64

СТА 2/2013

СИСТЕМНАЯ ИНТЕГРАЦИЯХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

www.cta.ru

ВВЕДЕНИЕ

Современные системы автоматизи-рованного управления технологически-ми процессами (АСУ ТП) позволяютповысить стандарты качества выраба-тываемой продукции, снизить её себе-стоимость, а также создать комфортныеусловия для работы персонала. За счётдиагностирования состояния оборудо-вания система АСУ ТП своевременнооповещает о необходимости проведе-ния ремонтных работ, что способствуетповышению надёжности работы техно-логического оборудования.

ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА

Объектом автоматизации являютсячетыре реактора синтеза, оснащённыхдефлегматорами, холодильниками, теп-лообменниками и т.п., которые позво-ляют синтезировать широкий ассорти-мент высокотемпературных лаков исмол.

Разогрев реакционной массы в реак-торах обеспечивается подачей в змее-вик реактора нагретого в печи высоко-температурного органического тепло-носителя. Для охлаждения реакцион-ной массы в рубашки реакторов пода-ётся вода из оборотного цикла.

Реакторы и теплообменники распо-ложены на открытой площадке поднавесом во взрывоопасной зоне. Дляуменьшения капитальных затрат былопринято решение разместить в без-опасной зоне часть полевых средствавтоматизации – датчиков и исполни-тельных механизмов.

Автоматизируемое предприятие яв-ляется производителем и поставщиком

высококачественных аддитивов, поли-эфирных смол и водоразбавляемыхполиакрилатов для лакокрасочной про-мышленности, переработки пластмасси эластомеров. Высококвалифициро-ванные специалисты предприятия, рас-полагая в исследовательском центресовременным лабораторным оборудо-ванием, способны разрабатывать новыерецептуры продукции, обеспечиваю-щие её высокую конкурентоспособ-ность на рынке. Поэтому при постанов-ке задачи автоматизации разработчикАСУ ТП был ориентирован на созданиесистемы с интерфейсом, позволяющимразрабатывать новые рецептуры про-дукции.

Ещё одной задачей было созданиеинструмента для документированиярезультатов работы системы управле-ния и их последующего анализа припринятии управленческих решений, а

также при дальнейшем совершенство-вании технологических процессов про-изводства лаков и смол.

НАЗНАЧЕНИЕ АСУ ТП «ЛАК»АСУ ТП предназначена для выпол-

нения следующих функций:� наглядного представления информа-

ции о ходе технологического процес-са на автоматизированных рабочихместах (АРМ) оператора и исследо-вателя-технолога, что позволяетобеспечить эффективный контрольи управление технологическими па-раметрами для получения продукциис заданными свойствами;

� сокращения ручных операций за счётприменения средств автоматизации,управляемых микропроцессорнымиконтроллерами, что обеспечиваетповышение производительноститруда персонала;

Система управлениятехнологическим процессомполучения лаков и смол

В статье рассматривается система автоматизированного управления периодическимитехнологическими процессами производства высокотемпературных лаков и смол,внедрённая на частном научно-производственном предприятии «Химпоставщик»(г. Рубежное, Украина).

Рис. 1. Блок-схема АСУ ТП

Владислав Дубинский, Игорь Дубинский, Сергей Фещенко

Ethernet Ethernet EthernetEthernet …

АРМоператораВерхний уровень

Средний уровень

Нижний уровень

Объекты управления

Печь П-1 Ёмкость Е-1Реакторы Р-100, Р-101, Р-104 и Р-106Дефлегматоры Д-100, Д-101, Д-104 и Д-106Холодильники Х-100, Х-101, Х-104 и Х-106

АРМтехнолога

Шкаф контроля технологических параметров

Контроллеры и модули ввода/вывода

Датчики и исполнительные механизмы

АРМлаборанта

ПЭВМзаводской сети

� снижения потребления сырьевых иэнергетических ресурсов за счёт бо-лее точного регулирования техноло-гических параметров;

� защиты от несанкционированноговмешательства в ход технологиче-ского процесса;

� сигнализации отклонения парамет-ров от значений, указанных в нормахтехнологического режима (НТР);

� защиты змеевиков печи от прогара, адвигателей мешалок от заклинива-ния и перегрузки по току;

� документирования показателей ра-боты установки (в реальном масшта-бе времени) на основе безбумажныхтехнологий и просмотра архивов ввиде графиков, сообщений и таблицлабораторных показателей для оцен-ки качества управления технологи-ческими параметрами и выработкирекомендаций по улучшению работыпроизводства.

СТРУКТУРА АСУ ТПБлок-схема АСУ ТП приведена на

рис. 1.АСУ ТП представляет собой трёх-

уровневую распределённую системууправления.� Нижний уровень включает в себя поле-

вые приборы, представленные датчи-ками контроля параметров для полу-чения информации о процессе, иисполнительные механизмы для отра-ботки управляющих воздействий.

