1
Moderni sustavi automatizacije industrijskih Moderni sustavi automatizacije industrijskih
postrojenjapostrojenja
AutomatizacijaAutomatizacija procesaprocesa skladištenjaskladištenja ii
distribucijedistribucije cementacementa
Program stručnog usavršavanja ovlaštenih inženjera elektrotehnike u Program stručnog usavršavanja ovlaštenih inženjera elektrotehnike u
graditeljstvugraditeljstvu
mr.sc. Goran Malčić v.pred.mr.sc. Goran Malčić v.pred.
XI. Tečaj, 11. i 12. studenog 2011.XI. Tečaj, 11. i 12. studenog 2011.
UvodUvod
- Visoki zahtjevi postavljeni na kvalitetu i brzinu izrade programske podrške sustava upravljanja i nadzora postrojenja i procesa, neminovno su doveli do standardizacije tog područja.
- ANSI/ISA S88 standard za šaržne procese daje kompletan pristup standardnim riješenjima kod izrade takvih sustava.
- Kao osnova sustava upravljanja, prema zahtjevima tog standarda, za sve tipove izvršnih i mjernih ureñaja te dijelove procesnih cjelina untar pogona, izrañene su standardne programske komponente koje se izvršavaju na PAC računalu i na SCADA sustavu te su meñusobno povezane.
- Prikazan je primjer za sustav procesa distribucije cementa, gdje je u potpunosti primjenjen S88 standard, prikazana struktura i način implementacije ovakvog pristupa izrade sustava automatizacije.
2
Postrojenje distribucije cementaPostrojenje distribucije cementa -- oopis tehnološkog procesapis tehnološkog procesa
- Silosi cementa su zasebna tehnološka cjelina koja je spojena sa postojećim proizvodnim sustavom. Prikazan je osnovni tehnološki dokument, odnosno P&I shema.
Osnovni elementi sustava Osnovni elementi sustava -- zračno transportna koritazračno transportna korita (ZTK)(ZTK)
- Zračno transportna korita (ZTK) su ureñaji koji služe za transport cementa (ili drugih praškastih tvari) u zatvorenom kanalu pod utjecajem gravitacione sile.
- Praškasti materijal se tada ponaša poput tekućine jer se svaka čestica praha giba uslijed mješanja sa zrakom za razrahljivanje.
- Medij koji se transportira se dovodi u stanje tečenja pomoću zraka koji se upuhuje kroz porozno dno korita.
3
Osnovni elementi sustava Osnovni elementi sustava -- eelevatorilevatori
- Elevatori su ureñaji koji prenose materijal u vertikalnom smjeru.
- Sastoje se od vjedrica koje su postavljene na gumenoj traci.
- Svi elevatori su opremljeni s dva el. motora – glavni i servisni.
Osnovni elementi sustava Osnovni elementi sustava -- rrazdjelnici tokaazdjelnici toka
- Razdjelnik toka cementa na stranu u ćeliju silosa ili dalje u ZTK prema sljedećoj ćeliji.
4
Osnovni elementi sustava Osnovni elementi sustava -- sustav sustav otprašivanja ćelija silosa otprašivanja ćelija silosa
- Sustav za otprašivanje ćelija silosa se sastoji od dva puta po četiri nasadna vrećasta otprašivača, smještena na svaku ćeliju (komoru) silosa.
- Odsisni ventilator stvara potlak zbog kojeg zaprašeni zrak biva povučen do vrećastih filterskih elemenata na kojima prašina ostaje s jedne strane a čisti zrak izlazi kroz ventilator i ispušnu cijev u okoliš
Osnovni elementi sustava Osnovni elementi sustava -- ostaloostalo
- Razdjelne kutije ispod svake komore služe za raspodjelu toka materijala i usmjeravanje prema dozirnim ureñajima.
- Elektromotorni dozirni valjci su ureñaji koji služe za regulaciju toka materijala kod pražnjenja.
- Drobilice gruda za razbijanje gruda cementa nastalih zgrušavanjem uslijed stajanja u silosu.
