Разработка SCADA-проекта процесса выпаривания молока в двухкорпусной вакуум-выпарной установке

Таблица 1.

Требования к функциям контроля [4, 5]

Table 1.

Requirements for control functions [4, 5]

Наименование контролируемой технологической переменной Process variable to be monitored	Диапазон изменения, абс. ед. Range of variation, abs. units	Точность контроля, абс. ед. Accuracy of control, abs.
Расход исходного молока | Feed-to-evaporation ratio	1–25 т/ч	±0,25± 0,5 т/ч
2) Давление греющего пара перед эжектором | Heating steam pressure upstream of the ejector	0,8–1 МПа	±18/±36кПа
3) Давление охлаждающей воды перед поверхностным конденсатором | Cooling water pressure upstream of the surface condenser	0,13–0,17 МПа	±18/±36кПа
4) Разрежение на конденсаторе | Condenser vacuum	0,08–0,095 МПа	±18/±36кПа
5) Температура охлаждающей воды перед конденсатором | Cooling water temperature upstream of the condenser	18–200 °С	±1/±2 °С
6) Температура пара в первом сепараторе | Steam temperature in the first separator	67–690 °С	±1/±2 °С
7) Температура пара во втором сепараторе | Steam temperature in the second separator	49–510 °С	±1/±2 °С
8) Температура пара в первом калоризаторе | Steam temperature in the first calandria	84–860 °С	±1/±2 °С
9) Температура пара во втором калоризаторе | Steam temperature in the second calandria	67–690 °С	±1/±2 °С
10) Уровень кипящего продукта в пароотделителях | Boiling level in steam separators	0–35%	±1/±2 °С
11) Уровень кипящего продукта в испарителях | Boiling level in evaporators	0–90%	±0,9±1,8%
12) Плотность готового продукта | Density of outputs	1,2–1,3 г/см3	±0,05/±0,1 г/см3

Таблица 2.

Требования к системам автоматического регулирования

Table 2.

Requirements for automated control systems

Наименование регулируемой переменной Variable to be monitored	Yздн Yspec	Допустимые значения прямых показателей качества Acceptable direct quality indices
		Yd ст | Yd st	Yd дин | Yd dyn	t р | t	ψ д | Ψd
1) Температура молока после подогревателей | 1) Milk temperature after heaters	105 °С	±1 °С	±4 °С	15 мин	>0,75
2) Расход исходного молока | 2) Consumption of raw milk	25 т/ч	±0,25 т/ч	±1 т/ч	1 мин	>0,75
3) Плотность готового продукта | 3) Density of outputs	1,3 г/мс3	±0,25%	±1%	20 мин	>0,75
4) Расход пара перед двухступенчатым эжектором | 4) Steam flow upstream of two-stage ejector	16 т/ч	±16т/ч	±1 т/ч	1 мин	>0,75
5) Расход холодной воды перед поверхностным конденсатором | 5) Cold flow upstream of surface condenser	12 т/ч	±0,12 т/ч	±1 т/ч	1 мин	>0,75

Технологическая схема процесса сгущения молока показана на рисунке 1. В качестве объекта регулирования выбран участок изменения плотности готового продукта после пароот-делителя (рисунок 2) [6].

Рисунок 2. Участок процесса, выбранный как объект автоматизации

Figure 2. Section selected for automation

Рисунок 1. Технологическая схема процесса сгущения молока

Figure 1. Flow chart for milk condensation

Таблица 3.

Условные обозначения оборудования и материальных потоков

Table 3.

Equipment and material flow symbols

№	Оборудование | Equipment	Материальный поток | Material flow
1	Инжектор | Injector	1х холодная вода | 1x cold water
2	Пароотделитель | Vapor separator	1г горячая вода | 1g hot water
3	Поверхностный конденсатор | Surface condenser	2 пар (первичный) | 2 steam (primary)
4	Шибер | Schieber	2в вторичный пар | 2c secondary steam
5	Пусковой эжектор | Starting ejector	28 молоко | 28 milk
6	Двухступенчатый эжектор | Two-stage ejector	29 частично подсгущенное молоко | 29 partially thickened milk
7	Вакуум-насос для откачивания конденсата | Vacuum pump for condensate evacuation	30 сгущенное молоко | 30 condensed milk
8	Вакуум-насос для откачивания сгущенного молока | Vacuum pump for condensed milk evacuation	31 конденсат | 31 condensate
9	Подогреватель первой ступени First stage heater
10	Дроссельный клапан для откачивания сгущенного молока Throttle valve for evacuation of condensed milk
11	Подогреватель второй ступени Second stage heater
12	Подогреватель третьей ступени Third stage heater
13	Испарители | Evaporators
14, 15	Двигатели | Engines

Произведя подсчёт всех типов сигналов, используемых на контроллерном уровне АСУ ТП, было определено количество выходов каждого типа:

• •    аналоговый ввод (AI) для термосопротивлений – 6 шт.;

• •    аналоговый вывод (AI) для сигнала 4–20 мА – 18 шт.;

• •    дискретный ввод (DI) – 2 шт.;

• •    дискретный вывод (DO) – 12 шт.

