«Умный элеватор» для объектов хранения и переработки зерна

Система автоматизации элеваторных комплексов «Умный элеватор» (рис. 1), разработанная и выпускаемая под брендом «Грейн автоматизация», позволяет создать и объединить все подсистемы управления:

• Учетную систему ERP предприятия («1С:Элеватор» или подобные).
• MES-систему, формирующую алгоритмы управления производственным процессом.
• Системы автоматизации технологического процесса:
  • термометрию растительного сырья;
  • логистику;
  • систему контроля доступа;
  • видеоконтроль;
  • все процессы локальной автоматизации.
• Систему сбора данных с датчиков и сторонних систем на элеваторе.

Рис. 1. «Умный элеватор» — единая система управления элеваторным комплексом

Рассмотрим функции единой системы управления элеваторных комплексов, реализованные в «Умном элеваторе».

На рис. 2 представлены связи между элементами системы.

Рис. 2. Связи между элементами системы «Умный элеватор»

Реализованы следующие функции системы управления элеваторными комплексами:

• Планирование оптимального маршрута транспортировки в зависимости от вида и качества сырья как часть системы интеллектуальной автоматизации.
• Параллельная обработка процессов приемки, переработки и отгрузки зерна. В рамках многозадачности позволяет минимизировать простои оборудования.
• Приемка транспорта, изъятие пробы, оприходование сырья и иные процессы оформляются мгновенно, без участия человека, что исключает ошибки и разночтения.
• Контроль допуска транспортных средств и организация их передвижения по территории осуществляется в соответствии с логикой работы и заданными приоритетами автоматизированной системы диспетчеризации транспортных средств.
• Система осуществляет партионный учет, что позволяет определить количество и качество сырья в каждой емкости хранения, что улучшает прослеживаемость и баланс.
• Вся информация о производственных процессах, операциях и продукте протоколируется и доступна для дальнейшего анализа, повышая качество сбора и хранения данных.
• Системы автоматики, термометрия, пункты весового контроля и другие подсистемы объединяются с учетной системой верхнего уровня для создания единой среды управления путем всеобщей интеграции.

В системе «Умный элеватор» нами реализованы уровни от датчика до автоматизированной системы управления производством.

Остановимся на нескольких уровнях более подробно:

• локальная автоматизация (система термометрии «Грейн» и АСУ ТП);
• управление производством (MES).

Для сбора данных о температуре сыпучих продуктов в хранилищах силосного типа и складах напольного хранения с возможностью записи и анализа измеренных значений предназначена система термометрии «Грейн» (рис. 3).

Рис. 3. Комплектующие системы термометрии «Грейн»

Система позволяет просматривать значения и тенденцию изменения температуры, уровень загрузки сырья, формировать отчеты и графики.

Характеристики системы:

• конструкция термоподвесок из нержавеющей стали AISI 304;
• полностью цифровое устройство системы;
• проводная или беспроводная передача данных;
• срок службы: не менее 25 лет;
• широкий диапазон температур: –40…+85 °C;
• удобная и легкая методика метрологической поверки.

Система термометрии состоит из термоподвесок, установленных в силосах с зерном, коммутационных, распределительных и интерфейсных шкафов, станции оператора (компьютер со SCADA-системой) (рис. 4).

Рис. 4. Структура системы термометрии

Термометрия совместима со следующими системами хранения:

• железобетонные элеваторы;
• металлические силосы;
• склады напольного хранения.

Автоматическое управление технологическим оборудованием, имеющимся на агропромышленном предприятии, обеспечение работы, контроля и управления технологическими процессами транспортировки, хранения, обработки и сушки зерна на элеваторном комплексе осуществляет АСУ ТП элеваторного комплекса (рис. 5).

