нагревания сгустка. На участке 5 реализуется в стационарном режиме с
получением готовой продукции.
Выполним оценку качества системы автоматического регулирования
технологического процесса варки сыра в установке сыроизготовителя
«Bertsch» АО «Дмитровский молочный завод».
Экспериментальные характеристики, полученные на контроллере
Simatic S7-400, приведены в таблице 5.
Таблица 5 – Экспериментальные характеристики, полученные на
контроллере Simatic S7-400
Время, с
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Входное
одноступенчатое
воздействие,
образованное
скоростью
вращения
двигателя,
обороты/сек.
40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40
Изменения
выходной
величины,
o
0.7 0.8 3.4 85.2 6.7 7.9 8.8 9.3 9.5 9.6 9.6 90
Полученные экспериментальные значения указывают, что при подаче
единичного ступенчатого воздействия происходят изменения выходной
величины, следовательно, привод установки сыроизготовителя «Bertsch»
работает стабильно.
На следующем этапе построим экспериментальную переходную
характеристику объекта управления в программе MathCAD, полученные
результаты приведём на рисунке 20.
55
0 21.667 43.333 65 86.667 108.333 130
80
82.2
84.4
86.6
88.8
91
y
t
Рисунок 20 – Экспериментальная переходная характеристика объекта
управления, полученная в программе MathCAD
Для определения динамических параметров объекта регулирования
экспериментальным путем по переходной характеристике определим
параметры регулирования с использованием графических или
графоаналитических методов [29, c.32].
Для определения постоянных величин введем точку переходной
функции, в которой скорость изменения достигает максимального значения.
График переходных параметров объекта управления приведён на рисунке 21.
Рисунок 21 – Полученный график переходных параметров объекта
56
Вид экспериментальной функции (рисунок 21) позволяет сделать
вывод, что этот объект можно аппроксимировать функцией апериодического
звена первого порядка и заданием чистого запаздывания.
На основании полученных параметров на следующем этапе выполним
идентификацию объектов управления. Для этого в программе MathCAD по
полученной передаточной функции определим расчетную переходную
характеристику объекта [36, c.24].
После определения для получения кривой переходного процесса
получим параметры для имитационного моделирования технологических
процессов (рисунок 22).
y 10 x 10
k
y
x
k 1
k 1.6
15
T 50
t1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
W p( )
k e
p
T p 1
W p( )
p
invlaplace p
float 2
1.0 t 15.0( ) 1.6 e
0.02 t 0.3
1.6
h t( ) 1.0 t 15.0( ) 1.6 e
0.02 t 0.3
1.6
Wpidraz p( ) W p( ) Wpid p( )
Wpidraz p( )
k e
p
T p 1
Kp2 1 Td2 p
1
Tu2 p
Wpidraz p( )
1.6 e
15 p
50 p 1
1.979 1 6 p
1
36 p
Рисунок 22 – Полученные параметры для имитационного моделирования
технологических процессов
57
На следующем этапе выполним анализ устойчивости по критерию
Найквиста. Устойчивость системы автоматического регулирования
определяется по характеру влияния внешнего фактора. С целью упрощения
анализа устойчивости выберем графоаналитические методы.
Рассмотрим критерии Найквиста, который позволят по виду АФЧХ
разомкнутой системы определить ее устойчивость. В этом случае система
регулирования является устойчивой, если она устойчива в замкнутом
состоянии, и годограф амплитудофазовой характеристики не охватывает
точку с координатами 1 и 0 [39, c.111].
Определим устойчивость замкнутой системы ПИД-регулятором по
критерию Найквиста. АФЧХ разомкнутой системы с ПИД-регулятором,
полученная в программе MathCAD, приведена на рисунке 23.
Рисунок 23 – АФЧХ разомкнутой системы с ПИД-регулятором, полученная в
программе MathCAD
Как видно из рисунка 23 регулятором является устойчивой по
критерию Найквиста. Выполнив дополнительные построения, определим
запас устойчивости по амплитуде, и он составит 2, а по фазе 47
0
. Полученные
результаты указывают на устойчивость технологического процесса варки
сыра.
58
На основании выполненного анализа автоматизированной системы
управления технологическими процессами варки сыра на оборудовании
фирмы «Bertsch» в АО «Дмитровский молочный завод» можно сделать
выводы:
1) Для варки сыра применяется установка, которая включает узел
привода со стандартным редуктором, устройство нагрузки и перемешивания
без опоры на дно, 5 моющих головок для мойки, рубашку для нагрева и
охлаждения и дно.
