Структура системы управления технологическим процессом сушки основного отхода производства в спиртовой отрасли

УДК 6S i .5

Электропривод и системы управления

СТРУКТУРА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ СУШКИ ОСНОВНОГО ОТХОДА ПРОИЗВОДСТВА В СПИРТОВОЙ ОТРАСЛИ И.С. Макаш, В.Л. Бурковский

Приведено описание структуры системы управления технологическим процессом сушки основного отхода производства. Рассмотрен состав уровней подсистем, взаимосвязь и классификация исполняемых функций

Ключевые слова: система, управление, процесс сушки

Одним из технологических процессов спиртовой отрасли, характеризующихся

потенциальной опасностью и обладающих рядом неопределенностей, является процесс сушки основного отхода производства (барды). Несмотря на то, что цех сушки барды является вспомогательным производством, ввиду запрета на производство спирта без сушки барды, безопасность функционирования этого цеха и поддержание заданных параметров, напрямую определяет объем выработки основного продукта и как следствие, экономическую эффективность спиртового производства в целом.

Известен ряд технологических схем переработки барды - в США, Китае и других странах наиболее распространена технология Dried Distillers Grains with Solubles (DDGS) - сухая дробина барды с растворимыми веществами. DDGS используется в производстве комбикормов, а также в качестве белково-витаминной добавки в кормовые рационы сельскохозяйственных животных и птиц. DDGS получают путём разделения на жидкую и дисперсную фазы (кек), упаривание фугата барды, совместную сушку упаренного фугата и дисперсной фазы. [3,5]

Функциональная структура автоматизированной системы управления технологическим процессом сушки (АСУ ТП процесса сушки) состоит из взаимосвязанных подсистем, которые классифицируются по исполняемым функциям:

- сбора и первичной обработки значений технологических параметров и состояния исполнительных механизмов транспортирующего оборудования, сушилок, запорной и регулирующей арматуры;

- интерактивного ввода параметров, необходимых для выполнения расчетов в составе функционально-группового (или программнологического) управления (ФГУ);

- графического отображения состояния технологического оборудования, исполнительных механизмов, транспортирующего оборудования, сушилок, запорной и регулирующей арматуры;

и

аварийной от задания нарушений хода

технологических

- предупредительной сигнализации, отклонения технологических параметров и программ ФГУ;

- регистрации значений параметров и хода программ ФГУ;

- автоматического регулирования;

- технологических блокировок и защит;

- дистанционного управления

исполнительными механизмами насосов, вентиляторов, запорной и регулирующей арматуры;

- обработки приоритетов и формирования выходных команд управления исполнительными механизмами и арматуры;

- обеспечение связи с автоматизированным рабочим местом оператора-технолога (АРМ ОТ).

На рис. 1 представлена обобщенная структура АСУ ТП сушки.

- сбора и первичной обработки данны;х

- передачи данны;х

Контроллеры и средства

- отображе;ния

- архивац;ии

- вычислен; ия

- управлен;ия

- сервисного обслуживания;

Устройства связи с объектом

Датчики технологических измерений процесса сушки

Оперативный

персонал

Щит

АРМ ОТ управления сушки

Инженер АСУ

Средства управления ИМ

Исполнительные механизмы, вентиляторов насосов запорной и регулирующей арматуры

Рис. 1. Обобщенная структура АСУ ТП сушки

Бурковский Виктор Леонидович - ВГТУ - д-р техн. наук, профессор, e-mail: emses@list.ru

Макаш Игнат Станиславович - ВГТУ - аспирант, e-mail: ignat.makash@mail.ru

На щите управления (ЩУ) АСУ ТП сушки в оперативном контуре управления располагается АРМ ОТ, с которого осуществляется контроль и управление оборудованием. В неоперативном

контуре ЩУ должно быть размещено АРМ инженера АСУ для обслуживания программно-

технического комплекса (ПТК) АСУ ТП сушки: конфигурирования, отладки программного обеспечения и др.

Автоматизированная система управления технологическим процессом сушки имеет иерархическую трехуровневую структуру. При этом верхний и средний уровень ПТК построены на базе локальной вычислительной сети, а нижний уровень обеспечивает ее связь с технологическим оборудованием.

На рис. 2 представлена структурная схема аппаратного обеспечения АСУ ТП сушки.

Нижний уровень системы включает датчики с нормированным выходом (исключение - датчики температуры), датчики непосредственного контроля и прямого действия, контактные концевые выключатели арматуры (или бесконтактные преобразователи информации о конечных положениях арматуры), контактные реле, органы местного управления, в том числе аварийные кнопки. Нижний уровень системы должен быть построен таким образом, чтобы была обеспечена возможность ремонта, опробования механизмов без связи с верхними уровнями АСУ и аварийного оперативного отключения механизма в случае отказа среднего и верхнего уровней системы.

Для входных аналоговых сигналов предпочтительным является сигнал 4 + 20 мА, для дискретных - 0 + 24 В.

АРМ ОТ АРМ инженера АСУ АРМ НС СП

Сервер 1

Сервер 2

ЦПУ 1

ГГ

Исполнит.

механизмы

п

ЦПУ 2

Частотные преобразо -ватели

Исполнит.

механизмы

Исполнит.

механизмы

Аналоговые и дискретные сигналы от датчиков

Рис. 2. Структурная схема аппаратного обеспечения АСУ ТП сушки

Оборудование сушки должно быть разделено на функциональные группы по технологическому принципу.

Цех сушки барды производительностью ~ 90 т/сутки может состоять из следующих

функциональных групп оборудования (ФГО):

- емкостей барды и фильтрата барды;

- декантеров, разделяющих твердую и жидкую фракции;

- испарителя нисходящего потока (I ступень, II ступень);

- испарителя с принудительной циркуляцией (III ступень);

- циркуляционного сепаратора (I ступень, II ступень и III ступень);

- компрессора вторичного пара;

- сборника сиропа;

- промывочной колонны;

- емкости для конденсата пара;

- сушилок трубчатых;

- вентиляторов пара;

- вентиляторов пневмотранспорта;

- транспортирующих устройств - шнеков, норий;

- насосного оборудования;

- системы парового пожаротушения и взрыворазрядных устройств сушилок.

Средний уровень системы в структуре АСУ ТП базируется на микропроцессорных контроллерах в составе локальной вычислительной сети ЕШете! и обеспечивает:

- прием и аналого-цифровое преобразование сигналов, поступающих с нижнего уровня;

- формирование пакетов этой информации и передачу их по локальной сети на верхний уровень;

- выполнение программ контроля и управления, в том числе автоматического регулирования, блокировки и АВР;

- прием с верхнего уровня сети и преобразование цифровых сигналов в аналоговые и релейные в соответствии с заданными алгоритмами;

- передачу команд на объект управления.

На среднем уровне реализуются функции технологической блокировки (ТБ) и дистанционного управления (ДУ) наиболее ответственными исполнительными механизмами (ИМ), а также автоматическое регулирование (АР) и

технологические защиты (ТЗ) АСУ ТП сушки.

К аппаратно-программным средствам среднего уровня предъявляются жесткие требования по надежности, времени реакции на поступающие сигналы, ЦПУ должны гарантированно откликаться на внешние события, поступающие от объекта за время, определенное для каждого события.

Размещение модулей ввода/вывода в шкафах контроллеров должно соответствовать делению на ФГО, принятые для шкафов управления арматурой.

Верхний уровень системы предназначен для реализации алгоритмов ФГУ технологическим оборудованием и связанными с ним ДУ и ТБ исполнительных устройств, СБУ, алгоритмов расчетного характера, а также для формирования поста оперативного управления ВПУ. СБУ осуществляет множество различных методов диагностики и прогнозирования случайных процессов. [1,4]

На рис. 2 показана структура, при которой задачи управления разделены между двумя вычислительными машинами и инженерной станцией для диагностики. В реальности, уровень управляющих ЭВМ может быть представлен различными архитектурами, от одиночной вычислительной машины до больших вычислительных систем (мейнфреймов),

объединенных в локальную сеть рабочих станций и серверов. Очевидно, что для обеспечения функционирования уровня управляющих ЭВМ необходимо специализированное программное обеспечение.

Несмотря на то, что поставляемые иностранными производителями технологические схемы производства DDGS в достаточной мере оснащены средствами автоматизации и поддержания заданных параметров, в процессе сушки требуется уделять особое внимание вопросу безопасности, при этом необходимо учитывать все факторы негативного воздействия, способные вывести объект за рамки штатного функционирования. Как показывает статистика, одним из таких факторов является наличие ошибок в управленческих решениях, принимаемых человеком. [2] Последствия некорректных действий оператора можно разделить на две основные группы:

1) ошибки, ведущие к повышению опасности:

- несвоевременно принятые решения;

- некорректное управление, связанное с неадекватной оценкой сложившейся ситуации;

- ошибки, вызванные недостатком опыта принятия решений в ситуациях, близких к аварийной;

2) ошибки, снижающие эффективность производства:

- некорректное принятие решений, связанное с недостатком опыта в управлении конкретной системой;

- несвоевременное предупреждение выхода в нештатную ситуацию.

На данный момент установлено много факторов, влияющих на принятие человеком управленческих решений (характер работы, стрессы, психологическая нагрузка, состояние рабочего места и т.д.), однако существуют системы, в которых дополнительные трудности в процесс управления вносит наличие неопределенностей различного рода. Это может быть чрезмерная сложность модели объекта, неоднозначность и неформализованность алгоритмов управления или плавающие границы между описаниями возможных состояний системы. Все это требует для обеспечения эффективного и безопасного функционирования предприятия спиртовой отрасли, разработки специального математического обеспечения реализованного на основе методов искусственного интеллекта.

Литература

1. Втюрин В. А. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Основы АСУТП / В. А. Втюрин, Учебное пособие, СПб. 2006, с. 15, 20.

2. Давидюк Н. В. Разработка системы поддержки принятия решений для обеспечения физической безопасности объектов: диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.13.01, 05.13.19 / Давидюк Н. В. - Астрахань, 2010. - 209 с.

3. Лыков А. В. Теория сушки / А. В. Лыков. - 2-е изд. - М.: Энергия, 1968. - 472 с. (1-е изд. 1950, 416 с.).

4. Ткалич С. А. Диагностические экспертные системы безаварийного управления технологическими процессами / С. А. Ткалич // Вестник Воронежского государственного технического университета, том 3, №5, 2007, с. 38-43.

5. Mujumdar A. S. Handbook of Industrial Drying / A. S. Mujumdar. - 3-rd Ed. - New York: Taylor & Francis, 2007. - 1280 p.

Воронежский государственный технический университет

THE STRUCTURE OF THE CONTROL SYSTEM OF THE DRYING PROCESS CO-PRODUCT IN DISTILLERY INDUSTRIES V.L. Burkovsky, I.S. Makash

The description of the structure of the process control system DDGS production. The composition subsystem level, the relationship and classification of executable functions

Key words: system, management, DDGS