В настоящее время создание новых или модернизация существующих АСУ ТП с целью оптимизации режимов работы всего технологического комплекса по производству спирта ректификата является весьма сложной задачей, которая требует значительных временных и материальных затрат.

При существующей конкуренции , чтобы остаться востребованным на рынке спирта, требуется выпускать продукцию только наивысшего качества с минимальной себестоимостью.

Далее приведены результаты решения задачи автоматизации применительно к реальному  спиртовому производству. Задача заключалась в получении на  производстве производительностью 3000 дал спирта в сутки, всего  спирта классом не ниже «Люкс» с наивысшими показателями выхода готовой продукции из тонны сырья и наименьшими затратами теплоэнергетических ресурсов (ТЭР).

Руководством одного из действующих спиртовых  заводов  было принято решение об увеличении выпуска продукции наивысшего качества с 2000 до 3000 дал в сутки, с наивысшей эффективностью использования сырья и ТЭР. Реализовать все мероприятия предполагалось без изменения существующей инфраструктуры предприятия, а также с максимальным использованием имеющегося технологического, энергетического и контрольно-измерительного оборудования.

Руководство завода решило осуществить выполнение поставленной задачи в два этапа: сначала на участке получения спирта (от входа браги до выхода готового продукта), а затем на участке приготовления браги (от входа зерна до получения браги).

Для выполнения принятых решений руководством предприятия были дополнительно привлечены специалисты-практики, которые совместно с работниками завода подготовили и провели комплексные мероприятия по внедрению современной технологии, высокоэффективных алгоритмов регулирования и управления, полной автоматизации участка получения спирта (аппарата производства спирта) с применением микропроцессорной техники и сертифицированных программных средств.

Эти мероприятия в конечном итоге позволили минимизировать затраты и получить конкурентоспособную продукцию.

Описываемая в данной статье АСУ ТП является ключевой подсистемой комплексной автоматизации цеха производства спирта.

Планируемая автоматизация остальных участков была призвана ещё более повысить стабильность качества и вы хода конечного продукта, снизить рас ход сырья и ТЭР на единицу продук ции, а также обеспечить оперативный контроль руководства завода за состоянием любого технологического участка.

Реализация поставленных  задач требовала тщательной проработки вопроса выбора аппаратных и программных средств. Дополнительные требования накладывала и принадлежность цеха производства спирта к классу В-Iа по классификации взрывоопасных зон. Требовалось обеспечить, с одной стороны,

• высокую надёжность и отказоустой чивость системы,
• выполнение требований по искробезопасности,
• возможность расширения функций системы,

а с другой стороны :

• простоту и удобство обслуживания,
• ремонтопригодность,
• простоту обучения оперативного персонала.

Немаловажным фактором являлась и минимизация цены предлагаемой системы.

Учитывая все эти требования, а также многолетний опыт разработки и внедрения систем промышленной автоматизации, решено было остановить свой выбор на решениях с открытой архитектурой, а не на закрытых фирменных решениях.

В качестве аппаратной платформы была выбрана IBM PC совместимая архитектура в её исполнении для промышленных применений. Это направление широко представлено на рынке поставщиков оборудования, что позволяет делать выбор, исходя из различных критериев, и не зависеть от конкретного производителя.

Не менее важным для обеспечения высоких требований по надёжности является выбор базового программного обеспечения. В качестве программной платформы была выбрана операционная система реального времени (ОС РВ) QNX. Использование ОС РВ QNX обеспечивает всей системе требуемую надёжность, стабильность, масштабируемость, высокие показатели готовности.

Кроме того, ОС РВ QNX позволяет легко создавать распределённые системы на основе собственного сетевого протокола QNET. Это делает возможным расширение функций систе мы за счёт добавления новых подсис тем, а также реализацию многоуровневых систем, что явилось крайне важной особенностью для проведения работ по комплексной автоматизации всего цеха производства спирта.

Аппаратно-программный комплекс АСУ ТП производства спирта реализован на базе двух промышленных компьютеров, объединённых 100 мегабитной сетью Ethernet и работающих под управлением ОС РВ QNX 6.3.

Основным технологическим объектом управления является аппарат производства спирта. Структурная схема АСУ ТП производства спирта представлена на рис. 4.

Основу аппаратной части системы составляет управляющий промышлен ный компьютер фирмы Advantech, выполненный на базе шасси IPC-610P4 и имеющий в своём составе следующие устройства:

Второй промышленный компьютер построен на базе шасси IPC-6606BP-25Z (Advantech) и тоже использует про цессорную плату PCA-6004. Этот компьютер размещается в специальном отсеке стола оператора, и на него возложены функции АРМ .