5
Elektroenergetski razvod sustava distribucije cementaElektroenergetski razvod sustava distribucije cementa
- Elektroenergetski razdjelnik za napajanje sustava distribucije cementa.
- Upravljanje procesom se izvodi pomoću programirljivog automatizacijskog kontrolera (eng. Programmable automation controller, PAC) proizvoñača Allen Bradley serije proizvoda ControlLogix s procesorom 1756-L63.
Principna shema sustava upravljanjaPrincipna shema sustava upravljanja
6
Upravljački sustav Upravljački sustav -- sklopovljesklopovlje
- Polje +HPLC1 s glavnim upravljačkim PAC ureñajem, nizom releja za upravljanje pneumatskim aktuatorima i stezaljkama na dnu polja.
- Na vrhu silosa su smješteni lokalni ormari =DCS+HPLC2 i =DCS+HPLC3 nalaze se distribuirane ulazno izlazne jedinice za rad s diskretnim i analognim signalima temeljeni na FlexLogix tehnologiji proizvoñača AllenBradley koja je vezana i upravljana s glavnog PAC preko DeviceNet industrijske računalne mreže.
Polje +HPLC1 s centralnim
upravljačkim PAC ureñajem Razdjelnik =DCS+HPLC3
na vrhu silosa cementa
- Mogućnosti razmjene podataka u realnom vremenu izmeñu proizvodnog procesa i ostatka poduzeća postali su jedan od ključnih zahtjeva krajnjih korisnika automatiziranog sustava.
- Na takve zahtjeve, tvrtka Rockwell Automation odgovorila je razvojem cijele sklopovske i programske platforme tzv. Integrirane Arhitekture (eng. Integrated Architecture™) koja objedinjene dvije ključne komponente automatiziranih postrojenja: upravljački i informatički sustav.
Integrirana arhitektura upravljačkog sustavaIntegrirana arhitektura upravljačkog sustava
7
- Sustav distribucije cementa u silosima Našicecement upravljan je PAC ureñajem serije ControlLogix 1756-L63 sa 8MB interne memorije.
PAC ureñaj u sustavu upravljanja distribucijom cementaPAC ureñaj u sustavu upravljanja distribucijom cementa
- ControlLogix je najjača serija industrijskih PAC računala tvrtke AllenBradley i pruža ogromne mogućnosti kako u pogledu sklopovlja koje se ugrañuje u sustav tako i u pogledu rada i fleksibilnosti.
- Arhitekturu ControlLogix kontrolera karakterizira upotreba dvaju procesorskih modula.
- Prvi modul je Logix CPU koji izvršava programski kod i održava naredbe za prenošenje poruka, dok drugi modul – BackplaneCPU vrši komunikaciju sa lokalnim i udaljenim U/I jedinicama, kao i razmjenu podataka preko mreže.
- Zahtjev od investitora je da svi motorni pogoni imaju svoje lokalno upravljanje, odnosno lokalne upravljačke kutije s tipkalima kojima bi se motorni pogoni mogli pokretati ručno.
PAC ureñaj u sustavu upravljanja distribucijom cementaPAC ureñaj u sustavu upravljanja distribucijom cementa
Električna shema lokalnog upravljanja dvosmjernog motora
klapne
Lokalne upravljačke
kutijesa tipkalima za lokalno
ručno pokretanje pogona
sa servisnim prekidačima
za prekid dovoda
el.energije do motora
8
- DeviceNet je otvorena komunikacijska mreža napravljena da na najjednostavniji način poveže ureñaje za automatizaciju na najnižoj industrijskoj razini (pogonskoj razini) te korisniku pruži mogućnost nadzora i kontrole sa viših nivoa SCADA sustava.
Industrijska računalna mreža DeviceNetIndustrijska računalna mreža DeviceNet
- Voñenjem napajanja uz komunikaciju dobivena je mogućnost spajanja ureñaja bez vlastitog izvora napajanja, a s time se znatno smanjilo ožičenje i svi oni problemi koji dolaze kada se radi sa provlačenjem signalnih vodiča kroz pogon.
