Автоматизированная система управления технологическим процессом дозации ликера для приготовления питательной среды цеха красных вин

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Система предназначена для:

• Дозирования электропроводящей (в соответствии с параметрами электропроводности) жидкости, конкретно ликера в технологическую магистраль (емкость);
• Сбора данных об измеряемых физических величинах;
• Удобной визуализации полученных (собираемых) данных;
• Хранения архива дозаций;
• Управления режимами работы входящего в состав системы оборудования;
• Сведения полученных (собираемых) данных в единый центр (опционально).

1.2. Оборудование системы предназначено для эксплуатации в неотапливаемых, полуоткрытых помещениях (объемах) с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий (категория климатического исполнения У3.1 по ГОСТ 15150).

 

1.3. Оборудование системы соответствует требованиям нормативно-технических документов:
– в части технических требований – ГОСТ 27389;
– в части воздействия климатических факторов – группе УЗ по ГОСТ 15543.1;
– в части воздействия механических факторов – группе М7 по ГОСТ 17516.1;
– в части степени защиты, обеспечиваемой оболочкой, – группе ІР-40 по ГОСТ 14254;
– в части обеспечения безопасности – ГОСТ 12.2.007.0, ГОСТ 12.2.007.5.


2. УСТРОЙСТВО И РАБОТА СИСТЕМЫ

2.1. Общее устройство и принцип действия.

2.1.1. Структурная схема системы изображена на рисунке.
 

Система строится по модульному принципу и объединяется посредством интерфейсов и линий измерения физических величин.
Основой системы является Щит дозации (ЩД). Данный компонент представляет собой бокс с установленными внутри контроллером, графической панелью, блоками питания, блоком воздухоподготовки и другими элементами управления и крепления.
Всем процессом управляет контроллер. Программу дозации вводит оператор с панели, устанавливая необходимы для технологического процесса параметры.
Следующим модулем системы является щит – Пусковая станция насоса (ПСН). Данный компонент представляет собой бокс с установленными внутри частотным преобразователем и элементами пускозащитной автоматики. Управление насосом может осуществляться как от ЩД так и со щита ПСН.
Щиты изготовлены из ударопрочного пластика и имеют уплотнение по всему контуру крышек. Являются брызгозащищенным оборудованием.
Следующий элемент – внешний узел дозации (ВУД). Это комплекс, состоящий из расходомера, датчика давления (ДД), управляемого электро-пневмоклапана, а также группы ручных клапанов, трубопроводов и другой арматуры. ВУД располагается в зоне магистралей дозации. Узел позволяет, посредством ручных переключений, осуществлять дозацию, промывку и поверку системы.

2.2. Внешний вид и органы управления

2.2.1. ВУД – внешний узел дозации
ВУД объединяет в своем составе следующие основные элементы:

1. Ручной кран в напорной магистрали;
2. Пневмоклапан;
3. Расходомер;
4. Датчик давления;
5. Ручной кран в подающей магистрали;
6. Ручной кран в сливной магистрали воды;
7. Ручной кран в напорной магистрали воды.

На рисунке (фото) показано исходное состояние ВУД – состояние хранения.

От расходомера, датчика давления и пневмоклапана идет жгут управления данными элементами в основной щит системы – Щит дозации (ЩД).
Органы управления ВУД – ручные краны, используются в зависимости от режима работы системы (см. раздел 4).

2.2.2. ЩД – Щит дозации
ЩД представлен комплектным щитом:

1. Панель оператора процессом дозации;
2. Контроллер управления;
3. Блок питания 24В постоянного тока;
4. Блок питания 12В постоянного тока; 
5. Орган регулятор значения рабочего давления воздуха;
6. Манометр давления воздуха;
7. Фильтр отделитель;
8. Клапан – распределитель.

Все элементы щита смонтированы внутри шкафа пластикового герметичного. Все органы управления имеют уплотнения обеспечивающие степень не менее IP65.
Панель оператора имеет набор функциональных кнопок, функциональное назначение которых описано в последующих разделах.
2.2.3. ПСН – Пусковая станция насоса
ПСН представлен комплектным щитом:


 

 

1. Частотный преобразователь (ПЧ);
2. Защитный автоматический выключатель привода;
3. Контактор alarm ПЧ. 

