Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ современного состояния технологий и оборудования для производства сока 12
1.1 Характеристика ананасового сока 12
1.1.1 Общая характеристика ананасов, используемых при переработке (степень зрелости, химический состав, и т.д) 12
1.2 Описание начальных стадий процесса производства ананасового сока (мойка и прессование) 18
1.3 Описание имеющихся установок и оборудования для производства сока. 24
1.4 Анализ современного уровня автоматизации производства соков 29
1.5 Постановка задачи исследования 37
Выводы по главе 1 43
2 Математическая модель процесса производства ананасового сока 44
2.1 Выбор способа представления модели объектов управления 45
2.1.1 Общие положения .45
2.1.2 Структурная идентификация установки для производства ананасового соков 47
2.2 Моделирование процесса резания ананаса дисковым ножом 49
2.2.1 Обзор основных исследований по теории резания 49
2.2.2 Математическая модель процесса очистки ананасов дисковым ножом 58
2.2.3 Определение кинематических параметров процесса очистки ананасов 59
2.2.4 Определение удельной движущей силы резания элементарного ножа 60
2.2.5 Расчет суммарных составляющих сил и моментов, приложенных к кромочной части дискового ножа 67
2.2.6 Определение момента сил трения разрезаемого ананаса о боковые поверхности дискового ножа 68
2.3 Моделирование процесса прессования плодов ананаса 69
2.4 Получение экспериментальной математической модели динамики шнекового пресса 75
Выводы по главе 2 79
3 Автоматизация процесса прессования для производства ананасового сока 80
3.1 Оптимизация параметров системы стабилизации давления при производстве ананасового сока 80
3.1.1 Метод обобщённой линеаризация последовательно включенных нелинейностей 81
3.1.2 Расчет параметров автоколебаний в системе стабилизации давления в шнековом прессе при использовании релейного регулятора 84
3.1.3 Расчет оптимальных параметров регулятора в системе стабилизации давления в шнековом прессе при использовании существующего регулятора 87
3.1.4 Особенности реализации цифровых законов управления при использовании сервомоторов постоянной скорости 90
3.2 Расчет оптимальных параметров цифрового регулятора, работающего в комплекте с сервомотором постоянной скорости 95
3.3 Получение передаточной функции приведенной непрерывной части цифровой САУ 98
3.4 Расчет цифровой системы на устойчивость по критерию Джури 101
Выводы по главе 3 106
4. Техническая реализация системы автоматического управления процессами производства сока 107
4.1 Описание установки для производства ананасового сока 107
4.2 Новый способ подготовки ананасов для приготовления сока 108
4.3 Исследование технических свойств системы автоматического управления 112
4.3.1 Выбор измерительного преобразователя расхода сока 112
4.3.2 Разработка и исследование измерительной системы подачи ананасов в пресс 115
4.3.3 Разработка системы измерения основных параметров в комбинированном устройстве дробления и прессования 117
4.3.4 Разработка и исследование системы контроллеров управления и операторского пункта 120
4.4 Структура и состав АСУ ТП 124
4.5 Описание алгоритма работы АСУ ТП 128
Выводы по главе 4 131
Заключение и выводы по работе в целом 132
Библиографический список 134
Приложение А 142
Приложение Б 143
Приложение В 144-149
- Описание начальных стадий процесса производства ананасового сока (мойка и прессование)
- Моделирование процесса прессования плодов ананаса
- Особенности реализации цифровых законов управления при использовании сервомоторов постоянной скорости
- Разработка и исследование системы контроллеров управления и операторского пункта
Введение к работе
Актуальность работы. Программа развития Федеративной республики Нигерии в последние несколько лет направлена на создание и развитие аграрных предприятий (особенно малого и среднего бизнеса) использующих современные технологии. Развитие данной отрасли связано с более качественной переработкой сырья, увеличением объемов производства, сокращением доли ручного труда. Все это невозможно без автоматизированного контроля и управления основными технологическими процессами на предприятии.
