Система управления технологическим процессом получения лаков и смол

Современные системы автоматизированного управления технологическими процессами (АСУ ТП) позволяют повысить стандарты качества вырабатываемой продукции, снизить её себестоимость, а также создать комфортные условия для работы персонала. За счёт диагностирования состояния оборудования система АСУ ТП своевременно оповещает о необходимости проведения ремонтных работ, что способствует повышению надёжности работы технологического оборудования.

Характеристика объекта

Объектом автоматизации являются четыре реактора синтеза, оснащенные дефлегматорами, холодильниками, теплообменниками и т.п., которые позволяют синтезировать широкий ассортимент высокотемпературных лаков и смол.

Разогрев реакционной массы в реакторах обеспечивается подачей в змеевик реактора нагретого в печи высокотемпературного органического теплоносителя. Для охлаждения реакционной массы в рубашки реакторов подается вода из оборотного цикла.

Реакторы и теплообменники расположены на открытой площадке под навесом, во взрывоопасной зоне. Для уменьшения капитальных затрат было принято решение разместить в безопасной зоне часть полевых средств автоматизации - датчиков и исполнительных механизмов.

Автоматизируемое предприятие является производителем и поставщиком высококачественных аддитивов, полиэфирных смол и водоразбавляемых полиакрилатов для лакокрасочной промышленности, переработки пластмасс и эластомеров. Высококвалифицированные специалисты предприятия, располагая в исследовательском центре современным лабораторным оборудованием, способны разрабатывать новые рецептуры продукции, обеспечивающие ее высокую конкурентоспособность на рынке. Поэтому, при постановке задачи автоматизации разработчик АСУ ТП был ориентирован на создание системы с интерфейсом, позволяющим разрабатывать новые рецептуры продукции.

Еще одной задачей было создание инструмента для документирования результатов работы системы управления и их последующего анализа при принятии управленческих решений, а также при дальнейшем совершенствовании технологических процессов производства лаков и смол.

Назначение АСУ ТП «Лак»

АСУ ТП предназначена для выполнения следующих функций:

Структура АСУ ТП

Блок-схема АСУ ТП приведена на рисунке 1.

Блок-схема АСУ ТП
Рис. 1. Блок-схема АСУ ТП.

АСУ ТП представляет собой трёхуровневую распределённую систему управления.

Аппаратное обеспечение

АСУ ТП построена на базе дублированных контроллеров UNO-2160CE фирмы Advantech и устройств удаленного ввода/вывода серии I-8000 фирмы ICP-DAS, установленных в крейт-контроллеры I-8810. Обмен данными между ними обеспечивается по сети RS485, протокол DCON.

Для реализации данного проекта был использован контроллер серии UNO-2160 фирмы Advantech, обладающий достаточной вычислительной мощностью для выполнения поставленных задач, и хорошо зарекомендовавший себя в работе на объектах нефте- и газоперерабатывающей промышленности . Контроллер размещен в шкафу КТП-ТП1, обслуживающем печное отделение. Связь контроллера с устройствами ввода/вывода осуществляется по сети RS-485.

Информационная нагрузка системы определяется следующим количеством сигналов:

Для искробезопасных сигналов предусмотрены барьеры искрозащиты D1010S/B фирмы GM International.

Для выдачи дискретных команд на исполнительные механизмы используются промежуточные реле - фирмы Relpol.

Применённые пружинные клеммы, защитные короба для клемм искробезопасных цепей, несущие рельсы и фиксаторы крепления экранированных проводов, а также DIN рейки - продукция фирмы Wago.

В шкафу контроля и управления, а также в пульте оператора установлены вентиляторы и термостаты фирмы Schroff.

Питание в шкафах обеспечивают дублированные источники питания DLP240-24-1/EJ и модули для параллельного включения выходов источников питания DLP-PU/EJ - фирмы TDK-Lambda.

Для бесперебойного питания системы предусмотрены источники бесперебойного питания фирмы APC.

Внешний вид шкафа с размещенными элементами управления приведен на рисунке 2.

Блок-схема АСУ ТП
Рис. 2. Внешний вид шкафа с размещёнными элементами управления.

Основой подсистемы верхнего уровня АСУТП является АРМ оператора. Конструкция и дизайн операторского пульта разработан конструкторами НТФ «Инкотех». Пульт конструктивно выполнен, в виде набора секций, боковые стенки которых выполнены из съемных металлопластиковых панелей, которые крепятся к сварным профильным конструкциям секций.

