Реферат: Система управления биотехнологическими процессами

Биотехнологические процессы, в которых целевой продукт образуется в результате жизнедеятельности микроорганизмов, давно применяются в пищевой промышленности, причем область их применения постоянно расширяется. К числу наиболее круп­ных относятся производства хлебопекарных дрожжей, спирта, вина, пива, уксусной и лимонных кислот и других продуктов. При всем своем разнообразии они имеют много общего в струк­туре (последовательности операций), аппаратурном оформлении, целях и задачах управления.

Типичным примером применения биотехнологического про­цесса является производство спирта, которое состоит из трех ос­новных стадий: приготовления питательной среды (сусла) из крахмального сырья, например зерна; дрожжегенерации и сбра­живания сусла дрожжами; выделения спирта из культуральной жидкости (бражки) путем брагоректификации.

Эффективность функционирования АСУ производства спирта определяется выбором структур АСУТП отделений и подразделе­ний, их функциональными возможностями, комплексом аппарат­ных и программных средств микропроцессорной техники с учетом мощности предприятия и уровня автоматизации. Структурную ор­ганизацию АСУ спиртового завода следует рассматривать как по горизонтали (где выделяются отделения и подразделения произ­водства спирта, функционирующие в режиме задач управления за­конченным технологическим процессом спиртового производства), так и по вертикали (где выделяются уровни управления техноло­гическим процессом этого производства). На рис. 1 приведена структура АСУ спиртового завода (АСУП).

Технологические отделения и подразделения в основном со­стоят из совокупности взаимосвязанных технологических аппара­тов, агрегатов и установок, на которых протекает технологиче­ский процесс производства спирта и подготовка энергоносите­лей, теплоносителей и других материалов (на схеме обозначены сплошными линиями).

Рис.1 Структура АСУ спиртового завода

Автоматизированное управление технологическими отделения­ми и подразделениями осуществляется сменными технологами с помощью ПТК, SCADA-программы, АРМ АСУТП и АСУП и под руководством главного технолога и руководства спиртового заво­да (на схеме обозначены пунктирными линиями).

В первую очередь оснащаются микропроцессорными аппарат­ными и программными средствами наиболее подготовленные от­деления и подразделения согласно изученности и достаточности информации об этих объектах управления, а затем, развивая АСУ спиртового завода, подключаются новые.

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

Сусло готовится на головных участках производства, где зер­но подвергается очистке и дроблению, смешивается с водой, об­разуя замес, который подвергается тепловой обработке (развари­ванию) и осахариванию под действием ферментов солода или ферментных препаратов, получаемых путем микробиологического синтеза.

В системе управления отделением подработки зерна и приго­товления замеса (рис. ) зерно со склада системой транспорте­ров I и норией II подается в приемный бункер III, из которого поступает на очистку в сепаратор IV и далее через промежуточ­ный бункер V на порционные весы VI, которые обеспечивают контроль общего количества зерна, поступившего в производст­во. Затем поток зерна направляется транспортером VII и норией VIII в бункер-накопитель IX, из которого попадает в измельчаю­щее устройство X. Размолотое зерно поступает в смесительную камеру смесителя–предразварника XI, где перемешивается с во­дой в однородную массу – замес. Из смесительной камеры замес подается в камеру предразварника, где нагревается «острым» вто­ричным паром.

Система управления отделением переработки зерна и приго­товления замеса может быть реализована при помощи АСУТП, действующей в режиме «Советчик», который предусматривает использование локальных и сетевых контроллеров и ЭВМ и имеет два иерархических уровня.

Состав модулей:

1 – преобразователи (датчики) технологических параметров;

2 – электропневматические исполнительные устройства, пус­ковая электроаппаратура;

3 – локальные устройства управления ТП;

4 – микропроцессорные локальные контроллеры;

5 – микропроцессорные сетевые контроллеры;

6 – пульт управления оператора;

7 – сервер БД РВ;

8 – программно-технический комплекс (ПТК);

9 – управляющая ЭВМ отечественного или зарубежного про­изводства;

10 – АРМ оператора (технолога, инженера, химика-аналитика и т. п.).

