АСУ ТП элеватора в волжском филиале компании «САН Интербрю»

Сейчас уже ни для кого не секрет, что производство наиболее эффективно и дает максимальную отдачу, если большинство процессов контролируется современной «умной» автоматикой. Описываемая АСУ ТП элеватора, внедряемая в волжском филиале компании «САН Интербрю», — весьма наглядный пример данного утверждения. Ведь внедряемая система позволяет автоматизировать весь комплекс применяемого технологического оборудования, снизить энергозатраты и потери продукта при транспортировке и хранении зерна, а также повысить взрывобезопасность производства по переработке зерна.

Автоматизация технологического процесса элеватора осуществляется на основе аппаратно-технических и программных средств по блочно-модульному принципу и легко перестраивается под изменения технологического процесса. Система отличается высокими характеристиками по надежности, помехозащищенности, самотестированию и диагностике неисправностей электрооборудования. По принципу построения АСУ ТП элеватора относится к классу сетевых систем управления. Подключение к периферийному оборудованию и датчикам производится через управляющие станции (промышленные контроллеры), связанные промышленной информационной сетью PROFIBUS. Аппаратура комплекса полностью гальванически развязана от управляемого электрооборудования. В объем автоматизации входит управление всеми маршрутами внутри элеваторного транспорта перекачки зерна, приема с ЖД и автотранспорта, включая управление задвижками и перекидными клапанами, а также сопутствующими системами аспирации.

Проектом предусмотрены следующие виды управления:

• местное — с индивидуальных пультов управления;
• дистанционное — с блокировкой и элементами автоматики.

Внедрение системы автоматического управления и визуализации позволяет:

• осуществлять оперативный сбор и обработку данных о состоянии периферийного оборудования, механизмов, датчиков, транспортеров, норий и т. д.;
• обеспечивать непрерывное диагностирование и обнаружение аварий и отклонений от технологического процесса, с выдачей аварийной сигнализации и с оповещением о характере неисправности и мерах, предпринятых по предотвращению нежелательных последствий (блокировки оборудования, остановы маршрутов);
• вести оперативные протоколы работы предприятия, а также протоколы функционирования собственных узлов и модулей;
• обеспечивать надежную непрерывную работу в условиях промышленного производства;
• контролировать наличие продукта в бункерах и силосах;
• контролировать токи нагрузки двигателей, сигнализировать о превышении нагрузки и выполнять отключения двигателей при достижении предельных нагрузок;
• осуществлять переход на «местный» режим работы;
• отображать основные технологические параметры в удобной для обслуживающего персонала форме (таблицы, графики, технологические схемы);
• вести архив значений технологических параметров;
• разграничить уровни доступа к изменению параметров работы установок (авторизированный вход в систему).

Возможности системы автоматизации элеватора

• Система автоматизации элеватора сохраняет функции управления при отказе отдельных технических средств.
• Система имеет модульную архитектуру со встроенными элементами непрерывного самотестирования и самодиагностики, легко и быстро восстанавливаемая при отказах, путем замены стандартных блоков и модулей, подключаемых на разъемных соединениях.
• В системе предусмотрена полная гальваническая развязка всех внешних линий и кабелей информационных сетей.
• Предусмотрены резервные аппаратные каналы для возможности расширения степени автоматизации элеватора путем интеграции в систему управления необходимых датчиков, автоматических клапанов и задвижек, нового технологического оборудования и т. д.
• Функции оперативного управления реализуется на SCADA — системе WinCC интерфейсом управления с оператором-технологом, обеспечивает быстрый и удобный доступ к процессу, а также полное представление необходимой текстовой и графической информации через экранную систему отображения.
• Система сигнализирует оператору о различного рода ошибках, связанных с отклонением параметров от допустимых значений, отказами технических средств и основного оборудования, а также с неправильными действиями персонала.
• Функции защит и блокировок реализуются в результате регистрации недопустимых отклонений аналоговых сигналов или определения недопустимых состояний дискретных сигналов или их сочетания.
• Система предусматривает два уровня защит — локальные (действующие на отдельные узлы и агрегаты) и глобальные (влияющие на разгрузку или останов объекта).
• В результате слежения за нагрузкой оборудования система имеет возможность раннего обнаружения перегрузок для их профилактического устранения, что уменьшает число аварийных остановов оборудования и его износ.