- DeviceNet fizička topologija je toplogija zajedničke sabirnice. Sabirnica ili prijenosna linija (bijela i plava žica) osnova je mreže i mora biti terminirana na svakom od svojih krajeva s otpornikom (121 ohm, 1%, ¼ W).
Industrijska računalna mreža DeviceNetIndustrijska računalna mreža DeviceNet
Brzina
prijenosa
podataka
[kbit/s]
Duljina
prijenosne
linije [m]
Max.
Duljina
ogranka
[m]
Max.
broj
ureñaja
Kumulativna duljina
ogranka [m]
125 750 6 64 156
250 420 6 64 78
500 200 6 64 39
9
Svojstva šaržnih procesa su sljedeća:
- slijedom operacija proizvodi se odreñena količina proizvoda tzv. šarža,
- slijed operacija se ponavlja,
- podatke o postupku proizvodnje daje recept koji se često mijenja,
- bave se diskretnim količinama sirovina ili proizvoda te dozvoljavaju njihovo konstantno praćenje,
- mogu proizvoditi više proizvoda istovremeno ukoliko su proizvodi odvojeni rasporedom opreme,
- obično se sastoje od koraka koji mogu podbaciti,
- te posjeduju posebne korake koji se vrše u takvim slučajevima.
Šaržni procesiŠaržni procesi
Priroda koraka uključenih u šaržnim procesima je sljedeća:
- svaki korak prema svom opsegu može biti jednostavan ili kompliciran te sastavljen od jedne ili više operacija,
- u većini slučajeva svaki korak mora biti završen kako bi bio uspješan,
- u nekim koracima je potrebno zatražiti dozvolu operatera procesa kako bi se prethodni korak napustio i prešlo se u sljedeći,
- često postoje posebne mjere koje se poduzimaju za izlaz iz pojedinih koraka procesa. Pokreću se intervencijama operatera procesa, u slučajevima kada su
Šaržni procesiŠaržni procesi
primijećeni kvarovi opreme ili potencijalne opasne situacije, ovisno o receptu koji se primjenjuje pojedini koraci mogu biti preskočeni,
- procesnim operacijama obično upravljaju recepti ali oni ipak mogu biti promjenjeni od strane operatera u ručnom radu sustava.
10
- U prvom dokumentu standarda navedne su sljedeće četiri vrste modela:
Nastanak S88 standardaNastanak S88 standarda
– Fizički model: služi za definiranje hijerarhije opreme korištene za
šaržnu proizvodnju u procesima i postrojenjima.
– Model proceduralnog upravljanja: služi za definiranje upravljanja
koje omogućuje opremi da obavlja zadatke.
– Procesni model: služi za definiranje
rezultata obavljanja proceduralnog
upravljanja na opremi u šaržnom
procesu.
– Model upravljačkih aktivnosti: služi
za definiranje odnosa izmeñu raznih
upravljačkih aktivnosti potrebnih u
šaržnom procesu.
- Prema S88 standardu stanja su takoñer svojstvena entitetimaopreme i proceduralnim elementima.
- Način izvoñenja operacije unutar jedinice, njihovo trenutno stanjete prelazak iz jednog stanja u drugo su definirani prijelaznimdijagramom.
Dijagram prijelaza izmeñu stanjaDijagram prijelaza izmeñu stanja jedinicajedinica
- Svaka jedinica može utoku izvoñenja pojedineoperacije biti u više stanjačiji su meñusobni odnosiprikazani dijagramomprijelaza izmeñu stanja.
- Standardom su dopušteneodreñene modifikacijeovog dijagrama.
11
- FactoryTalkTM (dalje FT) je programska platforma razvijena kaotemelj sustava potpune integracije svih programskih alata koji sekoriste u kreiranju nadzorno – upravljačkih, te ostalih specifičnihaplikacija, s Allen Bradley i ostalom industrijskom računalnomopremom.
