Применение свободно-программируемых логических контроллеров в задачах по стерилизации консервной продукции в автоклавах
Реализация алгоритмов управления пищевым производством с помощью системы SCADA
Аппаратные средства, программное обеспечение и конструктивное исполнение программируемого логического контроллера современного консервного производства должны удовлетворять следующим требованиям:
— универсальная структура решения, которая позволяет свести все технологические изменения процесса стерилизации к модернизации работающей управляющей программы;
— высокая надежность системы управления автоклавами;
— удобство обслуживания и эксплуатации технологами и стерилизаторами;
— простое программирование и перепрограммирование устройства штатными специалистами низкой квалификации;
— стандартизация входов и выходов для непосредственного подключения датчиков температуры, давления и запорной арматуры автоклавного оборудования;
— меньшие габариты и энергопотребление, чем у аналогичных блоков релейной автоматики и жесткой логики;
— конкурентоспособность по стоимости со схемами на основе релейной техники, жесткой полупроводниковой логики;
— возможность обмена информацией с рабочим местом технолога и руководителя консервного предприятия.
Тридцатилетний опыт технического развития и эксплуатации привел к выделению программируемого логического контроллера в отдельный класс микропроцессорных систем. Программируемые логические контроллеры представляют собой завершенную форму микропроцессорных средств, которые характеризуются оригинальной архитектурой и специальным программным обеспечением, разрабатываемым под конкретные технологические задачи пищевого производства.
Реализованные решения в области аппаратных и программных средств преследуют цель обеспечения максимально возможного уровня надежности при работе в тяжелых промышленных условиях типового стерилизационного участка консервного производства.
Центральным звеном системы управления технологическим процессом стерилизации, автоматизированной с помощью современного программируемого логического контроллера, является центральный процессор. Его структура имеет следующие особенности:
— память программ и память данных программируемого логического контроллера разделены не только логически, но и физически. Область памяти выходных переменных выполняется энергонезависимой с целью поддержания процесса стерилизации при отключении электропитания;
— при построении системы управления используются методы структурного резервирования составных элементов, которые объединены между собой блоками принятия решений;
— несколько сторожевых таймеров, входящих в состав центрального процессора, контролируют строго определенное время выполнения одного цикла программы стерилизации и отдельных ее частей.
Интерфейс между датчиками температуры, давления, уровня и другими датчиками технологического процесса стерилизации, запорной арматурой автоклавного оборудования и центральным процессором обеспечивается специальными электронными модулями ввода/вывода. В связи с тем, что контроллеры ориентированы на работу в тяжелых промышленных условиях стерилизационного цеха, особое внимание уделяется схемотехнике и конструкции помехоустойчивых дискретных входов/выходов.
Кроме собственно приема информации, адаптеры дискретных входов выполняют предварительную обработку информационного сигнала от стерилизационного оборудования, выделение полезного сигнала из зашумленного, реализуют развязку сигналов с различными уровнями мощности. Уровни постоянного и переменного напряжений входного дискретного сигнала стандартизированы и составляют, как правило, 24 В.
Адаптеры дискретных выходов должны, кроме гальванической развязки, обеспечивать определенную мощность сигнала, необходимую для управления исполнительными устройствами автоклавного оборудования — электромагнитными клапанами. Стандартные параметры выходов следующие: постоянное напряжение 24 В при силе тока до 10 А. Выходным устройством могут быть биполярные или полевые транзисторы, реле, триод, тиристор. Гальваническая развязка, выполняющая функции безопасного управления стерилизационным оборудованием, обеспечивается разделительным трансформатором на переменном токе или оптронами на постоянном токе.
Системы управления способны выполнять функции регулирования. В состав шкафа управления могут входить адаптеры ввода аналоговых сигналов, содержащие аналого-цифровые преобразователи, и адаптеры вывода аналоговых сигналов на основе цифро-аналоговых преобразователей. Среда разработки алгоритмов управления консервным производством существенно упростилась.