В Нигерии одним из основных культивируемых фруктов является ананас. Нигерия - главный производитель ананаса на африканском континенте и занимает 8-ое место в мире по производству ананасов. Однако доходы бюджета страны от экспорта ананасового сока весьма незначительны, что объясняется низким уровнем автоматизации производства сока в стране, а следовательно и невысоким качеством продукта. Низкий уровень автоматизации, с одной стороны, приводит к значительной доле ручного труда, а с другой стороны – ставит в зависимость от умений, навыков, опыта обслуживающего персонала точность ведения процесса, и, как следствие, качество продукции. Развитие данной отрасли связано с более качественной переработкой сырья, увеличением объемов производства, сокращением доли ручного труда. Все это невозможно без автоматизированного контроля и управления основными технологическими процессами на предприятии.
Разработка и использование эффективных систем сдерживалась отсутствием адекватных динамических моделей, недостаточной изученностью процессов производства ананасового сока как объектов управления вследствие существенного запаздывания, наличия неконтролируемых возмущений и аппаратной базы, при которой практическая реализация эффективных алгоритмов управления либо была принципиально невозможной, либо могла быть достигнута ценой неприемлемых затрат. Появление средств микропроцессорной техники и их эволюционное обновление на развивающемся рынке технологий автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) создают все предпосылки для применения динамических моделей объектов в системах автоматического управления (САУ) процессами производства ананасового сока.
Обзор научно-технической литературы показал, что до настоящего времени не было научных работ, посвященных комплексной автоматизации производства ананасового сока.
Проблеме повышения эффективности сельскохозяйственных процессов на основе новых технологических приемов, синтеза систем с использованием методов математического моделирования, идентификации и адаптивного управления посвящены научные исследования ученых Балакирева В.С., Борзенко, И.М, Изерман Р., Bates R. P., Downes J.W., FEY J.J.H., Shinners S. M, Даурского А.Н., Дорменко В.В., Карпов В.И., Молчанов А.М., Понтрягин Л.С., Романов А.А., Солодовников В.В., Стефани Е.П., Таубман Е. И., Цейтлин В.Г., Цыпкин Я.З., и других. Однако отсутствие системного подхода к исследованию и методологических подходов к созданию и управлению САУ процессом предварительной обработки и прессования ананасов при производстве сока снижают эффективность решений задач по автоматизации процессов производства сока и делают указанную проблему весьма актуальной.
Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления кафедры Автоматизации производственных процессов (АПП) ГОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» (КубГТУ) «Автоматизированное управление техническими и технологическими объектами».
Целью диссертационной работы является оптимизация процессов предварительной обработки и прессования ананасов при производстве сока за счет автоматизированного управления.
Для достижения поставленной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:
- систематизация и сравнительный анализ оборудования и АСУ процессом производства сока;
- структурная идентификация объекта исследования и разработка математической модели процесса резания и прессования при производстве сока;
- постановка и решение задачи оптимального управления процессом производства сока;
- техническая реализация модернизированной системы управления процессом производства сока.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
- разработана математическая модель процесса очистки ананасов дисковым ножом;
- разработана математическая модель процесса прессования ананасов в шнековом прессе;
- поставлена и решена задача оптимального управления шнековым прессом;
Практическая ценность работы состоит в экспериментальном нахождении значения величины коэффициента возврата для шнекового пресса Bucher HP5000 при производстве ананасового сока, а также в разработке и внедрении комплекса технических решений по автоматизации технологических процессов производства сока, а именно: в разработке трехуровневой АСУ процессом производства сока; в создании и технической реализации способа автоматического контроля процесса извлечения сока; в определении рекомендаций для эффективной реализации цифрового управления стабилизацией давления при производстве сока в случае использования сервомотора постоянной скорости; в описании алгоритма реализации цифрового закона управления.