- Centralni servis se naziva FactoryTalk Directory i ima ulogudijeljenja svih resursa izmeñu programskih dijelova platformeFactoryTalk unutar zatvorene upravljačke cjeline bilo da se oninalaze na jednom računalu ili u distribuiranom računalnomsustavu.
Programska platforma FactoryTalkProgramska platforma FactoryTalk
Rad FT Directory servisa u FT mrežnoj aplikaciji
- Pristup razvoju upravljačkih sustava sa RSLogix 5000 omogućujeda se pisanje upravljačkog programa može započeti prije samogprojektiranja elektro-upravljačkih razdjelnika.
- Tijekom pisanja programa se koriste oznake kreirane premapotrebama ureñaja, a fizičke U/I adrese tih ureñaja se oznakamadodijele tek kada je hardverski odjel završio svoj dio posla.
Programski editor RSLogix 5000Programski editor RSLogix 5000
12
- Na slici je prikazana je struktura korištenog upravljačkog sustava automatizacije u ovom radu.
Pristup izgradnji programske podrške prema S88 standarduPristup izgradnji programske podrške prema S88 standardu
- U programiranje jedinica (dalje Unit) upravljačkog sustava kreće se od RSLogix 5000 projekta u koji su prethodno prenesni podaci iz excel dokumenta.
Programiranje Programiranje jedinicajedinica sustavasustava u RSLogix 5000u RSLogix 5000
Upravljački program
Unit
Punjenje silosa
linija 1
Punjenje silosa
linija 2
Otprašivanje
silosa br. 7
Pražnjenje silosa
br. 9
Punjenje
autocisterne A
ROP
Startna pozicija
linije punjenja 2
Otvaranje
transportnog puta
Punjenje silosa
Zaustavljanje
procesa punjenja
Faza
Start otprašivanja
silosa
Odabir silosa
punjenja
Start otprašivanja
putanje
Start elevatora i
kompresora
- U spremljenom RSLogix 5000 projektu se dalje prema funkcionalnom opisu rada sustava dobivenom od tehnologa procesa programiraju ROP-ovi i faze pripadajućih procesnih jedinica (Unit-a).
13
Primjer komponenta motora (CM02) u SCADA aplikacijiPrimjer komponenta motora (CM02) u SCADA aplikaciji- Za svaku komponentu koja se koristi u SCADA postoje četiri režima
rada:
– Automatski - objekt prima upravljačke komande od strane programa u
PAC ureñaju i operater nema kontrolu nad njime.
– Ručni - objekt prima upravljačke komande od strane operatera sa
SCADA sustava, a ignorira komande od strane programa u PAC
ureñaju.
– Lokalni - objekt prima upravljačke komande sa lokalnih upravljačkih
mjesta u pogonu.
– Mod održavanja - objekt ignorira sve komande i ne prikazuje se alarmi u
sustavu.
Boje za prikaz trenutnog statusa
motora
Prikaz načina rada motora
Postupak izrade i korištenje SCADA sustavaPostupak izrade i korištenje SCADA sustava..
Operaterski ekran sa prikazom punjenja silosa cementa iz sve tri linije
14
Prikaz trendova pojedinih procesaPrikaz trendova pojedinih procesa- Trend prikazuje postupak razrahljivanja (aretacije) cementa u silosu
br.8. da bi isti mogao lakše i u cijelosti izlaziti iz komore silosa.
Trend rada razrahljivanja cementa u silosu br. 8.
Hvala na pažnji.Hvala na pažnji.
•• Kontakt adresa:Kontakt adresa:
•• Tehničko veleučilište u ZagrebuTehničko veleučilište u Zagrebu
•• Elektrotehnički odjel Elektrotehnički odjel
•• Konavoska 2, 10000 Zagreb, HrvatskaKonavoska 2, 10000 Zagreb, Hrvatska
•• mr.sc. Goran Malčić, v.pred.mr.sc. Goran Malčić, v.pred. [email protected]@tvz.hr