Автоматизированная система управления процессом производства технического углерода

Рисунок 1. Состояние силосов на АРМ-оператора

Процентные соотношения сохраняются в архиве для последующего анализа, если в этом возникнет необходимость.

В процессе откачки муки из силоса часто возникает неприятная ситуация, которую операторы именуют словом “зависание”. Это значит, что нижней части силоса перед роторным питателем организовалось пустое пространство, и мука перестает поступать в питатель и далее в трубы пневмотранспорта. Для устранения ситуации “зависания” оператору необходимо “встряхнуть” силос. Делается это включением вибраторов, прикрепленных к силосам. До внедрения системы нередко в ход пускался наш главный отечественный инструмент - кувалда. Теперь же система сама отслеживает возникновение ситуации “ зависания” по признаку включенной откачки, если при этом не происходит уменьшение веса силоса с мукой. При “ зависании” автоматически включится вибратор на короткое время, и такое включение будет происходить через определенные промежутки времени до тех пор, пока мука снова не начнет поступать на технологическую линию. Система известит оператора о “зависании' цветовым индикатором на экране дисплея и звуковым сигналом. Оператор имеет возможность включать вибратор самостоятельно нажатием на кнопку мыши. Уменьшение веса муки в силосе при отсутствии откачки также является нештатной ситуацией. Система отслеживает возникновение подобных явлений, выдает аварийную звуковую сигнализацию, и цветовой индикатор обозначает силос, который постигла такая печальная участь. Информация об этом заносится в отчет тревог и событий.

Учет готовой продукции, проходящей через 2 упаковочных автомата - это дополнительная функция, выполняемая системой.

7. Аппаратные и программные средства системы

Современный уровень поставляемой в Россию компьютерной техники для автоматизации технологических процессов позволяет решить поставленную задачу в короткие сроки и с затратами, которые окупаются в течение года за счет значительного улучшения качества учета прихода-расхода муки.

Из этих технических средств скомпонованы:

- контроллер тензоизмерений, установленный непосредственно на складе БХМ;

- контроллер учета готовой продукции, расположенный в производственном цехе рядом с упаковочными автоматами;

- АРМ оператора (рис. 7), находящееся этажом выше в операторной.

В качестве АРМ весовщика, расположенного в операторной механических весов, используется обычный офисный компьютер;

При выборе тензодатчиков рассматривались датчики, производимые фирмами «Тензо-М» и Scaime. Для определения времени начала закачки муки с автомуковоза и фиксации начального и конечного весов были выбраны специализированные радиолокационные датчики движения РДД, предназначенные для контроля наличия (отсутствия) движения потока продукта в пневматическом транспорте.

Учет готовой продукции на упаковочных автоматах осуществляется просто, если есть соответствующий электрический сигнал (например, сигнал с

электрического ножа для запайки упаковки). Если упаковочный автомат механический, то проблема усложняется выбором подходящего датчика, вырабатывающего импульс при прохождении упакованной продукции, места его расположения и настройкой его чувствительности. Функциональная схема автоматизированной системы учета муки и готовой продукции представлена на рис. 2.

В шкафу контроллера тензоизмерений размещены:

- каркас MicroPC, содержащий процессорную плату 5066, плату ввода вывода дискретных сигналов 5600-48 и сетевую карту Ethernet -- плату 5500;

- модули ADAM-4016 -- преобразователи тензосигнала -- и плата модулей

гальванической изоляции ADAM-3864 фирмы Advantech;

- модули опторазвязки 70G-IDC5 и твердотельные нормально замкнутые

реле 70-OAC5A5 фирмы Grayhill, установленные на панелях MPB-16;

- интерфейсная плата 2010 для жидкокристаллического дисплея LCD-4·20 и клавиатуры KP-1;

- клеммные колодки WAGO.

Как видно, основную функциональную нагрузку в контроллере несут изделия фирмы Octagon Systems. Сигналы с радиолокационных датчиков движения поступают на модули ввода дискретных сигналов 70G-IDC5.

Нормально замкнутые твердотельные реле 70-OAC5A5 включены последовательно в цепи отключения магнитных пускателей электродвигателей роторных питателей откачки муки. Такие же реле управляют отключением магнитных пускателей, подающих питание на компрессоры муковозов.

