АСУ ТП · ЗЕРНОХРАНИЛИЩА · С 1996 ГОДА

Автоматизированная система управления технологическими процессами зернохранилища

Архитектура, функции по участкам, защиты и блокировки, учёт и состав поставки. Реализация на базе программного пакета VSP-5000 собственной разработки.

ООО «ТАУ 2» · Москва, Зеленоград · +7 (499) 734-94-84 · mail@tau2.ru · tay2.ru

АСУ ТП зернохранилища предназначена для централизованного управления и контроля работы технологического оборудования, диагностики его состояния, контроля параметров хранящейся продукции, а также регистрации введённых команд с идентификацией лица, которое их ввело, событий и отказов оборудования.

Система строится на базе программного пакета управления производственными процессами VSP-5000 собственной разработки. Пакет применяется на предприятиях хранения и переработки зерна и содержит готовую отраслевую библиотеку объектов управления: маршруты, нории, конвейеры, задвижки, поворотные трубы, блоки задвижек, бункеры и силосы, весовое оборудование, токовые защиты, устройства предупредительной и аварийной сигнализации. Логика зернохранилища не программируется с нуля, а описывается конфигурацией из типовых объектов, проверенных на действующих объектах.

Система строится по трёхуровневой схеме. Такое разделение обеспечивает главное эксплуатационное свойство: при отказе верхнего уровня технологические линии продолжают работать под управлением контроллеров.

1.1. Поддерживаемые контроллеры и промышленные сети

Помимо контроллеров и модулей ввода-вывода собственного производства, VSP-5000 работает с программируемыми контроллерами ведущих мировых производителей:

• Omron серий CJ и CP, включая CJ2M;
• Siemens всех современных серий, включая SIMATIC S7-1500.

Связь строится по открытому протоколу Modbus RTU через конвертеры интерфейсов, межконтроллерный обмен — по сетям Ethernet и Controller Link для Omron либо Profibus и Profinet для Siemens. При значительном удалении силосного корпуса, рабочей башни и приёмных устройств друг от друга магистрали прокладываются оптоволокном. Рабочие места операторов объединяются в сеть Ethernet; конфигурация раздаётся клиентским станциям с сервера, что исключает расхождение версий схемы между рабочими местами.

Все автономные системы автоматического управления, поставляемые совместно с технологическим оборудованием (сушилки, весовые терминалы, системы термометрии, зерноочистительные машины), связываются с АСУ ТП по сетям с использованием протоколов обмена информацией.

Конфигурация завода в VSP-5000 представляет собой описание технологической схемы в виде связанных объектов. Каждый объект относится к одному из отраслевых классов и имеет собственный набор состояний, команд, блокировок и контрольных времён. Такой подход даёт три практических результата.

• Логика маршрутов строится не из россыпи логических цепочек, а из объектов «Комплекс», «Замок», «Группа», поведение которых отработано на действующих объектах и одинаково от проекта к проекту.
• Вся логика управления, описание оборудования, мнемосхемы и параметры настройки хранятся в одном файле конфигурации предприятия. Он не привязан к конкретному компьютеру, переносится без изменений и допускает текстовый экспорт для документирования и восстановления заведомо работоспособного состояния.
• Конфигурация проверяется в режиме эмуляции до выезда на объект: маршруты, блокировки и сигнализация отрабатываются на модели, что сокращает срок пусконаладочных работ и число ошибок, обнаруживаемых на работающем оборудовании.

Управление маршрутами — основная функция АСУ ТП зернохранилища. В VSP-5000 маршрут описывается объектом класса «Комплекс», содержащим список входящего в него оборудования и список захватываемых ресурсов.

1. Задание маршрута оператором

   Задание маршрута выполняется оператором с пульта клавиатурой и (или) манипулятором «мышь». Запрограммированные маршруты движения продукта не дают пересекаться транспортным потокам.

2. Захват ресурсов при пуске

   При пуске комплекс последовательно захватывает ресурсы маршрута. Если очередной ресурс захватить не удалось, пуск не выполняется, а уже захваченные ресурсы освобождаются в порядке, обратном захвату. Оператор получает сообщение с указанием конкретного механизма, из-за которого пуск не состоялся.