На защиту выносятся:
- математическая модель процесса очистки ананасов дисковым ножом;
- математическая модель процесса прессования ананасов в шнековом прессе;
- методологический подход к выбору оптимального управления процессом производства ананасового сока;
- технические решения, принятые при реализации автоматизированной системы для производства ананасового сока.
Методы исследований. Для решения поставленных в работе научных задач были использованы методы теории автоматического управления, статистического анализа данных, математического и имитационного моделирования и современные комплексы программ. Полученные данные проверялись экспериментально в лабораторных и производственных условиях.
Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной работе теоретических результатов и формулируемых на их основе выводов обеспечивается строгостью производимых математических выкладок, базирующихся на аппарате теории автоматического управления, имеющего под собой достаточно жесткую математическую основу. Справедливость выводов относительно предложенной системы управления и алгоритмов управления подтверждена математическим моделированием и численным определением параметров модели объекта и алгоритмов идентификации с помощью экспериментальных данных промышленного процесса производства сока.
Основными статьями экономической эффективности исследуемой системы являются увеличение объемов производства без изменения имеющихся на заводе мощностей (до 24 %) и сокращение потерь от брака на 4 %.
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры автоматизации производственных процессов ГОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет».
Публикации. По результатам исследований опубликованы 5 статей, из них 3 – в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК России для публикаций научных работ, 1 статья в региональном журнале и 1 статья в электронном журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы составляет 149 страниц, в том числе 31 рисунка, 6 таблицы и 3 страниц приложения. Список использованных источников включает 115 наименование.
Описание начальных стадий процесса производства ананасового сока (мойка и прессование)
Сок готовят из ананасов разных сортов и разной степени хрелости, поэтому по химическому составу ананасовые соки могут значительно различаться, хотя большинство промышленных сортов ананаса имеет незначительный диапазон содержания сухих веществ (19...21%) и органических кислот (0,3...0,6%), а также примерно одинаково богаты витаминами.
Основная задача установки для производства сока заключается в том, чтобы произведенный фруктовый сок был максимально приближен по вкусовым, цветовым и ароматическим свойствам к свежевыжатому соку. Свежевыжатый фруктовый сок является напитком с показателем рН = 3.5-4 и содержит минеральные вещества, ферментированные дрожжи и целый ряд бактерий [20],[21]. Чтобы сохранить полезные свойства сока и увеличить срок его хранения используется процесс пастеризации. Цвет сока и количество витамина С может значительно ухудшиться в результате действия кислой среды. Чтобы избежать этого, сок подвергается деаэрации. Также качество сока заметно снижается при хранении при температуре ниже - 18 С [21],[23],[24].
Для перехода от фрукта к соку необходимо осуществить множество технологических операций, которые показаны в таблице 1.4. На рисунке 1.2 показана структура технологического производства ананасового сока.
Очистка сырья при переработке плодов и овощей преимущественно осуществляется с использованием воды [22]. Несколько стадий моечных и ополаскивающих операций обеспечивают удаление таких материалов, как:
1. Микроорганизмы.
2. Почва.
3. Яйца и фрагменты насекомых.
4. Химические остатки, такие как инсектицидный дуст и раствор для опрыскивания.
5. Органический мусор, такой как листья и стебли или частицы продукта.
Моечные и ополаскивающие операции являются основным источником потребления воды при производстве сока. Объём воды, используемой для мойки, колеблется в широких пределах, не только в зависимости от вида продукции, но также и в пределах одного вида продукции - от одного перерабатывающего предприятия к другому.
Методы мойки варьируются в зависимости от вида продукции. Самым подходящим методом мойки ананасов может быть струйный тип мойки, устанавливаемой над конвейерами. Она совмещается с щеточными моечными машинами, состоящими из вращающихся щёток, которые чистят соприкасающуюся с ними поверхность плодов [22].
Струйные мойки широко используются для промывки исходного продукта.