На первом уровне монтируются измерительные преобразова­тели (датчики), сигнализаторы параметров, локальные контролле­ры (ТКМ21), средства управления исполнительными устройства­ми и пусковой аппаратуры. Пульты управления ТП и оборудова­нием в основном расположены по месту объекта управления. (Они состоят из металлических корпусов (массой 15 кг) со встро­енными в них ТКМ21 в количестве трех комплектов (с «горя­чим» резервированием), модемов, блоков бесперебойного питания, аккумуляторов и других необходимых устройств. Взаимо­связь аппаратуры осуществляется с помощью HART-протокола посредством полевой сети Fieldbus HI.

Второй уровень предусматривает использование сетевых контроллеров ТКМ-51 с информационной мощностью, обес­печивающей аналоговых входов/выходов 64/32, дискретных вхо­дов/выходов 192/160 в количестве трех комплектов (с «горячим» резервированием) на базе ПТК «САРГОН» с управляющей ЭВМ (Pentium I), функционирующего в режиме операторской рабочей станции. Этот уровень управления имеет также сервер ОРС и БД на базе ЭВМ (Pentium I), АРМ химика-аналитика и АРМ опера­тора-технолога на базе ЭВМ IBM PC-486. Прием и передача информации осуществляются посредством промышленной сети profibus DP, возможно использование Modbus. ОС функционирует с помощью ОС Windows NT. Основное ПО системы управления обеспечивается SCADA-программой Трейс Моуд, реализующий ос­новные функции визуализации измеряемой и контролируемой ин­формации, передачи данных и команд системе для контроля и управления. Оно состоит из инструментального и исполнительно­го комплексов. Открытость SCADA-программы обеспечивает функционирование СУ в ОРС-сервере, что гарантирует работу се­тевых структур без специальных драйверов. В качестве ОС конт­роллеров используют типовую систему OS-9 или версии Windows, что позволяет применить прикладное ПО для контроллеров (на­пример, технологические языки стандарта IEC 1131.3).

Информационная мощность АСУТП отделения подработки зерна и приготовления замеса составляет: входы/выходы 19/19, т. е. 38. Из них аналоговые входы/выходы 9/9, дискретные входы/выходы 10/10+5 (сигн.), т. е. имеется дос­таточный резерв.

АСУТП отделения подработки зерна и приготовления замеса обеспечивает отображение информации о состоянии ТП в режи­ме РВ, контроль поступления сырья и материалов, ввод задания и команд с клавиатур ПТК и АРМ оператора-технолога, а также управление ТП. Команды управления и данные вводятся в ПТК технологом с клавиатуры ЭВМ. В ПТК в этом случае входят мо­дули ввода аналоговых, дискретных и чисто импульсных сигна­лов, необходимых для приема информации ПТК от измеритель­ных преобразователей технологических параметров, информации о состоянии оборудования, от дискретных устройств, а также мо­дулей вывода аналоговых и дискретных сигналов для управления исполнительными устройствами (клапанами, вентилями, заслон­ками, электродвигателями и др.).

Стадия подработки зерна

Основными задачами на этой стадии являются дистанционное управление, блокировка и сигнализация о работе системы машин и механизмов, которая обеспечивает транспортировку зерна со склада на переработку по определенному маршруту. Это осуществляет сис­тема управления, сигнализации и блокировки, в электрическую Схему которой поступают сигналы о частоте вращения электродви­гателей норий и транспортеров, о их скорости от реле скорости (1–1 ÷ 4–1) и уровне зерна в бункерах от емкостных датчиков уровня с выходом на АЦП (ADAM-4012) (5-7 ÷ 7-1) и которая подает импульсы сигнализации на пульты ПТК и АРМ технолога.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--