3. Взаимное исключение и приоритеты

   Взаимное исключение конфликтующих маршрутов обеспечивается объектами класса «Замок». Захват может выполняться с приоритетом: маршрут с более высоким приоритетом получает общий механизм, а владелец с низшим приоритетом уведомляется о потере ресурса. Это позволяет, например, отдавать приоритет отгрузке по контракту перед внутренними перемещениями.

4. Блокировка ошибочных заданий

   При вводе задания блокируются неправильные технологические действия оператора: система сообщает, что схема данного маршрута ошибочна либо что при работе другого маршрута её запустить нельзя.

5. Последовательность запуска

   Запуск технологических маршрутов выполняется в последовательности, обратной направлению перемещения продукта. Разрешение на загрузку маршрута продуктом вырабатывается только после окончания запуска всего выбранного маршрута.

6. Опережающий пуск аспирации

   Перед пуском основного транспортного оборудования производится запуск аспирационных и компрессорных установок. Загрузка продуктом основного оборудования при отключённых аспирационных и компрессорных установках исключается.

7. Плановый останов с доработкой

   Плановый (не аварийный) останов маршрутов производится в порядке, обратном запуску, с отсчётом интервала доработки, необходимого для схода продукта с машин и оборудования. Длительность интервалов доработки задаётся индивидуально для каждой единицы оборудования и подбирается в процессе пусконаладки. После остановки основного оборудования выдерживается интервал времени до остановки аспирационных сетей и фильтров.

8. Минимизация холостой работы

   Система выявляет случаи длительной работы механизмов без продукта, выдаёт соответствующие сообщения и, при необходимости, автоматически отключает такое оборудование.

4.1. Приёмка зерна

• Автоматический выбор и запуск маршрута от автомобилеразгрузчика, приёмного бункера или железнодорожного приёмного устройства до заданного силоса.
• Управление норийными вышками, конвейерами, задвижками, поворотными трубами и блоками задвижек с контролем положения по датчикам.
• Контроль занятости маршрутов и запрет одновременного использования одних и тех же механизмов разными потоками.
• Приём данных весового хозяйства и привязка поступившей партии к силосу назначения.

4.2. Силосный корпус и хранение

• Учёт содержимого силосов: наименование продукта, количество, дата закладки, качественные показатели партии.
• Виртуальная силосная доска — назначение продукта для каждого силоса. При поступлении новой партии оператор или система верхнего уровня формирует код продукта для перемещения. Это исключает пересортицу двух разных продуктов в одном силосе даже при ошибке оператора.
• Контроль уровня в силосах и бункерах, в том числе по нескольким датчикам, с выявлением зависания продукта (нижний датчик показывает отсутствие продукта при сработавшем верхнем или среднем).
• При заполнении силоса прекращается подача зерна на линию, но линия продолжает работать до полного схода с неё имеющегося зерна. Сообщение о заполнении может одновременно инициировать переключение потока на следующий силос по заданной очерёдности.
• Управление вентилированием силосов: пуск и останов вентиляторов по команде оператора, по расписанию, по наработке или по условию, сформированному из показаний датчиков и данных метеостанции. Учёт наработки вентиляторов, ограничение числа одновременно работающих.

4.3. Подработка и формирование партий

• Управление зерноочистительным оборудованием — сепараторами, триерами, камнеотборниками, магнитной защитой — в составе технологических маршрутов.
• Формирование партии заданного качества из нескольких силосов с контролем соотношения компонентов на основе штатных объектов дозирования и смешивания.
• Весовое дозирование с автоматическим контролем точности навески, работа с бункерными, поточными и объёмными весами, а также с расходомерами.
• Хранение и вызов рецептов формирования смеси; выполнение рецепта одинаково независимо от смены и оператора.

