Автоматизация обычно относится к науке и технологии управления технологическими процессами и включает в себя управление химическими и нефтехимическими заводами, нефтеперерабатывающими заводами, металлургическими заводами, электростанциями, цементными заводами, целлюлозно-бумажными заводами, водоочистными сооружениями и очистными сооружениями и многими другими. этот.
Основная цель автоматизации — идентифицировать поток информации и манипулировать потоками материалов и энергии как заданным процессом желаемым образом. ПЛК и SCADA играют важную роль в автоматизации промышленных систем. В этой работе показано, как автоматизация осуществляется и реализуется с помощью программного интерфейса, ПЛК и Micro-SCADA в C.G. Ltd. Нашик, Махараштра, Индия для автоклава CVT. Весь процесс занимает 121 час и состоит из ряда циклов, которые автоматизированы с использованием ПЛК и SCADA для всех параметров процесса.
ПЛК — программируемые логические контроллеры
Автоматизация многих различных процессов, таких как управление машинами или заводскими сборочными линиями, осуществляется с помощью небольших компьютеров, называемых программируемыми логическими контроллерами (ПЛК). Фактически это устройство управления, состоящее из программируемого микропроцессора и программируемое с использованием специализированного компьютерного языка. Сегодня программируемые логические контроллеры обеспечивают широкий спектр функций, включая базовое релейное управление, управление движением, управление процессами и сложные сети, а также используются в системах диспетчерского управления и сбора данных, а также в распределенных системах управления.
Программирование ПЛК
Ранее программируемые контроллеры логотипов программировались с помощью релейной логики, которая аналогична схеме релейной логики. Современный программируемый логический контроллер обычно программируется на любом из нескольких языков, от релейной логики до Basic или C. Обычно программа пишется в среде разработки на персональном компьютере, а затем загружается в программируемый логический контроллер непосредственно через кабель. связь. В последнее время стал популярным международный стандарт IEC 61131-3, в настоящее время определяющий 5 языков программирования для программируемых систем управления: FBD (функциональная блок-схема), LD (лестничная диаграмма), ST (структурированный текст, язык типа Pascal) IL (список команд). SFC (схема последовательных функций).
Принцип работы ПЛК
Принцип работы ПЛК заключается в постоянном сканировании программы. Цикл сканирования состоит из трех важных этапов. Обычно их больше трех, но мы концентрируемся на важных частях. • Проверка состояния входа: сначала ПЛК проверяет каждый вход, чтобы определить, включен он или выключен. Другими словами, включен ли датчик, подключенный к первому входу? А как насчет второго входа? И так далее он проверяет все подключенные входы. Он записывает эти данные в свою память для использования на следующем этапе. • Выполнение программы: Затем ПЛК выполняет вашу программу, по одной инструкции за раз. • Обновить статус выхода: Наконец, ПЛК обновляет статус выходов на основе того, какие входы были включены на первом этапе, и результатов выполнения вашей программы на втором этапе.
Выбор ПЛК
Некоторые ключевые факторы при выборе ПЛК • Необходимое количество входов/выходов • Возможность расширения • Стоимость • Удобство обслуживания/поддержки • Гибкость
Пользовательский интерфейс ПЛК может потребоваться для взаимодействия с людьми с целью настройки, сообщения о тревогах или повседневного управления. Для этой цели используется человеко-машинный интерфейс (HMI). Простая система может использовать кнопки и индикаторы для взаимодействия с пользователем. Доступны текстовые дисплеи, а также графические сенсорные экраны. Большинство современных ПЛК могут обмениваться данными по сети с какой-либо другой системой, например с компьютером, на котором работает система SCADA.
СКАДА
Сбор данных, обработка этих данных для использования оператором и операторское управление удаленными устройствами являются фундаментальными строительными блоками, на которых основаны все современные системы управления коммунальными предприятиями. Система, выполняющая эти функции, известна как система SCADA. Как следует из названия, это не полная система контроля, а скорее ориентированная на надзорный уровень. По сути, это чисто программный пакет, который устанавливается поверх аппаратного обеспечения, с которым он взаимодействует, как правило, через программируемые логические контроллеры или другие коммерческие аппаратные модули.
