Реферати

Реферат: Система Автоматизованого Управління процесу стерилізації биореактора

Від ленінізму до сталинократії. Російська політологія XX в., крім більшовизму, що став пануючої ідеологією радянського періоду, охоплює ще і багато інших напрямків, переважно антикомуністичного, релігійно-консервативного користі.

Пристосування для автоматичних виробництв. Проектування універсально-збірного верстатного пристосування. Опис конструкції допоміжного інструмента. Розрахунок точності елементів пристосування. Розрахунок сил різання, зусилля затиску і затискного механізму. Опис конструкції пристосування.

Координатно-розточувальні верстати. Пристрій і принцип дії широкоуниверсальних координатно-розточувальних верстатів при одиничному і серійному виробництві. Критерії розвитку технічних об'єктів: розрахунок, визначення зміни. Програмне керування шпинделем і різальним інструментом.

Як говорити чоловікам компліменти. Наші сильні чоловіки жити не можуть без "підживлення" нашим схваленням і замилуванням. Тим більше, що комплімент це зовсім не неправда. Це просто невелике перебільшення достоїнств. Чи доброзичлива правда, сказана вчасно.

Роль родини у формуванні потреби в самоствердженні в сільського школяра. Особливості розвитку потреб у самоствердженні в молодшому шкільному віці. Роль взаємин родини в процесі формування потреби в самоствердженні. Дослідження впливу родини у формуванні потреби самоствердження сільського школяра.

Додаток 3

Отказоустойчивоє управління (системи ПАЗ) - TRICON (TRICONEX)

Отказоустойчивая система управління виявляє і компенсує несправні елементи і дозволяє ремонтувати систему під час виконання заданої задачі без переривання процесу.

Системи управління високої надійності, такі як TRICON, використовуються в технологічних процесах з критичними умовами, які пред'являють жорсткі вимоги до безпеки і готовності.

TRICON - це сучасна отказоустойчивая система управління, заснована на архітектурі з потрійним модульним резервуванням (TMR). TMR використовує три ізольовані паралельні системи управління і діагностику, об'єднані в єдину систему. Система, що використовує принцип мажоритарної вибірки "два - з - трьох", забезпечує високу надійність, безпомилковість і безупинне функціонування, і не має жодної слабої ланки.

Сигнали сенсоров у вхідному модулі розділяються і прямують по трьох незалежних і ізольованих каналах до одного з трьох головних процесорів.

Межпроцессорная шина TRIBUS виконує мажоритарну вибірку даних і коректує будь-які розходження вхідних сигналів. Внаслідок цього гарантується, що кожний головний процесор використовує одні і ті ж

вибрані дані для виконання прикладної програми.

Вихідні параметри потім прямують по трьох різних каналах до вихідних модулів, де знову проводиться мажоритарна вибірка для забезпечення надійності. Цифрова мажоритарна вибірка вихідного сигналу здійснюється за допомогою запатентованої схеми збільшеної учетверо вибірки, вибірка аналогового сигналу здійснюється за допомогою аналогового вихідного селектора. Схема із зворотними зв'язками забезпечує кінцеву оцінку стану вихідного сигналу і діагностику прихованих помилок.

Установка і запуск системи TRICON полегшується тим, що потрійна система резервування TMR з точки зору користувача, діє як одна система управління. Користувач встановлює і приєднує датчики і виконавчі механізми до єдиної термінальної точки ланцюга і програмує TRICON за допомогою однієї прикладної програми.

Діагностика кожного незалежного каналу, кожного модульного компонента і кожного функціонального ланцюга дозволяє виявляти помилки

функціонування і повідомляти про них. Вся дана діагностика зберігається як системні змінні, повідомлення виводяться на відповідні светодиодние індикатори (LED) або на контакти тривожної сигналізації. Ця інформація може бути використана в прикладній програмі для зміни дій по управлінню процесом або при технічному обслуговуванні. Всі несправні компоненти можуть бути замінені в оперативному режимі без переривання процесу! Ці особливості TRICON забезпечують найвищу надійність даної системи.

Основні особливості системи TRICON:

відсутність слабих ланок в системі;

можливість функціонування з трьома, двома або однією головними процесорами перед відключенням;

потрійна система резервування;

всеосяжна система діагностики модулів;

простий ремонт модулів в процесі роботи.

