Внедрение scada-системы trace mode в производственные процессы на примере бестарного хранения муки

В последнее время происходит достаточно активное развитие информационных технологий, которое обусловлено высокой потребностью общества в них, в первую очередь потребностями производства. В современном мире использование информационных технологий становится возможным даже там, где, казалось бы, они никогда не смогут дополнить или даже полностью заменить труд специалиста. Огромное количество задач, которое ранее требовало монотонной и долгой работы, больших математических вычислений, стало возможно решить при помощи компьютера за считанные минуты, что значительно упростило жизнь, помогло сэкономить рабочее время и успешно помогает снизить различные затраты в производственных процессах [1].

Введение различных систем автоматизации в производственные процессы помогает значительно уменьшить количество наемных рабочих, отдав предпочтение нескольким специалистам в конкретной области информационных технологий, которые смогут контролировать все производство. Всё это приводит к существенной экономии средств, несмотря на высокий уровень зарплат подобных специалистов. В современном производстве автоматизация выигрывает, поэтому квалифицированному специалисту важно не только знать о существовании систем автоматизации, но и уметь с ними работать в совершенстве.

В настоящее время в России зерноперерабатывающая и мукомольная промышленность являются наиболее значимыми отраслями агропромышленного комплекса с точки зрения социальной политики государства. Получаемые из зерна и муки продукты жизненно необходимы всем возрастным категориям граждан. Все это указывает на то, что основной критерий продовольственной безопасности страны - это стабильное обеспечение среднедушевого потребления продуктами переработки зерна, т.е. мукой высокого качества [2].

Одной из важнейших стадий производства муки и последующих продуктов из неё является её хранение. При соблюдении всех внешних и внутренних технологических параметров, процессы, протекающие в муке, до известного предела в основном улучшают её качество, однако в конечном итоге каждая мука по-разному реагирует на отлежку и соответственно на качество готового продукта. В настоящее время на мукомольных предприятиях, в связи с необходимостью уменьшения экономических затрат и повышения качества готового продукта, преимущественно используется бестарное хранение муки [3].

В связи с вышесказанным, становится всё более популярным внедрение SCADA-систем в производственные процессы, в том числе во все стадии мукомольной промышленности. Автоматизация того или иного пищевого производства является достаточно многокритериальной задачей, поэтому выбор SCADA-системы связан с поиском компромиссного решения относительно надежности, стоимости, технического уровня, удобства HMI (человеко-машинного интерфейса), затратами на сервисное обслуживание.

Наиболее популярной SCADA-системой для промышленной автоматизации в России является система Trace Mode 5.0, 6.0 – интегрированный инструментальный пакет для разработки автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП), а также для программирования программируемых логических контроллеров (ПЛК).

Для процесса бестарного хранения муки в силосах предлагается использовать пятую версию интегрированной SCADA-системы. Trace Mode 5.0 основана на DCOM-базовой технологии корпорации Microsoft (США), положенной в основу всех ее современных продуктов (Windows NT , Windows 2000, SQL Server, MS Office и др.).

Архитектуру данной SCADA-системы можно условно разделить на два управляющих уровня. На нижнем уровне располагаются датчики, исполнительные механизмы, контроллеры и устройства связи с объектом. Для информационной связи контроллеров и исполнительных устройств используется сетевая технология Profibus. К верхнему уровню управления можно отнести высокопроизводительный сервер со встроенной базой данных реального времени, автоматизированное рабочее место оператора-технолога, а также различные клиентские и Web-приложения. Сетевое взаимодействие между уровнями также может осуществляться с помощью технологии Ethernet.

Как уже было сказано, основа Trace Mode - это мощный сервер и база данных, работающая в реальном масштабе времени для своевременного внесения изменений в технологический процесс (рисунок 1). Все программные интерфейсы максимально стандартизированы для удобной связи с различными внутренними и внешними компонентами, а также для получения возможности расширять и дополнять данную систему. Обмен информацией между сервером Trace Mode, клиентами и независимыми приложениями производится через интерфейсы OPC, DDE и DCOM.

Связь с PLC осуществляется не только через OPC и DDE, но и через собственный высокопроизводительный интерфейс T-COM. Для взаимодействия SCADA-системы с базой данных используется стандарт SQL или ODBC.