Базовые элементы SCADA
Система SCADA состоит из четырех основных элементов: главного терминала (MTU), средств связи и удаленного терминала (RTU). Оператор осуществляет управление посредством информации, которая отображается на видеодисплее (ВДУ). Ввод данных в систему обычно инициируется оператором через клавиатуру главного терминала. MTU отслеживает информацию с удаленных объектов и отображает информацию для оператора. Отношения между MTU и RTU аналогичны отношениям ведущего и ведомого. Системы SCADA способны обмениваться данными с использованием самых разных средств связи, таких как оптоволокно, коммутируемый доступ или выделенные телефонные линии голосовой связи или радио.
Главный терминальный блок Сердцем системы является главный терминальный блок (MTU). Главный терминал инициирует все коммуникации, собирает данные, сохраняет информацию, отправляет информацию в другие системы и взаимодействует с операторами. Основное различие между MTU и RTU заключается в том, что MTU инициирует практически все коммуникации посредством своих программ и людей. Почти вся связь инициируется MTU. MTU также взаимодействует с другими периферийными устройствами на объекте, такими как мониторы, принтеры или другие информационные системы. Основным интерфейсом оператора является монитор, на котором отображаются клапаны, насосы и т. д. По мере изменения входящих данных экран обновляется. На рисунке показаны примеры входов от MTU и полевых устройств.
Удаленный терминал
Удаленные терминальные устройства собирают информацию со своего удаленного объекта с различных устройств ввода, таких как клапаны, насосы, сигнализация, датчики, счетчики и т. д. По сути, данные являются аналоговыми (действительные числа), цифровыми (вкл./выкл.) или импульсными данными (например, , считая обороты метров). Многие удаленные терминальные устройства хранят собранную информацию в своей памяти и ждут запроса от MTU на передачу данных. Другие более сложные удаленные терминальные устройства имеют микрокомпьютеры и ПЛК, которые осуществляют прямое управление удаленным объектом без указания MTU. Центральный процессор RTU принимает поток двоичных данных в соответствии с протоколом связи. Протоколы могут быть открытыми, например протокол управления передачей и Интернет-протокол (TCP/IP), или проприетарными. На рисунке показан пример выходов RTU на MTU и полевые устройства.
Почему система и функции SCADA
Некоторые основные потребности перечислены ниже. • Экономия времени: время, затрачиваемое на поездки по удаленным объектам для сбора информации или выдачи средств контроля, анализа введенных вручную данных, написания отчета или выполнения любых функций, которые система SCADA выполняет в рамках курс значительный. Преимущества экономии времени выходят далеко за рамки сэкономленных человеко-часов. Своевременность сигналов тревоги, действий и контроля также имеет высокую денежную ценность. • Избегайте неполадок.
Основная цель системы SCADA — заблаговременное предупреждение о неполадках. Следовательно, действия можно предпринять до того, как они поглотят всю систему и создадут проблемы. Достижение общесистемных процессов: системы SCADA предоставляют пользователю возможность отслеживать и контролировать процессы, происходящие в широкой географической области. например, установка по очистке сточных вод или система управления энергопотреблением. Эти приложения могут обеспечить значительную экономию финансовых средств на эксплуатационных и капитальных затратах, что само по себе может окупить стоимость SCADA. • Экономия рабочей силы: до внедрения систем SCADA; удаленные объекты, такие как подстанции и насосные станции, либо были укомплектованы персоналом, либо часто проверялись. Необходимость в этом была устранена или значительно уменьшена за счет внедрения глобальной системы SCADA. Это было основным экономическим стимулом для внедрения системы SCADA в первой большой волне комплексных систем в 1970-х и 1980-х годах.
Функции SCADA
• Контроль доступа: — Пользователи распределяются по группам, которые определили права доступа на чтение/запись к параметрам процесса в системе, а часто также к конкретным функциям продукта. • MMI: -Продукты поддерживают несколько экранов, которые могут содержать комбинации обзорных диаграмм и текста. Они также поддерживают концепцию «общего» графического объекта со ссылками на переменные процесса. Эти объекты можно «перетащить» из библиотеки и включить в обзорную диаграмму.
Большинство продуктов SCADA, которые были оценены, разлагают процесс на «атомарные» параметры (например, ток источника питания, его максимальное значение, состояние включения/выключения и т. д.), с которыми связано имя тега. Имена тегов, используемые для связи графических объектов с устройствами, могут быть отредактированы по мере необходимости.
