централизованное автоматизированное и диспетчерское управление
механизмами поточно-транспортной системой дробильно-сортировочных
фабрик: регулирования и программного управления дробилок, загрузки
промежуточных бункеров, аспирационных систем, погрузки материала;
поддержание работы конвейера в оптимальном режиме и контроль
предаварийных и аварийных ситуаций;
обеспечение автоматической дозировки и шихтовки отдельных
фракций щебня, с автоматическим оформлением документации;
управление и оперативное планирование производственной
деятельности дробильно-сортировочной фабрики.
ГЛАВА 2. ПРОЕКТНЫЙ РАЗДЕЛ
2.1 Назначение системы управления
Разрабатываемая автоматизированная система управления (далее по
тексту АСУ) предназначена для автоматического управления
технологическим процессом дробления породы, а также контроля работы
всех технологических установок с возможностью внесения корректировок в
работу ДСФ № 1 и ДСФ № 2 с рабочего места оператора.
Масштабируемость системы позволяет развивать и модернизировать
ее, добавляя новые функции при изменении технологической схемы.
Основой АСУ являются программные и технические решения
ведущих производителей, учитывающие особенности отечественного
оборудования. Цель АСУ ТП: автоматизированное диспетчерское
управление и контроль над работой конвейерного транспорта, а также
оборудования, входящего в состав конвейерных линий: дробилок, бункеров,
питателей и аспирационных установок, обеспечение безопасности
технологического процесса. Работы по созданию системы управления
планируется проводить в 3 этапа. Первый этап включает в себя
проектирование и согласование проекта. В последующие два этапа
производится закупка, монтаж и пуско-наладка оборудования [15]. На
втором этапе осуществляется подключение системы АСУ ТП к уже
установленным и имеющимся в наличии датчикам и исполнительным
механизмам. На третьем этапе осуществляется подключение ко вновь
закупаемому оборудованию.
Система функционирует в четырёх основных режимах:
1. Ручной – управление всеми установками и рабочими органами
ДСФ № 1 и ДСФ № 2 от пульта ручного управления и от локальных
кнопочных пультов. Контроллеры при этом никакого участия в управлении
не принимают и выполняют только функции контроля и противоаварийной
защиты. В системе имеется глобальный сигнал «управление от АСУ», при
обнулении которого, контроллеры переключаются в указанный выше режим.
В случае аварии контроллера или его зависания данный сигнал также
немедленно обнуляется и переключает все исполнительные органы данной
установки на работу от кнопочного пульта ручного управления;
2. Наладка (настройка) – возможно автономное управление всеми
установками и рабочими органами ДСФ № 1 и ДСФ № 2 от пульта и
одновременно посредством центрального компьютера в диспетчерской. При
этом отдаются команды на включение – выключение отдельных
транспортёров, дробилок, грохотов и т.п.;
3. Полуавтомат – оператор имеет возможность отдавать
технологические команды на отдельные устройства и их работу в
автоматическом режиме. При этом часть алгоритмов некоторых устройств
может быть отключена, и они при этом работают в ручном режиме. Данный
режим используется при некритичных отказах отдельных датчиков и
устройств;
4. Автомат – система управления в полностью автоматическом
режиме ведёт управление установками и рабочими органами ДСФ № 1 и
ДСФ № 2, согласно предварительно заданной технологической
программе, по заданным алгоритмам, с учётом текущих
технологических установок [19].
Целью создания АСУ ТП является повышение технико-экономических
показателей работы завода за счет:
оперативного получения информации о ходе технологического
процесса и принятия на его основе обоснованных решений по стратегии
управления;
ведения технологических процессов в режимах близких к
оптимальным;
применения эффективных алгоритмов управления и современных
средств автоматизации;
сокращения расходов, связанных с производственными потерями;
улучшения условий работы оператора-технолога.
Параметры работы системы управления и мониторинга дробилок,
бункеров отходов, аспирационных установок в таблице 11.
Таблица 11
Параметры работы системы управления и мониторинга
дробилок, бункеров отходов, аспирационных установок
Контролируются и поддерживаются в
автоматическом режиме
Используемые датчики и аппаратные
средства АСУ ТП
предпусковая сигнализация;
запуск и останов дробилок, аспирационных
установок;
аварийный останов;
аудио связь и звуковая / световая
сигнализация;
мониторинг состояния дробилок, бункеров
отходов, аспирационных установок;
видеонаблюдение.
