Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

управление система темперирование участок

Введение

1. Исследования предметной области

1.1 Анализ технологического процесса как объекта управления

2. Системы управления АСУ ТП на основе SCADA

2.1 Описание существующих систем на основе SCADА

3. Создание АРМ

3.1 Программа управления и симуляции

3.2 Подпрограмма физических объектов

3.3 Подпрограмма устройств

3.4 Подпрограмма системы управления

3.5 Визуальная симуляция

3.6 Рабочая панель оператора

Заключение

Список использованных источников



Введение

Одним из важнейших операций в производстве шоколада является темперирование. Именно она задает финальные вкусовые и визуально-эстетические качества изготавливаемого продукта. Ошибки при выполнении данной операции могут привести к: перегоранию шоколада, матовому неглянцевому виду, белому налету на поверхности шоколадных плиток и фигурок, неправильному параметру текучести, который осложнит дальнейший этап формования. Сегодня существуют множество мелкосерийных темперирующих машин с готовой программой управления, но для каждой промышленной машины или участка следует разработать свою управляющую систему.

В работе описываются выбор используемых при разработке устройств, приводится описание основных частей разрабатываемой системы, описывается технологический процесс темперирования, разработана программа ПЛК, выполнена настройка оборудования перед внедрением.

В представленной работе была поставлена задача разработать систему управления участком темперирования, которая смогла бы обеспечить:

- поддержание параметров температурных зон;

- контроль параметров процесса всего участка;

- наличие предупредительной и аварийной сигнализации;

- возможность реакции на аварии без остановки технологического процесса;

- удаленное управление процессом.



1. Исследования предметной области

1.1 Анализ технологического процесса как объекта управления

Цель темперирования шоколада -- кристаллизация масла какао в шоколаде, что связано с рабочей температурой шоколада. В процессе темперирования, масло какао в шоколаде переходит в стабильную форму. Это придает шоколаду твердость, хрупкость и блеск после охлаждения. Если шоколад растопить при температуре от 40 до 45°C, а потом охладить, готовый продукт не будет глянцевым и твердым. Нам необходимо заново «собрать» кристаллическую решетку, которая была разрушена в процессе топления.

Этапы кристаллизации:

1. Производится нагревание шоколада, температура - выше плавления кристаллов. Шоколадные массы различных рецептур имеют различные температурные режимы. Даже два типа молочного шоколада могут содержать различные пропорции какао масла, поэтому режимы у них будут отличаться. Так же имеют свое значение непосредственно ингредиенты. Какао-бобы, собранные в разных районах, могут иметь индивидуальную реакцию на одни и те же условия. Масло из плодов, выращенных на экваторе, отличается твердостью, в Бразилии - мягкостью.

2.Затем осуществляется быстрое охлаждение до 27 °C. Эта процедура запускает процесс кристаллизации бета-кристаллов.

3.Производится незначительное нагревание до 30 °C с перерывом на несколько минут. Это позволит кристаллам продолжить формирование. Затем производится окончательный нагрев до 32 °C.

Для каждого вида шоколада требуется свой температурный режим, при несоблюдении которого кристаллизация шоколада произойдет некорректно, что в свою очередь ведет к потери вкусовых и внешних эстетических свойств. Поэтому для каждого вида шоколада опытным путем был найден свой температурный режим. В таблице 1 указаны температурные режимы для различных видов шоколада, которые используются на различных линиях производства.

Таблица 1

Температурные режимы темперирования различных видов шоколада

Тип шоколада	Белый	Молочный	Темный
Предварительный нагрев	45о	45о	50о
Охлаждение	25о	26о	27о
Повторное нагревание	29о	30о	32о
Окончательная кристаллизация	20о	20о	20о

Целью проекта является разработка системы автоматизации темперовачной машины «Юнис» IT 750 и Нагревательного бака HSK 1000. Для разработки системы управления, а также обоснования предварительно принятых предложений по повышению эффективности управления необходимо провести анализ темперовачной машины «Юнис» IT 750 и Нагревательного бака HSK 1000 как объекта управления.