Системи TRICON застосовуються в системах протиаварійного захисту (ESD) небезпечних виробництв на нафтохімічних і хімічних заводах; в системах протипожежної безпеки плавучих платформ, казанів в багатьох обробляючих і переробляючих процесах; в управлінні газовими і паровими турбінами.

Високий рівень безпеки TRICON, що забезпечується застосуванням спеціалізованої архітектури і коштів внутрішньої діагностики, відповідає третьому рівню безпечного допуску SIL (Safety Integrity Level), визначеному міжнародним стандартом IEC 61508. Для рівня SIL 3 стандарту IEC 61508 визначені:

імовірність виникнення помилки - від 1.000 до 10.000 років;

готовність - 99.90 - 99.99%.

Також система TRICON сертифікована Асоціацією Технічного Нагляду (Німеччина) (TUV) для використання у виробництвах вимагаючих “German Safety Requirement Class 5 and 6”.

Додаток 4

Польова шина - Fieldbus

Сучасна мікроелектроніка пропонує розробникам технічних інформаційних систем можливість добитися високих характеристик при відносно низькій ціні, дозволяє реалізувати функції автоматики поза блоком центрального процесора, наприклад, в станках, агрегатах, датчиках і виконавчих механізмах [19].

Таке зміщення функціональності у бік периферійного технологічного обладнання (децентралізація) виявило потребу в нових видах комунікацій. Раніше передача і обробка сигналів здійснювалася за рахунок простого включення в процес деякого обчислювача, що автоматизується, однак сьогодні інтелектуальні компоненти процесу, що автоматизується вимагають спеціально розроблених видів зв'язків, діючих в рамках їх власної функціональності. Поява цифрового інтерфейса зробила перехід до локальної мережі майже неминучою. Цей вигляд мережі, функціонуючої на нижньому рівні системи автоматизації безпосередньо поруч з технологічним процесом, отримав назву fieldbus (польова шина, або промислова мережа).

До найбільш відомих і вживаних в світі відкритих промислових мереж відносяться: CAN, LON, PROFIBUS, Interbus-S, FIP, FF, DeviceNET, SDS, ASI, HART і деякі інші. Кожна з перерахованих систем має свої особливості і області застосування. Великі зусилля направлені сьогодні на розробку апаратно-програмних шлюзів (мостів) з одного протоколу в інший. І ці рішення складають окремий сегмент продуктів в області fieldbus-систем.

Метод квалиметрии

Vетод квилиметрії розробив видний російський математик, механік і кораблебудівник академік А. Н. Крилов. Назва методу відбувається від латинських слів qualis - якої за якістю і metreo - вимірювання, тобто вимірювання якості і означає галузь науки, що займається і реалізуючий методи кількісної оцінки якості продукції. У цей час квалиметрия отримала розвиток і визнання у фахівців. Квалиметрию можна розглядати як частина дослідження операцій, об'єднуючу методи кількісного обгрунтування рішень, що приймаються в управлінні і забезпеченні якості як складової важливої частини ефективності продукції на всіх етапах її життєвого циклу - проектування, виробництва і експлуатацій.

Основна суть квалиметрического методу оцінки характеристик логічних контроллерів, що програмуються складається в наступному:

1. Будується дерево властивостей, що показує взаємозв'язки між складними, простими і елементарними властивостями. Дерево властивостей будується відповідно до ряду правил: 1) ознака ділення на властивості повинна бути один і повинен відображати дані однорідні властивості, тобто змішувати різнорідні властивості в групі не можна; 2) зайві, дублюючі властивості не повинні включатися в дерево властивостей; 3) в дерево властивостей повинна бути включене мінімальна кількість властивостей; 4) допускається включати в дерево властивості, які не мають критерію в конкретному вираженні, але важливі для оцінки даного об'єкта. Далі проводиться експертиза дерева властивостей фахівцями на предмет відповідності поставленої задачі квалимитрической оцінці, а також на предмет правильності його побудови. При цьому всі прості і елементарні властивості повинні бути перевірені в частині наявності достовірних порівнянних кількісних показників.