На жидкокристаллический дисплей, расположенный на дверце шкафа, выводится информация о текущих значениях веса муки в силосах, а также диагностическая информация об исправности каналов тензоизмерений. Переключение отображения с одного канала на другой производится при помощи клавиатуры КР-1, расположенной также на дверце шкафа контроллера.

Источник бесперебойного питания Back-UPS Pro 280 (фирма APC) дает

возможность защитить аппаратуру контроллера от бросков напряжения сети. Программный драйвер контроллера, работающий с UPS через второй последовательный порт платы 5066, отключает контроллер от UPS при пропадании напряжения питания на время более 10 минут, чтобы не разрядить батарею UPS ниже допустимого предела. АРМ оператора собрано на базе шасси промышленного компьютера IPC610 фирмы Advantech. Имеет в своем составе плату процессора РСА-6154, сетевой адаптер и две платы ввода/вывода дискретных сигналов PCL-731. Часть дискретных сигналов, обрабатываемых системой, а именно сигналы от датчиков верхних уровней производственных бункеров и бункеров просеивателей, сигналы включения электродвигателей роторных питателей откачки муки, аварийные сигналы электродвигателей просеивателей муки и сигналы по управлению вибраторами силосов решено было подключить непосредственно к АРМ оператора по той причине, что источники этих сигналов близко расположены к нему. АРМ оператора, АРМ весовщика и контроллер тензоизмерений включены в общую ЛВС предприятия через 10-мегабитовый концентратор Ethernet. В операторной в небольшом количестве присутствует мучная пыль, и нам показалось разумным разместить АРМ внутри шкафа/консоли оператора APX-FC фирмы Schroff с принудительной вентиляцией и фильтрацией нагнетаемого внутрь шкафа воздуха. Внутри шкафа/консоли удобно установлены 17-дюймовый монитор, коробки PCLD/RMK/4U для модулей УСО и источник бесперебойного питания Back/UPS Pro 420. На клавиатурной

полке шкафа располагаются компактная клавиатура фирмы Advantech PCA-6302, защищенная пленкой, и прецизионный манипулятор-мышь DeskTop HulaPoint фирмы Texas Industrial Peripherals со степенью защиты, превышающей требования стандарта NEMA40.

8. Назначение АСУ

Данная АСУ предназначена для:

1) повышения конкурентоспособности предприятия;

2) повышения объёма выпускаемой продукции;

3) повышения качества выпускаемой продукции, тем самым повышая спрос на неё;

4) экономии сырья, энергоресурсов и сокращение количества обслуживающего персонала

Экономический эффект от внедрения данной системы определяют следующие составляющие:

-предприятие, имея объективную и оперативную информацию о количестве остатков муки, а также о свободных объемах в силосах, может более успешно строить политику закупки сырья;

-объективный подсчет количества израсходованной муки в соотношении с количеством произведенной продукции позволяет более точно подсчитывать себестоимость единицы продукции, а также выявлять непроизводственные потери;

-ряд функций системы дает возможность оператору БХМ более рационально производить загрузку силосов, высвобождая дополнительные объемы и не опасаясь при этом аварийной ситуации переполнения силосов;

-сводится до минимума перерасход дорогих сортов муки путем более точного выдерживания процентного соотношения компонентов смеси;

-разнообразная аварийная сигнализация дает возможность оператору вовремя отреагировать на ситуации, которые могут повлечь за собой потерю сырья или простой оборудования.

Система контроля и учета предназначена для автоматического контроля запасов, учета прихода и расхода муки в емкостях в реальном масштабе времени на хлебозаводах. Применение системы возможно для расходных силосов муки других типов.

9. Функции АСУ

1) Автоматический контроль запасов муки в емкостях

2) Долговременный автоматический учет операций прихода и расхода муки на производство по емкостям

3) Отслеживание изменения объемов муки в силосах

4) Деление муки из одного муковоза в несколько силосов

5) Определение количества откачанной муки

6) Определение количества закачанной муки

7) Автоматическое дозирование отпуска муки на производство

8) Регулирование закачивания муки

9) Регулирование откачивания муки

10) Регулирование скоростей

11) Формирование общей базы данных склада бестарного хранения муки

Оператор может наблюдать в реальном времени и контролировать:

- состояние емкостей;

- время начала операций;

- заданные дозы;

- количество муки в емкостях;

- изменение веса муки в результате операций "Прием" и "Дозирование";

- сбои в работе системы.

