Системный анализ вибростола

1. Подсистема верхнего уровня ("Центральная")
2. Подсистема распределения
3. Подсистемы управления линиями смешения

Функции

Подсистема верхнего уровня ("Центральная")

Ведение базы данных и архива цеха. Основной задачей подсистемы верхнего уровня является ведение комплексной  базы данных. База хранит технологические  рецепты приготовления резиновых  смесей, информацию обо всем оборудовании и его текущем состоянии, о  размещении и использовании ингредиентов для процессов смешивания и о  готовой продукции. Кроме того, в базу данных автоматически или в ручном режиме заносятся данные о произведенной продукции, на основании которых формируются все необходимые технико-экономические отчеты.

Оперативное управление (загрузка рецептов в ЛС, задание выработки). В штатном режиме монитор подсистемы верхнего уровня позволяет контролировать и управлять любой подсистемой. Кроме того, с целью повышения  надежности, база данных системы систематически копируется на специальные логические диски всех подсистем. На этих же дисках хранится и копии программного обеспечения  подсистемы верхнего уровня. Таким  образом, при выходе из строя компьютера верхнего уровня его функции можно  переключить на любой другой, входящий в АСУТП.

Контроль работы агрегатов. Подсистема верхнего уровня позволяет  оператору в реальном времени  следить за состоянием любого агрегата, входящего в состав какой-либо линии  смешения или в транспортную подсистему. Помимо этого, автоматически происходит архивирование всех важных технологических  показателей и сигналов датчиков, что позволяет в дальнейшем, при  необходимости, восстановить весь ход  технологического процесса и проанализировать его.

Регистрация нарушений технологического регламента, в том числе, в форме  голосовых сообщений. Важной функцией данной подсистемы является регистрация  нарушений технологического регламента и аварийных ситуаций. Постоянно  ведется журнал сообщений, имеющий  три категории важности. Сообщения  первой, наиболее важной категории  сопровождаются голосовой сигнализацией  и требуют немедленной реакции  оператора. Сообщения второй категории  требуют обязательного квитирования, но позволяют это делать в любое  время. Третья категория сообщений  является предупредительно-информационной и не требует обязательного квитирования. Реакция оператора на соответствующее  сообщение также заносится в  журнал.

Формирование отчетов  о работе за смены, сутки и месяц.

Подсистема распределения

Cвоевременное и бесперебойное  обеспечение линий смещения сырьевыми  компонентами и передача готовой  продукции на склады является  основной функцией подсистемы  распределения. Так как существуют  конечные множества единиц транспортного  оборудования и маршрутов транспортировки,  то данная подсистема решает  задачу бесконфликтного выбора  оптимальных маршрутов для нескольких  линий смешения одновременно. При  этом обеспечивается непрерывность  подачи сырья и приема готовой  продукции.

Определение и установка  маршрутов подачи компонентов в  линии смешения и транспортировки  продукции и полуфабрикатов на склад  в соответствии с загруженными рецептами  в линии смешения.

Управление транспортными  средствами цеха (элеваторы, транспортеры, шнеки, насосы) и контроль их работы, в том числе блокировки при  аварийных ситуациях.

Постоянный контроль состояния  всего транспортного оборудования. При возникновении аварийных  ситуаций, помимо соответствующей сигнализации оператору, осуществляется автоматический переход на резервное оборудование или же на другой маршрут, если имеется  такая возможность. Это позволяет  прерывать технологический процесс  смешения только в самом крайнем  случае, когда происходит массовый выход оборудования из строя, который  можно устранить только привлечением ремонтных служб.

Подсистемы управления линиями смешения

Проверка состояния оборудования перед выполнением рецепта.

Управление процессами взвешивания  компонентов на весах в соответствии с рецептом.

Загрузка компонентов  в миксер и управление процессом  смешения (контроль графика роста  температуры, потребляемой энергии, переключение скорости вращения, график дозагрузки ингредиентов, выгрузка продукции).

Обеспечение ритмичности  работы экструдера путем регулирования  скорости вращения шнека в зависимости  от темпа выгрузок миксера.

Управление узлом охлаждения (выбор узла, последовательность включения  его элементов, контроль его функционирования, сигнализация отказов).

Режимы работы

Так как процесс приготовления  резинотехнической смеси является циклическим, то подсистема управления линией смешения имеет два режима работы.

1. Режим подготовки к процессу смешения. В режиме подготовки последовательно осуществляются следующие действия:

• начальная проверка оборудования (контроль работы датчиков, наличие связи с объектом, наличие напряжения питания);

• выбор оператором технологического рецепта смешения, задание необходимой конфигурации оборудования;
• проверка работоспособности оборудования, задействованного в рецепте, и перевод его в требуемое для пуска состояние.

2. Циклический режим смешения. В циклическом режиме производства резиновой смеси подсистема линии смешения осуществляет:

• постоянный контроль необходимого состояния технологического оборудования;
• взвешивание порций ингредиентов смешения в соответствии с технологическим рецептом;
• выполнение процедуры смешения, указанной в командах рецепта;
• диалог с оператором, при возникновении нестандартных или аварийных ситуаций.

Работа подсистемы линии  смешения происходит во взаимодействии с подсистемой распределения  и "центральной" подсистемой. Так  процесс смешения может начаться и продолжаться только при условии  удовлетворения подсистемой распределения запросов на подачу сырья и прием готовой продукции. На верхний уровень поступает информация о текущем состоянии линии смешения, а принимаются, соответственно, все изменения технологической рецептуры.

