Использование средств телематики при построении автоматизированных систем управления в пищевой промышленности

Опубликовано в номере:
PDF версия
Статья посвящена актуальным вопросам применения телекоммуникационных средств при разработке автоматизированных систем управления процессами термической обработки сырья в пищевой промышленности.

Современные тенденции к информатизации общества требуют новых решении? от автоматических систем управления технологическими процессами в области мобильности и удаленного контроля, в том числе и в пищевои? рыбнои? промышленности, где одними из основных процессов обработки сырья являются термические процессы (сушка, вяление, копчение).

В настоящее время существует большое количество сушильных установок, основанных как на традиционных конвективных методах сушки, среди которых можно выделить универсальную термокамеру AIRMASTER фирмы «Раи?х» (REICH Klima-Ra?uchertechnik, Германия), так и на радиационных методах, где примером является инфракрасныи? сушильныи? шкаф «Универсал-СД-4» ООО «Сушильное Дело» (Россия).

Явныи? недостаток таких установок — необходимость постоянного присутствия обслуживающего персонала при их функционировании, так как информация о ходе и параметрах технологического процесса отображается непосредственно на информационных экранах, установленных на их корпусах. Вместе с тем, эти установки обладают высокои? стоимостью, что затрудняет их использование на малых предприятиях пищевои? промышленности.

Для развития и успешного функционирования малых промышленных предприятии? пищевои? промышленности актуальна разработка энергоэффективных гибких систем управления, обладающих современными телекоммуникационными решениями в области мобильности и удаленного контроля.

В Мурманском государственном техническом университете разработана и внедрена в производство в учебно-экспериментальном цехе малогабаритная сушильная установка (МСУ, патент РФ на полезную модель No 117266), а также создан программно-аппаратныи? комплекс (ПАК), реализующии? систему гибкого автоматического управления процессами термическои? обработки сырья на основе современных технических средств.

Областью применения разработанного ПАК гибкого автоматического управления процессами термическои? обработки сырья являются малоотходные технологические процессы получения солено-сушенои? и копченои? продукции.

CE_4(52)_2014.indd

РИС. 1. Общии? вид малогабаритнои? сушильнои? установки: 1 — двустороннии? центробежныи? вентилятор; 2 — дверь загрузки/выгрузки; 3 — инфракрасные лампы; 4 — блок автоматики; 5 — выходнои? патрубок; 6 — нагнетающии? воздуховод; 7 — камера нагрева воздуха с трубчатым электронагревателем; 8 — корпус малогабаритнои? сушильнои? установки; 9 — входнои? патрубок, соединенныи? с камерои? нагрева 7, 10 — устрои?ство для измерения температуры с использованием инфракрасного датчика.

МСУ (рис. 1) характеризуется небольшими габаритами равномерным полем скоростеи? сушильного агента внутри камеры, автоматическим регулированием режимов тепловои? обработки на протяжении всего технологического процесса.

Новизна разработанного ПАК заключается в:

    • совместном использовании как ТЭНов, так и энергии инфракрасного излучения при сушке полуфабриката, направленном на получение энергоэффективного технологического процесса по сравнению с традиционными методами сушки [1];
    • использовании современных информационных средств телематики и сетевого контроля;
    • применении мобильных средств онлаи?нового мониторинга по телекоммуникационным каналам связи при проведении контроля технологического процесса.

Аппаратная часть комплекса выполнена на оборудовании хорошо зарекомендовавшего себя производителя автоматики — фирмы ОВЕН, отличающеи?ся надежностью элементов. Система автоматики состоит из таких элементов анало- гового и дискретного ввода/вывода информации, как МВУ8, МВА8, МДВВ, БУСТ2 и др. [2].

Программная часть скомпилирована средствами императивного, структурированного, объектно-ориентированного языка программирования Lazarus, распространяющегося бесплатно, что значительно снизило себестоимость разработанного комплекса.

В состав программнои? части входит как основное программное обеспечение (ПО), реализующее систему автоматического управления (САУ) МСУ, так и прикладные программные средства. Прикладные программные средства обеспечивают телекоммуникационные функции удаленного управления и контроля, функции конфигурирования системы и анализа выходных данных. Программная часть комплекса состоит из элементов, представленных в таблице.

CE_4(52)_2014.indd

ПО «Система автоматического управления малогабаритнои? сушильнои? установкои?» (свидетельство об официальнои? регистрации программ для ЭВМ 2012611844) реализует основные принципы автоматического управления объектами управления [3] с использованием адаптивных ПИД-регуляторов [4].

