Модернизируемая АСУТП варки сыра в установке сыроизготовителя
«Bertsch» должна позволять контролировать информационные и аварийные
параметры с установки для получения сыра, а также автоматически
управлять режимами работы оборудования.
На рабочем месте обслуживающего персонала должна быть
установлена SCADA-система для обработки данных с микроконтроллера, их
архивирования. Вся информация на SCADA-системе должна быть
представлена в виде мнемосхем. На сервере должна быть предусмотрена
возможность ведения учета аварийных ситуаций и оповещения дежурного
персонала о возникающих сбоях в работе системы.
В системе автоматизации должен быть предусмотрен индуктивный
измерительный преобразователь электропроводности JUMO CTI-750,
который коммутационными выходами должен быть соединен с
микроконтроллером.
В состав индуктивного преобразователя JUMO CTI-750 должен
входить датчик температуры, который должен позволять быстро и точно
измерять температурную компенсацию. В состав датчика должно быть
включено 2 релейных выхода, которые должны быть произвольно
запрограммированы для контроля предельных значений электропроводности,
температуры или концентрации [24].
Управление первичным преобразователем должно осуществляться с
помощью пленочной клавиатуры, графического дисплея, имеющего
открытый текст. Простым поворотом крышки должен достигаться контроль
монтажа.
В состав датчика JUMO CTI-750 должна входить программа,
позволяющая конфигурировать прибор для контроля технологического
процесса варки сыра.
Блок-схема подключения первичного преобразователя JUMO CTI-750
приведена на рисунке 24.
65
Рисунок 24 – Блок-схема подключения первичного преобразователя JUMO
CTI-750
В основе работы первичного преобразователя JUMO CTI-750
находится индуктивный метод, который позволяет измерять параметры
технологической среды на основе поляризации электропроводов. Измерение
электропроводности должно выполняться индуктивным зондом.
Датчик температуры должен быть установлен в проточном канале. В
состав датчика температуры должен входить сенсор, выполненный из
нержавеющей стали, позволяющий быстро реагировать на изменения
температуры. Зависимость электропроводности от температуры среды
должна позволять компенсировать влияние окружающей среды.
Измерительный преобразователь JUMO CTI-750 должен быть установлен на
подающем продукт трубопроводе, перед сыроизготовителем для контроля
параметров электропроводности и температуры. Управление первичным
преобразователем должно осуществляться с помощью графического дисплея
и кнопок.
Первичный преобразователь JUMO CTI-750 должен соответствовать
техническим характеристикам, приведенным в таблице 6.
66
Таблица 6 – Требования к работе первичного преобразователя JUMO CTI-750
Параметр Значение
Напряжение питания от 19 до 31 В
Потребляемая мощность с дисплеем не менее 3 Вт
Коммутируемая мощность полупроводников меньше 50 В
Допустимая температура хранения -5
0
С до 75
0
С
Степень защиты преобразователя IP-67
Нагрузка на датчик меньше 500 Ом с выходным
током
Точность и погрешность 0,5%
В АСУТП варки сыра в установке сыроизготовителя «Bertsch» должен
использоваться программный контроллер Omron CJ2MCPU33. При
выполнении обработки данных о технологическом процессе варки сыра
контроллер должен обладать повышенной производительностью,
способностью поддержки работы и обработки данных с нескольких портов, а
также осуществления непрерывного коммуникационного обмена на трех
уровнях сетевого обмена [18].
Кроме этого контроллер Omron CJ2MCPU33 должен иметь
повышенную гибкость в обработке информации и передачи данных на
автоматизированное место обслуживающего персонала. В работе контролера
должны поддерживаться функции структурного программирования,
упрощенные процедуры отладки программного кода и компоновки
программы.
В АСУТП варки сыра в установке сыроизготовителя «Bertsch»
контроллер Omron CJ2MCPU33 должен выполнять следующие функции:
- позволять производить операции по сокращению времени циклов до
0,04 мс и до 10,2 мс в режиме ввода-вывода информации;
- поддерживать программы, включающие до 250 тыс. шагов и до 5120
точек ввода и вывода данных;
67
- функции создания макро протокола должны использоваться для
разделения коммутационных портов и передачи данных по интерфейсам RS-
232 и RS-485;
- при организации коммуникационного обмена с внешними
устройствами в контроллере должны поддерживаться макро протоколы для
выполнения повторных попыток обработки запросов, проведения
мониторинга времени остановки и проверки ошибок.