На столешнице пульта установлены три TFT монитора, размещены клавиатуры и манипуляторы «мышь», а также принтер. В 19" стойке левой пультовой секции АРМ размещаются два дублированных системных блока на основе промышленных корпусов IPC 610-L фирмы Advantech и вентиляторы, обеспечивающие принудительную вентиляцию внутри пультовой секции. Акустические колонки и блоки бесперебойного питания оборудования пульта размещены в центральном отсеке.

Информация о технологических процессах в реакторах отображается на мониторах АРМ исследователя - технолога и АРМ лаборанта, подключенных к заводской сети. Станции АРМ связаны с дублированными контроллерами посредством сети Ethernet с использованием протокола ТСР/IP. Для организации сети используются неуправляемые, резервированные коммутаторы EKI-2525 фирмы Advantech.

Для вывода оперативной и архивной информации на бумажные носители предусмотрен лазерный принтер.

Программное обеспечение

В качестве программного обеспечения АСУ ТП использованы:

Пакеты для программирования контроллеров ТехноСи 2.1 и SCADA-система ViS@ 7.6 разработаны специалистами НТФ «Инкотех» и успешно используются в работах по созданию АСУ ТП на предприятиях нефтеперерабатывающей, химической и пищевой промышленности, энергетики, а также на предприятиях строительной индустрии.

Функции АСУ ТП «Лак»

АСУ ТП «Лак» обеспечивает выполнение следующих функций:

Обзорный фрагмент
Рис. 3. Обзорный фрагмент.

Реактор Р-100
Рис. 4. Реактор Р-100.

Система контроля и управления обеспечивает:

Система архивирования обеспечивает:

Кроме этого в разработанной АСУ ТП «Лак» учтены требования технологического персонала предприятия, в части создания:

Редактор рецептур предоставляет исследователю-технологу удобный интерфейс для анализа существующей рецептуры продукта и создания новых рецептур лаков или смол. При этом исследователь - технолог указывает в рецептуре:

После того, как разработанная исследователем-технологом рецептура подготовлена, она загружается в контроллер и запускается на исполнение. Система обеспечивает автоматическое управление технологическим процессом в соответствии с заданиями, указанными в рецептуре, путем выдачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы.

Пример окна редактора рецептур приведен на рис. 5.

Редактор рецертур
Рис. 5. Редактор рецептур.

Таблицы лабораторных показателей предоставляют технологу или лаборанту удобный интерфейс для внесения данных лабораторных анализов, характеризующих качество сырья и синтезируемых продуктов, на основании которых имеется возможность принятия решения о дальнейшем ведении технологического процесса синтеза смол.

В таблицы заносится следующая информация:

Информация, внесенная в таблицу, помещается в базу данных и защищается от последующей корректировки. Пример таблицы лабораторных показателей приведен на рисунке 6.

Таблицы лабораторных показателей
Рис. 6. Таблицы лабораторных показателей.

Отчет, в виде файла в формате Adobe PDF, формируется автоматически после завершения технологического процесса.

В отчет помещаются и сохраняются данные, характеризующие протекание технологической операции синтеза продукта, в том числе:

Для подготовки операторов, лаборантов и технологов, а также для проверки навыков их взаимодействия с АСУ ТП «Лак» специалистами НТФ «Инкотех» был разработан компьютерный тренажер реального времени. Тренажер содержит математическую модель технологического процесса, в которую поступают команды управления и в которой формируются сигналы о состоянии объекта управления. Программа тренажера выполняется на персональном компьютере в виде виртуального контроллера и имитирует в реальном времени работу объекта управления, включая датчики, исполнительные механизмы и технологическое оборудование.

Опыт эксплуатации системы

В течение двух лет безотказной промышленной эксплуатации системы управления была зафиксирована высокая эффективность функционирования АСУТП «Лак». Экономия энергоресурсов за счет качественного управления подачей теплоносителя составляет ≈38 %, при одновременном улучшении качества синтезируемой продукции и повышении производительности труда. Окупаемость затрат на создание АСУ ТП «Лак» не превысила 2-х лет.

В связи с постоянным удорожанием энергии и сырья внедрение систем, обеспечивающих значительную экономию энергоресурсов, весьма актуально. Полагаем, что разработанная система АСУ ТП может быть востребованной в проектах автоматизации периодических процессов, для создания надежных и недорогих систем управления.