1

Moderni sustavi automatizacije industrijskih Moderni sustavi automatizacije industrijskih

postrojenjapostrojenja

AutomatizacijaAutomatizacija procesaprocesa skladištenjaskladištenja ii

distribucijedistribucije cementacementa

Program stručnog usavršavanja ovlaštenih inženjera elektrotehnike u Program stručnog usavršavanja ovlaštenih inženjera elektrotehnike u

graditeljstvugraditeljstvu

mr.sc. Goran Malčić v.pred.mr.sc. Goran Malčić v.pred.

XI. Tečaj, 11. i 12. studenog 2011.XI. Tečaj, 11. i 12. studenog 2011.

UvodUvod

- Visoki zahtjevi postavljeni na kvalitetu i brzinu izrade programske podrške sustava upravljanja i nadzora postrojenja i procesa, neminovno su doveli do standardizacije tog područja.

- ANSI/ISA S88 standard za šaržne procese daje kompletan pristup standardnim riješenjima kod izrade takvih sustava.

- Kao osnova sustava upravljanja, prema zahtjevima tog standarda, za sve tipove izvršnih i mjernih ureñaja te dijelove procesnih cjelina untar pogona, izrañene su standardne programske komponente koje se izvršavaju na PAC računalu i na SCADA sustavu te su meñusobno povezane.

- Prikazan je primjer za sustav procesa distribucije cementa, gdje je u potpunosti primjenjen S88 standard, prikazana struktura i način implementacije ovakvog pristupa izrade sustava automatizacije.

2

Postrojenje distribucije cementaPostrojenje distribucije cementa -- oopis tehnološkog procesapis tehnološkog procesa

- Silosi cementa su zasebna tehnološka cjelina koja je spojena sa postojećim proizvodnim sustavom. Prikazan je osnovni tehnološki dokument, odnosno P&I shema.

Osnovni elementi sustava Osnovni elementi sustava -- zračno transportna koritazračno transportna korita (ZTK)(ZTK)

- Zračno transportna korita (ZTK) su ureñaji koji služe za transport cementa (ili drugih praškastih tvari) u zatvorenom kanalu pod utjecajem gravitacione sile.

- Praškasti materijal se tada ponaša poput tekućine jer se svaka čestica praha giba uslijed mješanja sa zrakom za razrahljivanje.

- Medij koji se transportira se dovodi u stanje tečenja pomoću zraka koji se upuhuje kroz porozno dno korita.

3

Osnovni elementi sustava Osnovni elementi sustava -- eelevatorilevatori

- Elevatori su ureñaji koji prenose materijal u vertikalnom smjeru.

- Sastoje se od vjedrica koje su postavljene na gumenoj traci.

- Svi elevatori su opremljeni s dva el. motora – glavni i servisni.

Osnovni elementi sustava Osnovni elementi sustava -- rrazdjelnici tokaazdjelnici toka

- Razdjelnik toka cementa na stranu u ćeliju silosa ili dalje u ZTK prema sljedećoj ćeliji.

4

Osnovni elementi sustava Osnovni elementi sustava -- sustav sustav otprašivanja ćelija silosa otprašivanja ćelija silosa

- Sustav za otprašivanje ćelija silosa se sastoji od dva puta po četiri nasadna vrećasta otprašivača, smještena na svaku ćeliju (komoru) silosa.

- Odsisni ventilator stvara potlak zbog kojeg zaprašeni zrak biva povučen do vrećastih filterskih elemenata na kojima prašina ostaje s jedne strane a čisti zrak izlazi kroz ventilator i ispušnu cijev u okoliš

Osnovni elementi sustava Osnovni elementi sustava -- ostaloostalo

- Razdjelne kutije ispod svake komore služe za raspodjelu toka materijala i usmjeravanje prema dozirnim ureñajima.

- Elektromotorni dozirni valjci su ureñaji koji služe za regulaciju toka materijala kod pražnjenja.

- Drobilice gruda za razbijanje gruda cementa nastalih zgrušavanjem uslijed stajanja u silosu.