К телекоммуникационным функциям программнои? части ПАК относятся:

    • автоматизированное рабочее место удаленного доступа к САУ МСУ, использующее локальную сеть (LAN-соединение) по стандарту Ethernet;
    • визуализация технологического процесса сушки гидробионтов в онлаи?новом режиме с использованием веб-камеры;
    • мобильныи? обозреватель, обеспечивающии? контроль технологических параметров процесса сушки с помощью мобильных устрои?ств посредством Интернета и FTP-сервера;
    • управление технологическим процессом сушки рыбы через веб-приложение САУ МСУ.
CE_4(52)_2014.indd

РИС. 2. Структурная схема информационных потоков

Функционирование информационных потоков, протекающих во время работы МСУ в рамках программнои? реализации, представлено на рис. 2. На рисунке видно, что основным звеном, связующим все элементы программнои? части комплекса, является база данных MSY_ DATA.

Средства удаленного доступа к САУ МСУ обеспечивает ПО «Автоматизированное рабочее место удаленного доступа к САУ МСУ» (АРМУД САУ МСУ). АРМУД САУ МСУ работает в локальных сетях, построенных по стандарту Ethernet.

АРМУД САУ МСУ реализует функции сетевого контроля и управления МСУ. ПО позволяет удаленно управлять всем технологическим процессом, протекающим в МСУ. Для визуализации технологического процесса выводится на экран в онлаи?новом режиме видеопоток с веб-камеры, формируемыи? программным модулем WEBCAM. Отображение видеопотока позволяет пользователю (оператору) контролировать визуально технологическии? процесс сушки гидробионтов в МСУ.

Программное обеспечение «АРМУД САУ МСУ» подключается к САУ МСУ по клиент-сервернои? технологии, выступая при этом в качестве «клиента».

Телекоммуникационные функции онлаи?нового мониторинга основаны на использовании протокола FTP, предназначенного для передачи фаи?лов в информационных компьютерных системах. Работа с протоколом FTP выполнена с помощью стандартнои? компоненты Delphi IdFTP.

ПО «Мобильныи? обозреватель САУ МСУ» формирует фаи?лы в формате html и передает их на удаленныи? сервер. В системе в качестве удаленного сервера выбран сервер Мурманского государственного технического университета: http://ftp.mstu.edu.ru.

Пользователи, используя телекоммуникационные каналы связи, такие как мобильная связь, Интернет, и набирая в браузере мобильных устрои?ств адрес http://aivt.mstu.edu. ru/msu_viewer.html, в онлаи?новом режиме производят мониторинг функционирования ПАК. В качестве переменных мониторинга вынесена вся получаемая с датчиков системы информация, а также вынесена информация о режимах работы термокамеры и исполнительных механизмов (центробежныи? вентилятор, трубчатыи? электронагреватель, инфракрасные лампы).

Пример формируемого по адресу http://aivt.mstu.edu.ru/msu_viewer.html сообщения:
Обозреватель САУ МСУ
Время: 28 с
Начальные параметры:
Тип управления — Автоматическое
Контролируемые параметры:
Т(поверх.) — +60 °С
Т(внутр.) — +45 °С
Т(камера) — +65 °С
Т(симисторы) — +15 °С
Управление:
Вентилятор — ВЫКЛ
ТЭН — 50%
ИК-Лампы — 50%

Информация мониторинга обновляется с шагом функционирования системы автоматического управления ПАК. Для уменьшения затрат трафика используется принцип минимизации кода, осуществленныи? на языке гипертекстового документа HTML.

Однои? из проблем протокола FTP является его защита. Протокол не шифруется, при аутентификации передаются логин и пароль открытым текстом, поэтому разработка, помимо мониторинга, еще и удаленного контроля в даннои? телекоммуникационнои? функции ПАК была нецелесообразнои?.

Развитие информационных технологии? в настоящее время способствовало появлению тенденции разработки различных программ в виде веб-приложении?. Веб-приложение — это клиент-серверное приложение, в котором в качестве клиента выступает браузер пользователя, а в качестве сервера — веб-сервер. Веб-приложения обладают существенным преимуществом, так как их функции выполняются независимо от операционнои? системы, вида браузера и мобильного устрои?ства для выхода пользователя в Интернет. На базе веб-приложения в ПАК выполнены телекоммуникационные функции управления и контроля за технологическим процессом термическои? обработки сырья.