2. Визначення коефіцієнтів вагомості, яке проводиться у відповідності по наступній схемі: 1) з'ясування експертами цільового призначення машини в задачі, що вирішується (оперативне і тактичне призначення машини [10,27] і умови експлуатації [10]); 2) складання індивідуальної анкети для встановлення коефіцієнтів вагомості, що ненормуються по групах, які комплектуються по дереву властивостей; 3) призначення ненормованих коефіцієнтів вагомості (, - число експертів) в групах при умові, що найвищій по значущості властивості експерт призначає коефіцієнт 10 балів, всім іншим встановлюються менші значення коефіцієнтів в залежності від зниження значущості; 4) узгодження думок експертів шляхом обговорень, де усуваються відхилення в оцінці більше за 20% (якщо такі відхилення є, то призначається другий тур експертного опиту за неузгодженими оцінками або проведення узгодження статистичними методами шляхом визначення коефіцієнтів варіації () і середньоквадратичного відхилення (), де - число груп оцінок і відповідне відсівання великих відхилень); 5) складання зведеної анкети зі значеннями даних всіх експертів, по узгоджених ненормованих коефіцієнтах; 6) по заповненій зведеній анкеті визначаються нормовані коефіцієнти вагомості в наступній послідовності: 6.1) визначення середньоарифметичного значення групових ненормованих коефіцієнтів; 6.2) визначення суми всіх середніх групових ненормованих коефіцієнтів в кожній групі; 6.3) визначення групових нормованих коефіцієнтів, де;

6.4) визначення коефіцієнтів вагомості простих і елементарних властивостей в загальній системі якостей, які виходять перемноженням групових коефіцієнтів, що становлять гілку дерева по горизонталі, де - число елементів по горизонталі в групі; 6.5) перевірка правильності розрахунків, згідно з якою сума всіх коефіцієнтів вагомості в кожному рівні повинна бути рівна одиниці.

3. Визначення базових і екстремальних абсолютних показників свойствсводится до знаходження максимального (найкращого - базового ) і мінімального (найгіршого - екстремального ) значення оцінних показників. Значення поточних оцінних показників повинні лежати в діапазоні .

4. Оцінка якості і аналіз результатовпроизводится на заключному етапі по наступній схемі: 1) визначаються відносні значення всіх елементарних властивостей по формулі; 2) обчислюється інтегральна оцінка (інтегральна якість), як. Об'єкт порівняння, у якого інтегральний показник більше, вважається кращим. Автор роботи [25] вказує, що за результатами розрахунку можна отримати багато кількісної інформації: по-перше, можна встановити, яка машина краще і наскільки; по-друге, можна визначити показники, по яких одна машина перевершує іншу; по-третє, наскільки кожна машина поступається ідеальній по технічному рівню машині, у якої загальної показник оцінки абсолютно ідеальний.

Як помічає сам автор [25]: «... достовірність результатів розрахунків квалиметрическим методом залежить багато в чому від компетентності осіб, вирішальних задачу, наскільки глибоко і широко вони знають теоретично і практично предмет, що відноситься до задачі, що вирішується ».

Методика вибору ПЛК

Враховуючи специфіку пристроїв, критерії оцінки можна розділити на три групи, зображені на дереві характеристик ПЛК (мал. 6.2):

Рис. 6.2. Дерево характеристик ПЛК

технічні характеристики;

експлуатаційні характеристики;

споживчі властивості.

При цьому критеріями вибору вважати споживчі властивості, т. е. співвідношення показників витрати/продуктивності/надійності, а технічні і експлуатаційні характеристики обмеженнями для процедури вибору.

Крім того, необхідно розділити характеристики на прямі (для яких позитивним результатом є її збільшення) і зворотні (для яких позитивним результатом є її зменшення).

Оскільки характеристики між собою конфліктні, т. е. поліпшення однієї характеристики майже завжди приводить до погіршення інший, необхідно для кожної характеристики визначити ваговий коефіцієнт, що враховує міру впливу даної характеристики на корисність пристрою.

Термінологія і склад критеріїв оцінки ПЛК приведені відповідно до основних положень квалиметрії і стандартів якості (ГОСТ 15467-79).

Вибір апаратури призначується чотирма етапом:

визначення відповідності технічних характеристик пред'явленим вимогам;

визначення відповідності експлуатаційних характеристик пред'явленим вимогам;

оцінка споживчих властивостей вибираної апаратури;

ранжирование виробів.

На першому етапі кожна технічна характеристика виробу, що аналізується порівнюється з пред'явленими до системи, що проектується вимогами, і якщо дана характеристика не задовольняє цим вимогам, виріб знімається з розгляду.