5

Elektroenergetski razvod sustava distribucije cementaElektroenergetski razvod sustava distribucije cementa

- Elektroenergetski razdjelnik za napajanje sustava distribucije cementa.

- Upravljanje procesom se izvodi pomoću programirljivog automatizacijskog kontrolera (eng. Programmable automation controller, PAC) proizvoñača Allen Bradley serije proizvoda ControlLogix s procesorom 1756-L63.

Principna shema sustava upravljanjaPrincipna shema sustava upravljanja

6

Upravljački sustav Upravljački sustav -- sklopovljesklopovlje

- Polje +HPLC1 s glavnim upravljačkim PAC ureñajem, nizom releja za upravljanje pneumatskim aktuatorima i stezaljkama na dnu polja.

- Na vrhu silosa su smješteni lokalni ormari =DCS+HPLC2 i =DCS+HPLC3 nalaze se distribuirane ulazno izlazne jedinice za rad s diskretnim i analognim signalima temeljeni na FlexLogix tehnologiji proizvoñača AllenBradley koja je vezana i upravljana s glavnog PAC preko DeviceNet industrijske računalne mreže.

Polje +HPLC1 s centralnim

upravljačkim PAC ureñajem Razdjelnik =DCS+HPLC3

na vrhu silosa cementa

- Mogućnosti razmjene podataka u realnom vremenu izmeñu proizvodnog procesa i ostatka poduzeća postali su jedan od ključnih zahtjeva krajnjih korisnika automatiziranog sustava.

- Na takve zahtjeve, tvrtka Rockwell Automation odgovorila je razvojem cijele sklopovske i programske platforme tzv. Integrirane Arhitekture (eng. Integrated Architecture™) koja objedinjene dvije ključne komponente automatiziranih postrojenja: upravljački i informatički sustav.

Integrirana arhitektura upravljačkog sustavaIntegrirana arhitektura upravljačkog sustava

7

- Sustav distribucije cementa u silosima Našicecement upravljan je PAC ureñajem serije ControlLogix 1756-L63 sa 8MB interne memorije.

PAC ureñaj u sustavu upravljanja distribucijom cementaPAC ureñaj u sustavu upravljanja distribucijom cementa

- ControlLogix je najjača serija industrijskih PAC računala tvrtke AllenBradley i pruža ogromne mogućnosti kako u pogledu sklopovlja koje se ugrañuje u sustav tako i u pogledu rada i fleksibilnosti.

- Arhitekturu ControlLogix kontrolera karakterizira upotreba dvaju procesorskih modula.

- Prvi modul je Logix CPU koji izvršava programski kod i održava naredbe za prenošenje poruka, dok drugi modul – BackplaneCPU vrši komunikaciju sa lokalnim i udaljenim U/I jedinicama, kao i razmjenu podataka preko mreže.

- Zahtjev od investitora je da svi motorni pogoni imaju svoje lokalno upravljanje, odnosno lokalne upravljačke kutije s tipkalima kojima bi se motorni pogoni mogli pokretati ručno.

PAC ureñaj u sustavu upravljanja distribucijom cementaPAC ureñaj u sustavu upravljanja distribucijom cementa

Električna shema lokalnog upravljanja dvosmjernog motora

klapne

Lokalne upravljačke

kutijesa tipkalima za lokalno

ručno pokretanje pogona

sa servisnim prekidačima

za prekid dovoda

el.energije do motora

8

- DeviceNet je otvorena komunikacijska mreža napravljena da na najjednostavniji način poveže ureñaje za automatizaciju na najnižoj industrijskoj razini (pogonskoj razini) te korisniku pruži mogućnost nadzora i kontrole sa viših nivoa SCADA sustava.

Industrijska računalna mreža DeviceNetIndustrijska računalna mreža DeviceNet

- Voñenjem napajanja uz komunikaciju dobivena je mogućnost spajanja ureñaja bez vlastitog izvora napajanja, a s time se znatno smanjilo ožičenje i svi oni problemi koji dolaze kada se radi sa provlačenjem signalnih vodiča kroz pogon.

