Автоматизована система керування технологічним процесом дозування лікеру для приготування живильного середовища цеху червоних вин

1. ПРИЗНАЧЕННЯ ТА ОСНОВНІ ВІДОМОСТІ
   
   1.1. Система призначена для:

• Дозування електропровідної (за параметрами електропровідності) рідини, конкретно лікеру в технологічну магістраль (ємність);
• Збирання даних про вимірювальні фізичні величини;
• Зручної візуалізації даних, які одержано (які збирають)
• Зберігання архіву дозування;
• Керування режимами роботи обладнання, що входить до складу системи;
• Зведення даних, які одержано (які збираються)  в єдиний центр (опціонально).

1.2. Обладнання системи призначене для експлуатування в неопалювальних, напіввідкритих приміщеннях (об’ємах) з природною вентиляцією без кліматичних умов, які штучно регулюються (категорія кліматичного виконання У3.1 за ГОСТ 15150).

 

1.3. Обладнання системи відповідає вимогам нормативно-технічних документів:
– у частині технічних вимог – ГОСТ 27389;
– у частині впливу кліматичних факторів – групі УЗ за ГОСТ 15543.1;
– у частині впливу механічних факторів – групі М7 за ГОСТ 17516.1;
– у частині ступеня захисту, що забезпечується оболонкою, – групі ІР-40 за ГОСТ 14254;
– у частині безпеки – ГОСТ 12.2.007.0, ГОСТ 12.2.007.5.


2. ПОБУДОВА ТА РОБОТА СИСТЕМИ

2.1. Загальна побудова та принцип дії.

2.1.1. Структурну схему системи зображено на рисунку.
 

Система будується за модульним принципом та об’єднується за допомогою інтерфейсів та ліній вимірювання фізичних величин.
Основою системи є Щит дозування (ЩД). Цей компонент є боксом із контролером, графічною панеллю, блоками живлення, повітропідготовки та іншими елементами керування та кріплення, які установлено всередині.  

Усім процесом керує контролер. Програму дозування вводить оператор з панелі, встановлюючи параметри, які необхідні для технологічного процесу.

Наступним модулем системи є щит – Пускова станція насосу (ПСН). Цей компонент боксом з частотним перетворювачем та елементами пускозахисної, які встановлено в середині. Керування насосом може здійснюватися як від ЩД так і зі щита ПСН.
Щити виготовлені із удароміцного пластика та мають щільність по всьому контуру кришок. Вони є  бризкозахищеним обладнанням.
Наступний елемент – зовнішній вузол дозування (ЗВД). Це комплекс, що складається із витратоміра, датчика тиску (ДТ), керувального електро-пневмоклапана, а також групи ручних клапанів, трубопроводів та іншої арматури. ЗВД розташовується в зоні магістралей дозування. Вузол дозволяє, за допомогою ручних перемикань, здійснювати дозування, промивання та повірку системи.

2.2. Зовнішній вид та органи керування

2.2.1. ЗВД – зовнішній вузол дозування
ЗВД об’єднує  у своєму складі наступні основні елементи:

1. Ручний кран у напірній магістралі;
2. Пневмоклапан;
3. Витратомір;
4. Датчик тиску;
5. Ручний кран у подавальній магістралі;
6. Ручний кран у зливній магістралі води;
7. Ручний кран у напірній магістралі води.

На рисунку (фото) показано вихідний стан ЗВД – стан збереження.

Від витратоміра, датчика тиску та пневмоклапана йде джгут керування цими елементами в основний щит системи – Щит дозування (ЩД).
Органи керування ЗВД – ручні крани, використовуються залежно від режиму роботи системи (див. розділ 4).

2.2.2. ЩД – Щит дозування
ЩД подано комплектним щитом:

1. Панель оператора процесом дозування;
2. Контролер керування;
3. Блок живлення 24В постійного струму;
4. Блок живлення 12В постійного струму; 
5. Орган регулятор значення робочого тиску повітря;
6. Манометр тиску повітря;
7. Фільтр віддільник;
8. Клапан – розподільник.

Усі елементи щита змонтовано всередині пластикової та герметичної шафи. Усі органи керування мають ущільнення, що забезпечують ступінь не менше IP65.
Панель оператора має набір функціональних  кнопок, функціональне призначення яких описано у наступних розділах.
2.2.3. ПСН – Пускова станція насосу
ПСН подано комплектним щитом:


 

 

1. Частотний перетворювач (ПЧ);
2. Захисний автоматичний вимикач урухомника;
3. Контактор alarm ПЧ. 

