выполнения инструкции END в каждом цикле, или немедленно по команде
прикладных инструкций, имеющих право на самостоятельное обновление
входов/выходов. Время обработки инструкций для базовых - несколько
микросекунд, а для прикладных 10-100 микросекунд. Программа каждого
отдельного контроллера выполняется автономно и хранится в
энергонезависимой памяти.
Взаимодействие КЦПУ, всех контроллеров и локальных шкафов
автоматики между собой производится через промышленную сеть стандарта
RS-485, по протоколу Modbus RTU, посредством считывания/записи
регистров в контроллерах. Компьютер КЦПУ является ведущим (мастером
сети). Обмен данными всегда инициализируется ведущим. Все контроллеры
АСУ имеют уникальные сетевые адреса. Для запроса данных или передачи
команд управления ведущее устройство может посылать запросы всем
устройствам одновременно (широковещательный режим) или только одному
конкретному устройству, по его уникальному адресу.
Все промышленные контроллеры, именуемые также Программируемый
Логический Контроллер или сокращенно ПЛК (англ. PLC – Programmable
Logic Controller) работают по следующей обобщенной схеме:
Шаг 1 – чтение состояния входов, таких как датчики, клавиатуры,
импульсы и кнопки.
Шаг 2 – исполнение микропроцессором программы, заложенной в ПЛК
пользователем и состоящей из логических связей, различных
последовательностей, циклов, таймеров, счетчиков, формул и т.п.
Шаг 3 – формирование выходных сигналов в соответствии с
результатами, полученными в ходе обработки заложенной в ПЛК программы.
В качестве выходных сигналов выступают открытие или закрытие реле
(транзистора), запуск процедуры по управлению технологической
установкой или процессом, формирование аналоговой величины или
цифрового значения.
ПЛК управляют периферийным оборудованием: панелями оператора,
частотным электроприводом, и т.п. В системе автоматического управления
ПЛК является важнейшим звеном.
Общепринятыми типами и обозначениями входных/выходных
сигналов контроллера являются:
DI (Digital Input) – дискретный вход;
AI (Analog Input) – аналоговый вход;
PI (Pulse Input) – импульсный вход;
DO (Digital Output) – дискретный выход;
AO (Analog Output) – аналоговый выход;
PO (Pulse Output) – импульсный выход.
Все контроллеры АСУ используют стандартный инструмент
программирования – язык ступенчатых диаграмм (англ. LD – Ladder
Diagram), который в отечественной практике автоматизации называется еще
как релейно-контактные схемы. Данный язык является универсальным
средством отображения схемы автоматического управления. Логику
формирования ступенчатой диаграммы можно подразделить на два подхода:
1. комбинационная логика. При данной логике схема состоит из
независимых друг от друга фрагментов, положение которых в схеме роли не
играет. Входы и выходы различных фрагментов не оказывают друг на друга
никакого влияния;
2. последовательная логика. При данной логике выход одного шага
схемы является входным условием для другого. Таким образом, входы и
выходы различных фрагментов схемы являются логически связанными и
положение каждого фрагмента в схеме строго определено. Такие схемы
нельзя «распараллелить».
Несмотря на общность подходов в логике работы релейно-контактных
электрических схем и ступенчатых диаграмм ПЛК, между ними существует
два кардинальных отличия. Первое и основное отличие заключается в том,
что релейно-контактные электрической схемы отражают работу реально
существующих приборов (счетчиков, таймеров, контактов), а контроллер
эмулирует их в своем процессоре. Так как в ПЛК всего один процессор, то
контроллер вынужден обрабатывать программу последовательно шаг за
шагом, что порождает определенную временную задержку. Чем длиннее
программа, тем больше это время задержки. Контроллер сначала опрашивает
все входы, затем обрабатывает всю программу, и только после этого
обновляет все выходы. Таким образом, контроллеры работают циклично:
опрос входов – отработка программы – установка выходов. Один полный
цикл еще называется сканом, а сам процесс циклическим сканированием. В
традиционных схемах, где все элементы существуют физически, временная
задержка не возникает, так как каждый прибор самостоятельно воспринимает
свой входной сигнал, сам его отрабатывает, а затем обновляет свой выход.
