Обеспечение надежности работы автоклавного оборудования в автоматизированных системах стерилизации консервов
Рабочее место стерилизатора — панель управления автоклавным оборудованием
Основываясь на принятых правилах промышленной безопасности ПБ 09-170-97 и требованиях ГОСТ 24.104-85, предлагается реализовать систему противоаварийной защиты с резервированием модуля центрального процессора ПЛК шкафа управления технологического оборудования цеха стерилизации.
Недостатки резервирования центрального процессорного модуля ПЛК состоят в следующем:
— не все современные промышленные контроллеры имеют возможность построения многопроцессорной архитектуры. Поддерживают эту архитектуру только достаточно дорогие контроллеры;
— отказоустойчивая система предполагает своевременное выявление, предупреждение аварийной ситуации на консервном производстве и обеспечение замены неисправного элемента системы без прерывания технологического процесса стерилизации. Это не всегда обеспечивается резервированием центрального процессора ПЛК;
— проблемы с работоспособностью шкафа управления технологического оборудования цеха стерилизации при выходе из строя источника питания контроллера;
— проблемы с работоспособностью шкафа управления ПЛК при выходе из строя арбитра, необходимого в многопроцессорной системе;
— в системах с высокоскоростными параллельными шинами данных, адреса и управления, где возможно построение двухпроцессорной архитектуры, возможно возникновение непредвиденных отказов с невозможностью продолжения процесса стерилизации. Необходим общий сброс или переключение питания панели управления автоклавным оборудованием и перезагрузка программы ПЛК;
— при выходе из строя основного ПЛК резервный может не подхватить процесс стерилизации с нужного шага программы, ввиду возникновения конфликтной ситуации на шине;
— на процессорный модуль приходится значительная доля стоимости всей системы автоматизации.
Высокая надежность системы противоаварийной защиты стерилизационного оборудования консервного производства предполагает резервирование всех составных частей контроллерного оборудования, а именно:
— резервирование центрального процессора;
— резервирование локальной шины обмена данными с датчиками и электромагнитными клапанами автоклавов;
— резервирование источника питания шкафа управления стерилизационным оборудованием;
— резервирование коммуникационных интерфейсов с компьютером технолога и технической службы консервного предприятия.
Такая система противоаварийной защиты обеспечивает полное «горячее» резервирование системы автоматизированного управления стерилизацией. Высокая реактивность системы противоаварийной защиты реализуется с помощью двух методов.
Первый метод основан на применении высокоскоростных дискретных модулей связи с автоклавным оборудованием. Программа стерилизации работает с прерываниями, при этом в памяти ПЛК формируется кольцевой буфер (схема FIFO), объем которой зависит от времени сохранения архивных данных работы участка стерилизации. Недостатком данного метода является необходимость хранения больших массивов данных о предысториях аварийного события в памяти ПЛК, которая не рассчитана на это.
При использовании второго метода аварийное сообщение, при возникновении аварийной ситуации при работе стерилизационного оборудования, сопровождаемое меткой времени, передается из выполняющейся в контроллере прикладной программы на верхний уровень, на автоматизированное рабочее место технолога или специалиста технической службы консервного производства. Именно там обрабатывается предыстория события и хранится база данных об аварийных ситуациях, возникающих при стерилизации.
Память контроллера используется для формирования таблиц и аварийных сообщений, но при этом не требуется большого объема памяти. Обмен сообщениями происходит с высокой скоростью, на порядок выше традиционного обмена между приложением и системой SCADA. Данный метод не требует применения высокоскоростных контроллеров и модулей связи с автоклавным оборудованием, а также специальной области памяти для хранения данных аварийных событий технологического процесса стерилизации консервов.