Усі елементи щита змонтовано всередині пластикової та герметичної шафи. Усі органи керування мають ущільнення, що забезпечують ступінь не менше IP65.

 

3. ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМИ
   
   3.1. Загальні
   
   3.1.1. Експлуатація системи повинно забезпечуватися наступними енергоресурсами:

• електрична енергія - експлуатація за умови відповідності показників якості електричної енергії вимогам ГОСТ 13109 для мереж 380В/220В промислової частоти;
• повітря – очищене та висушене магістральне або локальне стиснуте повітря, яке є допустимим до застосування для обладнання та інструменту з параметрами:

- тиск – від 4 кг/см2 до 8 кг/см2;
- забрудненість та вміст вологи – за ГОСТ 17433-80 «Сжатый воздух. Классы загрязненности» та ISO 8573-1 «Compressed air Part 1: Contaminants and purity classes»;

• вода – магістральна вода, що допустима до застосування у їжу з параметрами:

- тиск – 6 кг/см2, не більше;
- питома електропровідність – від 10-3 до 10 См/метр (у разі використання в режимі «Повірка»);
- інші параметри за ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством».

3.1.2. Система  виконує наступні функції:

• автоматичне дозування рідини (лікеру) – повне, за алгоритмом та програмою дозування, в діапазоні від 10,0 до 200,0 літрів з похибкою 0,2% з подальшим збереженням параметрів у журналі дозування за умови відповідності показників якості енергоресурсів вимогам п. 3.1.1;
• керування обертами двигуна насосу – повне (за програмою дозування) або з панелі оператора в режимі «Ручний», в діапазоні від 11/1,5 до 380/50 із співвідношення U = f(F) за умови відповідності показників якості електричної енергії вимогам п. 3.1.1;
• керування насосом за тиском в магістралі дозування – часткове в режимі «Автомат» в діапазоні від 0,5ат до 1,0ат. У режимі «Ручний» на панелі ЩД виконується індикація тиску та керування частотою обертання двигуна;
• керування дозувальним клапаном – відкриття та закриття за командами контролера (за програмою дозування) або з панелі оператора в режимі «Ручний» за умови відповідності показників якості повітря вимогам п. 3.1.1;
• керування насосом та клапаном в режимі «Ручний» – повне, без збереження параметрів у журналі дозування з панелі ЩД;
• моніторинг параметрів системи – повний, у всіх режимах роботи системи з індикацією усіх параметрів двигуна, витрати рідини, тиску рідини та стану системи в цілому.

3.1.3. Система забезпечує наступні режими:

• Автомат – повне автоматичне дозування рідини (лікеру), виконується за алгоритмом дозування та параметрами програми дозування (попередньо встановленими). Докладний опис режиму див. п. 4.2;
• Ручний – ручне дозування (або керування елементами системи) рідини (лікеру), що виконується за параметрами, які встановлено оператором з панелі ЩД. Докладний опис режиму див. п. 4.3;
• Повірка – ручна процедура, що здійснюється за параметрами, які установлено оператором з панелі ЩД, необхідна для перевірки функціонування системи та повірки витратоміра на місці експлуатування. Докладний опис режиму див. п. 4.4;
• Зберігання та Збереження інформації – автоматична процедура, яку виконує контролер. Докладний опис режиму див. п. 4.5;
• Консервація (тривале зберігання системи) – ручна процедура, яку виконує  персонал, що обслуговує систему, для переведення системи у тривалу бездіяльність.

3.1.4. Робочі кліматичні умови експлуатування установки:
а) температура навколишнього середовища – від 0 до 40 °С;
б) відносна вологість повітря  – не більше 80 % при температурі 35 °С;
в) висота над рівнем моря – не більше 1000 м.

3.1.5. Вимоги до навколишнього середовища: вибухобезпечне, не містить струмопровідного пилу, агресивних газів та парів у концентраціях, які руйнують метали та ізоляцію.

3.1.6. Обладнання системи передбачає тривалу роботу при:

• Підвищенні діючого значення живильної напруги до 1,1 номінального;
• Підвищення навантаження (механічного) до моменту струму уставки автоматичних вимикачів, які установлено в щитах керування.

3.1.7. Опір  ізоляції струмопровідних кіл, кіл керування та вимірювання – не менше 1 МОм.