� Средний уровень представлен:– дублированными контроллерами

для выполнения функций подси-стем контроля, управления и про-тивоаварийной защиты;

– устройствами связи с объектом;– пусковой аппаратурой для подачи

питания на электроприводы испол-нительных механизмов.

� Верхний уровень образуют автомати-зированные рабочие места оператораи исследователя-технолога: с АРМоператора обеспечивается управле-ние технологическим процессом, а сАРМ технолога – мониторинг тех-процесса, редактирование и загрузкарецептур, а также ввод данных лабо-раторных анализов.

АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

АСУ ТП построена на базе дублиро-ванных контроллеров UNO-2160CEфирмы Advantech и устройств удалён-ного ввода/вывода серии I-8000 фирмыICP-DAS, установленных в крейт-контроллеры I-8810. Обмен данными

между ними обеспечивается по сетиRS-485 (протокол DCON).

Информационная нагрузка системыопределяется следующим количествомсигналов:� дискретных выходных – 16 шт.;� дискретных входных – 29 шт.;� аналоговых выходных – 17 шт.;� аналоговых входных – 46 шт. (в том

числе 24 искробезопасных).Для искробезопасных сигналов

предусмотрены барьеры искрозащитыD1010S/B фирмы GM International.

Для выдачи дискретных команд наисполнительные механизмы использу-ются промежуточные реле фирмыRelpol.

Применённые пружинные клеммы,защитные короба для клемм искробе-зопасных цепей, несущие рельсы ификсаторы крепления экранирован-ных проводов, а также DIN-рейки –продукция фирмы WAGO.

В шкафу контроля и управления, атакже в пульте оператора установленывентиляторы и термостаты фирмыSchroff.

Питание в шкафах обеспечиваютдублированные источники питанияDLP240-24-1/EJ и модули для парал-лельного включения выходов источни-ков питания DLP-PU/EJ компанииTDK-Lambda.

Для бесперебойного питания систе-мы предусмотрены источники беспе-ребойного питания корпорации APC.

Внешний вид шкафа с размещённы-ми элементами управления приведённа рис. 2.

Основой подсистемы верхнего уров-ня АСУ ТП является АРМ оператора.Конструкция и дизайн операторскогопульта разработаны конструкторамиНТФ «Инкотех». Пульт выполнен ввиде набора секций, боковые стенкикоторых сделаны из съёмных металло-пластиковых панелей, крепящихся ксварным профильным конструкциямсекций.

На столешнице пульта установленытри TFT-монитора, размещены клавиа-туры и манипуляторы «мышь», а такжепринтер. В 19" стойке левой пультовойсекции АРМ размещаются два дублиро-ванных системных блока в корпусах про-мышленных компьютеров IPC-610-Lфирмы Advantech и вентиляторы, обес-печивающие принудительную вентиля-цию внутри пультовой секции. Акус-тические колонки и блоки бесперебой-ного питания оборудования пульта раз-мещены в центральном отсеке.

Информация о технологическихпроцессах в реакторах отображается намониторах АРМ исследователя-техно-лога и АРМ лаборанта, подключённыхк заводской сети. Станции АРМ связа-ны с дублированными контроллерамипосредством сети Ethernet с использо-ванием протокола ТСР/IP. Для органи-зации сети используются неуправляе-мые резервированные коммутаторыEKI-2525 фирмы Advantech.

Для вывода оперативной и архивнойинформации на бумажные носителипредусмотрен лазерный принтер.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

В качестве программного обеспече-ния АСУ ТП использованы:� операционная система операторских

станций Windows XP Professional SP2;� SCADA-пакет ViS@ 7.6 для разработ-

ки операторского интерфейса;� операционная система контроллеров

управления Windows CE.NET 5.0;� пакет технологического программи-

рования ТехноСи 2.1 для программи-рования и отладки задач в контрол-лерах управления с поддержкойрезервирования контроллеров и се-тевых интерфейсов.Пакеты для программирования конт-

роллеров ТехноСи 2.1 и SCADA-систе-ма ViS@ 7.6 разработаны специалиста-ми НТФ «Инкотех» и успешно исполь-зуются в работах по созданию АСУ ТП

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я / Х И М И Ч Е С К А Я П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь

65

СТА 2/2013 www.cta.ru

Рис. 2. Внешний вид шкафа

с размещёнными элементами управления

на предприятиях нефтеперерабатываю-щей, химической и пищевой промыш-ленности, энергетики, а также на пред-приятиях строительной индустрии.