Основным назначением струйной мойки является использование воды таким образом, чтобы полностью и эффективно удалить нежелательные вещества с исходного продукта. Поэтому наиболее важно, каким образом используется вода в соответствии с типом разбрызгивающих насадок и их расстановкой с точки зрения физики; количество же используемой воды второстепенно.
Очищающее действие воды определяется количеством энергии, передаваемой водой поверхности исходного продукта. Столкновение воды с поверхностью на высокой скорости обладает большим очищающим действием, чем большие объёмы воды, просто стекающие на ту же поверхность. Чтобы достигнуть максимальной очищающей эффективности воды при использовании _ в струйном моечном оборудовании, необходимо тщательно проработать вопрос подбора и расположения разбрызгивающих насадок.
Предпочтение обычно отдаётся разбрызгивающим насадкам, подающим малый объём воды на большой скорости. Насадки, подающие струю плоской, веерообразной формы вполне подходят и являются наиболее эффективными в случае объединения их в блоки.
Эксплуатацию насадок следует осуществлять в пределах расчётного диапазона давления воды; слишком высокое или слишком низкое рабочее давление подобранных насадок снизит их производительность. При установке насадок чересчур высоко над продуктом энергия воды частично рассеется, что приведёт к менее эффективной очистке. На каждом моечном устройстве насадки следует расположить с такими промежутками, чтобы струи воды не слишком пересекались, что может привести к чрезмерному расходу воды. Насадки по краям каждого моечного устройства не стоит располагать с такими же промежутками, так как это вызовет потери неиспользованной воды по обеим сторонам мойки. Устройство, применяемое для мойки ананасов изображено на рис. 1.3
На эффективность очистки влияет тип конвейера, используемый в оборудовании для струйной мойки. Самыми эффективными считаются роликовые конвейеры. Вращающиеся ролики поворачивают исходный продукт, подставляя, таким образом, всю его поверхность под распыляемую воду и позволяют одновременно мусору, песку и другим посторонним веществам быть вымытыми между роликами. Лента конвейера изготавливается из стальной сетки, имеющей отверстия определенного размера.
Существует два способа использования воды, применяемой в процессе мойки: она может быть либо использована повторно внутри системы, из которой она была получена (например, может быть рециркулирована), либо использована для какой-либо другой операции. Пригодность такой воды для использования при какой-либо операции определяется качеством воды, требуемым для такой операции.
Для извлечения сока из подготовленной мезги плодов применяют прессование, центрифугирование, диффузию и т.д. Основной способ извлечения сока из плодов и ягод - прессование - состоит в давлении на мезгу. Основная функция пресса заключается не в раздавливании растительной ткани, не в повреждении биомембран клеточной структуры, а в выдавливании сока, уже выделившегося из повреждённых в процессе предварительной обработки клеток. Пресс не предназначен для выделения сока из клеток, а служит для отделения жидкой фазы мезги - сока, вытекающего из разорванных ещё до начала прессования клеток. Высокий процент выхода сока зависит главным образом от надлежащей предварительной обработки сырья. Для прессования применяют различные по конструкции и принципу действия прессы, которые могут быть непрерывного (шнековые, ленточные) и периодического (пакетные, корзиночные) действия. В пакетных прессах мезгу слоем 6...8 мм заворачивают в салфетки (пакеты) из прочной ткани. Пакеты укладывают на платформе один на другой с прокладкой между ними деревянных плиток. Сверху пакеты укрепляют прессующей плитой. Платформа с пакетами поднимается под прессующую плиту плунжером. Гидравлический корзиночный пресс фирмы «Бухер» представляет собой сплошной цилиндр, закрытый с двух сторон дисками, один из которых приводится в движение гидравлической системой, второй неподвижен. Между дисками размещена дренажная система из гибких желобчатых стержней, покрытых снаружи тканью. Мезга подаётся насосом через трубопровод внутрь цилиндра и заполняет пространство между стержнями. После заполнения корзины подвижный диск двигается внутрь корзины и давит на мезгу. Выделяющийся сок проходит через фильтрующую ткань и по желобкам стержней стекает в общий трубопровод. При сближении дисков стержни сгибаются.