4. ОПИС АЛГОРИТМІВ ТА РЕЖИМІВ РОБОТИ

4.1. Головний екран



Після подавання живлення на ЩД, на панелі оператора з’являється головне меню системи дозування з наступною інформацією (позиційно):

1. Поточна дата – «18:06:12»;
2. Астрономічний час – «14:49:42»;
3. Індикатори-вказівники (2, 3, 4, 5, 6, 7), які інформують про кнопки на панелі ЩД, на які необхідно натискати для переходу в різні режими системи.

У будь-якому режимі та стані системи перехід на головний екран додатково можливо здійснювати кнопкою «ESC».

 

4.2. Режим роботи «Автомат» 

4.2.1. Візуалізація режиму

Для переходу з головного екрану в режим «АВТОМАТ» необхідно натиснути кнопку «2» «Дозация».
На екрані панелі ЩД виводиться наступна інформація (позиційно):

1. Інформація про стан системи – «Дозация»;
2. Астрономічний час – «14:49:15»;
3. Індикатор-вказівник кнопки переходу в головне меню;
4. Поточне значення дози в літрах (л) – «D»;
5. Поточне значення тиск в атмосферах технічних (ат) – «P»;
6. Візуальна мнемонічна інформація про відсоткове виконання програми дозування;
7. Індикація відкритого клапана – «клапан»(якщо відсутній такий напис − клапан закритий);
8. Індикація насосу, що працює – «насос»(якщо відсутній такий напис – насос не працює).
9. Індикація аварії насосу – «alarm:34»(якщо відсутній такий напис – аварії немає). Цифра 34 означає код аварії.

 

У будь-якому режимі та стані системи перехід у головне меню додатково можливо здійснювати кнопкою «ESC».

 

4.2.2. Програма дозування
На панелі ЩД оператор встановлює програму дозування, яка містить наступні параметри:
 

Позначення	Назва	Діапазон	Од.вимірювання	Пояснення
D	повна доза	10 ÷ 200	літрів	-
D1	перехідна доза	10 ÷ 200	літрів	перед повною
P	тиск дозування	0,5 ÷ 2,5	кг/см2	верхня межа тиску дозування
k*	коефіцієнт зниження частоти обертання насосу	0,1 ÷ 1,0	у.е.	константа для одержання зменшеної частоти обертання двигуна насосу Fred (який відповідає зменшеній витраті рідини для точного дозування) відносно Fstart
T	час	5 ÷ 150	секунд	Від завершення дозування продукту до зупинення насосу
* - Fred = Fstart • k

 

Для цього необхідно з головного меню перейти в «УСТАВКИ» натиснувши кнопку «6». На екрані панелі з’явиться наступна інформація (позиційно):
 

 

4.3. Режим роботи «Ручний»

4.3.1. Візуалізація режиму

Для переходу з головного екрану в режим «РУЧНИЙ» необхідно натиснути кнопку «3»«Ручний».
На екрані панелі ЩД виводиться наступна інформація (позиційно):
1) Інформація про стан системи – «Ручний»;
2) Індикатор-покажчик кнопки керування (пуск – стоп) насосу;
3) Астрономічний час – «14:49:15»;
4) Індикатор-покажчик кнопки виходу в головне меню;
5) Індикатор роботи насосу (повний – працює; пустий – не працює);
6) Поточне значення дози в літрах (л) – «D»;
7) Поточне значення частоти обертання двигуна насосу в Герц (Гц) – «F»;
8) Поточне значення тиску в атмосферах технічних (ат) – «P»;
9) Індикатор-покажчик кнопки керування (відкрити – закрити) клапану;
0) Індикатор роботи клапана (повний – відкритий; пустий – закритий).

У будь-якому режимі та стані системи перехід в головне меню додатково можливо здійснювати кнопкою «ESC».

 

4.4. Режим роботи «Повірка»

4.4.1. Алгоритм
Цей режим призначений для метрологічної повірки вимірювальних каналів системи:

 

• канал тиску – діапазон вимірювання від 0,1ат до 5,0 ат з похибкою вимірювання 1,5%;
• канал об’ємної витрати  – діапазон вимірювання від 0,1л до 200,0л з похибкою вимірювання 0,2%.