10. Диаграммы UML

Диаграмма вариантов использования

Диаграммы вариантов использования

Данный вид диаграмм играет основную роль в моделировании поведения системы, подсистемы или класса. Она показывает множество прецедентов, актеров и отношения между ними. Эти диаграммы облегчают понимание системы, подсистемы или класса, представляя взгляд извне на то, что данные элементы могут использовать в соответствующем контексте.

На данной диаграмме моделируются требования к системе, указывается то, что разрабатываемая система должна делать, независимо от того, как она должна это делать. Система представляется как черный ящик, т. е. мы наблюдаем за реакцией системы на событие, но ничего о ее внутреннем устройстве неизвестно. Сущности внутри системы отвечают за реализацию поведения, которое ожидают сущности, находящиеся снаружи.

Расширение внутри прецедента указывает условие, которое приводит к взаимодействиям, отличным от описанных в главном успешном сценарии, и устанавливает, в чем состоят эти общения. Прецеденты описывают, как люди взаимодействуют с системой.

Диаграмма вариантов использования

Диаграмма классов и пакетов

Диаграммы пакетов

Удобны в больших по размерам системах для представления картины зависимостей между основными элементами системы. Такие диаграммы хорошо соответствуют общепринятым программным структурам. Диаграммы пакетов представляют группирующий механизм времени компиляции и позволяют показать высокоуровневую организацию программного продукта.

Диаграммы классов

Это логические модели, отображающие базовую структуру системы. Эти диаграммы показывают классы, интерфейсы, объекты и кооперации, а также их отношения. Диаграммы классов соответствуют статическому виду системы с точки зрения проектирования. Они включают активные классы, которые соответствуют статическому виду системы с точки зрения процессов. Диаграммы классов составляют фундамент UML, и, поэтому их применение является условием обеспечения адекватности моделирования. Обеспечение их должно быть в виде ключевых аспектов (абстракций). Их должно быть немного, он должны использоваться чаще и не включать старых моделей. Диаграммы классов, которые строятся из концептуальных перспектив, помогают при построении точного словаря предметной области.

Диаграмма пакетов

Диаграммы состояний описывают динамическое поведение системы или ее объектов. Диаграмму состояний используют для классов со сложным внутренним циклом.

Диаграмма состояний показывает автомат, содержащий состояния, переходы, события и действия. Диаграммы такого рода относятся к динамическому виду системы и особенно важны при моделировании поведения интерфейса, класса или кооперации. Особое внимание в них уделяется порядку возникновения событий, связанных с объектом.

Далее представлена диаграмма, которая содержит 8 состояний, два из которых (начальное и конечное) являются псевдосостояниями. Достоинством рассмотренной диаграммы состояний является возможность визуализировать на одном рабочем листе модели процесс поведения рассматриваемой системы в целом. Полная модель системы управления процессом шлюзования содержит единственную диаграмму состояний, описывающая реализацию всех специфицированных вариантов использования (типичный ход событий)

На рисунке изображёна диаграмма состояний процесса учета муки, которая содержит состояния системы, переходы и действия.

Диаграмма состояний

Диаграмма компонентов

Диаграммы компонентов

Диаграммы компонентов отражают физическое применение базы данных, в том числе система управления базой данных, экстенты и разделы базы данных, а также приложения и интерфейсы, используемые для доступа к базе данных.

Диаграмма компонентов

Диаграмма взаимодействия

Диаграммы кооперации

Показывают множество объектов, связи между ними и сообщения, которые они посылают или получают. Такие диаграммы относят к динамическому виду системы. Они отражают структурную организацию объектов посылающих или отправляющих сообщения. Применительно к проблеме решения моделирования процесса шлюзования диаграмма кооперации оказывается необходимым представлением модели и позволяет представить различные типы структурных отношений (ассоциации, композиции, агрегации) между взаимодействующими объектами. При этом диаграмма кооперации не содержит ни временных особенностей передачи сообщений, ни особенностей жизненного цикла участвующих в данной кооперации объектов.