Рис. 5. Мнемосхема работы элеватора

Основные возможности:

• контроль технологических процессов на экране монитора диспетчера;
• автоматизированное или ручное дистанционное управление маршрутами движения сырья и готового продукта;
• диагностика технических средств систем;
• автоматизированное управление многокомпонентными весами (автоматическое или дистанционное управление двигателями дозаторов, задвижками и другим оборудованием);
• звуковая аварийная сигнализация;
• аварийное отключение оборудования;
• формирование отчетов и ведение архивов;
• другие функции по требованию заказчика.

Для АСУ ТП элеваторного комплекса определены следующие уровни и элементы:

• «полевой» уровень автоматизации (аппаратные средства датчиков, исполнительных устройств и механизмов);
• электросиловые шкафы;
• электрические кабельные сети;
• шкаф управляющего контроллера АСУ ТП;
• периферийные шкафы автоматики распределенного ввода/вывода;
• контроллер для управления процессами элеваторного комплекса;
• промышленная сеть передачи данных;
• распределенная периферия;
• HMI на каждую группу шкафов ввода/вывода;
• пульты местного управления;
• средства локальной автоматизации.

Следующий уровень комплексной автоматизации — автоматизированная система управления производством элеваторного комплекса АСУ П.

Система предоставляет возможность наблюдения за технологическими процессами и управления ими. Обеспечивает общую визуализацию состояния всего оборудования элеваторного комплекса, централизованный сбор и хранение данных всех агрегатов, машин, устройств и механизмов, датчиков объекта, локальных АСУ.

Выполняет организацию маршрутов, партионного учета, прослеживаемости сырья и готовой продукции в соответствии со стандартом ISO 22000. Анализирует выполнение производственных заданий, показателей эффективности выполнения технологических операций.

Предоставляет интерфейс обмена данными с другими системами — АСУ ТП и ERP («1С:Элеватор»).

Рассмотрим взаимодействие элементов системы АСУ П элеваторного комплекса (рис. 6).

Рис. 6. Структурная схема АСУ П «Умный элеватор»

Сервер приложений АСУ П элеваторного комплекса обеспечивает обработку технологических данных, формирование и хранение производственных данных (MES-уровень), формирование отчетности и обмен данными с 1C:ERP.

Для системы АСУ П элеваторного комплекса условно определены следующие уровни:

• интерфейс с АСУ ТП элеваторного комплекса;
• АРМ оператора с базовым и прикладным программным обеспечением;
• программный сервер;
• интерфейс обмена данными со смежными и вышестоящими автоматизированными системами управления.

Вышеперечисленный функционал реализован на оборудовании и программном обеспечении ведущих отечественных и мировых производителей.

Автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора-технолога основано на базе промышленного компьютера.

В качестве центрального контроллера АСУ ТП элеваторного комплекса используется ПЛК (Siemens SIMATIC S7-1500, RealLab! NLScon-CE или аналогичный по производительности).

Для удаленного ввода/вывода сигналов предназначена распределенная система (Siemens SIMATIC ET 200SP, RealLab! NLS, NLS-CAN).

Для управления электроприводами технологического электрооборудования применяются преобразователи частоты (Schneider Electric, ABB, Siemens).

Управление осуществляется при помощи автоматизированного рабочего места оператора, созданного с использованием таких SCADA-систем, как MasterSCADA и Siemens SIMATIC WinCC.

Объединение всех подсистем управления элеваторного комплекса в систему «Умный элеватор» — это:

• создание многоуровневой, горизонтально и вертикально интегрированной, распределенной автоматизированной управляющей системы, которая предоставляет возможность для наблюдения за технологическими процессами и управления ими, обеспечивает общую визуализацию состояния всего оборудования элеваторного комплекса, централизованный сбор и хранение данных всех агрегатов, машин, устройств и механизмов, датчиков объекта, локальных АСУ;
• автоматизация выполнения производственных заданий, показателей эффективности осуществления технологических операций, организации маршрутов, партионного учета, прослеживаемости сырья и готовой продукции;
• минимизация участия трудовой деятельности человека в производственном процессе и исключение человеческого фактора;
• максимальное повышение производительности предприятия при одновременном снижении энергопотребления;
• обеспечение высокого уровня безопасности труда.