Структурная схема АСУ ТП элеватора

Состав АСУ ТП элеватора

Система управления оборудованием состоит из:

• контроллера SIMATIC S7-400;
• станций распределенного ввода-вывода ET200M;
• модулей ASI-интерфейса, объединенных в единые сети и подключенных к контроллеру SIMATIC S7-400.

В системе управления оборудованием контроллер SIMATIC S7-400 выполняет функции ведущего устройства. Он связан со станциями ET200M и модулями ASI-интерфейса единой сетью PROFIBUS, по которой производит обмен информацией с периферийными устройствами. К контроллеру подсоединены персональные компьютеры.

SIMATIC S7-400 состоит из следующих функциональных блоков:

• блок питания PS407 на 10 А;
• CPU 414-3 с встроенным блоком IF 964-DP;
• модуль дискретных выходов SM422 на 16 выходов по 24 В постоянного тока;
• два модуля дискретных входов SM421 на 32 входа по 24 В постоянного тока каждый;
• два модуля аналоговых входов SM431 на 16 входов каждый, сконфигурированные на входной ток 4-20 мА;
• монтажная стойка на 18 разъемов.

Станции распределенного ввода-вывода предназначены для сбора сигналов от датчиков, преобразования и передачи их в контроллер SIMATIC S7-400 по сети PROFIBUS, а также получения служебной информации от контроллера, преобразования ее в дискретные выходные сигналы управления оборудованием.

В состав станции ET200M-1 входит:

• блок питания PS307 на 5 A;
• интерфейсный модуль IM153-1 для подключения к сети PROFIBUS;
• четыре модуля дискретных входов SM321 на 32 входа по 24 В постоянного тока каждый;
• два модуля дискретных выходов SM322 на 32 выхода по 24 В постоянного тока каждый.

Станция ET200M-1 позволяет подключить дополнительно, с целью расширения, еще 2 модуля. ЕТ200М-1 задействована в контроле и управлении оборудованием, расположенным на отметках 36.600, 48.600 метров.

Станция ЕТ200М-2 состоит из:

• блока питания PS307 на 5 А;
• интерфейсного модуля IM153-1 для подключения к сети PROFIBUS;
• пяти модулей дискретных входов SM321 на 32 входа по 24 В постоянного тока каждый.

Станция ЕТ200М-2 позволяет подключить дополнительно с целью расширения еще 3 модуля. ЕТ200М-2 задействована в контроле верхнего уровня в силосах.

Станции ЕТ200М-3, ЕТ200М-4, ЕТ200М-5 идентичны и состоят из:

• блока питания PS307 на 2 А;
• интерфейсного модуля IM153-1 для подключения к сети PROFIBUS;
• одного модуля дискретных входов SM321 на 16 входов по 24 В постоянного тока каждый;
• одного модуля дискретных выходов SM322 на 16 входов по 24 В постоянного тока каждый.

С целью расширения на каждую из вышеперечисленных станций можно дополнительно установить еще по 6 модулей. ЕТ200М-3, ЕТ200М-4, ЕТ200М-5 установлены на разгрузочных тележках и заняты их управлением и контролем.

Станция ET200M-6 состоит из:

• блока питания PS307 на 5 А;
• интерфейсного модуля IM153-1 для подключения к сети PROFIBUS;
• двух модулей дискретных выходов SM322 на 32 выхода по 24 В постоянного тока каждый;
• одного модуля аналоговых входов SM331 на 8 входов, сконфигурированный на входной ток 4-20 мА.