Продукты включают библиотеку стандартных графических символов, многие из которых, однако, не применимы к тем типам приложений, с которыми сталкивается сообщество экспериментальной физики. Предусмотрены стандартные возможности редактирования окон: масштабирование, изменение размера, прокрутка… Конфигурация и настройка MMI в режиме онлайн возможна для пользователей с соответствующими привилегиями.
Между страницами отображения можно создавать ссылки для перехода от одного представления к другому. • Тенденции: — Все продукты предоставляют возможности отслеживания трендов, и общие возможности можно обобщить следующим образом: • Параметры, для которых будет отслеживаться тренд на конкретной диаграмме, могут быть заранее определены или определены в режиме онлайн. • Диаграмма может содержать более 8 трендовых параметров или перьев. и может отображаться неограниченное количество диаграмм (ограничено только читабельностью) • Возможны тенденции в реальном времени и исторические тенденции, хотя, как правило, не на одной и той же диаграмме • Исторические тенденции возможны для любого архивного параметра • Предусмотрены функции масштабирования и прокрутки • Значения параметров в позиции курсора могут отображаться. Функция отслеживания тенденций предоставляется либо в виде отдельного модуля, либо в виде графического объекта (ActiveX), который затем можно встроить в синоптический дисплей. Графики XY и другого статистического анализа обычно не предоставляются.
Обработка сигналов тревоги
Обработка сигналов тревоги основана на проверке пределов и состояния и выполняется на серверах данных. Более сложные выражения (с использованием арифметических или логических выражений) можно разработать путем создания производных параметров, для которых затем выполняется проверка состояния или пределов. Аварийные сигналы логически обрабатываются централизованно, т. е. информация существует только в одном месте, и все пользователи видят один и тот же статус (например, подтверждение), а также поддерживается несколько уровней приоритета аварийных сигналов (как правило, таких уровней намного больше, чем 3).
Как правило, можно группировать сигналы тревоги и обрабатывать их как единое целое (обычно фильтрация по группе или подтверждение всех сигналов тревоги в группе). Кроме того, можно подавлять сигналы тревоги как индивидуально, так и всей группой. Фильтрация сигналов тревоги, отображаемых на странице сигналов тревоги или при просмотре журнала сигналов тревоги, также возможна, по крайней мере, по приоритету, времени и группе. Однако взаимосвязь между сигналами тревоги обычно не может быть определена простым способом.
Можно создавать электронные письма или вести журнал/архивирование: — Термины «регистрация» и «архивирование» часто используются для описания одного и того же объекта. Однако журналирование можно рассматривать как среднесрочное хранение данных на диске, тогда как архивирование — это долгосрочное хранение данных либо на диске, либо на другом постоянном носителе. Регистрация обычно выполняется на циклической основе, т. е. при достижении определенного размера файла, периода времени или количества точек данные перезаписываются. Регистрация данных может выполняться с заданной частотой или инициироваться только в случае изменения значения или при возникновении определенного заранее определенного события. Зарегистрированные данные можно перенести в архив, как только журнал заполнится. Зарегистрированные данные имеют отметку времени и могут быть отфильтрованы при просмотре пользователем.
Регистрация действий пользователя обычно выполняется вместе с идентификатором пользователя или идентификатором станции. Часто также имеется видеомагнитофон для воспроизведения архивных данных. • Генерация отчетов: — Можно создавать отчеты, используя запросы типа SQL к архиву, RTDB или журналам. Хотя иногда можно встроить в отчет диаграммы EXCEL, возможность «вырезать и вставить» обычно не предоставляется. Существуют средства, позволяющие автоматически создавать, распечатывать и архивировать отчеты. • Автоматизация: — Большинство продуктов позволяют автоматически запускать действия по событиям. Язык сценариев, предоставляемый продуктами SCADA, позволяет определять эти действия. В общем, можно загрузить конкретный дисплей, отправить электронное письмо, запустить определенное пользователем приложение или сценарий и выполнить запись в RTDB. Поддерживается концепция рецептов, благодаря которой конкретную конфигурацию системы можно сохранить в файл, а затем повторно загрузить позже. Также поддерживается последовательность действий, благодаря которой, как следует из названия, можно выполнять более сложную последовательность действий на одном или нескольких устройствах. Последовательности также могут реагировать на внешние события.
