Современные технологии автоматизации

В данной главе рассматриваются современные технологии автоматизации, применяющиеся на цементных и бетонных заводах, в процессах тепловлажностной обработки бетонных и железобетонных изделий, производства кирпича на керамических заводах и т. д. Эти технологии были разработаны в последние годы, они связаны с применением современной вычислительной техники, контроллеров и микропроцессоров.

Автоматизированная система контроля уровня и массы цемента в силосах готовой продукции

Современный цементный завод представляет собой сложный комплекс оборудования и технологий, обеспечивающий переработку сырьевых материалов (известняков, мела и др.) в цемент различных видов и марок.

В цементной промышленности автоматизация осуществляется в широких масштабах и предусматривает технологический контроль и автоматическое регулирование параметров, дистанционное управление механизмами и сигнализацию, обеспечивая стабильную работу агрегатов. Однако несмотря на высокую степень автоматизации в отрасли, до настоящего времени контроль уровня цемента в силосах готовой продукции часто осуществляется с помощью обычной веревки. При этом значения уровня получаются сильно зависящими от места проведения измерения и многих субъективных факторов [5].

Сложность автоматизации измерений связана с тем, что цементные силосы — это бетонные конструкции высотой 27—30 м и диаметром 10—12 м, каждый силос вмещает до 4000 т продукта, а засыпаемый цемент имеет температуру до Ю0…120°С. В таких условиях измерение уровня практически исключает применение любых датчиков, контактирующих с продуктом, а также инфракрасных и ультразвуковых датчиков.

Программно-технические средства, структура и особенности системы.

С 2000 г. ООО «Предприятие КОНТАКТ-1» осуществляет выпуск радиоволновых уровнемеров БАРС 322И. Приборы хорошо зарекомендовали себя при решении задач бесконтактного измерения уровня сыпучих сред (цемента, извести, песка, щебня, руды, шихты, угля).

При этом обеспечивается высокая надежность и стабильность показаний в диапазоне от 0 до 30 м с погрешностью ±5 см независимо от воздействий дестабилизирующих факторов (широкий диапазон температур, агрессивный характер измеряемой среды, запыленность). Приборы могут работать как автономно, так и в составе АСУ ТП. Одним из примеров применения уровнемеров семейства БАРС в составе системы управления является их использование в АСУ ТП цеха приема угля обогатительной фабрики «Сибирь» [3].

На базе радиоволновых датчиков уровня БАРС 322И была разработана и успешно внедряется автоматизированная система АСК «ЦементЗавод» [3, 5].

В системе задействованы необходимые технические средства и программное обеспечение.

Технические средства:

• • датчики уровня БАРС 322И (до 48 шт.);
• • блок питания БП-240 (1 шт.) или БП-120 (до 2 шт.);
• • блок сбора и обработки данных Б1БАРС 322 (до 2 шт.);
• • преобразователь интерфейсов ADAM-4561 (1 шт.).

Программное обеспечение:

• • сервер опроса приборов;
• • клиентское приложение;
• • сервер базы данных MySQL.

Датчики уровня БАРС 322И устанавливаются на цементных силосах. Приборы питаются напряжением +20 В от блока питания БП-240, который изготовлен из модулей питания SiemensLogo!Power (24В/2,5А), размещенных в шкафу CONCEPTLINE 400×400 X 220 мм фирмы Schroff. Частотные сигналы от датчиков поступают на блок сбора и обработки данных Б1БАРС 322, который построен на базе следующих изделий фирмы Fastwel: модуля микроконтроллера CPU1885BS, модулей ввода сигналов TBI24/0C-3 и модулей вывода дискретных сигналов TBI-0/24C. Блок снабжен 16-кнопочной пылевлагозащищенной клавиатурой FK-3 (тоже Fastwel) и двухстрочным индикатором PC1602L (Powertip).

Блок Б1-БАРС 322 обеспечивает выполнение следующих функций:

• • прием частотных сигналов от датчиков БАРС 322И (до 24 шт.);
• • пересчет значений частоты в значения уровня по калибровочным точкам;
• • вычисление объема продукта по вводимым тарировочным таблицам;
• • ведение архива (240 записей с заданным периодом);
• • ведение журнала событий;
• • отработка до двух уставок уровня по каждому каналу с формированием выходного сигнала «открытый коллектор» при их срабатывании;
• • обмен данными с ПЭВМ по интерфейсу RS-485 (протокол ModBus RTU).

Программное обеспечение для блока выполнено на языке Borland C++ 5.02.

Блоки Б1-БАРС 322 поддерживают работоспособность системы при отсутствии ПЭВМ. Блоки Б1-БАРС 322 объединяются по интерфейсу RS-485 и через преобразователь ADAM-4561 (Advantech) подключаются к АРМ оператора. Протокол ModBus RTU дает возможность при необходимости подключать блоки сбора и обработки данных к большинству SCADAсистем.

На АРМ оператора могут быть установлены как все программы системы, так и отдельные части программного обеспечения (сервер опроса, клиентское приложение).

Ниже перечислены функции основных частей программного обеспечения.

Функции сервера опроса приборов (PlantServer.exe):

• • опрос блоков Б1-БАРС 322;
• • пересчет значений уровня цемента в значения массы по тарировочным таблицам;
• • сохранение данных по уровню и массе цемента в архиве;
• • изменение марки цемента в силосе; ввод уставок для каждого силоса.

Функции клиентского приложения:

• • отображение текущих и архивных значений уровня и массы цемента;
• • просмотр журнала событий;
• • создание и печать отчетов на основе текущей и архивной информации.

Функции сервера базы данных MySQL:

• • ввод, коррекция и хранение таблиц, содержащих параметры настройки системы, тарировочные таблицы, журнал событий, текущие и архивные значения уровня и массы цемента;
• • регистрация и проверка прав доступа пользователей к системе;
• • получение информации от сервера опроса приборов;
• • предоставление информации клиентским приложениям, установленным на различных компьютерах.

Программное обеспечение сервера опроса и клиентского приложения выполнено на языке Borland Delphi 6.

Главной особенностью данной системы является то, что она может настраиваться для каждого конкретного цементного завода. При настройке вводится название силосов, осуществляется привязка к входам блоков Б1 БАРС 322, вводятся геометрические размеры силосов. Вычисление массы продукта для каждого силоса осуществляется по тарировочным таблицам, которые вводятся для различных марок цемента. В системе предусмотрен ввод уставок уровня, при включении которых производится запись в журнал событий, цветовая и звуковая сигнализация.

Использование СУБД MySQL 3.23.51 для хранения архивов дает возможность при необходимости экспортировать данные в АСУ предприятия. Одной из причин выбора именно этой СУБД стало стремление уменьшить стоимость ПО системы, так как MySQL распространяется бесплатно.

В настоящее время происходит активное внедрение АСК «Цемент-Завод» на цементных заводах [5]. Внедрение системы обеспечило учет готовой продукции, оптимизацию загрузки силосов, отображение архивной и текущей информации на компьютерах в сети предприятия, передачу данных в АСУ предприятия. Исключаются случаи хищения продукта и нарушения технологии при приеме/отпуске продукта.

Использование приборов БАРС 322 И для цементного производства не ограничивается силосами готовой продукции. Были разработаны и внедрены на цементных заводах автоматизированные системы управления работой шлам-бассейнов, где эти радиоволновые уровнемеры применяются для контроля уровня шлама [5].