Рисунок 1. Структура SCADA-системы Trace Mode 5.0

Система Trace Mode 5.0 является российской разработкой и содержит ряд новых технологий проектирования АСУ ТП, отличающих ее от других популярных SCADA-систем. Среди них следующие:

• •    стандартизированные инструментальные средства (единая линия программирования) как для разработки операторских станций, так и для программирования логических контроллеров;

• •    возможность использования технологии автопостроения проекта;

• •    разработка распределенной АСУ ТП как единого проекта [4].

SCADA-система Trace Mode 5.0 имеет собственные функции программирования программируемых логических контроллеров (ПЛК) с помощью оригинальной системы – Микро монитора реального времени (МикроМРВ). Программирование осуществляется в соответствии с международным стандартом IEC-61131-3, который описывает синтаксис основных языков программирования ПЛК. Данный стандарт содержит пять языков программирования, среди которых имеются как текстовые, так и графические. Сам процесс программирования является визуально понятным для инженеров-технологов и исполняется в виде языка функциональных блоков (язык Техно FBD) или на языке инструкций (Техно IL).

Любая SCADA-система предусматривает визуализацию всего технологического процесса в виде мнемосхем или изображения отдельных графических элементов технологического процесса на одном большом мониторе или нескольких стандартных, установленных на рабочем месте оператора. Для данных целей в системе Trace Mode создан объектно-ориентированный редактор представления данных. Редактор позволяет создавать мнемосхемы для всех узлов распреде- ленной АСУ ТП, а также создавать объемные изображения. Графические изображения создаются в векторном формате. В системе предусмотрена большая библиотека стандартных технологических объектов: различных емкостей, теплообменников, электротехнических элементов, панелей управления, регуляторов, приборов и т.д. Для большего удобства и точности отображения технологического процесса имеется возможность создания собственных операторских форм ActiveX, используя Visual Basic, Visual C++ и т.д.

Как и многие популярные SCADA-системы, Trace Mode 5.0 имеет распределенную базу данных реального времени (БДРВ). Поэтому распределенная АСУ ТП, имеющая несколько компьютеров и контроллеров, рассматривается системой как единый проект. Отдельные же узлы здесь имеют информацию обо всех остальных узлах системы, и в случае изменения или модификации одного узла, автоматически обновляются соответствующие базы данных на других узлах. В данном случае автоматизированную систему управления можно рассматривать как в архитектуре клиент-сервер, так и в виде распределенной системы управления.

Верхним или управляющим уровнем АСУ ТП в системе Trace Mode 5.0 является административный. На данном уровне используются модули Supervisor , которые предоставляют оператору процесса и руководителю производства информацию о ходе и прогнозировании характеристик технологических процессов, статических и технологических параметров предприятия. Так как данная система обладает функцией горячего резервирования, то при неполадке одного из ПЛК или сервера, управление технологическим процессом передается аналогичным, запасным элементам управления. Таким образом, достигается высокая надежность работы диспетчерского комплекса [5].

В процессе бестарного хранения муки SCADA-система Trace Mode 5.0 должна решать следующие задачи:

• •    обеспечение мониторинга всего процесса;

• •    сбор, хранение, обработка информации, организация выдачи управляющих воздействий исполнительным механизмам и контроллерам, входящим в состав контуров циркуляции информации;

• •    диспетчерское управление;

• •    графическое отображение всего процесса в виде мнемосхемы или объемного рисунка;

• •    тревожная сигнализация;

• •    ведение журналов событий;

• •    документирование и архивирование данных;

• •    горячее резервирование данных.

Данная АСУТП, построенная на базе Trace Mode 5.0, должна содержать три уровня иерархии. Нижний (первый) уровень управления, как правило, состоит из измерительных преобразователей (датчиков) и сигнализаторов параметров, средств управления исполнительными устройствами и пусковой аппаратурой. На втором уровне находятся программируемые логические контроллеры в количестве трех комплектов с резервированием на базе ЭВМ. Административный (третий), самый верхний уровень должен состоять из мощного сервера, ЭВМ, локальной вычислительной сети, диспетчерского пульта управления, сервера базы данных и АРМ (автоматизированного рабочего места) оператора-технолога. В качестве АРМ оператора чаще всего используются промышленные персональные компьютеры, которые обладают повышенными показателями защиты от вредных воздействий окружающей среды – пыли, влаги и температуры. В данном случае выбор может быть сделан в пользу продукции фирмы Siemens – SIMATIC Panel PC. Альтернативой здесь можно рассматривать также продукцию компании IEI