Основные входные и выходные величины объекта управления с выделением регулируемых, регулирующих и возмущающих воздействий темперовачной машины «Юнис» IT 750 и Нагревательного бака HSK 1000 приведены на рисунке 1



Рисунок 1 Параметрическая схема темперовачной машины «Юнис» IT 750 и Нагревательного бака HSK 1000

Регулирующие воздействия:

- T₁ - температура шоколада на первом контуре;

- T₂ - температура шоколада на втором контуре;

- T₃ - температура шоколада на третьем контуре;

Регулируемые параметры:

- T_рш1 - температура шоколада после первого контура;

- T_рш2 - температура шоколада после второго контура;

- T_рш3 - температура шоколада после третьего контура;

Возмущающие воздействия:

- T_ршв - входная температура расплавленного шоколада;

- T_ос - температура окружающей среды.

Система управления имеет иерархическую структуру и состоит из двух уровней (рис. 2).

На первом уровне располагаются локальные средства автоматизации и микропроцессорные программируемые контроллеры, предназначенные для реализации законов регулирования. Через микроконтроллеры к рабочей станции, находящейся на втором уровне, подключены все первичные измерительные преобразователи и другие средства автоматизации, расположенные по месту.

Также на первом уровне находятся HART- мультиплексоры (HART- MUX), необходимые для конфигурирования датчиков поддерживающих протокол HART. Конфигурирование таких датчиков осуществляется с рабочей станции, на которой установлено соответствующее программное обеспечение. HART-мультиплексоры и рабочая станция соединены между собой через последовательный интерфейс.

Рисунок 2 Структурная схема АСР

На втором уровне располагается рабочая станция, которая представляет из себя персональный компьютер (ПК) со специальным программным обеспечением (ПО). В проектируемой системе на рабочую станцию (или ПК) возложены функции управления, индикации и регистрации, а так же идентификация и сигнализация предаварийных и аварийных ситуаций. В системах с несколькими контроллерами и рабочими станциями применяются концентраторы. Открытая архитектура позволяет подключать практически любое количество внешних преобразователей, что очень важно для возможного расширения системы.

Первичные измерительные преобразователи и исполнительные механизмы располагаются непосредственно на технологическом оборудовании и рядом с ним.

Приборы, которые не требуют постоянного доступа и должны располагаться в закрытых помещениях, устанавливаются в шкафах в аппаратной. Здесь же, в шкафах, располагаются многоканальные цифровые измерительные преобразователи - контроллеры.

В операторном зале расположена ЭВМ и операторский пульт для управления технологическим процессом.

На основе эскизного проекта разработана функциональная схема автоматизации участка темперирования (рис.3).

Рисунок 3 Функциональная схема автоматизации темперовачной машины «Юнис» IT 750 и нагревательного бака HSK 1000

Перед формованием шоколадные массы обязательно темперируют -- нагревают, а затем охлаждают при интенсивном перемешивании, создают и поддерживают стабильную и строго определенную температуру продукта. После конширования шоколадная масса попадает в нагревательный бак, который перемешивается перемешивающим устройством 9-1 запускающееся по средствам магнитного пускателя 9-2 который контролируется кнопкой 8-9, так же эта кнопка контролирует следующие магнитный пускатели: магнитный пускатель 9-4 служащей для пуска перемешивающего устройства 9-3 и магнитные пускатели 9-6 и 9-7 которые активируют шнеки 9-5 и 9-6 соответственно. Поддержание температуры 40 С⁰ которую контролирует датчик 1-1 и передает с помощью дистанционной передачи 1-2 на регулятор 1-3 осуществляется водяной баней, которую нагревает нагреватель 1-4. В случае аварийной ситуации через магнитный пускатель 1-7 перекрывается клапан 1-6 и выключается или наоборот включается нагреватель 1-4.

Вследствие эксплуатации вода из рубашки испаряется, поэтому датчик уровня 3-1 через дистанционную передачу 3-2 сообщает на регулятор 3-5 о моменте, когда нужно пополнить воду с помощью клапана 3-3 который работает за счет магнитного пускателя 3-4.

Датчик уровня 2-1 показывает наполненность бака и сообщает о ней через дистанционную передачу 2-2 на регулятор 2-7, который отдает сигнал на магнитные пускатели 2-4 и 2-6, которые активируют клапаны 2-3 и 2-5 соответственно для подачи шоколадной массы в нагревательный бак.