- DeviceNet fizička topologija je toplogija zajedničke sabirnice. Sabirnica ili prijenosna linija (bijela i plava žica) osnova je mreže i mora biti terminirana na svakom od svojih krajeva s otpornikom (121 ohm, 1%, ¼ W).

Industrijska računalna mreža DeviceNetIndustrijska računalna mreža DeviceNet

Brzina

prijenosa

podataka

[kbit/s]

Duljina

prijenosne

linije [m]

Max.

Duljina

ogranka

[m]

Max.

broj

ureñaja

Kumulativna duljina

ogranka [m]

125 750 6 64 156

250 420 6 64 78

500 200 6 64 39

9

Svojstva šaržnih procesa su sljedeća:

- slijedom operacija proizvodi se odreñena količina proizvoda tzv. šarža,

- slijed operacija se ponavlja,

- podatke o postupku proizvodnje daje recept koji se često mijenja,

- bave se diskretnim količinama sirovina ili proizvoda te dozvoljavaju njihovo konstantno praćenje,

- mogu proizvoditi više proizvoda istovremeno ukoliko su proizvodi odvojeni rasporedom opreme,

- obično se sastoje od koraka koji mogu podbaciti,

- te posjeduju posebne korake koji se vrše u takvim slučajevima.

Šaržni procesiŠaržni procesi

Priroda koraka uključenih u šaržnim procesima je sljedeća:

- svaki korak prema svom opsegu može biti jednostavan ili kompliciran te sastavljen od jedne ili više operacija,

- u većini slučajeva svaki korak mora biti završen kako bi bio uspješan,

- u nekim koracima je potrebno zatražiti dozvolu operatera procesa kako bi se prethodni korak napustio i prešlo se u sljedeći,

- često postoje posebne mjere koje se poduzimaju za izlaz iz pojedinih koraka procesa. Pokreću se intervencijama operatera procesa, u slučajevima kada su

Šaržni procesiŠaržni procesi

primijećeni kvarovi opreme ili potencijalne opasne situacije, ovisno o receptu koji se primjenjuje pojedini koraci mogu biti preskočeni,

- procesnim operacijama obično upravljaju recepti ali oni ipak mogu biti promjenjeni od strane operatera u ručnom radu sustava.

10

- U prvom dokumentu standarda navedne su sljedeće četiri vrste modela:

Nastanak S88 standardaNastanak S88 standarda

– Fizički model: služi za definiranje hijerarhije opreme korištene za

šaržnu proizvodnju u procesima i postrojenjima.

– Model proceduralnog upravljanja: služi za definiranje upravljanja

koje omogućuje opremi da obavlja zadatke.

– Procesni model: služi za definiranje

rezultata obavljanja proceduralnog

upravljanja na opremi u šaržnom

procesu.

– Model upravljačkih aktivnosti: služi

za definiranje odnosa izmeñu raznih

upravljačkih aktivnosti potrebnih u

šaržnom procesu.

- Prema S88 standardu stanja su takoñer svojstvena entitetimaopreme i proceduralnim elementima.

- Način izvoñenja operacije unutar jedinice, njihovo trenutno stanjete prelazak iz jednog stanja u drugo su definirani prijelaznimdijagramom.

Dijagram prijelaza izmeñu stanjaDijagram prijelaza izmeñu stanja jedinicajedinica

- Svaka jedinica može utoku izvoñenja pojedineoperacije biti u više stanjačiji su meñusobni odnosiprikazani dijagramomprijelaza izmeñu stanja.

- Standardom su dopušteneodreñene modifikacijeovog dijagrama.

11

- FactoryTalkTM (dalje FT) je programska platforma razvijena kaotemelj sustava potpune integracije svih programskih alata koji sekoriste u kreiranju nadzorno – upravljačkih, te ostalih specifičnihaplikacija, s Allen Bradley i ostalom industrijskom računalnomopremom.