На станцию ЕТ200-М6 можно дополнительно установить 3 модуля. К ЕТ200-М6 относится оборудование, установленное на отметках 13.725, 19.725, 25.725, 31.725 метров.

Последней является станция ЕТ200М-7, состоящая из:

• блока питания PS-307 на 5 А;
• интерфейсного модуля IM153-1 для подключения к сети PROFIBUS;
• трех модулей дискретных входов SM321 на 32 входа по 24 В постоянного тока каждый;
• двух модулей дискретных выходов SM322 на 32 выхода по 24 В постоянного тока каждый;
• двух модулей аналоговых входов SM331 на 8 входов каждый, сконфигурированные на входной ток 4-20 мА.

Дополнительно можно установить один модуль. ЕТ200М-7 работает совместно с оборудованием, находящимся на 0 отметке рабочей башни элеватора.

Управление и контроль состояния оборудования подсилосного этажа осуществляется модулями ASI-интерфейса, объединенными в 7 линий. Каждая линия модулей соединена с контроллером SIMATIC S7-400 при помощи устройства связи DP/AS-интерфейса, преобразующего сигналы ASI модулей в формат данных интерфейса PROFIBUS DP. Модули ASI-интерфейса устанавливаются в шкафы местного управления устройствами и подразделяются на модули ввода дискретных сигналов, модули ввода аналоговых сигналов и комбинированные модули ввода-вывода дискретных сигналов. Модуль дискретных входов имеет 4 входных канала, рассчитанных на напряжение 24 В постоянного тока, модуль ввода аналоговых сигналов позволяет подключить 2 аналоговых датчика с выходным сигналом 4-20 мА, комбинированный модуль входов-выходов имеет два дискретных входа, рассчитанных на использование 24 В постоянного тока.

Кабели связи объединяют отдельные станции ЕТ200М, модули ASI-интерфейса и контроллер SIMATIC S7-400 в единую систему АСУ ТП элеватора. Связь контроллера со станциями ЕТ осуществляется посредством кабеля PROFIBUS DP, в цепь которого включены повторители RS-485, позволяющие существенно повысить пропускную способность сети PROFIBUS. На концах линии связи, соединяющие ЕТ200М с контроллером SIMATIC S7-400, установлены терминальные устройства PROFIBUS TERMINATOR, которые в случае необходимости позволяют производить расширение АСУ ТП путем подключения дополнительных станций ЕТ200М. Вторая линия PROFIBUS соединяет контроллер и линии модулей ASI-интерфейса. В своем составе она имеет интерфейсный субмодуль IF964-DP и 7 устройств связи DP/AS-интерфейса. Здесь также применяется кабель PROFIBUS-DP. Для соединения модулей ASI-интерфейса, последовательно между собой и с устройствами связи DP/AS применяется обычный двухжильный кабель, по которому осуществляется как питание модулей ASI-интерфейса, так и обмен данными между контроллером и ASI-модулями. Данное решение обеспечивает однообразие построения сетевого элемента системы, упрощает отладку, обнаружение неисправностей и обслуживание АСУ ТП объекта.

Заключение

Автоматизированная система управления технологическим процессом элеватора, внедряемая в волжском филиале ОАО «САН Интербрю», позволяет наиболее полно решать все вопросы, возникающие в процессе приема, хранения и отгрузки зерна. Использование техники известных мировых и российских производителей, хорошо зарекомендовавшей себя на многих производствах, обеспечивает системе высокую надежность. Модульный принцип построения и использование открытого промышленного стандарта PROFIBUS позволяет легко модернизировать систему и по мере необходимости добавлять в нее новые элементы, постепенно охватывая дополнительные участки производства. Сетевой принцип построения системы автоматизации без проблем решает вопросы согласования работы элеватора с другими АСУ ТП, используемыми на производственных линиях предприятия.