ФУНКЦИИ АСУ ТП «ЛАК»АСУ ТП «Лак» обеспечивает выпол-

нение следующих функций:

� разграничение доступа к функциямсистемы управления на основе паро-лей с фиксацией действий персоналапо управлению объектом и настрой-ке системы;

� отображение на экранах мони-торов общей мнемосхемы техно-логического процесса и деталь-ных фрагментов для каждого изреакторов (внешний вид фраг-

ментов приведён на рис. 3 и 4) вобъёме:– значения аналоговых параметров,– задания контурам регулирования,– значения управляющих воздей-

ствий на аналоговые исполнитель-ные механизмы (ИМ),

– сигналы дискретных датчиков,– команды управления двигателями

мешалок, электроприводнымиклапанами и отсекателями,

– положения электроприводныхклапанов,

– состояния позиционных исполни-тельных механизмов, а также дви-гателей мешалок,

– всплывающие подсказки с описа-нием назначения параметров и ИМ;

� цветовое выделение параметра илиИМ в зависимости от их состояния,выдача на экране монитора тексто-вых сообщений, а также оповещениеоператора о выходе параметра запредаварийные/аварийные границылибо в случае неисправности ИМ;

� отображение текущей и архивнойинформации о работе технологиче-ской установки в виде трендов, гра-фиков и сообщений;

� автоматическое или дистанционноерегулирование с экранных панелей

66

СТА 2/2013

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я / Х И М И Ч Е С К А Я П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь

www.cta.ru

Рис. 3. Обзорный фрагмент мнемосхемы

мониторов контуров нагрева, вы-держки и охлаждения в реакторах,дефлегматорах и холодильниках всоответствии с нормами технологи-ческого режима путём воздействияна клапаны, отсекатели или двигате-ли мешалок;

� противоаварийная защита змеевиковпечи, а также двигателей мешалок отперегрузки при работе на вязкомсырье, автоматическое включениемешалки при нагреве сырья;

� диагностика работы и сигнализацияоб отказах АСУ ТП по критериям:– целостность измерительных цепей

аналоговых измерительных кана-лов,

– работоспособность контуров регу-лирования по величине и продол-жительности рассогласования па-раметров с заданиями,

– работоспособность отсекателей посоответствию команд управленияи сигналов контроля, поступаю-щих с конечных выключателей имуфты,

– работоспособность приводов ме-шалок по соответствию командуправления и сигналов контроля,поступающих с магнитных пуска-телей и датчиков тока,

– наличие связи с контроллерами идостоверность данных, передавае-мых по сети,

– наличие напряжения на источни-ках электропитания;

� архивирование в реальном масштабевремени значений технологическихпараметров.

Система контроля и управления обес-печивает:� создание интерфейса оператора с

целью получения достоверной ин-формации о технологическом про-цессе и принятия решений по управ-лению им;

� первичный сбор и обработку инфор-мации о параметрах технологическогопроцесса и состоянии оборудования в

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я / Х И М И Ч Е С К А Я П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь

67

СТА 2/2013 www.cta.ru

Рис. 4. Фрагмент мнемосхемы реактора Р-100

реальном масштабе времени с перио-дом обновления не более 500 мс;

� преобразование значений парамет-ров к физическим единицам;

� ведение базы данных текущих пока-зателей технологического процесса,включающей значения параметров,задания и управляющие воздействияконтурам регулирования, командыуправления ИМ;

� автоматическое регулирование и логи-ко-программное управление техноло-гическими параметрами путём форми-

рования управляющих воздействий наисполнительные механизмы;

� безударное изменение режимовработы контуров регулирования.Система архивирования обеспечивает:

� архивирование значений аналоговыхи дискретных параметров, заданий ирежимов контуров регулирования,управляющих воздействий на ИМ,состояний ИМ и сигналов, характе-ризующих их работу;

� архивирование технологических со-общений;

� отображение архивных значений ввиде графиков с возможностью точ-

ного определения числового значе-ния параметра в выбранной точкеграфика;

� масштабирование области просмот-ра графиков по шкале параметра и пооси времени;

� формирование и сохранение про-извольных групп параметров, одно-временно отображаемых на графике;

� печать архивных значений в видеграфиков;

� формирование и архивирование со-общений, сопровождающих следую-щие события:– изменение состояния дискретного

датчика,– выход аналогового параметра за

предаварийные или аварийныеграницы и его возврат в регламент-ные границы,

– изменение состояния исполни-тельного механизма,

– действия оперативного персонала,– неисправности измерительных ка-

налов, исполнительных механиз-мов, контуров регулирования, мо-дулей ввода/вывода и контролле-ров;

� классифицирование сообщений потипу выдаваемой информации наследущие:

68

СТА 2/2013

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я / Х И М И Ч Е С К А Я П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь

www.cta.ru

Рис. 5. Окно редактора рецептур

– аварийные,– предаварийные,– о неисправностях,– о действиях оператора,– командные,– информационные;

