Система управления процессом обжига керамических изделий

 

Внедрение системы управления технологическим процессом обжига изделий из керамики, представленной в статье привело к снижению затрат на энергоресурсы. Система обладает широкими возможностями по контролю и управлению технологическим процессом. Автоматизация основных операций и развитой пользовательский интерфейс позволяют значительно снизить требования к квалификации оператора. Использованные в системе аппаратно-программные решения обеспечивают её высокую надёжность.
 
Объект автоматизации

Два года назад на предприятии по производству декоративных изделий из бетона и керамики был введен в строй комплекс  из 11 электрических печей обжига.  Управление каждой из этих печей осуществляется  программируемыми терморегуляторами фирмы «ОВЕН» (пять регуляторов ТРМ251 и шесть ТРМ151). Все терморегуляторы увязаны в сеть RS485 и подключены к компьютеру на автоматизированном рабочем месте (АРМ) оператора. На компьютере АРМ оператора было установлено ПО OWEN Process Manager, при помощи которого производился мониторинг температуры в печах. Обжиг изделий производится не одновременно во всех печах, а в соответствии с определенным порядком, что вызвано ограничением мощности подстанции. Основной обжиг производится в ночное время при минимальном тарифе оплаты за электроэнергию.
В процессе обжига возникали проблемы следующего характера:
·        вследствие ошибочных действий оператора-печника ночной обжиг мог начаться либо раньше (захватывая время дневного, более высокого тарифа), либо позже, что приводило к потере наиболее оптимального времени для проведения техпроцесса;
·        отсутствовала возможность дистанционного мониторинга за состоянием терморегулятора печи, из-за чего обнаружение нештатной ситуации происходило с запозданием. Как результат, некоторые из печей могли вообще не выполнить программу обжига, и его приходилось проводить в дневное время;
·        отсутствовал контроль за потребляемой печами мощностью, что неоднократно приводило к авариям различной степени тяжести на подстанции вследствие перегрузки;
·        не велась запись наработки (моточасов) печей, из-за чего отсутствовал объективный контроль над состоянием спиралей нагревателей, и не производилась их своевременная замена;
·        отсутствовал объективный контроль времени работы оборудования, что осложняло составление ежемесячного отчета о потреблении электроэнергии.
Имевшиеся технические и программные средства не позволяли решить проблемы, изложенные выше, а также не позволяли создать систему визуализации и автоматизировать документооборот отчётной документации.
 
Цель автоматизации
 
В связи с вышеперечисленными проблемами было решено автоматизированную систему управления процесса обжига. Эта система должна была решить следующие задачи:
·        уменьшение затрат на энергоресурсы, за счет снижения влияния человеческого фактора на работу оборудования и более рационального использования времени действия ночного тарифа электроэнергии;
·        оперативная сигнализация и протоколирование хода технологического процесса;
·        предупреждение возникновения аварийных ситуаций;
·        автоматизация документооборота отчетной документации;
 
Выбор средств автоматизации
 
Для реализации АСУ специалистами «ООО АТП-Крым» было решено использовать SCADA-систему для мониторинга, сбора, архивации и визуализации данных, и систему управления на основе промышленного контроллера для управления ходом технологического процесса и реализации алгоритмов управления терморегуляторами печей.
Были выбраны продукты компании Schneider Electric: SCADA-система VijeoLook 2.6, которая обеспечивает оптимальное сочетание простоты реализации приложения и функциональные возможности, и контроллер Twido TWDLMDA20DRT, являющийся оптимальным соотношением цены и функциональных возможностей. Связь со SCADA-системой осуществляется по шине Ethernet, что обеспечивает возможность интеграции в общезаводскую локальную сеть. Управление терморегуляторами ТРМ151 и ТРМ251 происходит по сети через порт RS-485 контроллера. В качестве протокола передачи данных используется протокол ОВЕН. Структура системы изображена на рисунке 1.
 