Моделирование процесса прессования плодов ананаса
После осуществления процесса резки плодов ананаса следующей стадией процесса производства ананасового сока является прессование ананасов с целью получения сока. Как показано в главе 1 настоящего исследования, в пищевой технологии для получения ананасового сока в настоящее время используют шнековые прессы. Основным рабочим органом шнекового пресса является шнековый вал (шнек), собранный из отдельных витков, насаженных на общий вал. Шнековый вал установлен в цилиндре особой конструкции -зеерном барабане. Благодаря уменьшению объема витка материал, находящийся в нем, подвергается сжатию, которое возрастает по мере продвижения материала к выходу. Под давлением сок из плодов отжимается, проходит сквозь зеерный барабан и собирается в поддон. Шнековым валом жмых через регулирующее устройство выталкивается из зеера.
Выделение сока из плодов - это процесс, происходящий во времени: чем больше времени давление будет действовать на ананас, тем более длительный период времени сок будет стекать, тем ниже сокосодержание жмыха. Однако, при управлении процессом прессования следует помнить, что в случае, если сокосодержание жмыха не превьппает 6 %, дальнейшнее прессование не рекомендуется в связи с приданием полученному соку характерной горчинки, снижающей вкусовые качества ананасового сока.
Количество выделяющегося при прессовании сока составляет 45-55 % от массы приходящего продукта [15],[44]. Таким образом можно принять GXM =GC. Величина є не поддается инструментальным измерениям, поэтому целесообразно заменить ее в (2.47) величиной давления р в барабане, воспользовавшись зависимостью P = 25ks5 5, (2.48) где к - опытный коэффициент, зависящий от сокосодержания и температуры ананасов.
Для упрощения расчетов можно предположить, что в области малых отклонений переменных зависимость (2.47) может быть линеаризована Ає = (дє/др) Ар, (2.49) где дє/dp определяется как постоянный коэффициент из уравнения (2.48).
Производительность шнека G = Vpnp, (2.50) где Vp= я-D s/4 - объем витка шнека; D - диаметр витка шнека; s - шаг витка шнека; п - частота вращения; р - плотность материала.
Так как у шнекового вала диаметр и шаг переменные, то определение производительности несколько усложняется. Если первый виток захватит определенный объем ананасов, то он передаст его на второй виток и последующие. Следовательно, первый виток определяет производительность шнекового пресса.
Величина TTD2 /4 есть площадь проекции витка на вертикальную ось. Чтобы предотвратить проворачивание материала вместе со шнеком, шаг витка, сделан неполным и в зазор вставляются специальные ножи, увеличивающие сопротивление материала проворачиванию. Таким образом, на торце витка образуется ничем не перекрытый центральный угол. Поэтому в выражение для объема необходимо подставить не шаг витка s, а его длину L, так как из-за центрального угла длина и шаг шнекового вала не совпадают и, следовательно, при проворачивании вала на один оборот материал перемещается только на длину витка.
Если в выражении для объема D витка заменим на D зеера, то получим объем зеерной камеры V2 = rD32L/4. (2.51)
Однако в объеме зеерной камеры находится сам виток, следовательно, часть объема зеерной камеры поступающими ананасами не используется. Учесть это можно с помощью коэффициента заполнения ф: V2 = я 032Ц1-ф)/4, (2.52) где ф = Vp/ V2 - коэффициент заполнения. Следовательно, в выражении (2.50) вместо Vp необходимо использовать V2. _
Особенностью рассматриваемого пресса является то, что идеальное линейное движение материала в нем не соблюдается. Это объясняется проворачиванием ананасов вместе с валом, наличием зазоров между шнековым валом и барабаном (2-3 мм) и ничем не перекрытого центрального угла для установки "ножей. В связи с этим часть материала возвращается назад, переходя через нитки витка и центральный угол.