Сети и протоколы
Как упоминалось ранее, ПЛК часто используется в системе SCADA в качестве RTU. Нам необходимо пролить свет на связь между компьютером SCADA и ПЛК. Существует несколько различных типов соединений между компьютерами SCADA и ПЛК. Например, RS232, RS422, RS485 и Ethernet. Обратите внимание, что это только электрическое соединение, без указания протокола или языка, используемого при соединении. Мы можем назвать это аппаратным протоколом.
Каждый производитель ПЛК имеет свой собственный протокол или язык, на котором говорит ПЛК. Например, ПЛК Аллена Брэдли (Rockwell) поддерживают DF1, Data Highway 485 (DH485), Data Highway (DH), Data Highway + (DH+), Remote I/O (RIO), Devicenet, Controlnet и некоторые другие. Поговорим о комплексе идентичности! ПЛК Modicon поддерживают Modbus, Modbus Plus, а теперь и Modbus TCP/IP (Modbus over Ethernet). ПЛК Automation Direct поддерживают протоколы Directed и K-sequence, в то время как некоторые из их ПЛК все еще взаимодействуют, используя свои старые протоколы. Старым протоколом GE PLC был CCM, но теперь они используют SNP и его варианты, такие как SNPX. ПЛК Siemens работают в основном с протоколом Profibus, который считается скорее открытым, чем проприетарным протоколом.
Наиболее распространенными «стандартными» протоколами, которые мы видим, являются DF1, Modbus и Profibus. DF1 и Modbus популярны, поскольку существуют дольше, чем многие из тех, кто их использует. Profibus популярен, потому что, по нашему скромному мнению, он сочетает в себе лучшее из простоты (последовательное подключение, витая пара), промышленной надежности (RS485), скорости (12 Мбод), адаптивности (можно выбрать из множества различных скоростей), масштабируемости (от простых COM-порт до контроллеров связи) и функции (большинство устройств автоматизации могут использовать Profibus). Обычно все производители ПЛК имеют модуль ПЛК, поддерживающий эти протоколы.
Теперь, когда Ethernet становится «наиболее разрекламированной» возможностью автоматизации, существует несколько протоколов Ethernet. Но помните — только потому, что ПЛК Allen-Bradley и Siemens подключены к одному и тому же кабелю Ethernet, они не могут общаться друг с другом, потому что используют разные протоколы.
Конфигурирование СКАДА
Конфигурацию в SCADA следует производить только последовательно. Это имеет следующую последовательность. 1. Конфигурация протокола 2. Конфигурация порта. 3. Конфигурация устройства 4. Конфигурация тега 5. Конфигурация роли
Применение СКАДА
• Электроснабжение • Водоснабжение и водоотведение • Передача и распределение нефти и газа • Сети связи • Управление промышленными процессами • и т.д.
Автоматизация промышленных автоклавов для стерилизации пищевой продукции
Рассматривается тематическое исследование «АВТОКЛАВНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ» в Кромптон-Гривс, Насик. Спрос на емкостный трансформатор напряжения (CVT) за последние несколько лет вырос из-за того, что такие функции, как измерение, защита и связь по несущей, присутствуют в одном продукте, а также в случае неисправности он подлежит ремонту.
Учитывая все вышесказанное, компания CG хотела увеличить темпы производства вариаторов за счет сокращения технологического времени и рабочей силы при повышении качества. Поскольку процесс автоклавирования является одним из основных процессов в производственном цикле CVT и также занимает 5 с половиной дней, возникла необходимость оптимизации его времени, что было достижимо за счет его автоматизации.
Спецификация автоклавов CVT 1. Размер – внутренний диаметр 1400 мм X полезная высота 2000 мм 2. Назначение обработки меток конденсаторов и электромагнитных блоков 3. Система нагрева – термическая жидкость 4. Цикл обработки следующий 5. Гидравлическая подъемная крышка для автоклава 6. Требуемое количество. = 03 № 7. ПК/ПЛК с системой SCADA, общей для всех автоклавов 03, и обеспечением для других автоклавов 03 на одном ПК. 8. На этапе точного вакуума мы должны получить вакуум 50 микрон на датчике Пирани в течение первых 24 часов для обоих типов циклов. 9. Масляный теплообменник с расходомером для температуры. Контролируемый расход масла. (Макс. 200 л/ч) при 50 град. 10. Автоматический контроль вакуума от 100 до 200 микрон в состоянии пропитки маслом. 11. Управление через ПЛК и мониторинг через систему SCADA. 12. Активированный глинозем для вакуумного торможения.