Техническое обеспечение  системы управления

При разработке системы управления было принято решение оставить существующие УСО, так как они представляют наиболее простые устройства, и за время их эксплуатации была отработана технология ремонта и восстановления. Для согласования взаимодействия рабочих  станций с УСО, которые имеют  собственный канал обмена "SERIAL-PERIBUS", был разработан специальный контроллер. Контроллер получает команды на обмен  данными с УСО от компьютера через  стандартный последовательный порт и воспроизводит на своем выходе протокол "SERIAL-PERIBUS".

Рабочие станции и серверы  системы управления представляют собой  компьютеры в промышленном исполнении. Они имеют цветные мониторы большого размера для отображения мнемосхем  в наиболее удобном для оператора  виде. Все рабочие станции подсистем  управления, а также серверы подсистемы верхнего уровня объединены в компьютерную сеть на основе оборудования типа Fast Ethernet, которая обеспечивает обмен информацией  со скоростью 100 Мбит в секунду. Высокая  производительность сети позволяет  передавать большие объемы информации без снижения общей производительности системы и увеличения времени  реакции, так как загрузка процессора на передачу информации очень мала.

Основной особенностью системы  является максимальная унификация технических  средств. Все рабочие станции  и серверы имеют одинаковую конфигурацию, что позволяет каждому компьютеру выполнять любую роль в системе  управления. Такое решение повышает общую надежность системы, так как  при выходе из строя любого компьютера, его можно заменить любым другим, свободным в данный момент, просто переключив соответствующие кабели. Все контроллеры связи с УСО  в данной системе одинаковые, что  позволяет подключать их в произвольном порядке, что также повышает общую надежность системы.

Меры по стандартизации всего  оборудования в системе управления позволяют уменьшить количество запасных частей и резервного оборудования, а также сокращают время простоя  и ремонта, вышедших из строя компонент.

Для обеспечения дополнительной надежности системы управления в  целом, имеется активная мнемосхема, на которой собраны средства индикации  и ручного управления технологическими агрегатами, в случае выхода из строя  соответствующих частей системы  автоматического контроля и управления.

С целью обеспечения надежности АСУТП каждая подсистема управления линией смешения имеет локальное  АРМ оператора и обеспечивает управление работой линии по выбранному технологическому рецепту, отображение  состояния оборудования, а также  сообщает оператору о возникновении  аварийных ситуаций. Представление  информации на экране организовано в  виде активных мнемосхем. В связи  с большим объемом информации, поступающей от датчиков и на исполнительные механизмы, в системе предусмотрен инженерный экран. На нем отображаются в реальном времени состояния  всех датчиков и исполнительных механизмов. Переведя подсистему в отладочный режим, инженер может через этот экран  индивидуально устанавливать состояния  исполнительных механизмов и датчиков, что необходимо при отладке программ и тестировании каналов контроля и управления.

Для обеспечения надежности в системе предусмотрены местные  средства управления отдельными агрегатами (лампы сигнализации, ручки управления режимами и т.п.). При переходе агрегата в ручной режим сохраняется полный контроль со стороны центрального пульта оператора АСУТП над технологическим  процессом этого агрегата. Несмотря на возможность работы технологических  агрегатов в ручном режиме, получить качество резиновой смеси, аналогичное автоматическому режиму, в данном случае не удается. Кроме того, ручной режим управления требует двукратного количества обслуживающего персонала.

Программное обеспечение  системы управления

Все программы управления написаны для работы в операционной системе Microsoft Windows, которая обеспечивает их взаимодействие между собой на основе механизмов DDE и NetDDE, позволяет  организовать компьютерную сеть и имеет  удобный графический пользовательский интерфейс.

При разработке программного обеспечения создана максимально  надежная и простая в эксплуатации распределенная информационно-управляющая  система. Для этого были выделены крупные относительно независимые  подсистемы, которые должны функционировать  как самостоятельно, так и в  составе общей системы. Данный подход, помимо повышения общей надежности системы, позволяет также упростить  процесс разработки и отладки  программ.

Рисунок 3. Экран оперативного управления

Функции "центральной" подсистемы управления можно разделить  на две взаимосвязанные части. Задачи управления комплексной базой данных резинотехнического производства тесно  связаны с оперативным управлением  этим производством, что требует  организации взаимодействия между  двумя различными программными частями  данной подсистемы.

1. Управление комплексной базой данных предназначено для организации работы технолога резинотехнического производства и административного персонала. В качестве инструментального программного обеспечения используется пакет Borland C Builder с библиотекой Borland Database Engine. С помощью этих средств была написана программа, которая организует работу с технологическими рецептами, включающими в себя описание технологических процедур и состав материалов. Кроме того, данная программа предназначена для учета технико-экономических показателей производства и генерации необходимых отчетных документов. Важной функцией является автоматическая репликация базы данных, происходящая при внесении в нее каких-либо изменений, что позволяет организовать автономную работу всех систем в случае отказа сервера или сетевых служб.
2. Программа оперативного управления разработана с помощью SCADA-системы Trace Mode фирмы AdAstra, которая обеспечивает работу в реальном времени, представление информации в виде активных мнемосхем, ведение архивов и организацию обмена информацией по сети. Программа организует связь с другими подсистемами управления, получает от них данные и представляет их в необходимом оператору виде (рис. 3). Ее основной задачей является организация единого центра управления и аварийной сигнализации для оператора, а также передача в базу данных производственных показателей.