После нагрева, шоколадная масса через клапан 1-6 поступает в темперирующую машину благодаря насосу 4-3. Однако если датчик уровня 4-1 сигнализирует по дистанционной передаче 4-2 на регулятор 4-5 о переполненности темперовачной машины, то тот в свою очередь останавливает насос 4-3 с помощью магнитного пускателя 4-4.

Далее в первой зоне темперирования масса остывает до 35 С⁰. Поддержание температуры осуществляется с помощью термометра 5-1 передающего значение температуры дистанционной передачей 5-2 на регулятор 5-5, который в свою очередь регулирует температуру нагревателя 5-3 с помощью магнитного пускателя 5-4. Во вторую зону темперирования масса попадает благодаря шнеку 9-5. В этой зоне масса остужается до 28 С⁰. Контроль температуры осуществляется нагревателем с помощью термометра 6-1 передающего значение температуры дистанционной передачей 6-2 на регулятор 6-5, который в свою очередь регулирует температуру нагревателя 6-3 с помощью магнитного пускателя 6-4.. Шнек 9-6 доставляет массу наверх, в третью зону, где шоколад вновь нагревается до 31 С⁰. Контролируется нагрев с помощью термометра 7-1 передающего значение температуры дистанционной передачей 7-2 на регулятор 7-5, который в свою очередь регулирует температуру нагревателя 7-3 с помощью магнитного пускателя 7-4.

Через клапан 8-1 масса попадает в узел формования непрерывно, поэтому в случае, если регулятор 8-8 получает сигнал с формования о том что необходимо прекратить подачу готовой продукции клапан 8-1 закрывается с помощью магнитного пускателя 8-2, а клапан 8-3 открывается с помощью магнитного пускателя 8-4, и с помощью насоса 8-5, который включается с помощью магнитного пускателя 8-6, шоколад попадает в первую зону темперирования, таким образом можно приостановить производство, не отключая всю систему, также эту операцию можно произвести в ручную с помощью кнопки 8-7.



2. Системы управления АСУ ТП на основе SCADA

2.1 Описание существующих систем на основе SCADА

Общие сведения о SCADA

SCADA-система (Supervisory control and data acquisition - Диспетчеризация и сбор данных) - это инструментальная программа, обеспечивающая создание программного обеспечения для автоматизации контроля и управления технологическим процессом в режиме реального времени. Основная цель создаваемой с помощью SCADA программы - дать оператору, управляющему технологическим процессом, полную информацию об этом процессе и необходимые средства для воздействия на него.

Основные задачи SCADA-системы: сбор данных от датчиков и представление их оператору в удобном для него виде, включая графики изменения параметров во времени; дистанционное управление исполнительными механизмами; ввод заданий алгоритмам автоматического управления; реализация алгоритмов автоматического контроля и управления (чаще эти задачи возлагаются на контроллеры, но SCADA-системы тоже способны их решать); распознавание аварийных ситуаций и информирование оператора о состоянии процесса; формирование отчетности о ходе процесса и выработке продукции.

От надежности, быстродействия и эргономичности SCADA-системы зависит не только эффективность управления технологическим процессом, но и его безопасность.

Наиболее важные компоненты SCADA

Специалисты отделов АСУТП металлургических предприятий утверждают, что в основном, используют такие компоненты, как мониторинг и управление, архивирование технологических параметров, сообщений, подсистему формирования отчетов.

Мониторинг и управление, собственно, то, для чего и устанавливается система управления. Архивы параметров, сообщений и отчеты необходимы для оценки и анализа ведения технологического процесса, действий оператора и т.д. Также для них важен один из базовых инструментов SCADA - разграничение прав доступа к управлению по уровням (оператор, технолог, инженер АСУТП).

В связи с тенденцией к интеграции систем управления технологическими процессами и систем управления предприятием все чаще возникает необходимость использования SCADA в качестве источника данных для вышестоящих систем. Некоторые SCADA могут выступать и как сервер консолидации всех технологических данных, и как сервер генерации отчетов на базе этих данных.