4.4. Отгрузка

• Формирование маршрутов отгрузки на автомобильный, железнодорожный и водный транспорт с приоритетным захватом общих механизмов.
• Управление отпускными бункерами и весовым оборудованием отгрузки, автоматическая отсечка по заданной массе.
• Протоколирование всей информации о приёме и отгрузке продукта с привязкой к продукту, силосу, смене и оператору.

4.5. Аспирация

• Управление работой аспирационных установок как отдельными объектами и в составе маршрутов.
• Опережающий пуск аспирации относительно транспортного оборудования и запаздывающий останов после схода продукта.
• Блокировка загрузки продуктом при неработающей аспирации.
• Во всех случаях аварийного или планового останова аспирационных установок формируется текстовое сообщение со ссылкой на конкретное оборудование и устройство безопасности, вызвавшее событие.

5.1. Режимы управления

• Сочетание ручного, автоматического и полуавтоматического управления технологическим оборудованием с сохранением взаимных блокировок во всех режимах.
• Оперативный вывод неисправных датчиков и механизмов из системы управления для ремонта — переводом объекта в состояние «Ручное» или «Пассивное» — с сохранением блокировок остального оборудования. Право на такой перевод предоставляется отдельно и фиксируется в журнале.
• Дистанционное управление любым технологическим режимом работы электродвигателей.
• Контроль несанкционированных оператором переводов оборудования в режим местного управления (кроме клапанов и задвижек) и несанкционированных включений и выключений оборудования.

5.2. Токовая защита

Контроль тока нагрузки норий реализуется штатным объектом токовой защиты; опционально таким же образом контролируются транспортёры, вентиляторы и другое оборудование. Объект выполняет:

• обнаружение мгновенного превышения тока в заданное число раз от номинального с выдачей сигналов блокировки;
• тепловую защиту с накоплением «перегрева» и настраиваемым временем срабатывания, с командой сброса теплового реле из системы;
• обнаружение холостого хода — работы механизма без продукта — по настраиваемому порогу в долях номинального тока;
• обнаружение увеличения длительности пускового тока, что позволяет заранее выявить ухудшение состояния привода или подшипниковых узлов;
• учёт средней загрузки оборудования за настраиваемое время усреднения, с исключением из расчёта периодов простоя;
• калибровку нуля и диапазона измерителя непосредственно из системы, без пересчёта вручную.

Дополнительно контролируются перегрев электродвигателей, подпор, сход и обрыв ленты, скорость вращения — с аварийным выключением оборудования.

5.3. Порядок прекращения подачи продукции

5.4. Предупредительная и аварийная сигнализация

• Перед пуском оборудования автоматически подаётся предупредительный светозвуковой сигнал. Пуск оборудования начинается спустя заданное время (по умолчанию 20 секунд) после начала сигнала; до истечения этого времени пуск запрещён программно.
• Длительность звонка и паузы, повторная предупредительная сигнализация, а также отдельное устройство аварийной сигнализации настраиваются независимо. Возможно разделение сигнализации по участкам: свой звонок на приёмке, свой на силосном корпусе, свой на зерноочистке.
• Дублирование информации текстовым сообщением для всех аварийных событий. Сообщение содержит ссылку на конкретное оборудование и конкретное устройство безопасности, вызвавшее описываемое событие.
• Отключение аварийной сигнализации выполняется отдельной командой и не отключает предупредительную сигнализацию.

• Отображение информации о ходе технологического процесса на дисплее пульта оператора: мнемосхемы с продуктопроводами, состоянием механизмов, положением задвижек, уровнями в силосах и бункерах, текущими значениями измеряемых величин, индикаторами и графиками.
• Хорошая различимость состояния маршрутов и машин цветовым кодированием состояний, возможность быстрого визуального обнаружения точек возникновения аварий.
• Возможность просмотра в режиме реального времени происходящих событий и параметров работы оборудования.
• Одновременное приоритетное и авторизованное управление и отображение состояний производственных процессов с нескольких рабочих мест.
• Несколько настраиваемых окон журнала с независимыми фильтрами; окно ошибок с последними нештатными ситуациями присутствует всегда.