- Centralni servis se naziva FactoryTalk Directory i ima ulogudijeljenja svih resursa izmeñu programskih dijelova platformeFactoryTalk unutar zatvorene upravljačke cjeline bilo da se oninalaze na jednom računalu ili u distribuiranom računalnomsustavu.

Programska platforma FactoryTalkProgramska platforma FactoryTalk

Rad FT Directory servisa u FT mrežnoj aplikaciji

- Pristup razvoju upravljačkih sustava sa RSLogix 5000 omogućujeda se pisanje upravljačkog programa može započeti prije samogprojektiranja elektro-upravljačkih razdjelnika.

- Tijekom pisanja programa se koriste oznake kreirane premapotrebama ureñaja, a fizičke U/I adrese tih ureñaja se oznakamadodijele tek kada je hardverski odjel završio svoj dio posla.

Programski editor RSLogix 5000Programski editor RSLogix 5000

12

- Na slici je prikazana je struktura korištenog upravljačkog sustava automatizacije u ovom radu.

Pristup izgradnji programske podrške prema S88 standarduPristup izgradnji programske podrške prema S88 standardu

- U programiranje jedinica (dalje Unit) upravljačkog sustava kreće se od RSLogix 5000 projekta u koji su prethodno prenesni podaci iz excel dokumenta.

Programiranje Programiranje jedinicajedinica sustavasustava u RSLogix 5000u RSLogix 5000

Upravljački program

Unit

Punjenje silosa

linija 1

Punjenje silosa

linija 2

Otprašivanje

silosa br. 7

Pražnjenje silosa

br. 9

Punjenje

autocisterne A

ROP

Startna pozicija

linije punjenja 2

Otvaranje

transportnog puta

Punjenje silosa

Zaustavljanje

procesa punjenja

Faza

Start otprašivanja

silosa

Odabir silosa

punjenja

Start otprašivanja

putanje

Start elevatora i

kompresora

- U spremljenom RSLogix 5000 projektu se dalje prema funkcionalnom opisu rada sustava dobivenom od tehnologa procesa programiraju ROP-ovi i faze pripadajućih procesnih jedinica (Unit-a).

13

Primjer komponenta motora (CM02) u SCADA aplikacijiPrimjer komponenta motora (CM02) u SCADA aplikaciji- Za svaku komponentu koja se koristi u SCADA postoje četiri režima

rada:

– Automatski - objekt prima upravljačke komande od strane programa u

PAC ureñaju i operater nema kontrolu nad njime.

– Ručni - objekt prima upravljačke komande od strane operatera sa

SCADA sustava, a ignorira komande od strane programa u PAC

ureñaju.

– Lokalni - objekt prima upravljačke komande sa lokalnih upravljačkih

mjesta u pogonu.

– Mod održavanja - objekt ignorira sve komande i ne prikazuje se alarmi u

sustavu.

Boje za prikaz trenutnog statusa

motora

Prikaz načina rada motora

Postupak izrade i korištenje SCADA sustavaPostupak izrade i korištenje SCADA sustava..

Operaterski ekran sa prikazom punjenja silosa cementa iz sve tri linije

14

Prikaz trendova pojedinih procesaPrikaz trendova pojedinih procesa- Trend prikazuje postupak razrahljivanja (aretacije) cementa u silosu

br.8. da bi isti mogao lakše i u cijelosti izlaziti iz komore silosa.

Trend rada razrahljivanja cementa u silosu br. 8.

Hvala na pažnji.Hvala na pažnji.

•• Kontakt adresa:Kontakt adresa:

•• Tehničko veleučilište u ZagrebuTehničko veleučilište u Zagrebu

•• Elektrotehnički odjel Elektrotehnički odjel

•• Konavoska 2, 10000 Zagreb, HrvatskaKonavoska 2, 10000 Zagreb, Hrvatska

•• mr.sc. Goran Malčić, v.pred.mr.sc. Goran Malčić, v.pred. goran.malcic@tvz.hrgoran.malcic@tvz.hr