Таким образом, любые изменения на входах сразу же отрабатываются путем
установки выходов в соответствии с логикой релейно-контактной схемы.
Помимо задержки на отработку программы, в контроллерах существует
еще задержка на реакцию входов (цифровой фильтр), а также время на
изменение физических выходов, что в совокупности дает еще большую
задержку реакции на изменение во внешней среде. Единственным способом
уменьшить время реакции является уменьшение времени одного скана, что
достигается применением современных быстродействующих процессоров.
Каждая модель контроллера имеет свой ограниченный набор
операндов, доступных для написания программы. Любой операнд занимает
определенный объем памяти контроллера – бит, байт (8 бит), слово (16 бит)
или двойное слово (32 бит). Например, для включения катушки необходимо
записать «1» в соответствующую ячейку памяти, а чтобы выключить
записать «0».
Для удобства создания и чтения ступенчатых диаграмм каждый
операнд имеет свое стандартное название и обозначение.
Написание программы необходимо осуществляется по строкам.
Закончив одну строку, переходят к следующей строке. Левая вертикальная
линия олицетворяет собой общую силовую шину. В традиционных релейно-
контактных схемах рисовалась и правая силовая шина, т.е. показывался путь
тока через контакты и приборы. В ступенчатых диаграммах контроллеров
правая шина не рисуется.
Максимальное количество контактов в одном ряду – 11. Если
количество превышает 11, то контакты с порядковым номером больше 11
автоматически переносятся на новую строку, в начале, которой будет стоять
номер исходной строки, продолжением которой является новая строка. В
конечном счете, каждый ряд должен заканчиваться одним из выходных
операндов (контакт, катушка, инструкция).
При написании программы необходимо учитывать, что контроллер
сканирует программу слева на право сверху вниз и только вперед, т.е. из
верхнего левого угла к правому нижнему. Программа обрабатывается по
взаимосвязанным контактам одного фрагмента. Когда обработана одна
связка контактов, контроллер делает шаг вперед и захватывает следующие
контакты и т.д. пока не дойдет в данном фрагменте до выходного операнда,
которым должен заканчиваться каждый фрагмент ступенчатой диаграммы.
Потом контроллер переходит к следующему фрагменту.
Основой ПО верхнего уровня служит база данных АСУ ТП. База
данных содержит данные, описывающие технологический объект управления
и сетевую структуру АСУ ТП и данные, представляющие текущее состояние
объекта управления и его историю.
Технологические объекты системы описываются в БД, как
совокупность элементов контроля и управления. Каждый элемент контроля и
управления описывается определенной структурой данных. Элементами
контроля и управления являются: аналоговые и дискретные входы,
конвейеры, дробилки, грохоты, аспирационные установки и т.п.
В используемых программных средствах БД строится на основе блоков
ввода/вывода. Блоки данных представляют собой индивидуальные модули,
содержащие инструкции, и реализуют следующее:
принимают значение от другого блока, либо от таблицы образа
драйвера;
работают с данными в соответствии с инструкциями;
сравнивают значения с пределами тревог;
сканируют значения процесса на заданном отрезке времени.
Такие блоки называются Тэгами. При определении тэга, присваивается
конкретный тип в соответствии с информацией о процессе, связанной с
тэгом. Например, если тэг показывает частоту вращения конвейера, то тэгу
присваивается целочисленный тип. В словаре имён тэгов, используется
диалоговое окно Tag Types (Типы тэгов) для присвоения типа тэга любому
тэгу. После присвоения типа тэга, в словаре имён тэгов будут перечислены
свойства тэга, которые зависят от выбранного типа.