Все элементы щита смонтированы внутри шкафа пластикового герметичного. Все органы управления имеют уплотнения обеспечивающие степень не менее IP65.

 

3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ

3.1. Общие

3.1.1. Эксплуатация системы должна обеспечиваться следующими энергоресурсами:

• электрическая энергия - эксплуатация при условии соответствия показателей качества электрической энергии требованиям ГОСТ 13109 для сетей 380В/220В промышленной частоты;
• воздух – очищенный и высушенный магистральный или локальный сжатый воздух допустимый к применению для оборудования и инструмента с параметрами:

- давление – от 4 кг/см2 до 8 кг/см2;
- загрязненность и содержание влаги – в соответствии с ГОСТ 17433-80 «Сжатый воздух. Классы загрязненности» и ISO 8573-1 «Compressed air Part 1: Contaminants and purity classes»;

• вода – магистральная вода допустимая к применению в пищу с параметрами:

- давление – 6 кг/см2, не более;
- удельная электропроводность – от 10-3 до 10 См/метр (в случае использования в режиме «Поверка»);
- остальные параметры в соответствии с ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством».

3.1.2. Система  обеспечивает следующие функции:

• автоматическая дозация жидкости (ликера) – полная, в соответствии с алгоритмом и программой дозации, в диапазоне от 10,0 до 200,0 литров с погрешностью 0,2% с последующим сохранением параметров в журнал дозации при условии соответствия показателей качества энергоресурсов требованиям п. 3.1.1;
• управление оборотами двигателя насоса – полное (по программе дозации) или с панели оператора в режиме «Ручной», в диапазоне от 11/1,5 до 380/50 из соотношения  U = f(F) при условии соответствия показателей качества электрической энергии требованиям п. 3.1.1;
• управление насосом по давлению в магистрали дозации – частичная, в режиме «Автомат» в диапазоне от 0,5ат до 1,0ат. В режиме «Ручной» на панели ЩД осуществляется индикация давления и управление частотой вращения двигателя;
• управление дозирующим клапаном – открытие и закрытие по командам контроллера (по программе дозации) или с панели оператора в режиме «Ручной» при условии соответствия показателей качества воздуха требованиям п. 3.1.1;
• управление насосом и клапаном в режиме «Ручной» – полная, без сохранения параметров в журнал дозаций с панели ЩД;
• мониторинг параметров системы – полный, во всех режимах работы системы с индикацией всех параметров двигателя, расхода дозируемой жидкости, давления жидкости и состояния системы в целом.

3.1.3. Система  обеспечивает следующие режимы:

• Автомат – полная автоматическая дозация жидкости (ликера), осуществляемая в соответствии с алгоритмом дозации и параметрами программы дозации (предварительно  сохраненными). Подробное описание режима см. п. 4.2;
• Ручной – ручная дозация (или управление элементами системы) жидкости (ликера), осуществляемая в соответствии с параметрами, установленными с панели ЩД оператором. Подробное описание режима см. п. 4.3;
• Поверка – ручная процедура, осуществляемая в соответствии с параметрами, установленными с панели ЩД оператором необходимая для проверки функционирования системы и поверки расходомера на месте эксплуатации. Подробное описание режима см. п. 4.4;
• Хранение и Сохранение информации – автоматическая процедура осуществляемая контроллером. Подробное описание режима см. п. 4.5;
• Консервация (длительное хранение системы) – ручная процедура, осуществляемая обслуживающим систему персоналом для перевода системы в длительное бездействие.

3.1.4. Рабочие климатические условия эксплуатации установки:
а) температура окружающей среды – от 0 до 40 °С;
б) относительная влажность воздуха – не более 80 % при температуре 35 °С;
в) высота над уровнем моря – не более 1000 м.

3.1.5. Требования к окружающей среде: невзрывоопасная, не содержащая токоведущей пыли, агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию.

3.1.6. Оборудование системы допускает длительную работу при:

• повышении действующего значения питающего напряжения до 1,1 номинального;
• повышении нагрузки (механической) до момента тока уставки автоматических выключателей, установленных в щитах управления.

3.1.7. Сопротивление  изоляции токоведущих цепей, цепей управления и измерения – не менее 1 МОм.