2) В системе автоматизации управления технологическими процессами
варки сыра АО «Дмитровский молочный завод» для контроля температуры
молока в установке сыроизготовителя «Bertsch» применяется датчик ТСМУ-
0,05/280 и контроллер Simatic S7-400 компании Siemens.
3) Для анализа технологических процессов на заводе применяется
SCADA-система Trace Mode, которая позволяет контролировать
технологический процесс варки сыра в реальном режиме времени, а для его
визуализации использовать мнемосхемы и полученные графики.
4) Полученные результаты указывают на устойчивость
технологического процесса варки сыра. Однако существуют риски его
снижения, поскольку в системе автоматизации применяется устаревшее
оборудование, которое по опросам обслуживающего персонала АО
«Дмитровский молочный завод» часто подвергается ремонту.
59
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО
ПОВЫШЕНИЮ КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА ВАРКИ СЫРА В АО «ДМИТРОВСКИЙ
МОЛОЧНЫЙ ЗАВОД»
3.1. Разработка технического задания на модернизацию
автоматизированной системы управления технологическими
процессами варки сыра
На основании выполненного анализа было установлено, что в
настоящее время система автоматического регулирования технологического
процесса варки сыра обеспечивает необходимое качество. Однако
существуют риски его снижения, поскольку в системе автоматизации
применяется устаревшее оборудование, которое по опросам
обслуживающего персонала АО «Дмитровский молочный завод» часто
подвергается ремонту. Для исключения существующих рисков ухудшения
качества технологического процесса выполним модернизацию
автоматизированной системы управления технологическими процессами
варки сыра.
Выполним разработку технического задания на модернизацию
автоматизированной системы управления технологическими процессами
варки сыра в АО «Дмитровский молочный завод».
1. Общие сведения. Полное наименование АСУТП –
автоматизированная система управления технологическим процессом варки
сыра в установке сыроизготовителя «Bertsch» АО «Дмитровский молочный
завод». Краткое название: АСУТП варки сыра в установке сыроизготовителя
«Bertsch».
1.2. Модернизация оборудования осуществляется на основании приказа
генерального директора АО «Дмитровский молочный завод».
1.3. Порядок оформления и предъявления работ.
60
1.3.1.Техническая документация на модернизацию АСУТП варки сыра
в установке сыроизготовителя «Bertsch» будет формироваться поэтапно на
основании календарного плана работ. В случае необходимости сроки и
состав формирования документации будет согласовываться с генеральным
директором АО «Дмитровский молочный завод» с составлением
соответствующих протоколов.
1.3.2. Программное и техническое обеспечение по отдельным
управляющим и измеряемым каналам в разрезе подсистем программного
комплекса должны пройти поверку с помощью метрологического
оборудования.
1.3.3. Монтаж и наладка средств автоматизации должна
осуществляться отделом автоматизации АО «Дмитровский молочный завод»
при согласовании своих действий с генеральным директором.
Предварительные испытания АСУТП варки сыра в установке
сыроизготовителя «Bertsch» должны проводиться на территории АО
«Дмитровский молочный завод». Опытная эксплуатация средств
автоматизации должна проводиться отделом автоматизации и структурными
подразделениями, выполняющими управление технологическим процессом.
Гарантийный срок эксплуатации АСУТП варки сыра в установке
сыроизготовителя «Bertsch» не менее 5 лет с момента сдачи в эксплуатацию.
1.3.4. Основание для разработки технического задания. Приказ
генерального директора АО «Дмитровский молочный завод».
1.3.5. Составленное техническое задание должно быть согласовано с
генеральным директором АО «Дмитровский молочный завод» созданием
соответствующего приказа.
2. Назначение цели модернизации АСУТП варки сыра в установке
сыроизготовителя «Bertsch».
Назначение модернизации. Модернизация средств автоматизации
проводится с целью сохранения качества технологического процесса варки
61
сыра, улучшения регулирования процесса варки в установке
сыроизготовителя «Bertsch».
Модернизация предусматривает установку современных первичных
преобразователей, выбор микропроцессорного контроллера, и SCADA-
системы для усиления контроля технологического процесса варки сыра.