Описание процесса
Как указано в спецификации, технологический цикл состоит из чередующихся циклов нагрева воздуха и грубого вакуумирования, за которыми следуют циклы тонкого вакуумирования и пропитки. Поскольку емкостной трансформатор напряжения состоит из смеси диэлектриков, возникает необходимость нагрева изделия для удаления влаги из бумаги в виде паров. Это осуществляется в цикле нагрева воздуха. Влага в виде паров отсасывается из автоклава в цикле грубого вакуумирования.
Цикл воздушного нагрева и грубого вакуума альтернативно работает до температуры. 115 град. и достигается вакуум 15 мбар. Продолжительность циклов указана в таблице. После этого осуществляется тонкий вакуумный нагрев, при котором достигается вакуум 50 микрон, затем тонкое вакуумное охлаждение, при котором температура снижается. доводится до 60 град. & достигается уровень вакуума 100 микрон. Завершающим циклом является масляная пропитка, которая проводится под вакуумом более 100 микрон.
Оборудование процесса стерилизации
1. Насос терможидкости – используется в системе отопления 2. Вентилятор циркуляции воздуха – один включен во время нагрева воздуха 3. Вакуумный насос Рутса – один включен во время тонкого вакуума 4. Вакуумный насос 1 (одноступенчатый) – один включен во время грубого вакуума 5. Вакуумный насос 2 (двухступенчатый) – один включен во время тонкого вакуума 6. Гидроблок – для автоматического открытия/закрытия двери 7. Три термометра сопротивления – темп. Измерение 8. Вакуумметр Пирани – измерение вакуума 9. Электромагнитные клапаны с электроприводом 10. Световой сигнализатор 11. Датчики уровня жидкости 12. ПЛК и ПК
Разработанная логика для автоклава системы стерилизации
Упоминается логика только одного цикла, остальные основаны на аналогичной основе. Логика подготовлена с учетом различных блокировок, которые должны быть выполнены для активации выхода. Перед началом цикла дверь должна быть закрыта, т.е. должен быть закрыт НО переключатель ограничителя двери. Он действует как один из цифровых входов/выходов ПЛК. 1: — • Откройте клапаны линии термической жидкости • Запустите вентилятор циркуляции воздуха • Вакуумный клапан должен быть закрыт • Запустите таймер в начале цикла (установленное значение таймера составляет 18 часов) Переключение с AH 1 к условиям RV 1 — • Темп. 105 град. Время завершено • Насос охлаждения ВКЛ.
Программное обеспечение для проектирования экранов мониторинга автоклава
— Базовое программное обеспечение для проектирования: — Разработка внешнего интерфейса Complicity: — Visual Basic, VC++. Внутреннее проектирование: — Oracle, создание отчетов SQL: -Excel, Access.
Экраны, предназначенные для мониторинга процесса:
1. Передний экран мониторинга, вид рабочего места SCADA
2. Экран управления автоклавом
3. Лицевая часть меню автоклава A-9
4. Экран подсистемы A-9
5. Вакуумная система A-9
6. Система нагрева
Требования к ПЛК и SCADA
В соответствии с требованиями к логике требуется 40 цифровых сигналов. Всего имеется 5 входов/выходов аналоговых сигналов. Для этой цели используется микроПЛК GE Fanuc 64 Points. Всего он имеет 40 цифровых входов/выходов и 24 цифровых выхода/выхода.
К основному ПЛК добавляются два блока расширения: первый — цифровой блок расширения, второй — аналоговый блок расширения. Программное обеспечение Cimplicity SCADA используется для разработки систем SCADA. Система SCADA будет состоять из множества графических экранов (таких как главное меню, вакуумная система, система отопления, система охлаждения), с помощью которых оператор будет визуализировать, а также инициировать некоторые действия цикла.
Заключение
Тематическое исследование автоматизации автоклавов описано кратко из-за ограниченности места. Система SCADA для автоклава спроектирована в соответствии с требованиями заказчика. Благодаря этой автоматизации оптимизируется как продукт, так и время процесса. В этой работе показано, как автоматизация осуществляется и реализуется с помощью программного интерфейса, ПЛК и Micro-SCADA в C.G. Ltd. Нашик, Махараштра, Индия для автоклава CVT. Весь процесс занимает 121 час. Состоит из ряда циклов, которые автоматизированы с использованием ПЛК и SCADA для всех параметров процесса.