Если система управления, построена на базе ПЛК одного производителя, то обмен данными между контроллерами и SCADA происходит с помощью встроенных драйверов протоколов связи. Некоторые независимые от производителей оборудования SCADA предлагают набор драйверов ко многим (но не всем) имеющимся на рынке контроллерам и интеллектуальными приборам. Наиболее универсальный способ взаимодействия - это использование драйверов, разработанных в соответствии со стандартом OPC (OLE for process control). Такие OPC-серверы могут быть разработаны производителями контроллеров или независимыми разработчиками, а использоваться вместе с любой SCADA-системой. Для эффективной работы с OPC-серверами SCADA должна использовать их напрямую, по технологии «OPC в ядре системы», а не через промежуточные интерфейсы. Некоторые SCADA являются вертикально-интегрированными: в их состав входят системы программирования для свободно-программируемых контроллеров. В них также используются внутренние драйверы для связи с контроллером. Такие SCADA позволяют создать программно-технические комплексы с использованием оборудования разных производителей.

Уровни систем автоматизации с применением SCADA

Системы технологической автоматизации обычно разделены на три уровня: нижний, средний и верхний. Выше них находится уровень управления производством в целом.

Нижний уровень - это сами датчики и исполнительные механизмы. Средний уровень - контроллеры. На среднем уровне происходит: прием входных данных; первичная обработка данных; автоматическое формирование и выдача управляющих воздействий на исполнительные механизмы; обмен информацией с верхним уровнем. Верхний уровень - это и есть уровень SCADA. На этом уровне происходит: сбор, обработка и хранение информации, полученной на среднем уровне; визуализация текущей и архивной информации в удобном оператору виде (мнемосхемы, графики, тренды, журналы сообщений); ввод команд оператора; формирование отчетности о результатах технологического процесса; обмен информацией с верхним уровнем.

Примеры SCADA-систем

Наиболее популярные в России следующие зарубежные SCADA: InTouch (Wonderware, США); RSView32 (Rockwell Automation, США); Genesis64 (Iconics, США); WinCC (Siemens, Германия); Vijeo Citect (Schneider Electric, Франция).

Наиболее популярные отечественные модели SCADA: MasterSCADA (ИнСАТ, Москва); TRACE MODE (AdAstra, Москва); Круг2000 (Круг, Пенза).

В отличие от большинства западных SCADA все российские содержат встроенные средства программирования контроллеров с использованием языков стандарта МЭК61131-3, в том числе языка функциональных блоков. Причем, если сама SCADA рассчитана на работу в среде Windows на PC-совместимых компьютерах, то исполнительная система для контроллеров может работать и на других Logix-платформах.

Стандарт OPC поддерживают все перечисленные системы, однако в системе Trace Mode упор делается на использование собственных драйверов, а MasterSCADA, хоть и поддерживает использование драйверов, но основывается на технологии «OPC в ядре системы» и предлагает отдельный инструментальный пакет для разработки OPC-серверов.

Выбор SCADA-системы

Выбор SCADA-системы является сложной многоаспектной задачей. Ее решением является компромисс между стоимостью, полнотой программного обеспечения, комфортностью, надежностью, техническим уровнем, и т.д.

Во многих SCADA-системах имеются характерные базовые свойства, но возможности их реализации сильно различаются. Это объясняется необходимостью разработке дополнительного программного обеспечения (новые драйверы ввода-вывода, встроенные библиотеки, графические объекты и др.). Для сокращения этой процедуры важны три фактора: степень соответствия выбранной SCADA-системы задачам пользователя, понимание нюансов при реализации конкретной прикладной системы поставщиками SCADA-продукта, а также качеством осуществляемой ими технической поддержки.

На выбор SCADA-системы большое влияние оказывают следующие свойства: вид, мощность и динамичность объекта автоматизации; класс систем автоматизации и контроля; учет дальнейшего распространения SCADA-системы на другие объекты автоматизации; имеющаяся платформа; типы и число контроллеров; расположение и число пультов операторов; число измеряемых величин на каждый пульт; применяемая сетевая архитектура; необходимость обработки измерительной информации; надежность.

SCADA-системы различают по таким параметрам как мощность векторной графики; возможность работы с мультимедиа; формат экспорта и импорта изображений; особенность построения графиков, трендов; проектирование первичной переработки данных; тиражирование изображений; написание пользователем программ и т.д.