В контроллере Omron CJ2MCPU33 должны поддерживаться функции
исправления ошибок, обслуживания, отслеживания данных, задания
тактового времени, установки начальных параметров и программирования.
Для измерения веса продукта в АО «Дмитровский молочный завод»
должен использоваться тензометрический датчик Тензо-М, который
установлен на каждой опоре емкости.
Температура продукта внутри емкости должна измеряется датчиком
Pt100 фирмы Элемер.
Для регулирования процесса в системе автоматизации должны быть
предусмотрены пневматические клапаны, которые работают от
пневмораспределителей SMC SY3A00-5UF1. Каждый клапан должен иметь
обратную связь с контроллером Omron CJ2MCPU33 при помощи
индуктивного датчика IFT200 фирмы IFM установленного на нем.
В схеме автоматизации должен использоваться индуктивный датчик
IFT200, который устойчив к резким изменениям температуры.
К техническим характеристикам индуктивного датчика IFT200
относятся [10]:
- рабочее давление от 10 до 36 Па;
- потребление тока 10 мА при напряжении 24 В;
- постоянный ток нагрузки коммутационного выхода составляет 100
мА;
- частота переключения равна 800 Гц.
68
Также в схеме автоматизации должен использоваться датчик
температуры Pt100 Фирмы Элемер [9], который относится к резистивным
датчикам и позволяет измерять температуру в газообразных и жидких
средах. Температурный диапазон измерения датчика составляет от 0
0
С до
350
0
С.
3.2. Разработка схемы автоматизации с предложенным оборудованием
Программирование контроллера Omron CJ2MCPU33 и сенсорного
терминала NS10-TV01B-V2 в АО «Дмитровский молочный завод»
осуществляется при помощи пакета программ CX-ONE 4.33, включающего
программу для работы с контроллером CX-Programmer и программирования
сенсорного терминала CX-Designer. На рабочем месте оператора для
управления процессом с помощью SCADA-системы установлена программа
CX-Supervisor.
Главное окно интерфейса для управления процессом варки сыра
приведено на рисунке 25.
Рисунок 25 – Главное окно интерфейса для управления процессом варки
сыра
Как видно из рисунка 25, оператор при автоматизации может выбрать
режим отображения технологической схемы, работы сыроизготовителя, а
также использовать две программы по сыроизготовлению.
69
Из главного меню можно попасть в меню служебных параметров,
температурных графиков, архивов работы и аварий, параметров мешалки.
В режиме сыроизготовителя существует возможность выбора одного из
рецептов для варки сыра, что видно из рисунка 26.
Рисунок 26 – Окно для выбора режима приготовления сыра
Как видно из рисунка 26, в режиме приготовления сыра оператор АО
«Дмитровский молочный завод» может выбрать режим сыроизготовления 1
или 2, режим промывки водой, режим полной мойки сыроизготовителя,
режим мойки линии набора и мойки линии подачи на пресс, а также режим
открытия клапанов для опорожнения емкости.
Режим сыроизготовления 1 или 2 используется для технологического
процесса получения зерна сыра. В этом режиме, автоматически
последовательно выполняются шаги программы сыроизготовления (рисунок
27).
70
Рисунок 27 – Окно выполнения шагов программы сыроизготовления 2
В процессе приготовления сыра оператор может контролировать:
электропроводность жидкости, которая поступает на вход сыроизготовителя,
температуру продуктов в сыроизготовителе, положение пневматических
клапанов, работу насосов и мешалки, положение откачивающего устройства.
Также оператор может использовать специальную панель управления с
запуском, приостановкой, остановкой или пропуском шагов.
На первом этапе производится подогрев сыроизготовителя паром для
предотвращения падения температуры продукта, поступающего с
пастеризационной установки.
На втором этапе осуществляется контроль параметров режима, приема,
набора, вытеснения продукта. Поскольку продуктовые линии или
трубопроводы заполнены водой, то при подаче продукта необходимо его
отделить от воды и не допускать ее попадания в сыроизготовитель.