Диаграмма развертывания.

Диаграммы развертывания

С их помощью оценивают размещение элементов , поэтому в случае любого нетривиального развертывания они могут оказаться очень полезными.

Главными элементами диаграммы являются узлы, связанные информационными путями. Узел (node) - это то, что может содержать программное обеспечение. Узлы бывают двух типов. Устройства (device) - это физическое оборудование: компьютер или устройство, связанное с системой. Среда выполнения (execution environment) - это программное обеспечение, которое само может включать другое программное обеспечение, например, операционную систему или процессор - контейнер.

Узлы могут содержать артефакты (artifacts) которые являются физическим олицетворением программного обеспечения; обычно это файлы.

Артефакты можно изображать в виде прямоугольника классов или перечислять их имена в нутрии узла.

Артефакты часто являются реализацией компонентов. Это можно показать, задав значение метки в нутрии прямоугольников артефактов.

Информационные пути между узлами представляют обмен информацией в системе. Можно сопровождать эти пути информацией от используемых информационных протоколов.

На диаграммах развертывания отображается аппаратная конфигурация, на которой расположены базы данных; они показывают физическую конфигурацию программного обеспечения.

Диаграмма развертывания

Заключение

В рамках поставленной задачи были решены следующие проблемы:

- непрерывное измерение веса муки в режиме реального времени в каждом

из 15 силосов с визуализацией результатов измерений в графической и табличной форме на АРМ оператора и АРМ весовщика, подсчет общего веса муки по сортам;

- определение веса закачиваемой с автомуковоза муки с фиксацией времени начала закачки, подсчет закачанного веса по сортам;

определение веса откачиваемой муки из силоса на технологическую линию производства хлебобулочных и кондитерских изделий, подсчет откачанного веса по сортам, за смену, за сутки;

- контроль процентного соотношения разных сортов муки для приготовления смеси;

- формирование часовых, сменных и суточных табличных отчетов по приходу и расходу муки и передача их по локальной вычислительной сети на АРМ бухгалтерии и начальника цеха;

- сбор и отображение информации о заполнении производственных бункеров на мониторе АРМ оператора;

- контроль режимов закачки и откачки, контроль работы электродвигателей просеивателей (включен/выключен, авария);

- автоматическое и ручное управление электровибраторами силосов;

- управление процессом закачки муки из автомуковоза, предотвращение переполнения силоса мукой и закачка в силос веса, задаваемого оператором;

- учет готовой продукции, прошедшей упаковочные автоматы за смену.

Экономический эффект от внедрения данной системы определяют следующие составляющие:

- во-первых, предприятие, имея объективную и оперативную информацию о количестве остатков муки, а также о свободных объемах в силосах, может более успешно строить политику закупки сырья;

- во-вторых, объективный подсчет количества израсходованной муки в соотношении с количеством произведенной продукции позволяет более точно подсчитывать себестоимость единицы продукции, а также выявлять непроизводственные потери;

- в-третьих, ряд функций системы дает возможность оператору БХМ более рационально производить загрузку силосов, высвобождая дополнительные объемы и не опасаясь при этом аварийной ситуации переполнения силосов;

- в-четвертых, сводится до минимума перерасход дорогих сортов муки путем более точного выдерживания процентного соотношения компонентов смеси;

- в-пятых, разнообразная аварийная сигнализация дает возможность оператору вовремя отреагировать на ситуации, которые могут повлечь за собой потерю сырья или простой оборудования.

Список литературы

1. //СТА: Современные технологии автоматизации. /Изд-во “СТА-ПРЕСС”. - М., 2000 №3 стр. 54. www.cta.ru

2. Виролайнен А.М., Пугач Д.В. - Унифицированный язык моделирования (UML) 2007.;

3. Интернет http://ru.wikipedia.org/wiki

4. http://www.monitor.vsi.ru/2sys_cou/22_dmuk.php

5. Конспект лекций

Страницы: 1, 2