монитор и средства ввода – вывода
промышленного компьютера;
существующие уровнемеры и
вторичные преобразователи бункеров
отходов;
сигнализаторы уровня сыпучих
продуктов;
токовые трансформаторы;
промежуточные реле запуска
пускателей двигателей;
модули опторазвязки.
АСУ позволяет контролировать, в режиме реального времени, ход
технологического процесса выявлять отклонения от заданных значений и
поддерживать в оптимальных режимах параметры работы дробильного цеха
[18]. Параметры работы система управления и мониторинга конвейеров
представлены в таблице 12.
Таблица 12
Параметры работы системы управления и мониторинга
конвейеров
Контролируются и поддерживаются в
автоматическом режиме
Используемые датчики и аппаратные
средства АСУ ТП
тест системы управления;
предпусковая сигнализация;
запуск конвейеров и др. оборудования;
монитор и средства ввода – вывода
промышленного компьютера;
существующие
остановка конвейеров и др. оборудования;
аварийный останов конвейеров и др.
оборудования;
аудио связь и звуковая / световая
сигнализация;
мониторинг состояния конвейеров,
питателя;
связь с датчиками противоаварийной
защиты, разрыва ленты, скорости ленты и
т.д.;
видеонаблюдение.
магнитоиндукционные датчики
контроля движения цепей, реле
скорости, сигнализаторы скорости
ленты, существующие пускатели;
токовые трансформаторы;
промежуточные реле запуска
пускателей двигателей;
дополнительные концевые
выключатели для калиток;
модули опторазвязки.
видеонаблюдение
Для реализации поставленной цели АСУ ТП должна выполнять
следующие функции:
сбор и хранение информации;
сигнализация и регистрация нарушений норм технологического
режима;
отображение информации о технологическом процессе на мониторе
центрального компьютера;
автоматическое регулирование технологических параметров;
программно-логическое управление;
оперативное управление технологическими процессами;
регистрация и документирование предаварийных и аварийных
ситуаций;
формирование рапортов и журналов;
получение предыстории развития технологических параметров за
длительное время в виде трендов, графиков, таблиц;
контроль действий оператора;
защита от несанкционированного доступа к функциям системы.
оперативное видеонаблюдение за ходом технологического процесса.
хранение видеоинформации в электронном архиве с возможностью
ретроспективного просмотра.
2.2 Структура системы управления
АСУ ТП ДСФ № 1 и ДСФ № 2, выполнена в виде многоуровневой,
распределённой системы управления. На верхнем уровне расположены
компьютеры управляющие ходом технологического процесса в целом и
обеспечивающие HMI (человеко-машинный) интерфейс (рисунок 2).
Рисунок 2 – Структурная схема системы управления
На среднем уровне расположены шкафы автоматики со встроенными
контроллерами, выполняющие управление, в реальном времени,
технологическими установками в соответствии с заданными алгоритмами и
командами оператора. Кроме того контроллеры среднего уровня
обеспечивают постоянный инженерный контроль допустимости параметров
оборудования и идентификацию предаварийных и аварийных ситуаций.
На нижнем уровне (уровень полевого КИП) расположена автоматика,
непосредственно управляющая электродвигателями, а также выполняющая
функцию контроля качества их электропитания, допустимости токов,
моментов на валу и температур. Кроме того на нижнем уровне располагаются
датчики технологических параметров, вторичные преобразователи и
элементы противоаварийной защиты.
В целом система управления программно-техническим комплексом
должна включать в себя, кроме системы управления карьером и питающей
станцией ДСФ, два модульных терминала. Один включает в себя пульт
оператора технологического комплекса ДСФ, а второй – системы привода и
пуска исполнительных механизмов и датчики контроля различных
параметров (рисунок 3).
Управление технологическим процессом и вспомогательными
операциями производится оператором, посредством пульта управления,
состоящим из трёх основных частей, территориально расположенных в
диспетчерской:
1. Консоль центрального пульта управления (далее по тексту КЦПУ)
технологическим процессом - А1 (52962760.425270.242.01.000). Основу
консоли составляет промышленный компьютер. Программное управление
компьютера функционирует под управлением SCADA системы, которая
обеспечивает непосредственное управление ходом технологического
процесса в целом. Человеко-машинный интерфейс (HMI) обеспечивается
посредством клавиатуры и дисплея, на экране которого, в виде мнемосхем,
графиков и цифровых значений, отображается ход технологического
процесса. Экранные кадры построены по иерархическому принципу и
позволяют наблюдать за работой ДСФ в целом и просматривать, в реальном
времени, по отдельности, работу всех технологических установок и
агрегатов. Посредством клавиатуры можно вводить и изменять численные
значения предустановок технологических параметров и аварийных уставок.
