АДАПТИРУЕМЫЙ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СПИРТОВЫХ ЗАВОДОВ

Полезная модель относится к спиртовой промышленности, в частности к автоматизации технологических процессов производства.
Известные системы автоматизации процессов спиртового производства строятся на разрозненных технических средствах с применением различных типов приборов автоматики, имея своей целью автоматизацию только отдельного участка или установки. Такой подход является громоздким, сложным в реализации и эксплуатации, затрудняет обмен информацией, не позволяет реализовать сложные взаимосвязанные алгоритмы управления, не позволяет объединить подсистемы автоматизации цехов и участков в единую систему автоматизации предприятия, делает невозможным в перспективе развитие информационно-управляющей системы предприятия.
Известно решение для автоматизации спиртовых заводов фирмы ЗАО «РТСофт» (г.Москва), описанное в статье «Автоматизация технологических процессов брагоректификации (ректификации) спирта на основе программнотехнического комплекса САУР БРУ» в журнале «Ликероводочное производство и виноделие», №10, 2010. Подсистемы для автоматизации других участков спиртового завода описаны на сайте фирмы www.distil.ru. При наличии в программно-техническом комплексе фирмы РТСофт программируемого логического контроллера TSX Premium и стандартного пакета визуализации InTouch, недостатками его при использовании на спиртовом заводе являются: дороговизна, жесткая корзина контроллера, использование различных сред передачи данных (не всегда скоростных).
Технические решения для автоматизации Козловского спиртзавода, фирмы «Системы реального времени», описаны в статье «Комплексный подход к построению систем управления технологическими процессами производства спирта» в журнале «Современные технологии автоматизации», №1, 2006. Основным недостатком данной реализации является отказ от специализированного промышленного контролера, и применение персональной ЭВМ с SoftLogic, что недопустимо для взрывоопасного производства.
Предлагаемый адаптируемый программно-технический комплекс для автоматизации технологических процессов спиртовых заводов является универсальным инновационным решением, преодолевающим указанные недостатки, уменьшающим затраты предприятий на его внедрение и позволяющим получать спиртовым заводам продукцию с низкой себестоимостью при высоком качестве.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в:
- повышении качества конечных продуктов производства,
- стабилизации физико-химических и органолептических показателей готовой продукции,
- увеличении выхода готовой продукции,
- уменьшении количества отходов, исключении брака,
- снижении энерго и ресурсозатрат на единицу продукции,
- предупреждении нештатных и исключении аварийных ситуаций, за счет полной сквозной автоматизации спиртового завода и минимизации человеческого фактора.
Технический результат достигается:
- возможностью точного соблюдения заданных оптимальных технологических режимов производства,
- возможностью стабилизации протекающих технологических процессов,
- возможностью автоматического пуска и останова технологических установок и отдельных участков производства,
- возможностью автоматического вывода технологических установок и отдельных участков производства на заданные режимы,
- автоматическим контролем за действиями технологического персонала,
- накоплением исторической базы данных и возможностью ее просмотра и анализа,
- реализацией алгоритмов расчета расхода сырья и энергии на единицу продукции,
- реализацией алгоритмов технологических блокировок и защит,
- гибкостью; универсальностью; простотой внедрения, эксплуатации, развития автоматизированной системы.
Адаптируемый программно-технический комплекс (ПТК) базируется на современных программируемых логических контроллерах (ПЛК) класса «Программируемый контроллер узла сети ETHERNET TCP/IP 10/100 Мбит/с WAGO-I/O-System, с поддержкой аналоговых и дискретных сигналов» (или аналог), имеющих высокую производительность и надежность в эксплуатации. Контроллер компактен, легко масштабируется и расширяется, имеет высокоскоростной канал обмена по стандарту Ethernet 100 Мбит, что позволяет построить на его основе единую сеть управления заводом. ПТК имеет средства самодиагностика, индикации состояния, имеет дублированное питание, используются источники бесперебойного питания. Контроллер позволяет легкую замену плат, и расширение путем добавления новых плат. Программное обеспечение может быть перезагружено (в случае необходимости) без останова технологического процесса. Программирование ведется на языках международного промышленного стандарта IEC-1131.