Большинство SCADA-систем работают под Windows NT и поэтому используют одинаковую платформу, обладают одинаковыми функциональными и графическими возможностями, а приоритетными выступают такие критерии, как обмен данными, надежность работы, техническая поддержка, удобство работы и цена. На рис. приведена иерархия критериев, в соответствие с которыми оцениваются SCADA-системы.

При выборе SCADA-системы необходимо отталкиваться от конкретной задачи, так как она определяет дальнейшее решение.

SCADA-системы могут анализироваться в разных срезах и один из них: кто выбирает SCADA - конечный пользователь, например, технолог или системный интегратор, имеющий опыт в создания проектов.

Процесс выбора включает в себя следующие стадии: составление технических требований к SCADA-системе; оценка выделенных SCADA-систем по отзывам пользователей; выделение двух-трех SCADA-систем, наиболее подходящих к объекту автоматизации; личное ознакомление со SCADA-системами, их тестирование; определение наилучшей SCADA-системы и приняие решения.



Рисунок 4 Критерии выбора SCADA-систем

Методов определения надежности SCADA-систем нет, хотя важность этого критерия составляет, по оценкам специалистов, 70 %. Косвенным показателем надежности является количество инсталляций, если их число превышает 1000, то роль этого показателя незначительна.

На второй позиции, по мнению специалистов, расположен такой критерий, как обмен данными. Важными условиями являются поддержка стандартных сетевых протоколов и форматов данных, включая Web-технологии, наличие встроенных драйверов к отечественным и зарубежным контроллерам, а также производительность системы.

Важную роль играют протоколы для организации взаимодействия между компонентами, которые могут быть расположены на одном или на разных узлах.

Важнейшим критерием для российских пользователей является цена. Обычно, критерий выбора - это соотношение функциональность / стоимость. Пользователи в основном обращают внимание на связь цены системы от конфигурации, возможность получения новых версий и бесплатного обновления программ, а также наличие бесплатной системы разработки.

Значительна роль технической поддержки в условиях высоких требований к оптимальному использованию конкретного высокотехнологичного продукта при ужесточении требований к ее квалификации и компетентности менеджеров систем. Зарубежные программы уступают по русификации документации, а также программного обеспечения, по качеству технической поддержки, наличию «горячей линии», а главное, по возможности поддержки от производителя.

Критерий «удобство работы» в оценках специалистов имеет незначительное значение, хотя и вызывает наибольший интерес, например, возможность автоматического построения проекта, наличие стандартных языков математического описания данных и процессов, удобство работы с редакторами, универсальность, качество графики и стандартных изображений, эмуляция работы.

В силу того, что производители SCADA-систем выпускают свои продукты для Windows NT, а общие технические возможности систем достаточно близки, главный упор делается на качество технической поддержки, на качество обучения пользователей, на концентрацию и качество дополнительных комплексных услуг по освоению и внедрению конечной системы управления, другими словами, на сокращение издержек разработчиков, на инжиниринг и менеджмент своих проектов, на уменьшение стоимости сопровождения конечной системы. Рассмотренные показатели влияют на рейтинг и рыночный успех SCADA-системы. Эти показатели более важны, чем абсолютные стоимостные характеристики SCADA-систем.

Тестирование SCADA-систем затрагивает вопросы языков программирования, коммуникационных протоколов, новых технологий. Это требует полного изучения и анализа, который должен стать основой для разработки методики тестирования с целью определения максимальной производительности, функциональных возможностей или недостатков конкретной SCADA-системы.

От того, кто проводит тестирование - журнал или организация для своих проектов зависит выбор методов тестирования и критериев. В первом случае упор делается на общие принципы построения продуктов, на поддерживаемые протоколы, на производительность и т.д., во втором случае учитываются особые, ориентированные на определенные проекты условия, следовательно, возможны специализированные методы тестирования.

Использование методики сравнительного анализа, основанной на косвенных заключениях экспертов, является предпочтительной и повышает достоверность получаемой информации.

Функциональные возможности всех SCADA-систем в целом идентичны. Методика программирования близка к интуитивному восприятию автоматизируемого процесса. Применяемое в большинстве SCADA-систем объектно-ориентированное программирование делает их легкими в освоении и доступными для большого круга пользователей.