Рабочее место оснащено 17″ ЖКмонитором фирмы LG и системой звуковой сигнализации, использующей звуковую кар ту Sblive 5.1 и акустические колонки Sven.

Внедрённая АСУ ТП производст ва спирта легко расширяется за счёт подключения дополнительных рабо чих мест, таких, например, как АРМ технолога.

Конструктивно управляющий ком плекс АСУ ТП построен на базе 19 дюймового электротехнического шкафа для промышленных применений серии TS8 фирмы Rittal .

В отдельном шкафу размещены блоки электропневмопреобразователей (ЭПП) и пневмоэлектропреобразователей (ПЭП), обеспечивающие преобразование и нормализацию входных пневмосигналов от датчиков и выходных аналоговых управляющих сигналов, передаваемых на мембранные исполнительные механизмы (пневмоклапаны).

Во взрывоопасной зоне производства до внедрения описываемой АСУ ТП использовались исключительно датчики с пневмовыходом и исполнительные механизмы с пневмовходом.

Однако реконструкция цеха производства спирта была немыслима без расширения функций контроля и регулирования, а это потребовало включения в состав КИПиА современных датчиков давления, индуктивных и вихревых расходомеров, а также частотных преобразователей со стандартным интерфейсом 4…20 или 0…5 мА.

Часть этих приборов расположена во взрывоопасной зоне, поэтому имеет взрывозащищённое исполнение (Ex) и связывается с нормализаторами сигналов через соответствующие барьеры искробезо пасности серии Z7xx.

Таким образом, в данном случае мы имеем положительный опыт внедрения и эксплуатации смешанной системы контроля и регулирования, состоя щей из датчиков и исполнительных механизмов с пневматическим и искробезопасным электрическим интерфейсом, с соответствующими цепями съёма аналоговой информации и управления.

В основу прикладного программного обеспечения системы положены концепция SoftLogic PLC и принцип максимального использования стандартных решений.

Обеспечить реализацию данной концепции позволило использование ОС РВ QNX 6.3, SCADA Silver 2.0 , а также пакета разработки ISaGRAF Workbench 3.4, среда исполнения которого тесно интегрирована со средой исполнения SCADA Silver 2.0.

Алгоритмы управления реализованы на технологическом языке FBD стандарта МЭК-611313 с использованием модернизированных функциональных блоков ПИД регулирования типа А.

Такая интеграция позволила разработать систему АСУ ТП в минимально короткие сроки, а также обеспечила простоту её дальнейшей модернизации и сопровождения, в том числе и силами технических служб завода.

Все функции первичного сбора данных и управления возложены на управляющий компьютер.

Сбор данных осуществляется с периодом 100 мс, с приведением измеренных значений к инженерным величинам.

Широко применяются методы цифровой фильтрации входных сигналов, что обеспечивает большую стабильность работы алгоритмов управления.

Использование ПИД регулирования не является чем-то новым, но в совокупности с применением сложных каскадных контуров регулирования, связанных через объект регулирования, и правильным подбором взаимозависимых параметров, данный подход даёт очень хорошие результаты.

Регулирование охватывает все технологические подсистемы (бражную, эпюрационную, ректификационную, сивушную колонны, колонну разгонки эфироальдегидной фракции), что повышает его эффективность и в результате обеспечивает высокие показатели стабильности технологического процесса и качества производимого конечного продукта, а также снижение энергопотребления.

Кроме того, каждый контур управления имеет выход на интерфейс оператора, что позволяет при необходимости оперативно изменять параметры регу лирования и настройки регуляторов, а также переходить в каскадный, автоматический или ручной режим управления.

Мнемосхема АСУ ТП производства спирта.

После окончания работ по внедрению АСУ ТП производства спирта и отладки основных параметров регулирования был получен ощутимый положительный эффект, особенно в части повышения качества и объёма выпускаемой продукции и снижения затрат ТЭР.

Были автоматизированы размольный участок, участок приготовления дрожжей и бродильный участок, что обеспечило более стабильные показатели качества браги и ритмичный режим её приготовления.

Была внедрена низкотемпературная варка, которая позволяет существенно экономить энергоресурсы, но предъявляет более высокие требования к точности контуров регулирования, что и было обеспечено системой автоматизации.