7.1. Права пользователей

Реализована многоступенчатая система контроля доступа с разным набором прав для каждой роли — администратор, мастер, инженер КИПиА, оператор. Права выдаются раздельно по видам действий:

Ограничение возможности вмешательства в работу системы определяется предоставленными конкретному оператору правами. Вход выполняется по имени и паролю либо по электронному ключу iButton, что исключает передачу пароля между сменами. Отдельно устанавливается мастер текущей смены — его фамилией помечается сменная выработка и затраты.

7.2. Журнал событий

• Автоматическое протоколирование всех действий оператора, включая включение и отключение системы, перевод оборудования в режим местного управления, включение и выключение оборудования и маршрутов, начало и окончание технологических операций, возникновение и устранение аварийных ситуаций.
• Записываются дата, время, номер сообщения и имя зарегистрированного пользователя, совершившего действие.
• По умолчанию протоколируются события по всем устройствам: изменение состояний, аварии, все команды оператора, сбои и потери связи в оборудовании автоматики. Настраиваются сценарии протоколирования — можно записывать время включения устройства, время нахождения во включённом состоянии, момент выключения.
• При необходимости лишние сообщения отключаются вплоть до полного отключения сообщений по конкретному устройству. Дополнительно формируются собственные сообщения как на экранах, так и в общем журнале событий.
• Возможность просмотра и распечатки протоколов событий и аварий.

• Сбор данных со всех точек весового учёта: бункерных, поточных и объёмных весов, расходомеров, устройств контроля цифровых весов.
• Регистрация значений измерителей и счётчиков выработки и расхода с накоплением итогов и раздельным сбросом.
• Формирование отчётов сменной выработки и сменного расхода с привязкой к мастеру смены; почасовые, сменные и суточные отчёты по приёмке, отгрузке, наработке оборудования и простоям.
• Передача данных о приёмке, отгрузке, остатках по силосам и выполнении заданий в учётную систему предприятия и получение производственных заданий из неё. Обмен реализуется через OPC-сервер либо конвертацией данных в согласованный формат файлов обмена — второй вариант часто предпочтительнее по соображениям информационной безопасности, поскольку не требует прямого сетевого доступа из корпоративной сети в технологическую. Поддерживается работа как с зарубежными системами (SAP и аналогичные), так и с отечественными (1С и другие).

• При отказе или перезагрузке верхнего уровня контроллеры продолжают отрабатывать логику управления, блокировки и защиты автономно.
• Сохранение состояний технологической схемы обеспечивает корректное продолжение работы после кратковременного пропадания питания управляющего компьютера.
• Работа сервера контролируется сторожевым таймером.
• Замена сервера при устаревании техники выполняется силами службы КИПиА предприятия: подготовка нового компьютера ведётся заранее, на работающем объекте, само переключение занимает несколько минут и приурочивается к любой технологической паузе. Программировать и настраивать заново ничего не требуется — переносится файл конфигурации. Перенос системы на новое оборудование не облагается дополнительными лицензионными платежами.
• Удалённая техническая поддержка выполняется только по согласованию с заказчиком и только после того, как его специалист откроет защищённый канал на время сеанса. Постоянного доступа в технологическую сеть у поставщика нет. Все действия специалистов поставщика фиксируются в журнале системы наравне с действиями персонала предприятия. Большая часть изменений в программах контроллеров вносится без вывода контроллера из режима online, без остановки технологических линий.

Перечисленные ниже подсистемы поставляются отдельно, но связываются с АСУ ТП по цифровым сетям и учитываются в её алгоритмах.

Комплект поставки определяется проектом и, как правило, включает:

• обследование объекта, разработку технического задания и проектной документации;
• шкафы управления и силовые шкафы в сборе;
• контроллеры с модулями ввода-вывода, сетевое оборудование, датчики и измерительные устройства;
• серверное и операторское оборудование;
• программный пакет VSP-5000 с конфигурацией под конкретный объект;
• монтаж, пусконаладочные работы, обучение персонала, гарантийное и послегарантийное обслуживание.