Все SCADA-системы можно считать относительно открытыми, поддерживающими возможность дополнения функциями собственной разработки, имеющими открытый ОРС-протокол для разработки драйверов, доступность к стандартным базам данных, развитую сетевую поддержку и возможность включения объектов ActiveX. Важной особенностью систем является число поддерживаемых разнообразных контроллеров.

Построение АСУТП на основе любой из SCADA-систем не требует от пользователя больших знаний классического программирования, позволяя концентрировать усилия по освоению знаний в прикладной области.



3. Создание АРМ

3.1 Программа управления и симуляции

Основной задачей программы будет являться исключение человеческого фактора во избежание допуска технологических ошибок и возможность мониторинга и управления для целого участка темперирования, который включает множество исполнительных и измерительных устройств.

Для того, чтобы минимизировать аварийные случаи, материальные потери связанные с первичной пусконаладкой участка параллельно с управляющей системой будет разрабатываться программа симуляции.

Рисунок 5 Общая схема программы

Изначально, всю программу можно разложить на два блока: не видим для пользователя, где проходят вычисления, обработка информации (1) и блок отображения результатов (2). Блок не видимый для пользователя состоит из 3 основных подпрограмм:

- физические объекты(physics).

- механизмы (Devices; Devices_1).

- система управления (PLC_PRG; PLC_PRG_1).

Для упрощения редактирования и понимания подпрограммы Devices и PLC_PRG разработаны отдельно для каждой машины (нагревательный бак, темперирующая машина), находящихся на участке.

Симулируя технологический процесс, для достоверной и правильной работы программы было объявлено 2 списка глобальных переменных Var12 и Var23. Переменными Var12 оперируют программы Physics и Devices, Var23 Devices и PLC_PRG соответственно. Например: система управления может получать информацию только от устройств, и только устройства могут оказывать влияние на физические объекты.

Видимая для пользователя часть также представлена тремя блоками, не взаимодействующие между собой непосредственно:

- симуляция внешних воздействий(название);

- визуальная симуляция и управление;

- рабочая панель оператора.

Блок «симуляция внешних воздействий» позволяет отобразить загрузку шоколадной массы, долив воды в баки, аварийные случаи т.е. случаи возникновения внештатных ситуаций имеющих случайный характер. Работу Этой подпрограммы можно визуально наблюдать в ходе симуляции, которая дает полную информацию обо всех переменных и процессах проходящих в системе. В блок “визуальная симуляция и управление” поступают параметры переменных Var12 и Var23.Блок “ Рабочая панель оператора” представляет из себя ограниченную версию визуальной симуляции. Этот блок дублирует показатели датчиков и кнопки управления, но не показывает переменные Var12.



3.2 Подпрограмма физических объектов

Подпрограмма физических объектов Physics моделирует физические объекты, которыми управляет система. Эта подпрограмма оперирует следующими параметрами входящими в список глобальных переменных Var12:

- объем воды в баке (VW);

- объем шоколадной массы (VC);

- температура воды (TempW);

- температура шоколадной массы (TempC).

Очень важную роль в моделировании играет зависимость приведенных выше параметров относительно друг друга. Для получения наглядной симуляции процесса нагрева был проведен натурный опыт.

Целью проведения данного опыта является установление зависимости скорости нагревания шоколада от его количественного параметра. В качестве количественного показателя была взята масса m подаваемого в водяную баню шоколада.

В ходе проведения опыта шоколад “Master Martini Ariba Dark 54%” массой m,г подавался в емкость, нагреваемую посредством водяной бани.

В процессе нагрева контролировалась температура и время, в течение которого было набрано заданное значение температуры нагрева t=50C⁰. Измерения проводились при помощи ручного инфракрасного термогигрометра Trotec T250 через одинаковые интервалы времени равные 0,5мин.

M1=100г, M2=200г, М3=300г.

По результатам полученным в ходе проведения опыта построены графики зависимости скорости набора температуры от времени для разных исходных масс подаваемого шоколада. Значения полученные в ходе проведения опыта сведены в Таблицу 2.