4. ОПИСАНИЕ АЛГОРИТМОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ

4.1. Главный экран


После подачи питания на ЩД, на панели оператора высвечивается главное меню системы дозации со следующей информацией (позиционно):

1. Текущая дата – «18:06:12»;
2. Астрономическое время – «14:49:42»;
3. Индикаторы-указатели (2, 3, 4, 5, 6, 7), которые информируют о кнопках на панели ЩД, на которые необходимо нажимать для перехода в разные режимы системы.

В любом режиме и состоянии системы переход в главный экран дополнительно можно осуществлять кнопкой «ESC».

 

4.2. Режим работы «Автомат» 

4.2.1. Визуализация режима

Для перехода с главного экрана в режим «АВТОМАТ» необходимо нажать кнопку «2» «Дозация».
На экране панели ЩД выводится следующая информация (позиционно):

1. Информация о состоянии системы – «Дозация»;
2. Астрономическое время – «14:49:15»;
3. Индикатор-указатель кнопки перехода в главное меню;
4. Текущее значение дозы в литрах (л) – «D»;
5. Текущее значение давления в атмосферах технических (ат) – «P»;
6. Визуальная мнемоническая информация о процентном выполнении программы дозации;
7. Индикация открытого клапана – «клапан» (при отсутствии такой надписи клапан закрыт);
8. Индикация работающего насоса – «насос» (при отсутствии такой надписи насос не работает).
9. Индикация аварии насоса – «alarm:34» (при отсутствии такой надписи аварий нет). Цифра 34 означает код аварии.

 

В любом режиме и состоянии системы переход в главное меню дополнительно можно осуществлять кнопкой «ESC».

 

4.2.2. Программа дозации
На панели ЩД оператор задает программу дозирования, которая содержит следующие параметры:
 

Обозначение	Наименование	Диапазон	Ед.измерения	Пояснение
D	полная доза	10 ÷ 200	литров	-
D1	переходная доза	10 ÷ 200	литров	перед полной
P	давление дозирования	0,5 ÷ 2,5	кг/см2	верхняя граница давления дозирования
k*	коэффициент снижения частоты вращения насоса	0,1 ÷ 1,0	у.е.	константа для получения уменьшенной частоты вращения двигателя насоса Fred (соответсвующего уменьшенному расходу жидкости для точного дозирования) относительно Fstart
T	время	5 ÷ 150	секунд	от завершения дозирвания продукта до отсановки насоса
* - Fred = Fstart • k

 

 

Для этого необходимо с главного меню перейти в «УСТАВКИ» нажав кнопку «6». На экране панели появится следующая информация (позиционно):
 

 

4.3. Режим работы «Ручной»

4.3.1. Визуализация режима

Для перехода с главного экрана в режим «РУЧНОЙ» необходимо нажать кнопку «3»«Ручной».
На экране панели ЩД выводится следующая информация (позиционно):
1) Информация о состоянии системы – «Ручной»;
2) Индикатор-указатель кнопки управления (пуск – стоп) насоса;
3) Астрономическое время – «14:49:15»;
4) Индикатор-указатель кнопки выхода в главное меню;
5) Индикатор работы насоса (полный – работает; пустой – не работает);
6) Текущее значение дозы в литрах (л) – «D»;
7) Текущее значение частоты вращения двигателя насоса в Герц (Гц) – «F»;
8) Текущее значение давления в атмосферах технических (ат) – «P»;
9) Индикатор-указатель кнопки управления (открыть – закрыть) клапана;
0) Индикатор работы клапана (полный – открыт; пустой – закрыт).

В любом режиме и состоянии системы переход в главное меню дополнительно можно осуществлять кнопкой «ESC».

 

4.4. Режим работы «Поверка»

4.4.1. Алгоритм
Данный режим предназначен для метрологической поверки измерительных каналов системы:

 

• канал давления – диапазон измерения от 0,1ат до 5,0ат с погрешностью измерения 1,5%;
• канал объемного расхода – диапазон измерения от 0,1л до 200,0л с погрешностью измерения 0,2%.

Алгоритм работы использует ручной режим работы системы. При этом в процессе поверки участвует в качестве рабочей среды – вода. Подключение рабочей среды осуществляется ручными клапанами, расположенными в ВУД (см. п. 2.2.1).
Процесс поверки осуществляется по методикам местных государственных органов стандартизации и сертификации, а также методикам производителя датчика давления и расходомера.