 
Рисунок 1. Структура системы управления
 
Функции системы и решаемые задачи
 
Разработанная автоматизированная система управлениями (АСУ) печами обжига состоит из следующих компонентов:
·        Программных терморегуляторов ТРМ151 и ТРМ251;
·        Щита управления, в котором установлен контроллер и оборудование для связи по сети RS-485 и Ethernet;
·        Автоматизированного рабочего места оператора, которое включает в себя компьютер с установленной на нем SCADA-системой Vijeo Look 2.6.
АСУ выполняет следующие функции:
1.         Отслеживание температурного режима каждой печи с архивацией и отображением температуры в виде графиков (трендов). Глубина архивации составляет три месяца с частотой записи в одну минуту, чего вполне достаточно, так как техпроцесс обжига протекает достаточно медленно (полный обжиг в одной печи длится от трех до шести часов).
2.         Подсчет моточасов работы каждой печи с выдачей предупреждающего сообщения при достижении установленного значения. Благодаря этой функции появилась возможность своевременной замены спирали нагревателя печи.
3.         Автоматическое управление запуском/остановкой программ технолога терморегуляторов печей в соответствии с заданным расписанием с целью максимально эффективного использования технологического времени. Эта возможность позволяет исключить влияние человеческого фактора при проведении ночного обжига и по максимуму использовать дешевый ночной тариф потребления электроэнергии.
4.         Ручное управление терморегуляторами по сети с АРМ оператора, а также выбор программы технолога для выполнения.
5.         Контроль состояния терморегуляторов печей (выполнение программы, ожидание включения, авария, потеря связи и т.д.). Оператор получил возможность оперативно отслеживать состояние терморегуляторов печей и своевременно реагировать при возникновении различных внештатных ситуаций.
6.         Контроль мощности работающих печей. Теперь ведется подсчет потребляемой нагревателями печей мощности, и в случае если включение печи вызывает перегрузку, то происходит ее автоматическое отключение. Это происходит на уровне контроллера вне зависимости от работы SCADA-системы. Также при попытке включить печь по сети с АРМ происходит расчет потребляемой мощности и, если она превышает номинальную, выдается сообщение о невозможности включения.
7.         Составление отчетов о времени работы каждой печи в MS Excel. Отчеты в, которых указывается время работы печей (с точностью до минут) и производятся расчеты затрат электроэнергии, составляются автоматически, а формат табличного процессора MS Excel позволяет использовать эти данные в заводском документообороте.
8.         Ведение журнала работы терморегуляторов печей, в который записываются произошедшие  событие и время.
В среде SCADA-системы VijeoLook был разработан набор страниц визуализации технологического процесса, при помощи которых осуществляется мониторинг и управление технологическим процессом. В него входят:
·        Главная страница (рисунок 2). На ней можно получить общую информацию о технологическом процессе (температура и состояние печей, выполняемая программа технолога, потребляемая мощность и т.д.).
·        Страниц подробной информации о работе печей (рисунок 3). На этих страницах кроме информации доступной с главной страницы можно также просмотреть график (тренд) температуры, причем, как и в реальном времени, так и в режиме просмотра архивных данных.
 

Рисунок 2. Экран визуализации технологического процесса
 
Кроме того на главной странице вызываются всплывающие окна дающие несколько более подробную информацию о состоянии печей. Такая двухуровневая система позволяет избавить оператора от избыточной информации, выдавая ему только те данные, которые необходимы ему в данный момент времени, что позволяет снизить вероятность ошибки в принятии решений и повысить надежность системы.
 
Рисунок 3. Экран подробной информации о работе печи
 
Заключение
 
Разработанная и внедрённая в эксплуатацию работниками «ООО АТП-Крым» система управления обжигом керамических изделий успешно функционирует. Конечно, она не была сразу развёрнута в полном объёме, а внедрялась постепенно без остановки производства.
Внедрение системы обеспечило повышение производительности, безопасности и эффективности работы печного комплекса цеха, снизились затраты электроэнергии связанные с ошибочностью действий обслуживающего персонала. Главный энергетик предприятия теперь имеет возможность получения развернутой статистики времени использования оборудования, что позволяет объективно оценить энергозатраты за отчетный период.
Новая система позволяет персоналу вовремя угрозу разрушения нагревателей печей и оперативно производить предупредительный ремонт.