Передача информации между функциональным местом и базой данных
осуществляется автоматически в режиме онлайн. Передача информации
регламентируется. Контроль целостности и структурной корректности
внесенной информации осуществляется базой данных в автоматическом
режиме. Контроль смысловой корректности вносимой информации
осуществляется оператором соответствующего функционального места.
Корректировка информации осуществляется оператором соответствующего
функционального места.
Источниками информации являются датчики, установленные по месту
сбора информации и вторичные приборы. Носителями информации являются
БД контроллера, БД операторской станции, историческая БД SQL сервера.
Всё программное обеспечение операторской станции установлено на одном
компьютере.
Процессы сбора, передачи, контроля и корректировки информации
отвечают следующим требованиям:
информация поступает на ввод в систему своевременно в реальном
времени;
информация, участвующая в процессах, является логически полной;
контроль информации проводится в полном объеме при
первоначальном вводе информации и при каждой корректировке
существующих данных;
информация, не отвечающая требованиям контроля, не вносится в
систему;
отображение данных осуществляется на нескольких экранных
формах (ЭФ), доступ к которым осуществляется по нажатию кнопок на
главной экранной форме (main), либо через меню в верхнем правом углу
экрана. Каждая ЭФ схематично отображает некоторую часть общего объекта
управления. При этом каждый объект маркирован аналогично схеме
автоматизации;
некоторые объекты (например, конвейеры, дробилки, грохоты)
позволяют открыть отдельное окно контроля над данным объектом и
алгоритмом автоматизации связанным с ним. Рядом с такими объектами есть
кнопка «Регламент».
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выпускная квалификационная работа посвящена разработке
автоматизированной системы управления технологическим процессом,
направленной на усовершенствование основного оборудования, на ООО
«Биянковский щебеночный завод».
Горная масса проходит на дробильно-сортировочной фабрике процесс
дробления и разделения на фракции или классы крупности, затем готовые
фракции продукта накапливают в бункерах или складах, откуда они
отпускаются потребителю. Оборудование двух дробильно-сортировочных
фабрик состоит из дробилок, грохотов, машин и аппаратов для транспорта
сыпучих материалов - конвейеров.
Недостатки системы управления дробильно-сортировочных фабрик
заключались в отсутствие централизованного автоматизированного и
диспетчерского управления механизмами, вследствие чего отсутствовал
контроль работоспособности, оперативность настройки и ремонта
оборудования, документация и отчетность заполняется технологическим
персоналом вручную. Для устранения недостатка разработана
автоматизированная система управления технологическим процессом:
установка датчиков уровня, скорости, противоаварийной защиты и
т.д., а так же видеокамеры для наблюдения за ходом технологического
процесса и металлодетекторы для контроля наличия в породе металлических
включений;
установка контроллерных шкафов электроавтоматики,
обеспечивающих непосредственное управление, в автоматическом режиме
электродвигателями привода конвейеров, дробилок, грохотов и
аспирационных установок;
осуществляется опрос датчиков уровня, скорости, противоаварийной
защиты и передачу этих данных;
ход технологического процесса ДСФ № 1 и ДСФ № 2, при работе в
автоматическом режиме работы, обеспечивает HMI (человеко-машинный)
интерфейс управления при ручном и наладочном режиме работы.
После внедрения автоматизированной системы технологическим
процессом на предприятии повысится качество выпускаемой продукции,
улучшится качество управления технологическим процессом, увеличится
объем производства и реализация выпускаемой продукции, автоматизируется
система управления дробильно-сортировочных фабрик, произойдет
сокращение себестоимости выпускаемой продукции.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Автоматизация производства и промышленная электроника
(комплект из 4 книг). - М.: Советская Энциклопедия, 2016. - 236 c.
2. Баков, В.П. План горных работ ООО «БЩЗ» / В.П.Баков. – Миньяр,
2017. – 159 с.
3. Безменов, В. С. Автоматизация процессов дозирования жидкостей в
условиях малых производств / В.С. Безменов, В.А. Ефремов, В.В.