4.5. Режим «Хранение и Сохранение»

4.5.1. Хранение
Режим, который обеспечивает хранение файла-архива прошедших дозаций:

• По заполнению журнала дозаций контроллер сохраняет в своей памяти файл-архив прошедших дозаций и открывает новый чистый журнал дозаций. Файл-архив (с расширением .dat) может быть после сохранен, при необходимости, на внешний компьютер для последующей интерпретации и анализа. Файл-архив не доступен с панели ЩД оператору
• Форма файла-архива прошедших дозаций (см. Таблица 1)

Таблица 1. Форма таблицы файла-архива дозаций.

№ п/п	Дата	Т, сек	Qstart, м3/ч	Qred, м3/ч	Dset, л	Dact, л	%
1	23.03.2012	126	2,8	1,3	100,0	102,3	-2,24
2	24.03.2012	129	2,9	1,2	100,0	99,3	0,70

где:
Т, сек – длительность дозации (время окончания минус время начала);
Qstart, м3/ч – начальный расход (соответствует оборотам двигателя насоса на частоте Fstart);
Qred, м3/ч – уменьшенный расход (соответствует оборотам двигателя насоса на частоте Fred);
Dset, л – установленная доза;
Dact, л – фактическая доза;
% - погрешность дозирования.

• В любой текущий момент времени существует два архивных массива – один предыдущий  в файле-архиве  в памяти контроллера и один в виде журнала дозаций
• Как только заполняется следующий журнал дозаций, контроллер удаляет из своей памяти файл-архив предыдущих дозаций и создает новый
• Процесс повторяется

4.5.2. Сохранение
Режим, который обеспечивает хранение таблицы прошедших дозаций, доступных для просмотра оператору с панели ЩД:

• Объем записей в журнал дозаций – 999 (девятьсот девяносто девять) записей
• Форма таблицы прошедших дозаций (см. Таблица 2)

Таблица 2. Форма таблицы дозаций

№ п/п	Дата	Dset, л	Dact, л
002	24.03.2012	100	99,3

ИТОГО: 000099,3 л

• Оператор, нажимая кнопки ↑ и ↓ перемещается по строкам текущего журнала дозаций, отображает, кроме четырех полей таблицы, суммарную дозу с нарастающим итогом (например, 093 дозации) – ИТОГО: = сумме всех предыдущих 93 дозаций, и т.д.

 

Для этого необходимо с главного меню перейти в «ЖУРНАЛ» нажав кнопку «4». На экране панели появится следующая информация (позиционно соответствует Таблица 2):

 

• Существует возможность очистки журнала дозации. В этом случае журнал очищается, вне зависимости, сколько записей было сделано

 

Для этого необходимо с главного меню перейти в «ОЧИСТКА» нажав кнопку «5». На экране панели появится следующая информация (позиционно):

 

 4.6. Наблюдение за параметрами системы

В любом режиме работы системы можно посмотреть вспомогательные параметры некоторого оборудования. Для этого необходимо с главного меню перейти в «ПАРАМЕТРЫ» нажав кнопку «7». На экране панели появится следующая информация (позиционно):

 

1. Информация о состоянии системы – «Параметры»;
2. Индикатор-указатель кнопки перехода в главное меню;
3. Астрономическое время – «12:04:45»;
4. Текущее значение электрического тока двигателя насоса в амперах (А) – «I»;
5. Текущее значение электрического напряжения на двигателе насоса в вольтах (В) – «U»;
6. Текущее значение давления в атмосферах технических (ат) – «P»;
7. Текущее значение частоты вращения двигателя насоса в Герц (Гц) – «F»;
8. Качество связи контроллера с ПЧ – «Связь ПЧ»;
9. Текущее значение активной мощности потребляемой двигателем насоса (кВт) – «Pэ».

В любом режиме и состоянии системы переход в главное меню дополнительно можно осуществлять кнопкой «ESC».

Список использованного в проекте оборудования АКУТЕК

• датчик давления - ПД100
• панель оператора - ИП320
• контроллер - ПЛК150
• блоки питания - БП30Б

О компании, реализовавшей проект
ООО “Черемшина ЭНЕРГОСТАНДАРТ”
+38 (0692) 93 36 90; факс: +38 (0692) 46-69-53
mail@chs.com.ua