В качестве пакета визуализации на автоматизированных рабочих местах технологического персонала используется самый распространенный в мире продукт для промышленной автоматизации класса SCADA - InTouch фирмы Wonderware (США).
Приборы используются преимущественно российского производства, с унифицированным сигналом 4-20 мА, в качестве расходомеров на спиртовые потоки применяются электронные ротаметры KROHNE и ABB.
Исполнительные механизмы используются как с электроприводом, так и с пневмоприводом.
Сущность полезной модели представлена на фиг.1 «Структурная схема системы автоматизации спиртового завода». Каждый участок, отделение или цех спиртового завода автоматизируются самостоятельно на базе единого адаптируемого программно-технического комплекса. Ядром автоматизации каждого участка является шкаф управления, включающий программируемый логический контроллер, реализующий алгоритмы управления соответствующего участка. Все шкафы управления объединены единой высокоскоростной сетью передачи данных стандарта Ethernet. Все контроллеры «видят» друг друга и могут обмениваться информацией стандартным образом. Это создает возможность объединения различных участков и цехов спиртового завода и создания единой общезаводской системы управления производством. Коммуникационное оборудование и кабели используется офисного и промышленного исполнения в зависимости от того, в каких условиях они находятся. Для объединения территориально удаленных участков применяются оптические удлинители. Автоматизированные рабочие места операторов-технологов, образующие верхний уровень, также подключаются к единой магистрали передачи данных Ethernet-100Mbit стандартным образом. Они могут располагаться в любом месте завода, как непосредственно вблизи производственного участка, так и в специально выделенном центральном пункте управления. Применение SCADA пакета, построенного на основе общепринятых промышленных стандартов, позволяет АРМам взаимодействовать между собой, дублировать друг друга в случае необходимости и позволяет легко подключаться к любому участку завода при наличии полномочий. Количество автоматизированных рабочих мест неограниченно. В составе сети управления могут быть реализованы выделенные централизованные архивные базы данных на основе современных СУБД класса MS-SQL. Это создает предпосылки для разработки в дальнейшем систем управления производством и предприятием более высокого класса типа MES и ERP.
«Адаптируемый программно-технический комплекс» характеризуется использованием на всех уровнях проверенных передовых промышленных стандартов в области промышленной автоматизации, соответственно высокой надежностью программно-технических средств, простотой эксплуатации и обслуживания, простотой внедрения, расширения и объединения, возможностью развития и построения на его основе современных информационных систем управления предприятием.
В полезной модели реализованы улучшенные алгоритмы управления технологическими процессами основных и вспомогательных отделений спиртового завода от приема сырья в виде зерна (или другого крахмалосодержащего продукта) до выпуска ректификованного спирта высокой степени очистки и сушки послеспиртовой барды. Отличием от аналогичных систем является комплексный подход к автоматизации всего завода, а не «лоскутная» автоматизация отдельных участков, возможность автоматического пуска-останова, автоматического вывода установок на требуемый режим, поддержание высокой стабильности технологических процессов, что почти полностью исключает человеческий фактор и обеспечивает повышенное качество конечного продукта.
Предлагаемая полезная модель легко адаптируется под спиртовый завод любой производительности путем установки приборов КИП и исполнительных механизмов с соответствующими техническими характеристиками. Унификация всех уровней автоматизации: полевого, управления, визуализации и коммуникаций на единой основе облегчает внедрение и эксплуатацию автоматизированной системы. Программно-технический комплекс наилучшим образом адаптируется под конкретную технологическую линию и обладает минимальной избыточностью, может быть использован для решения любой задачи автоматизации на спиртовом заводе.