Для учета этого явления В.А.Масликовым предложено в выражение для расхода ввести коэффициент возврата кв. Этот коэффициент показывает, какая часть мезги из общего потока переходит через нитку витка. Теоретически рассчитать его нельзя, он определяется экспериментально расчетным путем. Для этого на заводе по производству сока, расположенному в свободной экономической зоне г. Калабар (Нигерия) нами был произведен эксперимент, целью которого было определение коэффициента возврата. В связи с тем, что величина коэффициента возврата зависит от размера выходной щели, а следовательно и от типа шнекового пресса, полученные экспериментальные данные справедливы только для шнекового пресса типа Bucher НР5000. Результаты эксперимента приведены в таблице 2.1.
Из таблицы 2.1. видно, что значение коэффициента возврата меняется от партии к партии и зависит от характеристик ананаса, которые не подлежат инструментальной поверке. Однако, значение коэффициента возврата лежит в диапазоне 0.05-0.10, при этом среднее значение коэффициента возврата, полученное в результате 30 опытов равно 0.078.
Уравнение (2.59) имеет конкретную физическую интерпретацию. С увеличением ширины выходной щели ju і давление в зеерном барабане уменьшается, так как коэффициент kj отрицательный. С увеличением частоты вращения шнекового вала давление также уменьшается за счет увеличения проскальзывания.
Уравнение динамики шнекового пресса (2.59), полученное на основе ряда упрощающих допущений, отражает истинную картину процесса весьма приближенно. В качестве регулируемой величины давление в барабане принято как реальная физическая величина, практическое измерение которой не встречает особых затруднений. Другие величины (степень сжатия, плотность, сокосодержание) не могут быть использованы из-за отсутствия необходимых средств контроля. Т.е данная модель является теоретической и не может служить инструментом для точного описания процесса производства ананасового сока. Однако, получение данной математической модели было необходимо для того, чобы сделать вывод о том, что .шнековый пресс как объект автоматизации при производстве ананасового сока по каналам регулирующих воздействий (jui, JU2) обладает одной постоянной времени, но разными коэффициентами усиления.
Особенности реализации цифровых законов управления при использовании сервомоторов постоянной скорости
Широкое распространение при автоматизации производственных процессов имеют цифровые системы, использующие в качестве исполнительного механизма сервомотор постоянной скорости. Расчет таких цифровых систем является сложной задачей. Это связано с тем, что в системах управления, использующих сервомоторы постоянной скорости нельзя обеспечить амплитудно-импульсную модуляцию из-за ограничений на величину управляющего сигнала, а также частого отсутствия фиксаторов нулевого или других порядков.
Наиболее распространенным вариантом реализации управляющих воздействий является вариант, при котором роль фиксатора нулевого порядка выполняет выходной триггер, включающий пусковую аппаратуру электрического исполнительного механизма постоянной скорости. При этом изменяется не амплитуда выходного сигнала цифрового регулятора, реализуемого алгоритмически, а длительность включения выходного триггера.
Строго говоря, замена амплитудно-импульсной модуляции первого рода широтно-импульсной и применение сервомотора постоянной скорости переводит рассматриваемую систему из класса линейных в класс нелинейных цифровых систем.
Для расчета цифровой системы управления не имеет значения место задержки сигнала на такт, поэтому его можно отнести к объекту управления, предполагая закон управления идеальным (без сдвига).
Программная реализация закона управления должна проводиться с учетом ограничения на величину управляющего воздействия, что эквивалентно уменьшению общего коэффициента усиления цифрового фильтра и не должна приводить к потере устойчивости. Проверка устойчивости должна проводиться при отсутствии ограничения на управляющее воздействие.
Цифровой фильтр воздействует на исполнительный механизм постоянной скорости, работающий в режиме включений и отключений при компенсации возмущений и перемещающийся в одну и ту же сторону, т.е. в скользящем режиме. Это обстоятельство позволяет рассматривать его как идеальное интегрирующее звено с z-передаточной функцией, которую легко получить из соотношений.