Установленный на продуктовой линии датчик позволяет определить
концентрацию молока по электропроводности в миллисименсах с
преобразованием полученного значения в токовый сигнал от 4 до 20 мА с
последующей его передачей в модуль расширения контролера.
71
В режиме приема продукта программным путем производится
сравнивание значения заданного параметра и текущего значения
электропроводности и определение направления потока поступающей
жидкости, путем переключения клапанов V108 и V109.
При необходимости, оператор может перевести работу клапанов V108
и V109 в режим ручного управления. Окно для управления клапанами в
ручном или автоматическом режиме приведено на рисунке 28.
Рисунок 28 – Окно для управления клапанами в ручном или автоматическом
режиме
После заполнения емкости и внесения рецептурных культур, заквасок и
прочих добавок, производится перемешиванием молока. Время и скорость
перемешивания устанавливается в параметрах мешалки, технологом.
По истечению времени перемешивания оператор получает сообщение
на терминале: «Внесите фермент». После внесения фермента оператором
подтверждается, что фермент внесён в молоко и после этого начинается
интенсивное перемешивание.
По истечению времени перемешивания, мешалка останавливается и
начинается процесс коагуляции.
После того как сгусток сформирован, его равномерно разрезают. Для
этого в программе контроллера предусмотрена возможность задания
оператором оборотов и времени резки сгустка. Первая резка осуществляется
в течение 2 мин. при оборотах 15%, затем 3 мин. при оборотах мешалки 40%
и 8 мин. при оборотах мешалки 60%. При окончании времени шага резки и
перехода на следующий шаг резки, обороты мешалки постепенно
72
увеличиваются, разрезая сгусток с крупных частей на боле мелкие. В
результате образуется зерно.
После образования зерна оператором включается режим слива
сыворотки, что видно из рисунка 29.
Рисунок 29 – Окно для управления режимом слива сыворотки
Для откачки сыворотки, в сыроизготовителе предусмотрен плавающий
узел откачки сыворотки с пневматическим приводом. Перед опусканием узла
происходит контроль остановки мешалки в правильном положении,
контролируемом индуктивным датчиком, расположенным на редукторе
мешалки. После, контроллер подает сигнал на пневмораспределитель.
Воздух с пневмораспределителя поступает на пневмоцилиндр, который
открывает замок удерживающий узел откачки в верхнем положении. Узел
откачки под своим весом опускается.
Для возможности откачки сыворотки и сыроизготовителя насосом М03
предусмотрена промежуточная водяная колонка Бустер. Верхний и нижний
уровень колонки контролируется датчиками обнаружения предельного
уровня IFM LMT100.
73
При работе данного шага водяная колонка через клапан V101
заполняется водой, вытесняя воздух через нормально открытый клапан V114,
до верхнего уровня. При достижении верхнего уровня клапан V101
закрывается.
После того как плавающий узел откачки сыворотки опущен и водяная
колонка заполнена водой, собирается линия откачки сыворотки. Если линия
собрана, и контроль положения клапанов подтвержден индуктивными
датчиками IFM IFT200, насос М03 включается.
Вода, из водяной колонки поступая в насос, образует в нутрии колонки
разряжение, заставляя сыворотку через плавающий узел откачки сыворотки
всасываться в колонку, далее через насос М03 по линии откачиваться из
сыроизготовителя. Процесс откачки завершается по времени установленному
в параметре данного шага или принудительно, оператором, путем нажатия
кнопки "Завершить".
Повторное перемешивание и резка производится с целью поднятия
зерна со дна сыроизготовителя и разрезание слипшихся зерен сразу по
завершении шага слив сыворотки, поднятии откачивающего устройства в
верхнее положение, которое контролируется индуктивным датчиком.
Скорость и время мешалки определены в параметрах мешалки для данного
шага. По завершении времени шага начинается нагревание 1.
По достижении заданной температуры нагрева 1, на панели оператора
выдается сообщение "Нагрев завершен" и начинается процесс постановки
зерна при работающей мешалке на скорости 50%. По истечении времени
перемешивания начинается нагрев 2.
Процесс нагрева 2 идентичен нагреву 1. Он отличается настройками
температурами, и скоростью работы мешалки.
После второго нагревания продукта до температуры, заданной
технологами его незамедлительно необходимо подать на пресс. Шаг
программы подачи продукта на пресс приведен на рисунке 30.
74