CC BY
47
Технические науки
УДК 631.171
ПРИМЕНЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЁННЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ЛИНИЙ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА
Козлов Андрей Васильевич
с.н.с
Козлова Наталья Викторовна
инженер
лаборатория Машин и технологий послеуборочной обработки зерна и подготовки
семян
ФГБНУ ДальНИИМЭСХ Россия, город Благовещенск
Аннотация: В статье рассматриваются вопросы автоматизации линий послеуборочной обработки зерна. Предлагается применение современных систем автоматического управления и контроля с использованием блочного построения по принципу распределённой системы.
Ключевые слова: автоматизация процессов, распределённая система управления, программируемый логический контроллер
THE USE OF DISTRIBUTED AUTOMATED CONTROL SYSTEMS FOR THE LINES OF POST-HARVEST PROCESSING OF GRAIN
Andrey V. Kozlov Natalya V. Kozlova
laboratory of Machinery and post-harvest technologies of grain processing and seed
preparation Russia, the city of Blagoveshensk
Abstract: The article deals with the automation lines post-harvest grain handling. Offered the use of modern systems of automatic control and control using modular construction principle of a distributed system.
Keywords: process automation, distributed control system, programmable logic controller
Одной из основных причин недоиспользования производительности оборудования предприятий послеуборочной обработки и хранения зерна, наряду с организационными причинами и недостаточной технической надёжностью, является отсутствие развитой системы автоматизации, а также системы визуального контроля, позволяющей оператору эффективно управлять процессом в условиях эксплуатации.
В результате повышаются требования к автоматизации зерносушильных комплексов и многочисленному оборудованию, входящему в его состав. Традиционные средства регулирования и управления (аналоговые регуляторы, реле) являются технологически и экономически
неэффективными. Для решения данной проблемы, в последнее время, широко применяют ПЛК (программируемый логический контроллер) в области автоматического управления технологическими процессами, а также ЭВМ, как средство визуализации технологического процесса.
В сельскохозяйственных предприятиях в основном применяют поточную технологию обработки зернового материала. Такая технология имеет существенный недостаток - жёсткая связь между технологическим оборудованием и процессами, при этом не учитываются состояние поступающего на обработку зернового вороха и требования к качеству конечного продукта [1].
При автоматизации линий с поточной технологией послеуборочной обработки зерна наблюдается тенденция создания централизованных систем управления. При всех своих положительных качествах, такие системы имеют ряд недостатков:
- большой расход кабеля;
- громоздкость схемы управления, что усложняет эксплуатацию и обслуживание;
- выход из строя одного элемента, как правило, ведёт к остановке всей линии.
Применение современных компьютеров при создании централизованного контроля и
управления (на базе одного компьютера) не решает этих недостатков, а появляется другой -сложность программного обеспечения. В больших системах, как правило, требуется применение многозадачных операционных систем реального времени с организацией работы по прерываниям, так как циклический опрос всех датчиков занимает много времени.
Одним из серьёзных недостатков линий с поточной технологией мы считаем наличие жесткой связи между основными операциями, что ведёт к значительному усложнению процессов управления. Для решения этой задачи необходимо разбить технологический процесс на отдельные блоки посредством установки компенсирующих емкостей. В качестве емкостей предлагается использовать бункера активного вентилирования типа БВ. Компенсирующие емкости позволяют выравнивать потоки зерна на входе и выходе за счет накопления некоторой части зерна между звеньями.
Разработана структурная схема поточно-технологической линии выполнения технологических процессов [1] (рис1).
В предлагаемой схеме технологический процесс разбит на три блока:
I - отделение приёма и предварительная очистка;
II - отделение сушки и временного хранения;
III - отделение основной и окончательной очистки.
Грием 1
—► зернового
вороха
2
Гредварит ельная очистка
I - Отделение приёма и предварительной очистки
II - Отделение сушки временного хранения с акт ивньм вент ил.
III - отделение основной и окончательной очистки семян
3.1
ш
8 35
i ш
Ф ¥
х
I
3.2
В
ш о а
I I ш S I
SB £ ср
X
сушка
зерна
1
Фураж
Основная очист ка
Вибропневмо-сорт ирование
6
Обмена
8
Гродовольст венно Э9 зерно
7
Рисунок 1 Стуктурная схема поточной линии
Между блоками существуют компенсирующие емкости - бункера активного вентилирования для обеспечения разрыва жесткой связи. Использование компенсирующих ёмкостей позволит применить блочное построение автоматизированной системы управления процессами послеуборочной обработки.
Еще один недостаток существующих централизованных систем управления - большой расход кабеля. Как правило, схемы собираются таким образом: устанавливается шкаф управления комплексом в операторской и уже разводка силовых сетей и сетей управления осуществляют к конкретному электроприводу, датчику и т.д. (рис 2 а)).
В целях экономии монтажных материалов и простоты монтажа предлагается установка не в одном шкафу управления, а разбить на отдельные блоки. Шкаф управления блока устанавливаются в непосредственной близости от исполнительных механизмов. Общее управление осуществляется по линиям связи (рис 2 б)).