Алгоритм роботи використовує ручний режим роботи системи. При цьому в процесі повірки робочим середовищем є вода. Підмикання робочого середовища виконується  ручними клапанами, що розташовані в ВУД (див. п. 2.2.1).
Процес повірки здійснюється за методиками місцевих державних органів стандартизації та сертифікації, а також за методиками виробника датчика тиску та витратоміра.


4.5. Режим «Зберігання та Збереження»

4.5.1. Зберігання
Режим, який забезпечує зберігання файлу-архіву дозувань, що відбулися:

• Після заповнення журналу дозувань контролер зберігає в своїй пам’яті файл-архів минулих дозувань та відкриває новий чистий журнал дозувань. Файл-архів (з розширенням.dat) може за необхідності зберегтись на зовнішній комп’ютер для подальшої інтерпретації та аналізу. Файл-архів не доступний оператору з панелі ЩД
• Форма файлу-архіву минулих дозувань (див. Таблицю 1)

Таблиця 1. Форма таблиці файлу-архіву дозувань.

№ п/п	Дата	Т, с	Qstart, м3/год	Qred, м3/год	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

де:
Т, с – тривалість дозування (час закінчення, хвилин, час початку);
Qstart, м3/год – початкова витрата (відповідає обертам двигуна насосу на частоті Fstart);
Qred, м3/год– зменшена витрата (відповідає обертам двигуна насосу на частоті Fred);
Dset, л – встановлена доза;
Dact, л – фактична доза;
% - похибка дозування.

• У будь-який поточний момент часу існує два архівні масиви – один попередній у файлі-архіві  в пам’яті контролера та один у вигляді журналу дозувань
• Як тільки заповнюється наступний журнал дозувань контролер вилучає із своєї пам’яті файл-архів попередніх дозувань та створює новий
• Процес повторюється

4.5.2. Збереження
Режим, який забезпечує збереження таблиці минулих дозувань, що доступні оператору для перегляду з панелі ЩД:

• Об’єм записів до журналу дозувань – 999 (дев’ятсот дев’яносто дев’ять) записів
• Форма таблиці минулих дозувань ( див. Таблиця 2)

Таблиця 2. Форма таблиці дозувань

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

ИТОГО: 000099,3 л

• Оператор, натискаючи кнопки ↑ та ↓ переміщається по рядках поточного журналу дозувань, відображає, крім чотирьох полів таблиці, сумарну дозу з наростаючим підсумком (наприклад, 093 дозування) – ПІДСУМОК = сумі всіх попередніх 93 дозувань  тощо.

 

Для цього необхідно з головного меню перейти в «ЖУРНАЛ» натиснувши кнопку «4». На екрані панелі з’явиться наступна інформація (позиційно відповідає Таблиця 2):

 

• Існує можливість очищення журналу дозування. У такому разі журнал очищується незалежно від того, скільки записів було виконано 

 

Для цього необхідно з головного меню перейти в «ОЧИСТКА» натиснувши кнопку «5». На екрані панелі з’явиться наступна інформація (позиційно):

 

 4.6. Спостереження за параметрами системи

У будь-якому режимі роботи системи можливо подивитись допоміжні параметри обладнання. Для цього необхідно з головного меню перейти в «ПАРАМЕТРИ» натиснувши кнопку «7». На екрані панелі з’явиться наступна інформація (позиційно):

 

1. Інформація про стан системи – «Параметри»;
2. Індикатор-покажчик кнопки переходу в головне меню;
3. Астрономічний час– «12:04:45»;
4. Поточне значення електричного струму двигуна насосу в амперах (А) – «I»;
5. Поточне значення електричної напруги на двигуні насосу в вольтах (В) – «U»;
6. Поточне значення тиску в атмосферах технічних (ат) – «P»;
7. Поточне значення частоти обертання двигуна насосу в Герц (Гц) – «F»;
8. Якість зв’язку контролера з ПЧ – «Зв’язок ПЧ»;
9. Поточне значення активної потужності, що споживається двигуном насосу (кВт) – «Pэ».

У будь-якому режимі та стані системи перехід до головного меню додатково можливо виконувати кнопкою «ESC».

Список обладнання АКУТЕК, що використано у проекті

 

1. датчик тиску - ПД100
2. панель оператора - ИП320
3. контролер - ПЛК150
4. блоки живлення - БП30Б

Про компанію, що реалізувала проект

ТОВ “Черемшина ЕНЕРГОСТАНДАРТ”
+38 (0692) 93 36 90; факс: +38 (0692) 46-69-53
mail@chs.com.ua