В процессе реализации цифрового управления при наличии сервомотора постоянной скорости следует учитывать следующие обстоятельства:
1) для реализации закона управления необходимо ставить сглаживающий фильтр (например, методом скользящего среднего) ошибки управления и использовать сглаженные значения;
2) релейный триггер, включающий исполнительный механизм, должен иметь достаточную зону нечувствительности, чтобы исключить появление автоколебаний в системе управления;
3) минимальное время включения исполнительного механизма должно обеспечивать перемещение сервомотора на 1-2 процента его максимального хода;
4) период дискретности Т следует выбирать таким, чтобы в режиме нормальной работы компенсация возмущений проходила включениями исполнительного механизма на время не превышающее 0,5Т.
Таким образом, реализация цифрового закона управления должна проводиться по следующему алгоритму:
1) отнеся сервомотор постоянной скорости к объекту управления и считая его идеальным интегрирующим звеним, произвести расчет оптимальных параметров непрерывного регулятора с желаемым законом управления;
2) найти период квантования цифрового регулятора, обеспечивающий отсутствие потери информации в системе управления.
Разработка и исследование системы контроллеров управления и операторского пункта
При построении системы управления были проведены исследования программируемых логических контроллеров, позволяющих реализовать необходимые технологические алгоритмы. Были исследованы как российские производители, так и зарубежные. При исследовании особое внимание уделялось возможностям математического аппарата контроллера, его надежности (опыт эксплуатации на уже существующих объектах), функциональным возможностям, связанным с большим количеством входных сигналов и сигналов управления, возможностям диспетчеризации и связи с программными продуктами верхнего уровня, стоимости, развитости технической поддержки данного оборудования, а также на наличие необходимых сертификатов. Исследования показали, что наиболее полно данным параметрам соответствует система управления, построенняа на базе программируемого логического контроллера ADAM. Устройства серии ADAM-5000, предназначенные для построения территориально-распределенных систем сбора данных и управления, обеспечивают выполнение следующих функций:
аналоговый ввод-вывод,
дискретный ввод-вывод,
первичное преобразование информации, прием команд от удаленной вычислительной-системы и передача jg jee anpec .преобразованных данных .о, использованием интерфейса RS-485.
ADAM-5000 состоит из трех модульных компонентов: процессор, кросс-плата, модули ввода-вывода. Каждое устройство может содержать до 4 модулей (64 канала ввода-вывода). Имеется возможность гибкого конфигурирования системы и входящих в ее состав устройств в зависимости от количества и вида контролируемых параметров, а также от расположения контролируемых объектов. Устройства серии ADAM-5000 могут объединяться в многоточечную сеть на базе интерфейса RS-485, управляемую центральным компьютером. Применение локально устанавливаемых модулей ввода-вывода позволяет существенно снизить затраты на монтаж, а также обеспечивает повышенные удобства в процессе обслуживания. Каждая система ADAM-5000 использует 2-проводную линию для связи с управляющим компьютером по мультиабонентским сетям на базе интерфейса RS-485. Благодаря использованию символьного протокола обмена в качестве управляющей может быть применена любая вычислительная платформа. Повышенные удобства монтажа и простота изменения конфигурации устройства обеспечены применением специальной объединительной панели, предназначенной для установки модулей. Кроме того, имеется возможность установки на отдельную панель или на DIN-рельс. Для подключения источников сигналов используется терминальный соединитель с винтовой фиксацией, обеспечивающий возможность оперативного присоединения и повышенные удобства при обслуживании. Особенностями ADAM-5000 являются:
Подключение до 256 систем к одному последовательному порту
До 64 каналов цифрового ввода-вывода или 32 аналоговых канала на ADAM-5000
Удаленная настройка диапазонов и типов входных аналоговых сигналов
Гальваноразвязка по входу/выходу/питанию и контроль с помощью сторожевого таймера