Таблица 2

Температура шоколадных масс с различным коэффициентом m

t, мин	0,0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0	5,5
M1,C0	23,6	27,5	31,0	32,5	34,0	36,0	40,0	44,0	51,0	-	-	-
M2,C0	23,7	26,2	29,2	31,1	32,7	33,4	36,0	37,5	42,5	48,0	53,0	-
M3,C0	23,7	25,5	28,4	29,2	30,1	31,3	33,6	34,9	36,9	41,0	46,0	50,0

По значениям приведенным в Таблице 2 построены графики зависимости температуры нагрева шоколада от времени нагрева, представленные на Рисунке 6

Рисунок 6 Графики температур шоколада с различными массами

На основании описанного опыта выведена формула коэффициента изменения температуры воды k в зависимости от массы m подаваемого шоколада:

(1)

где m- масса шоколада.

Далее приведена полученная в ходе данного опыта формула расчета температуры шоколада в зависимости от начальной температуры подаваемого шоколада и его массы, а также зависимость от температуры воды, циркулирующей в водяной рубашке:

(2)

где Tw - температура воды;

- начальная температура шоколада;

TempC - текущая температура шоколада;

k- коэффициент изменения температуры воды в зависимости от массы нагреваемого шоколада.

Подпрограмма Expo не показанная в общей схеме вычисляет коэффициент k и отправляет в подпрограмму Physics, которая выдает температуру шоколада в каждый текущий момент времени. При изменении объема шоколада в баке, подпрограмма Expo в реальном времени изменяет коэффициент k, поэтому больший объем шоколада будет нагреваться дольше. В коде программы данный коэффициент уменьшен в 100 раз для облегчения мониторинга работы программы. Так как на реальном объекте блок Physics будет удален, то имеется возможность свободной вариации коэффициентов в блоке.

3.3 Подпрограмма устройств

Эта программа описывает работу измерительных и исполнительных устройств:

Измерительные:

- термометры;

- датчики уровня.

Исполнительные:

- нагреватели;

- клапаны;

- перемешивающие механизмы;

- шнеки;

- насосы.

Термометр принимает значение TempC и передает его значению Temp, которое может обработать система управления. Датчики уровня контролируют наполнение бака с шоколадом VC и бака водяной рубашки VW. Нагреватели в активном состоянии увеличивают температуру воды TempW, от которой зависит температура TempC. Клапаны контролируют поток шоколадной массы как непосредственно из бака, так и в сам бак. Перемешивающие механизмы в данной симуляции не изменяют никаких параметров, но их работу нужно учитывать на стадии написания кода, так как без равномерного размешивания шоколад не сможет стать однородной массой. Шнеки и насосы перемещают шоколадную массу в различные зоны темперирования для выполнения технологического процесса.

Представленные приборы функционируют, только если к ним подведено электрическое питание. Функцию электричества осуществляет подпрограмма Power.

3.4 Подпрограмма системы управления

Принимая значения измерительных устройств, анализируя их, она выдает управляющие сигналы на исполнительные устройства, которые влияют на объект управления.

У данной программы 4 состояния, который оператор может контролировать с помощью кнопок, расположенных на рабочей панели:

- инициализация - подготовка оборудования участка темперирования к дальнейшей работе. Старт работы перемешивающих устройств, шнеков и насосов, предварительное достижение заданных температур для водяных рубашек;

- старт - исполнение управляющего алгоритма программы. Считывание информации с термометров. Корректировка температур в темперирующих зонах. Управление выходными клапанами;

- сброс - Завершение работы участка темперирования. Перевод всех исполнительных механизмов и устройств в пассивное состояние;

- аварийный возврат - в случае аварии или поломки на следующем этапе для сохранения шоколадной массы идет открытие аварийных клапанов и включение аварийных насосов. Шоколад продолжает циркулировать в системе до момента, когда поломка будет устранена. После устранения поломки, оператор переводит программу в состояние Старт и возобновляет работу системы в нормальном режиме.