Проведя анализ модулей контроллера MIF-PPC и количества сигналов ввода и вывода, выбираем следующие модули:

• 1    модуль МIRаgе-FPT и 1 субмодуль PB-RS485Т для подключения до 8 термометров сопротивления;

• 3    БПИ TFCUR и 3 субмодуля PB-V35Т для подключения до 8 датчиков с унифицированным токовым сигналом 4–20 мА;

• 1    БПИ ТFDIN3 и 1 субмодуль PB-DIN3Т для подключения до 20 дискретных сигналов;

• 1    БПИ ТFDОUТ2 и 1 субмодуль PB-D016Т для подключения до 16-ти дискретных управляющих сигналов с выходным напряжением 24В.

На диспетчерском уровне автоматизации необходимо предусмотреть решение всего спектра задач оператора и их удобное выполнение с автоматизированного рабочего места (АРМ). Для каждого из участков помимо общей формы необходимы формы, конкретизирующие работу отдельных аппаратов и систем регулирования, поэтому с этой формы должен быть обеспечен доступ к ряду дополнительных форм [9–20]. Предполагается создать следующие формы:

• •    пароотделитель, испаритель, инжектор;

• •    пароотделитель, испаритель;

• •    пусковой эжектор, двухступенчатый эжектор, поверхностный конденсатор;

• •    подогреватели первой, второй и третьей ступеней.

Результаты

Для разработки SCADA-проекта рассматриваемого процесса разработана схема взаимодействия экранных форм (рисунок 3). Для удобства управления участками помимо связей, указанных на рисунке 3, в переделах каждого из них предусматривается возможность перехода между всеми локальными формами.

Для дальнейшего программирования параллельно введем краткие обозначение для требуемых параметров.

Аппараты:

Форма 1 (пароотделитель, испаритель, инжектор): пароотделитель П1, испаритель III, инжектор Ин, регулирующий клапан SV5.

Форма 2 (пароотделитель, испаритель): пароотделитель П2, испаритель И2.

Форма 3 (пусковой эжектор, двухступенчатый эжектор, поверхностный конденсатор): пусковой эжектор ПЭ, двухступенчатый эжектор ДЭ, поверхностный конденсатор ПК, регулирующий клапан SV3, регулирующий клапан SV4.

Форма 4 (подогреватели первой, второй и третьей ступеней): подогреватели первой ступени ПД1, подогреватель второй ступени ПД2, подогреватель третьей ступеней ПД3, насос М1, насос М2, регулирующий клапан SV1, регулирующий клапан SV2.

Рисунок 3. Схема взаимодействия экранных форм разрабатываемого узла

Figure 3. Schematic for screen interactions of the developed node

В разрабатываемом проекте АСУТП предполагается использование двух основных операторских станций и одной резервной [7.8], то необходимо в редакторе базы каналов SCADA – системе ТРЕЙС МОУД 5.0 создать три АРМ большой мощности. Два из них для рабочих мест операторов и один резервный, используемый в аварийных ситуациях. Для архивирования данных поступающих от контроллеров и с рабочих мест оператора создадим узел глобального регистратора. Для контроллеров нижнего уровня создадим три узла малой мощности.

Все экраны в графических базах ТРЕЙС МОУД собраны в группы. Поэтому в редакторе представления данных реализована группировка экранов. Эту группировку удобно использовать исходя из функционального назначения экранов.

В данной работе, в процессе разработки графической части были сформированы экранные формы для указанных групп. Виды экранных форм представлены на рисунках 4–8.

Рисунок 4. Экранная форма «пароотделитель, испаритель, инжектор»

Figure 4. Screen form “steam separator, evaporator, injector”

Рисунок 5. Экранная форма «пароотделитель, испаритель»

Figure 5. Screen form “steam separator, evaporator”

Рисунок 6. Экранная форма «пусковой эжектор, двухступенчатый эжектор, поверхностный конденсатор»

Figure 6. Screen form “start-up ejector, two-stage ejector, surface condenser”

Рисунок 7. Экранная форма «подогреватели первой, второй и третьей ступеней»

Figure 7. Screen form “first, second and third effect heaters”

Рисунок 8. Общая экранная форма участка производства сгущенного молока

Figure 8. General screen form of condensed milk production section

Обсуждение

В результате разработки проекта был определен перечень задач, решаемых на диспетчерском уровнях, разработан SCADA-проект в среде TRACE MODE, решены задачи разработки программного обеспечения АСУ ТП и представлена программная реализация системы автоматического регулирования.

Заключение

Разработанный проект позволяет усовершенствовать рабочее место оператора вакуум- выпарной установки, сократить время необходимое на реагирование и принятие решений персоналом. Кроме того, система сигнализации автоматической сигнализации позволяет снизить количество брака продукции, и, соответственно, повысить выпуск и снизить себестоимость продукции на единицу сырья.

Разработанный проект полностью удовлетворяет техническому заданию и внедрен на производство.