Двухпроводные мультиабонентские сети на базе интерфейса RS-485
Протокол обмена на базе ASCII-кодов
Скорость передачи данных до 115 кбод
Напряжение питания от +10 до +30 В
Легкая установка на DIN-рельс или панель
Фронтальное подключение, характерное для программируемых логических контроллеров
Программа настройки включена в комплект поставки Основные области применения контроллера ADAM-5000:
Удаленный сбор данных
Мониторинг процессов
Управление промышленными процессами
Автоматизация лабораторий и помещений
Системы охраны
Учет и управление потреблением энергоносителей
Системы КИА/КЛА и стендовые испытания
Программируемый микроконтроллер ADAM-5510 предназначен для использования в локальных и распределенных системах автоматизации в качестве автономного контроллера. Он обеспечивает прием и выдачу аналоговых и дискретных сигналов, первичное преобразование сигналов по запрограммированным пользователем алгоритмам и обмен информацией по последовательным каналам связи на базе интерфейса RS-485. Контроллер имеет открытую архитектуру и может программироваться как с помощью традиционных языков программирования (С, ассемблер), так и с помощью языков логического программирования в соответствии со стандартом МЭК-61131 (в настоящий момент поддержка ADAM-5510 реализована в системах программирования UltraLogik и Paradym-31). Таким образом, ADAM-5510 удачно сочетает в_себе качества программируемого логического контроллера (PLC) с простой и открытой архитектурой ЮМ PC совместимых компьютеров. Конфигурация ADAM-5510 следующая:
Процессор: 80188, 16-разрядный
Память ОЗУ: 256 кбайт . Флэш-ПЗУ: 256 кбайт
Количество обслуживаемых модулей ввода-вывода: 4
2 последовательных порта: RS-232 и RS-485
Все датчики, подключенные к модулю ADAM-5050 должны выдавать сигналы постоянного тока. Конечные выключатели, датчики уровня сока, автоматические аварийные выключатели подключаются так, что при замыкании датчика на вход канала подается «0» (замкнут на общий повод), в разомкнутом состоянии «1».
Датчик давления в случае снижения контролируемого параметра подает на вход канала сигнал «1», после достижения необходимого значения заново устанавливается «0».Световая индикация реализована схемными средствами, без использования контроллера ADAM-5510. Это обеспечивает независимость от сбоя программы и других факторов.
Для работы системы необходимо наличие трех модулей: ADAM-5013, -5050, -5068, размещение в слотах не фиксируется, система автоматически подстраивается под конфигурацию.
Процессорный модуль обрабатывает все полученные сигналы с модулей ввода, и в соответствии с логической программой, выполняет необходимые операции и расчеты и формирует сигналы на выходных модулях. Данный контроллер по коммуникационному порту, посредством интерфейса RS-232, соединяется с персональным компьютером, находящимся в операторской. Так как расстояние между контроллером и персональным компьютеров составляет порядка 30 м, а интерфейс RS-232 рассчитан на использование до 16 м, то используются преобразователи интерфейсов RS-232/RS-485 1-7520, производства компании ISP DAS. Таким образом, преобразовав сигнал от контроллера RS-232 в сигнал RS-485, а затем, преобразовав обратно в RS-232 возле компьютера и подключив данный сигнал к СОМ-порту персонального компьютера, мы имеем возможность удлинить линию связи до 1200 м. На персональном компьютере рекомендуется установка объектно-ориентированной S САР А-системы MasterS САРА, производства компании Инсат. Данная SCAPA-система позволяет записывать информацию о ходе технологического процесса на компьютер в виде табличных и графических данных
Данное централизованное автоматизированное рабочее место оператора (АРМ) позволяет не только сократить физические трудозатраты оператора, но и вести единую систему учета и анализа, позволяя рассматривать процесс производства ананасового сока как единый объект управления, с последующими исследованиями данного процесса с применением классических методов оптимизации. В результате достигается эффективность работы предприятия в целом, путем объединения технологической системы управления с общей административной системой учета и планирования предприятия.