� фильтрацию архивных сообщенийпо времени возникновения, типу,источнику сообщения и параметрам,к которым они относятся;

� масштабирование интервала отобра-жения архивных сообщений;

� печать архивных сообщений.Кроме этого, в разработанной АСУ

ТП «Лак» учтены требования техноло-

гического персонала предприятия вчасти создания:� редактора/средств просмотра рецеп-

тур синтезируемых продуктов;� таблицы лабораторных показателей;� генератора отчётов, в которых собра-

ны основные параметры, характери-зующие ведение технологическогопроцесса в виде файла в форматеAdobe PDF.Редактор рецептур предоставляет

исследователю-технологу удобныйинтерфейс для анализа существующейрецептуры продукта и создания новыхрецептур лаков или смол. При этомисследователь-технолог указывает врецептуре:

� наименование синтезируемого про-дукта;

� очерёдность и смену стадий про-изводства продукта (нагрев, выдерж-ка, охлаждение и т.д.);

� временны' е интервалы выполнениякаждой операции;

� задания по температурам в реакторе,дефлегматоре и холодильнике накаждой стадии процесса синтеза.После того как разработанная иссле-

дователем-технологом рецептура под-готовлена, она загружается в контрол-лер и запускается на исполнение.Система обеспечивает автоматическоеуправление технологическим процес-сом в соответствии с заданиями, ука-

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я / Х И М И Ч Е С К А Я П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь

69

СТА 2/2013 www.cta.ru

Рис. 6. Таблица лабораторных показателей

занными в рецептуре, путём выдачиуправляющих воздействий на испол-нительные механизмы. Пример окнаредактора рецептур приведён на рис. 5.

Таблицы лабораторных показателейпредоставляют технологу или лаборан-ту удобный интерфейс для внесенияданных лабораторных анализов, харак-теризующих качество сырья и синтези-руемых продуктов, на основании кото-рых имеется возможность принятиярешения о дальнейшем ведении техно-логического процесса синтеза смол.

В таблицы заносится следующая ин-формация:

� номер реактора;� стадии синтеза;� время получения данных и время

внесения данных в таблицу;� числовые значения лабораторных

показателей;� текстовые описания лабораторных

показателей.Информация, внесённая в таблицу,

помещается в базу данных и защищает-ся от последующей корректировки.Пример таблицы лабораторных пока-зателей приведён на рис. 6.

Отчёт в виде файла в формате AdobePDF формируется автоматически пос-

ле завершения технологического про-цесса. В отчёт помещаются и в нём со-храняются данные, характеризующиепротекание технологической операциисинтеза продукта, в том числе:� разработанная и выполненная по

факту рецептура продукта;� графики изменения технологических

параметров, характеризующих про-цесс синтеза продукта в аппаратах;

� сообщения, формируемые системойуправления и характеризующие этотсинтез;

� таблицы лабораторных показателей.Для подготовки операторов, лаборан-

тов и технологов, а также для проверкинавыков их взаимодействия с АСУ ТП«Лак» специалистами НТФ «Инкотех»был разработан компьютерный трена-жёр реального времени. Тренажёр со-держит математическую модель техно-логического процесса, в которую посту-пают команды управления и в которойформируются сигналы о состоянииобъекта управления. Программа трена-жёра выполняется на персональномкомпьютере в виде виртуального конт-роллера и имитирует в реальном време-ни работу объекта управления, включаядатчики, исполнительные механизмы итехнологическое оборудование.

ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ

СИСТЕМЫ

В течение двух лет безотказной про-мышленной эксплуатации системыуправления была зафиксирована высо-кая эффективность функционирова-ния АСУ ТП «Лак». Экономия энерго-ресурсов за счёт качественного управ-ления подачей теплоносителя состав-ляет 38% при одновременном улучше-нии качества синтезируемой продук-ции и повышении производительноститруда. Окупаемость затрат на созданиеАСУ ТП «Лак» не превысила 2 лет.

В связи с постоянным удорожаниемэнергии и сырья внедрение систем,обеспечивающих значительную эконо-мию энергоресурсов, весьма актуально.Полагаем, что разработанная системаАСУ ТП может быть востребованной впроектах автоматизации периодиче-ских процессов для создания надёжныхи недорогих систем управления. �

Авторы статьи выражают благодар-ность сотрудникам ЧП «Химпоставщик»Метёлкиной Л.В., Остапенко С.А. иАвраменко А.А. за оказанную поддержкуи активное участие в создании системыуправления.E-mail: vladislav.dubinskij@gmail.com70

СТА 2/2013

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я / Х И М И Ч Е С К А Я П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь

www.cta.ru