3.5 Визуальная симуляция

Подпрограмма визуализации отображает работу системы управления в реальном времени. Для отработки алгоритма управления на панель добавлены значения температуры воды, температуры шоколада а также объем шоколадной массы и воды в водяной рубашке нагревательного бака. Рабочая панель представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 Симуляция нагревательного бака в режиме редактирования

Рядом с каждым устройством расположены индикаторы питания коричневого цвета. Когда питание включено, они изменяют свой цвет на желтый, показывая, что устройство подключено к электрической сети и готово к работе. Серые кнопки позволяют вручную менять состояния каждого исполнительного устройства. Если устройство находится в пассивном состоянии -то оно окрашено в красный цвет, если в активном - в зеленый. В случае датчиков уровня их пассивный цвет белый, а активный красный. Кнопки «+100», «-100» позволяют управлять объемом шоколада в баке и объемом воды в водяной рубашке. Эти кнопки отображают работы подпрограммы Simulation и симулируют внешнее воздействие на систему.

Для получения информации о показаниях термометра используется переменная Temp из списка Var23. Для вывода этой переменной нам нужно соблюдать правила синтаксиса системы CODESYS и ввести спецификатор %.2f в тексте фигуры, которое позволит выводить значение действительного числа с плавающей точкой (Рисунок 8-10).

Рисунок 8 Объявление переменной Temp в списке переменных Var23

Рисунок 9 Настройка параметров элемента

Рисунок 10 Отображение значения переменной Temp в визуализации

Темперирующая машина непрерывного действия по устройству похожа нагревательный бак, который был представлен ранее. Отличие в том, что в данной машине присутствует 3 зоны темперирования, а не 1 как в баке. Т.е. машина состоит из серии последовательно соединенных емкостей, которые поддерживают заданную температуру. Панель представлена на рисунке 11.

Рисунок 11 Симуляция Темперирующей машины в режиме редактирования

Так как представленная машина получает растопленную шоколадную массу из нагревательного бака, представленного выше, мы не можем физически загрузить туда шоколад вследствие герметичности системы. Кнопки изменения объема шоколада отсутствуют. После внедрения программы в реальную систему программы представленных симуляций будут удалены.

3.6 Рабочая панель оператора

Рабочая панель оператора, как визуализация останется после внедрения в систему, и с ней предстоит работать оператору участка. Рабочая панель представлена на рисунке 13.

Рисунок 12 Рабочая панель оператора в режиме редактирования

На данной панели представлены все исполнительные и измерительные устройства системы. Для управления состояниями программы располагаются соответствующие кнопки. Исходя из технологических требований темперирования запуском участка оператор выставляет температурные режимы каждой зоны темперирования. Далее идет подключение устройств в электрическую сеть. Затем система должна перейти в состояние Старт нормальной работы. После окончания смены оператор переводит систему в состояние Сброс и выключает питание.



Заключение

В заключении можно сказать, что множество программ на основе SCADA-систем могут применятся для разработки проекта по автоматизации разных технологических объектов как в домашних условиях так и на предприятии.



Список использованных источников

1. Стефани, Е.П. Основы расчета настройки регуляторов теплоэнергетических процессов. 2-е изд., перераб./ Е.П. Стефани. Москва: Энергия, 1972. 376 с. Текст: непосредственный

2. Ротач В.Я. Теория автоматического управления. Учебник для вузов. 2-е изд., перераб и доп. Москва: Издательство МЭИ, 2004. 400 с. Текст: непосредственный.

3. Лазарева Т. Я. Основы теории автоматического управления: Учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. Тамбов: Тамбовского государственного технического университета, 2004. 352 с. ISBN 5-8265-0149-9. Текст: непосредственный

4. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического управления. Москва: Профессия, 2007. 752 с. ISBN: 5-93913-035-6. Текст: непосредственный

5. Иванов А.А. Автоматизация технологических процессов и производств. Москва: Форум, 2011. 224 с. ISBN: 978-5-91134-511-2. Текст: непосредственный

6. Инженерные экспресс-методы расчета промышленных систем регулирования: Справ. пособие / Г. Т. Кулаков. Минск: Вышэйш. шк., 1984. 192 с.: ил.; 22 см.; ISBN В пер. (В пер.) Текст: непосредственный

7. Барановский В.А. Справочник кондитера. / Серия «Справочники». Ростов н/Д: Феникс, 2003. 352 с. Текст: непосредственный

Размещено на Allbest.ru