Руднев. - М.: Ленанд, 2014. - 216 c.
4. Брюханов, В. Н. Автоматизация технологических производств / В.Н.
Брюханов, А.Г. Схиртладзе, В.П. Вороненко. - М.: Высшая школа,
2013. - 368 c.
5. Болотских, О.Н. Определение лещадности щебня с использованием
специального штангенциркуля (по DIN EN 933-4: 1999-12) / О. Н. Болотских
// Технологии бетонов, 2015. - N 3/4. - С. 42-43.
6. Брюханов, В.Н. Автоматизация производства. / В.Н. Брюханов. - М.:
Высшая школа, 2015. - 367 c.
7. Буткевич, Г.Р. Щебень, песок: необходимо взаимопонимание
нерудников и дорожников / Г. Р. Буткевич, М. И. Лопатников //
Строительные материалы, 2015. - N 11. - С. 8-9.
8. Воскобойников, Б.С. Англо-русский словарь по машиностроению и
автоматизации производства / Б.С. Воскобойников, В.Л. Митрович. -
М.: Руссо; Издание 3-е, стер., 2013. - 185 c.
9. Виноградов, В. М. Автоматизация технологических процессов и
производств. Введение в специальность. Учебное пособие / В.М.
Виноградов, А.А. Черепахин. - М.: Форум, Инфра-М, 2014. - 192 c.
10. Газалеева, Г.И. Новые дробильно-сортировочные комплексы МК
Уралмаш для получения щебня I группы фракции 25-60 мм / Г. И. Газалеева,
С. П. Иванова // Строительные материалы, 2014. - N 1. - С. 18-21
11. Гитлевич, А.Д. Механизация и автоматизация сварочного
производства: моногр. / А.Д. Гитлевич, Л.А. Этингов. - М.:
Машиностроение, 2010. - 280 c.
12. Горляков, А.А. ОАО "Дробмаш": оборудование и технологии для
производства щебня / А. А. Горляков // Строительные и дорожные машины,
2014. - N 9. - С. 27-30.
13. Газалеева, Г.И. Новые дробильно-сортировочные комплексы МК
Уралмаш для получения щебня I группы фракции 25-60 мм / Г. И. Газалеева,
С. П. Иванова // Строительные материалы, 2014. - N 1. - С. 18-21
14. Григорьев, Ю.В. Внедрение электрогидравлического метода
производства щебня / Ю. В. Григорьев // Строительные материалы, 2017. - N
5. - С. 10-11.
15. Груздев, А.В. Технология получения кубовидного щебня в
конусных дробилках МК "Уралмаш" / А. В. Груздев, А. М. Осадчий, Г. И.
Газалеева // Строительные и дорожные машины, 2017. - N 10. - С. 21-23.
16. Дудка, В.Д. Менеджмент качества в области высокотехнологичных
производств / В.Д. Дудка. - М.: Финансы и кредит, 2017. - 238 c.
17. Евгеньев, Г.И. Щебень по европейским стандартам / Г. И.
Евгеньев, А. Г. Евгеньева // Строительные материалы, 2015. - N 5. - С. 20-22.
18. Иванов, А. А. Автоматизация технологических процессов и
производств / А.А. Иванов. - М.: Форум, 2013. - 224 c.
19. Иванов, А. А. Автоматизация технологических процессов и
производств. Учебное пособие / А.А. Иванов. - М.: Форум, Инфра-М,
2015. - 224 c.
20. Ицкович, Э. Л. Методы рациональной автоматизации производства /
Э.Л. Ицкович. - М.: Инфра-Инженерия, 2014. - 256 c.
21. Клушанцев, Б.В. Машины и оборудование для производства
щебня, гравия и песка [Текст] / Б. В. Клушанцев, П. С. Ермолаев, А. А.
Дудко. - М.: Машиностроение, 1976. - 184 с.