA предполагает наличие нескольких уровней [1] (рис. 1).

Нижний уровень - «полевой», или контроллерный уровень включает различные преобразователи, датчики для сбора информации о ходе технологического процесса, электро-, пневмо-, гидроприводы и исполнительные устройства для управляющих воздействий. Датчики выдают информацию программируемым логическим контроллерам (ПЛК), выполняющим следующие функции: сбор, первичная обработка и хранение информации о состоянии оборудования и параметрах технологического процесса; автоматическое

логическое управление и регулирование; исполнение команд с пункта управления (верхнего уровня); самодиагностика работы программного обеспечения и состояния самого контроллера; обмен информацией с пунктами управления и т. д.

Разработка, отладка и исполнение программ контроллерами осуществляется с помощью специализированных программных средств, выпускаемых как производителями используемых в схеме АСУ ТП контроллеров, так и другими компаниями-разработчиками программного обеспечения для АСУТП.

Связь между всеми звеньями - локальными контроллерами, контроллерами нижнего и верхнего уровня, пультами оператора осуществляется с помощью специализированных промышленных сетей (HART, DeviceNET, ASI и др.).

Связь различных автоматизированных рабочих мест оперативного персонала между собой, с контроллерами верхнего уровня, а также с вышестоящим уровнем осуществляется с помощью информационных сетей (Ethernet и др.).

Верхний уровень - диспетчерский уровень, представляет собой автоматизированные рабочие места диспетчеров (операторов), технологов. Здесь же может быть установлен сервер базы данных, WEB-сервер и др.

На этом уровне оператор в режиме реального времени наблюдает за ходом технологического процесса при помощи мнемосхем и в случае необходимости оперативно управляет технологическим процессом. На диспетчерском уровне находит непосредственное применение прикладное программное обеспечение SCADA. Следует отметить, что SCADA ориентировано на разработку и поддержание HMI-интер-фейса без реального программирования (или с минималь-

Рис. 1. Структурная схема АСУ ТП с использованием SCADA-системы

ным применением) между диспетчером (оператором) и системой управления. Современные SCADA-системы обеспечивают диспетчера наиболее полной и наглядной информацией, имеют доступные «рычаги» управления и характеризуются наличием мощного графического редактора мнемосхем, системы тревог (алармов) и формирования отчетности, регистрирования, архивирования, поддержания интернет/ин-транет-технологий, различных протоколов (OPC, DDE, TCP/IP и т.д.), системы подсказок, справочной информации и многого другого.

Последние версии SCADA-систем имеют в своем арсенале и специальные приложения для программирования контроллеров. Это доступные инженеру-технологу с минимальными знаниями программирования языки стандарта МЭК1131-3 типа FBD,ST, IL, SFC, LD.

В настоящее время на российском рынке присутствует ряд SCADA-пакетов [2]:

• InTouch (Wonderware, США);

• FIX (InteLLution, США);

• RSView (RockwellAutomation, США);

• Citect (CI Technology, Австралия);

• WinCC (Siemens, Германия);

• Trace Mode (Adastra, Россия);

• MasterSCADA (НПФ Инсат, Россия);

• КРУГ-2000 (НПФ КРУГ, Россия) и другие.

Необходимо отметить, что российские SCADA-системы,

вполне конкурентоспособные по сравнению с зарубежны-

ми аналогами, используют различные технологии для ускорения процесса разработки проекта АСУ ТП и соответственно экономят время проектировщика.

Если рассматривать внедрение и перспективы SCADA-си-стем в строительном производстве, то ряд предприятий, таких как ОАО «Новоросцемент» (г. Новороссийск), ОАО «Гор-нозаводскцемент» (г. Пермь), ОАО «Искитимцемент» (г. Ис-китим), успешно используют SCADA-систему TRACE MODE в автоматизации технологического процесса производства цемента.

Как подтвердили сотрудники ОАО Искитимцемент, в результате внедрения Trace Mode был повышен уровень использования основного технологического оборудования, снижен уровень энергозатрат, обеспечен контроль каждой стадии производства цемента, улучшены условия труда и т.д.