CE_4(52)_2014.indd

РИС. 3. Экранная форма веб-приложения САУ МСУ

Экранная форма веб-приложения САУ МСУ в браузере Internet Explorer представлена на рис. 3. В отличие от ПО «АРМУД», работающего непосредственно в локальнои? сети, веб-приложение САУ МСУ работает также и в Интернете. Использование веб-приложения САУ МСУ позволяет значительным образом расширить границы обустрои?ства рабочего места оператора МСУ.

Для функционирования веб-приложения на сервере САУ установлена служба IIS. За безопасное соединение через Интернет и защиту информационнои? системы ПАК отвечает настроенныи? протокол SSL. Подключение к серверу САУ обеспечивается по аутентификации пользователя с его определеннои? учетнои? записью.

На сервере САУ МСУ доступ к веб-приложению обеспечивается по адресу https://localhost/. В локальнои? сети или в Интернете доступ к веб- приложению будет обеспечиваться по IP-адресу сервера в даннои? сети.

Механизмы взаимодеи?ствия веб-приложения с САУ МСУ основаны на использовании технологии ASP. NET фирмы Microsoft и языка программирования Visual Basic.

Особенностью активных ASPX (Active Server Pages) страниц является то, что с помощью сценариев VBScript на языке программирования Visual Basic можно искусственно формировать HTML-страницы, наполняя их каждыи? раз новым, динамически изменяющимся содержимым.

Помимо взаимодеи?ствия с базои? данных MSY_DATA, web-приложение получает видеопоток и с программного модуля WEBCAM.
Таким образом, возможности веб-приложения САУ МСУ позволяют подключаться к системе автоматического управления, не привязываясь к конкретному местоположению МСУ.

В отличие от программного обеспечения «Мобильныи? обозреватель САУ МСУ», веб-приложение САУ МСУ позволит начальнику цеха, технологу, инженеру вести постоянныи? контроль технологического процесса сушки гидробионтов, непосредственно не находясь у сушильнои? установки. Веб-приложение позволяет контролировать процесс сушки гидробионтов с любых мобильных устрои?ств, в любых операционных системах, поэтому использование данного приложения возможно на OpenSource-ресурсах, например на операционных системах Linux.

Учитывая тот факт, что разработанные телекоммуникационные функции для МСУ легко переводятся и перенастраиваются на другие установки и технологические процессы, можно предложить внедрение веб-приложении? на все имеющиеся технологические установки и системы организации. Такое внедрение позволит сконцентрировать информацию, поступающую от различных технологических процессов, будь то сушка, копчение, выпечка, на едином рабочем месте и отказаться от дорогостоящих SCADA-систем.

***
В настоящее время ПАК гибкого автоматического управления процессами термическои? обработки сырья полностью адаптирован и оптимизирован под работу на МСУ в учебно-экспериментальном цехе Мурманского государственного технического университета. Реализованныи? программно-аппаратныи? комплекс обладает следующими преимуществами:

    • Во-первых, применение автоматики россии?ского производителя «ОВЕН», в отличие от оборудования иностранных производителеи?, а также использование бесплатнои? среды программирования Lasarus позволило снизить себестоимость ПАК.
    • Во-вторых, использование современных информационных средств сетевого контроля позволило установить рабочее
    место оператора на удаленном расстоянии от МСУ, с применением каналов локальнои? и глобальнои? вычислительнои? сети.

Применение мобильных средств и веб-механизмов онлаи?нового мониторинга и контроля по телекоммуникационным каналам связи позволяет производить контроль технологического процесса, например, начальнику цеха, даже не находясь в помещении цеха.

Таким образом, малые габариты программно-аппаратного комплекса, использование оборудования отечественного производителя, гибкость системы — все эти факторы актуальны для малых промышленных предприятии?. Использование данного комплекса позволит оперативно выполнять контроль над ходом технологического процесса производства с использованием современных средств телематики.

ЛИТЕРАТУРА
1. Вотинов М. В., Ершов М. А., Маслов А. А. Исследование энергоэффективности процессов сушки гидробионтов в пищевои? рыбнои? промышленности // Рыбное хозяи?ство: научно-практическии? и производственныи? журнал / Федер. агентство по рыболовству, ФГУП «Национальные рыбные ресурсы». М. 2012. No 4.
2. Вотинов М. В., Маслов А. А. Систематизация требовании?, предъявляемых к системам автоматического управления сушильными установками // Наука
и образование. 2011. Международная научно- техническая конференция. Мурманск: МГТУ. 2012.
3. Albertos P., Mareels I. Feedback and Control for Everyone // Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2010.
4. Ang K., Chong G., Li Y. PID control system analysis, design, and technology //IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2005. V. 13. No 4.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *