Применение распределённых систем автоматизированного управления для линий послеуборочной обработки зерна

Технические науки

УДК 631.171

ПРИМЕНЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЁННЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ЛИНИЙ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА

Козлов Андрей Васильевич

с.н.с

Козлова Наталья Викторовна

инженер

лаборатория Машин и технологий послеуборочной обработки зерна и подготовки

семян

ФГБНУ ДальНИИМЭСХ Россия, город Благовещенск

Аннотация: В статье рассматриваются вопросы автоматизации линий послеуборочной обработки зерна. Предлагается применение современных систем автоматического управления и контроля с использованием блочного построения по принципу распределённой системы.

Ключевые слова: автоматизация процессов, распределённая система управления, программируемый логический контроллер

THE USE OF DISTRIBUTED AUTOMATED CONTROL SYSTEMS FOR THE LINES OF POST-HARVEST PROCESSING OF GRAIN

Andrey V. Kozlov Natalya V. Kozlova

laboratory of Machinery and post-harvest technologies of grain processing and seed

preparation Russia, the city of Blagoveshensk

Abstract: The article deals with the automation lines post-harvest grain handling. Offered the use of modern systems of automatic control and control using modular construction principle of a distributed system.

Keywords: process automation, distributed control system, programmable logic controller

Одной из основных причин недоиспользования производительности оборудования предприятий послеуборочной обработки и хранения зерна, наряду с организационными причинами и недостаточной технической надёжностью, является отсутствие развитой системы автоматизации, а также системы визуального контроля, позволяющей оператору эффективно управлять процессом в условиях эксплуатации.

В результате повышаются требования к автоматизации зерносушильных комплексов и многочисленному оборудованию, входящему в его состав. Традиционные средства регулирования и управления (аналоговые регуляторы, реле) являются технологически и экономически

неэффективными. Для решения данной проблемы, в последнее время, широко применяют ПЛК (программируемый логический контроллер) в области автоматического управления технологическими процессами, а также ЭВМ, как средство визуализации технологического процесса.

В сельскохозяйственных предприятиях в основном применяют поточную технологию обработки зернового материала. Такая технология имеет существенный недостаток - жёсткая связь между технологическим оборудованием и процессами, при этом не учитываются состояние поступающего на обработку зернового вороха и требования к качеству конечного продукта [1].

При автоматизации линий с поточной технологией послеуборочной обработки зерна наблюдается тенденция создания централизованных систем управления. При всех своих положительных качествах, такие системы имеют ряд недостатков:

- большой расход кабеля;

- громоздкость схемы управления, что усложняет эксплуатацию и обслуживание;

- выход из строя одного элемента, как правило, ведёт к остановке всей линии.

Применение современных компьютеров при создании централизованного контроля и

управления (на базе одного компьютера) не решает этих недостатков, а появляется другой -сложность программного обеспечения. В больших системах, как правило, требуется применение многозадачных операционных систем реального времени с организацией работы по прерываниям, так как циклический опрос всех датчиков занимает много времени.

Одним из серьёзных недостатков линий с поточной технологией мы считаем наличие жесткой связи между основными операциями, что ведёт к значительному усложнению процессов управления. Для решения этой задачи необходимо разбить технологический процесс на отдельные блоки посредством установки компенсирующих емкостей. В качестве емкостей предлагается использовать бункера активного вентилирования типа БВ. Компенсирующие емкости позволяют выравнивать потоки зерна на входе и выходе за счет накопления некоторой части зерна между звеньями.

Разработана структурная схема поточно-технологической линии выполнения технологических процессов [1] (рис1).

В предлагаемой схеме технологический процесс разбит на три блока:

I - отделение приёма и предварительная очистка;

II - отделение сушки и временного хранения;

III - отделение основной и окончательной очистки.

Грием 1

— зернового

вороха

2

Гредварит ельная очистка

I - Отделение приёма и предварительной очистки

II - Отделение сушки временного хранения с акт ивньм вент ил.

III - отделение основной и окончательной очистки семян

3.1

ш

8 35

i ш

Ф ¥

х

I

3.2

В

ш о а

I I ш S I

SB £ ср

X

сушка

зерна

1

Фураж

Основная очист ка

Вибропневмо-сорт ирование

6

Обмена

8

Гродовольст венно Э9 зерно

7

Рисунок 1 Стуктурная схема поточной линии

Между блоками существуют компенсирующие емкости - бункера активного вентилирования для обеспечения разрыва жесткой связи. Использование компенсирующих ёмкостей позволит применить блочное построение автоматизированной системы управления процессами послеуборочной обработки.

Еще один недостаток существующих централизованных систем управления - большой расход кабеля. Как правило, схемы собираются таким образом: устанавливается шкаф управления комплексом в операторской и уже разводка силовых сетей и сетей управления осуществляют к конкретному электроприводу, датчику и т.д. (рис 2 а)).

В целях экономии монтажных материалов и простоты монтажа предлагается установка не в одном шкафу управления, а разбить на отдельные блоки. Шкаф управления блока устанавливаются в непосредственной близости от исполнительных механизмов. Общее управление осуществляется по линиям связи (рис 2 б)).

Операторская

ШУ

Электрод Электрод вигатель вигатель №1 №2

-Датчик №1 Датчик №2

•Датчик № п

Электрод вигатель № п

а)

Операторская

Датчик №1 Датчик №2 Датчик № п

Электрод Электрод Электрод вигатель вигатель вигатель №1 №2 № п

Датчик №1 Датчик №2 Датчик № п

Электрод Электрод Электрод вигатель вигатель вигатель №1 №2 № п

Датчик №1

Датчик №2

Датчик № п

Электрод Электрод Электрод вигатель вигатель вигатель №1 №2 № п

б)

Рисунок 2 Структурная схема подключения: а) централизованной системы управления; б) распределённой системы управления Автоматизированная поточная технологическая линия строится по принципу распределённой системы с «активными» контроллерами (так называемый распределённый интеллект).

В таком варианте управляемость процесса не теряется даже в случае отказа сети, так как

«ответственные» вычисления, например, расчёт управляющих воздействий при регулировании, выполняются «на местах». При этом существенно снижается нагрузка на сеть, а, следовательно, и требования к сетевому оборудованию. Кроме того, существенно упрощается программное обеспечение контроллеров.

Распределённая система управления (Distributed Control System, сокращённо DCS) - это комплекс технических и программных решений для построения АСУ технологических процессов. Её характерной чертой является децентрализованная обработка данных и наличие распределённых систем ввода и вывода информации, повышенная отказоустойчивость, стандартная и единая структура базы данных[2].

Структура представленной системы управления DCS состоит из трех уровней. Нижний уровень ввода/вывода содержит в себе датчики, исполнительные механизмы и прочее. Средний уровень распределенной системы управления состоит из контроллеров.

Задача контроллеров обработать полученные данные, выдать управляющее воздействие, передать данные на верхний уровень. На верхнем уровне расположены серверы баз данных и операторская станция, задача которых предоставить человеко-машинный интерфейс оператору и осуществлять обмен с сервером и ПЛК.

Каждый ПЛК работает со своими датчиками и исполнительными механизмами, с конкретной частью объекта управления, и не зависит от других ПЛК, однако, взаимодействует с другими контурами и устройствами для выполнения общей задачи, достижения заданных показателей качества. Структурная схема АСУ для линии послеуборочной обработки зерна представлена на рисунке 3.

Локальная, сеть

Уровень 3

БПО

БАВ

АСУ ПО

w С

О

Н

АСУ и СО

н

А I

Т Т

Б1 Б2

Бп

БЗ

АСУ ЗС

н >>

О

БВО АСУ ВО

н

о

н

Уровень 2 ( машины

диспетчеры )

Уровень 1

Уровень 0

Рисунок 3 - Структурная схема блочной АСУ для линии послеуборочной обработки зерна: БПО - блок предварительной очистки; БАВ - блок активного вентилирования; БЗ - блок зерносушения; БС - блок сортирования; ТМ - транспортные механизмы; СУТ -

система автоматического управления топкой; СУСК - система автоматического управления сушильной камерой; МВО - машина вторичной очистки; МС - машина для

получения семян.

Блок предварительной очистки (БПО) служит для дистанционного управления группой машин. В нём предусмотрена схема автоматизации, элементы контроля и регулирования режима работы для того, чтобы задавать и контролировать степень загрузки машины и скорость воздушного потока в аспирационном канале.

Блок активного вентилирования (БАВ) предназначен для управления процессом активного вентилирования во всех бункерах поточной линии. Система опроса (СО) в заданной последовательности подключает датчики и автоматически устанавливает необходимый режим работы вентилирования в бункерах.

Блок зерносушения (БЗ) выполняет функции автоматизации групп механизмов и машин, входящих в зерносушильный комплекс, и систему управления режимом работы зерносушилки. Система управления в свою очередь подразделяется на системы автоматического управления топкой (СУТ) и сушильной камерой (СУСК). Комплекс этих систем позволяет выбрать и поддерживать наиболее выгодные режимы работы.

Блок сортирования (БВО) предназначен для автоматического управления комплексом сортировальных машин, который позволяет поддерживать наиболее выгодные режимы сортирования и получать нужное качество продукции. Блок учёта (БУ) служит для учёта и записи количества зерна, поступающего на пункт.

Автоматизация комплексов послеуборочной обработки зерна, представленным способом, позволит:

-повысить оперативность управления, эффективность и надежность работы системы;

-снизить затраты кабельной продукции;

-обеспечить персонал информацией, необходимой для принятия эффективных решений управления;

- использовать все резервы интенсификации процесса и повышения производительности труда. Оптимизируется технологический процесс обработки зерна, выбирается лучший (оптимальный) вариант технологии обработки, существенно облегчается и механизируется труд оператора (в части набора и пуска потоков, выбора оптимальных технологических потоков обработки).

Список литературы:

1. Хилько В.И., Блочно-модульный принцип проектирования зерноочистительно-сушильный комплексов послеуборочной обработки сои и зерновых./ Хилько В.И. Козлов А.В. Смолянинов Ю.Н. - сб. науч. докладов Международной научно-технической конференции «Ресурсосберегающие технологии и техническое обеспечение производства зерна» ВИМ М., 2010г.- С. 293-295.

2. Парр. Э. Программируемые контролеры. Руководство для инженера. М.: Изд-во"БИНОМ Лаборатория знаний" 2007. - 576с