При необходимости, данные позволяет изменять экранные кадры и
алгоритмы управления. Доступ ко всем функциям возможен по паролям и
имеет несколько уровней.
2. Консоль видеоконтроля (далее по тексту КВК) центрального пульта
управления технологическим процессом – А2 (52962760.425270.242.02.000)
Основу консоли составляет промышленный компьютер, который
обеспечивает видеоконтроль хода технологических процессов в реальном
времени.
Рисунок 3 – Структурная схема системы управления
программно-технического комплекса ДСФ
На экран можно одновременно выводить изображение с одной,
четырёх, восьми или шестнадцати камер. Непосредственно с данного
компьютера можно вести настройку камер и просмотр видеоархивов. Доступ
ко всем функциям возможен по паролям и имеет несколько уровней [11].
3. Центральный шкаф автоматики (далее по тексту ЦША)
диспетчерской – А3 (52962760.425270.242.03.000).
Основу ЦШАД составляет специализированный GSM контроллер,
обеспечивающий работу автоматики в диспетчерской, контроль качества
электропитания и арбитраж правильности функционирования КЦПУ (А1) и
КВК (А2). При несанкционированных действиях оператора или выхода из
строя КЦПУ (А1) и КВК (А2), в том числе отключениях питания, авариях
технологического оборудования ДСФ № 1 и ДСФ № 2, данный контроллер
обеспечивает автоматическую рассылку тревожных сообщений по каналам
мобильной связи в формате SMS, с описанием произошедшего события,
руководству и ответственным лицам. В любой момент, при необходимости,
по запросу от зарегистрированных номеров мобильной связи, запросить
текущее состояние ДСФ № 1 и ДСФ № 2 и значения основных параметров,
например выработки готовой продукции.
Для независимого хранения технологических архивов SCADA
системы, видео архива и резервных копий ПО в шкафу установлен сетевой
накопитель общей ёмкостью 4 Тб.
В шкафу смонтирован сетевой коммутатор для связи с локальной сетью
Ethernet предприятия, обеспечивающий экспорт – импорт данных АСУ и её
связь с другими системами управления предприятием.
Для передачи и приёма данных с других элементов АСУ ТП, в шкафу
смонтирован адаптер – преобразователь USB-RS485. Сама связь
осуществляется посредством двух проводной, локальной, промышленной
сети передачи данных стандарта RS485. Приём и передача данных
производится по протоколу MODBUS.
Кроме того в данном шкафу смонтированы устройства бесперебойного
питания, обеспечивающие надёжную работу КЦПУ (А1) и КВК (А2) при
кратковременных перебоях электроснабжения.
Сбор данных и управление оборудованием ДСФ № 1 непосредственно
осуществляют локальные шкафы автоматики ДСФ № 1. Шкафы
территориально расположены вблизи оборудования, которым они управляют
и устанавливаются, по возможности, вблизи существующих шкафов
автоматики и электропитания.
Шкаф автоматики ручного управления ДСФ № 1 (далее по тексту
ШАРУ ДСФ № 1) – А4 (52962760.425270.242.04.000). Данный шкаф
располагается в помещении существующей диспетчерской ДСФ № 1. Основу
ШАРУ ДСФ № 1 составляет промышленный PLC контроллер,
обеспечивающий циклический опрос оборудования существующего пульта
управления ДСФ № 1. ШАРУ ДСФ № 1 производит непосредственное
переключение режимов работы оборудования автомат – ручной (в том числе
и подрежимов). ШАРУ ДСФ № 1 функционирует под управлением
циклической программы, а управление работой ШАРУ ДСФ № 1
осуществляется от КЦПУ путём записи команд управления в
соответствующие регистры контроллера ШАРУ ДСФ № 1.
Локальный шкаф автоматики (далее по тексту ЛША5) – А5
(52962760.425270.242.05.000). Данный шкаф располагается в районе
приёмного бункера ДСФ № 1. Основу ЛША5 составляет промышленный
PLC контроллер, получающий команды управления от КЦПУ и по его
запросам отсылающий в ответ текущие данные о состоянии управляемого
оборудования и фактических значениях датчиков, подключенных к данному
контроллеру. ЛША5 управляет следующим оборудованием:
1. Светофор ДСФ № 1. Контроллер обеспечивает автоматическое
зажигание ламп светофора, соответствующего цвета, по командам,
поступающим от КЦПУ.