Цели модернизации. Целью модернизации автоматизированной
системы управления является улучшение технологического процесса варки
сыра и повышение его эксплуатационных показателей. Предпосылками для
достижения поставленных целей выступает управление технологическим
процессом варки сыра в установке сыроизготовителя «Bertsch»с
использованием современных средств автоматизации и внедрение в системы,
основанной на современной цифровой базе, позволяющей вести контроль и
управление технологическим процессом с автоматизированного места
обслуживающего персонала [28, c.93].
3. Требования к системе. Модернизация АСУТП варки сыра в
установке сыроизготовителя «Bertsch» предусматривает усиление контроля
технологических процессов в установке.
В состав АСУТП варки сыра в установке сыроизготовителя «Bertsch»
должен быть включён программно-технологический комплекс, который
будет выполнять цифровую обработку входных и выходных сигналов,
автоматически регулировать и управлять технологическим процессом варки
сыра на заводе, регистрировать и предоставлять оперативную информацию
обслуживающему персоналу.
В АСУТП варки сыра в установке сыроизготовителя «Bertsch» должны
быть предусмотрены следующие способы управления: автоматическое
регулирование технологического процесса варки сыра, управление с
использованием резервной системы.
Программно-технологический комплекс должен включать в себя три
уровня иерархии: нижний, средний и верхний.
62
На верхнем уровне программно-технологического комплекса должно
быть организовано автоматизированное рабочее место обслуживающего
персонала АО «Дмитровский молочный завод».
На среднем уровне программно-технологического комплекса должен
быть установлен микроконтроллер, который позволит преобразовывать
сигналы из первичных преобразователей и передавать их на АРМ
обслуживающего персонала.
Нижний уровень модернизируемой АСУТП варки сыра в установке
сыроизготовителя «Bertsch» должен быть представлен в виде распределенной
системы датчиков, позволяющих регистрировать параметры
технологического процесса варки сыра и передавать их на контроллер.
В качестве средств автоматизации для нижнего уровня АСУТП варки
сыра в установке сыроизготовителя «Bertsch» должны использоваться
современные первичные преобразователи, поверенные метрологическим
оборудованием.
В качестве технических средств должны использоваться
магистральные связи, подключенные к источнику бесперебойного питания
напряжением 220 В и частотой 50 Гц.
В системе автоматизации должна быть предусмотрена возможность
отключения каналов резервирования с целью выполнения профилактических
работ и ремонтов.
Работа АСУТП варки сыра в установке сыроизготовителя «Bertsch»
должна соответствовать следующим параметрам окружающей среды:
- амплитуда с вибрацией и частотой 25 Гц не должна превышать 0,1
мм. Средства автоматизации должны эксплуатироваться при температуре
окружающей среды от 18
0
С до 25
0
С, относительной влажности от 30 до 70%
и напряженности магнитного поля не более 40 А/М.
В состав программируемого контроллера должны входить не менее 6
аналоговых сигналов, не менее 6 дискретных сигналов и предусмотрен
63
интерфейс RS-485. Для управления установкой варки сыра должны быть
предусмотрены дискретные сигналы для подключения персонального
компьютера и передачи данных обслуживающему персоналу.
4. Состав и содержание работ по модернизации АСУТП варки сыра в
установке сыроизготовителя «Bertsch».
Определенные этапы и стадии модернизации АСУТП варки сыра в
установке сыроизготовителя «Bertsch», сроки работ должны соответствовать
договору на модернизацию.
Пакет эксплуатационной документации, программное и
алгоритмическое обеспечение должны быть указаны в приказе генерального
директора на модернизацию АСУТП варки сыра в установке
сыроизготовителя «Bertsch». Экспертиза технического проекта и рабочей
документации должна производиться с согласованием с генеральным
директором завода.
5. Порядок контроля и приемки АСУТП варки сыра в установке
сыроизготовителя «Bertsch». Контроль и приемка АСУТП варки сыра в
установке сыроизготовителя «Bertsch» должна соответствовать требованиям
технического задания.
6. Требования к документации. Проект на модернизацию АСУТП варки
сыра в установке сыроизготовителя «Bertsch» должен включать в себя схему
автоматизации, инструкции на эксплуатацию системы, паспорта на средства
автоматизации, параметры и алгоритмы автоматизации технологического
процесса.
7. Обеспечение информационной безопасности. При проектировании
АСУТП варки сыра в установке сыроизготовителя «Bertsch» должны
учитываться требования ФЗ от 27.07.2006 года №149 ФЗ «Об информации,
информационных технологиях и защите информации».
8. Описание системы модернизации и оборудования.
64