Еще в начале 2000-х годов в строительном производстве, в частности, на бетонных заводах для автоматизированного управления SCADA-системы использовали неохотно. Однако в настоящее время большинство производителей как стационарных, так и мобильных бетонных заводов активно оснащают свою продукцию автоматизированными системами управления на базе SCADA-систем и программируемых логических контроллеров. К примеру, известная компания «МЕКА», специализирующая на производстве оборудования для строительного производства, разрабатывает автоматизированные системы управления для своих бетонных заво-

Рис. 2. Главное окно мнемосхемы, разработанной в SCADA-системе InTouch 7

4 2009 83

дов на базе SCADA и ПЛК немецкой компании Siemens. Результат - высокоточное взвешивание и четкая дозировка строительных материалов, что однозначно сказывается на повышении качества готовой продукции, экономии цемента и улучшении условий труда.

Пример мнемосхемы АСУТП процесса приготовления бетонной смеси, разработанной в SCADA-системе InTouch 7.0 американской компании Wonderware представлен на рис. 2. Отличительной особенностью графических экранов, созданных с помощью SCADA-системы, является возможность их переконфигурирования разработчиком человеко-машинного интерфейса системы управления, имеющим соответствующие права доступа, т.е. изменения количества выносимых на главный экран параметров или настройки вида их отображен ия (значение, индикатор, тренд и т.п.).

Технологические параметры, к которым необходим оперативный доступ оператора, вынесены на представленной мнемосхеме на основной экран (рис. 2). Эти параметры, в отличие от тех, к которым не требуется доступ оператора, не блокированы паролем и позволяют оператору в режиме реального времени изменять влажность инертных материалов (для систем без датчика влажности), вносить поправку по воде относительно рецепта, изменять режимы разгрузки бетоносмесителя, изменять режимы дозирования материалов и др. Таким образом, с помощью достаточно простого и удобного инструмента SCADA можно создавать за минимальные сроки без знаний стандартных языков программирования интуитивно понятные и графически развитые экранные формы, которые легко «привязываются» к реальным сигналам системы управления и отображают значения технологических параметров.

Наряду с такими традиционными строительными производствами, как бетоносмесительные узлы, асфальтобетонные заводы,производство сухих смесей, кирпичные и цементные заводы, за последние два-три года SCADA-сис-темы нашли применение в изготовлении различных строительных материалов нового поколения. На заводе НПО «Аль-таис» в 2005-2007 годах запущена в эксплуатацию АСУТП выпуска металлополимерной трубы. Для организации диспетчерского управления использована также отечественная система MASTERSCADA компании НПП ИнСат.

Система запускалась поэтапно, и на сегодняшний день автоматизированы почти все линии основного производства НПО «Альтаис». Главными функциями системы являются контроль температуры и давления установок, скорости вращения экструдеров и сварочной головки, скорости линии протяжки, противоаварийная защита. Обеспечен также ручной ввод в систему уставок для технологических параметров. Графическая визуализация, система тревог, автоматизированная отчетность и многие другие функции MASTERSCADA обеспечили комфортную работу для диспетчеров, обслуживающих производство. Результатом внедрения системы стало заметное повышение качества готовой

продукции благодаря более точному соблюдению технологического регламента и прежде всего температурного диапазона экструдера. Контроль качества продукции ведется строго по записям в архиве системы.

Выбор конкретной SCADA-системы зависит от специфики технологического процесса, используемых технических средств автоматизации и их открытости, требований по надежности, функциональным возможностям, необходимости технической поддержки со стороны поставщика SCADA, материальным ограничениям и т. д.

В заключение необходимо отметить, что перспективы развития организации и управления технологическими процессами современного строительного производства, несомненно, связаны как с использованием специализированных программных средств типа SCADA, так и программируемых логических контроллеров.

Литература

1. Андреев Е.Б., Попадько В.Е. Программные средства систем управления технологическими процессами в нефтяной и газовой отрасли. М., «Нефть и газ», 2005, 268 с.

2. Андреев Е.Б., Куцевич Н.А., Синенко О.В. SCADA-сис-темы: взгляд изнутри. М., «РТСофт», 2004, 176 с.

Organization and Control of the Technological Processes of Construction Production with the Use of SCADA-systems. By M.Sh.Mintsaev, N.A.Burdachovа

In the article the structure of automated control systems of the technological processes is examined, this process is based ugon the principle of supervisory control and data acquisition. Questions of interaction between the lower and upper level ASUTP, designation andfunctions SCADA - systems, the programmed logical controllers are examined. A brief review of domestic and foreign SCADA-systems and prospect for use in the construction output is also produced.

Ключевые слова: диспетчерское управление, управление строительным производством, SCADA-системы, АСУТП, программируемые логические контроллеры, бетонные заводы.

Keyword: supervisory control, control of the building manufacture, SCADA-systems, ACSTP, programming logical controllers, concrete factories.