Операторская
ШУ
Электрод Электрод вигатель вигатель №1 №2
-►Датчик №1 Датчик №2
•Датчик № п
Электрод вигатель № п
а)
Операторская
►Датчик №1 Датчик №2 Датчик № п
Электрод Электрод Электрод вигатель вигатель вигатель №1 №2 № п
►Датчик №1 Датчик №2 Датчик № п
Электрод Электрод Электрод вигатель вигатель вигатель №1 №2 № п
►Датчик №1
Датчик №2
Датчик № п
Электрод Электрод Электрод вигатель вигатель вигатель №1 №2 № п
б)
Рисунок 2 Структурная схема подключения: а) централизованной системы управления; б) распределённой системы управления Автоматизированная поточная технологическая линия строится по принципу распределённой системы с «активными» контроллерами (так называемый распределённый интеллект).
В таком варианте управляемость процесса не теряется даже в случае отказа сети, так как
«ответственные» вычисления, например, расчёт управляющих воздействий при регулировании, выполняются «на местах». При этом существенно снижается нагрузка на сеть, а, следовательно, и требования к сетевому оборудованию. Кроме того, существенно упрощается программное обеспечение контроллеров.
Распределённая система управления (Distributed Control System, сокращённо DCS) - это комплекс технических и программных решений для построения АСУ технологических процессов. Её характерной чертой является децентрализованная обработка данных и наличие распределённых систем ввода и вывода информации, повышенная отказоустойчивость, стандартная и единая структура базы данных[2].
Структура представленной системы управления DCS состоит из трех уровней. Нижний уровень ввода/вывода содержит в себе датчики, исполнительные механизмы и прочее. Средний уровень распределенной системы управления состоит из контроллеров.
Задача контроллеров обработать полученные данные, выдать управляющее воздействие, передать данные на верхний уровень. На верхнем уровне расположены серверы баз данных и операторская станция, задача которых предоставить человеко-машинный интерфейс оператору и осуществлять обмен с сервером и ПЛК.
Каждый ПЛК работает со своими датчиками и исполнительными механизмами, с конкретной частью объекта управления, и не зависит от других ПЛК, однако, взаимодействует с другими контурами и устройствами для выполнения общей задачи, достижения заданных показателей качества. Структурная схема АСУ для линии послеуборочной обработки зерна представлена на рисунке 3.
Локальная, сеть
Уровень 3 (ЭВМ)
БПО
БАВ
АСУ ПО
w С
О
Н
АСУ и СО
н
А I
Т Т
Б1 Б2
Бп
БЗ
АСУ ЗС
н >>
О
БВО АСУ ВО
н
о
н
Уровень 2 ( машины
диспетчеры )
Уровень 1 (ПЛК)
Уровень 0 (Устройства связанные с обьектом)
Рисунок 3 - Структурная схема блочной АСУ для линии послеуборочной обработки зерна: БПО - блок предварительной очистки; БАВ - блок активного вентилирования; БЗ - блок зерносушения; БС - блок сортирования; ТМ - транспортные механизмы; СУТ -
система автоматического управления топкой; СУСК - система автоматического управления сушильной камерой; МВО - машина вторичной очистки; МС - машина для
получения семян.
Блок предварительной очистки (БПО) служит для дистанционного управления группой машин. В нём предусмотрена схема автоматизации, элементы контроля и регулирования режима работы для того, чтобы задавать и контролировать степень загрузки машины и скорость воздушного потока в аспирационном канале.
Блок активного вентилирования (БАВ) предназначен для управления процессом активного вентилирования во всех бункерах поточной линии. Система опроса (СО) в заданной последовательности подключает датчики и автоматически устанавливает необходимый режим работы вентилирования в бункерах.
Блок зерносушения (БЗ) выполняет функции автоматизации групп механизмов и машин, входящих в зерносушильный комплекс, и систему управления режимом работы зерносушилки. Система управления в свою очередь подразделяется на системы автоматического управления топкой (СУТ) и сушильной камерой (СУСК). Комплекс этих систем позволяет выбрать и поддерживать наиболее выгодные режимы работы.
Блок сортирования (БВО) предназначен для автоматического управления комплексом сортировальных машин, который позволяет поддерживать наиболее выгодные режимы сортирования и получать нужное качество продукции. Блок учёта (БУ) служит для учёта и записи количества зерна, поступающего на пункт.
Автоматизация комплексов послеуборочной обработки зерна, представленным способом, позволит:
-повысить оперативность управления, эффективность и надежность работы системы;
-снизить затраты кабельной продукции;
-обеспечить персонал информацией, необходимой для принятия эффективных решений управления;
- использовать все резервы интенсификации процесса и повышения производительности труда. Оптимизируется технологический процесс обработки зерна, выбирается лучший (оптимальный) вариант технологии обработки, существенно облегчается и механизируется труд оператора (в части набора и пуска потоков, выбора оптимальных технологических потоков обработки).
Список литературы:
1. Хилько В.И., Блочно-модульный принцип проектирования зерноочистительно-сушильный комплексов послеуборочной обработки сои и зерновых./ Хилько В.И. Козлов А.В. Смолянинов Ю.Н. - сб. науч. докладов Международной научно-технической конференции «Ресурсосберегающие технологии и техническое обеспечение производства зерна» ВИМ М., 2010г.- С. 293-295.
2. Парр. Э. Программируемые контролеры. Руководство для инженера. М.: Изд-во"БИНОМ Лаборатория знаний" 2007. - 576с