Такий же аналіз проводиться на другому етапі з експлуатаційними характеристиками, і тільки якщо технічні і експлуатаційні характеристики відповідають поставленій задачі і пред'явленим вимогам, проводиться оцінка споживчих властивостей ПЛК.

Для цього використовується аддитивий метод оцінки, коли сумарна оцінка кожної групи властивостей (витрати/продуктивність/надійність) обчислюється по наступній формулі:,

де, - нормовані прямі і зворотні характеристики вибираного виробу (перехід до відносних характеристик);

- вагові коефіцієнти характеристик;

l, n-l кількість прямих і зворотних характеристик.

Для прямої характеристики - найкращі, - найгірші значення оцінних характеристик. Для зворотних характеристик навпаки. Значення поточних оцінних характеристик повинні лежати в діапазоні .

Визначення вагових коефіцієнтів для характеристик ПЛК є однією з самих відповідальних задач, т. до. саме від їх правильної величини залежить достовірність результатів аналізу. Для знаходження усередненої оцінки кожного коефіцієнта може бути рекомендована наступна методика експертних оцінок.

Складається зведена анкета експерти-коефіцієнти (мал. 6.3), в якій проставляються отримані від кожного експерта ненормовані коефіцієнти вагомості по шкалі від 0 до 10.

Рис. 6.3. Зведена анкета експерти-коефіцієнти

Визначаються середньоарифметичні значення ненормованих коефіцієнтів для кожної групи характеристик:,

при

Визначаються значення нормованих вагових коефіцієнтів по групах характеристик характеристик ПЛК:

Перевіряємо правильність розрахунків, згідно з якою сума всіх коефіцієнтів вагомості в групі повинна бути рівна одиниці.

Внаслідок аналізу споживчих властивостей апаратури складається таблиця виріб-споживчі властивості, яка містить початкові дані для вибору ПЛК.

Ранжирование виробів, т. е. розташування їх в порядку зростання (або убування) співвідношення показників витрати/продуктивності/надійності доцільно провести по формулі:

Додаток 3

Отказоустойчивое управління (системи ПАЗ) - TRICON (TRICONEX)

Отказоустойчивая система управління виявляє і компенсує несправні елементи і дозволяє ремонтувати систему під час виконання заданої задачі без переривання процесу.

Системи управління високої надійності, такі як TRICON, використовуються в технологічних процесах з критичними умовами, які пред'являють жорсткі вимоги до безпеки і готовності.

TRICON - це сучасна отказоустойчивая система управління, заснована на архітектурі з потрійним модульним резервуванням (TMR). TMR використовує три ізольовані паралельні системи управління і діагностику, об'єднані в єдину систему. Система, що використовує принцип мажоритарної вибірки "два - з - трьох", забезпечує високу надійність, безпомилковість і безупинне функціонування, і не має жодної слабої ланки.

Сигнали сенсоров у вхідному модулі розділяються і прямують по трьох незалежних і ізольованих каналах до одного з трьох головних процесорів.

Межпроцессорная шина TRIBUS виконує мажоритарну вибірку даних і коректує будь-які розходження вхідних сигналів. Внаслідок цього гарантується, що кожний головний процесор використовує одні і ті ж

вибрані дані для виконання прикладної програми.

Вихідні параметри потім прямують по трьох різних каналах до вихідних модулів, де знову проводиться мажоритарна вибірка для забезпечення надійності. Цифрова мажоритарна вибірка вихідного сигналу здійснюється за допомогою запатентованої схеми збільшеної учетверо вибірки, вибірка аналогового сигналу здійснюється за допомогою аналогового вихідного селектора. Схема із зворотними зв'язками забезпечує кінцеву оцінку стану вихідного сигналу і діагностику прихованих помилок.

Установка і запуск системи TRICON полегшується тим, що потрійна система резервування TMR з точки зору користувача, діє як одна система управління. Користувач встановлює і приєднує датчики і виконавчі механізми до єдиної термінальної точки ланцюга і програмує TRICON за допомогою однієї прикладної програми.

Діагностика кожного незалежного каналу, кожного модульного компонента і кожного функціонального ланцюга дозволяє виявляти помилки

функціонування і повідомляти про них. Вся дана діагностика зберігається як системні змінні, повідомлення виводяться на відповідні светодиодние індикатори (LED) або на контакти тривожної сигналізації. Ця інформація може бути використана в прикладній програмі для зміни дій по управлінню процесом або при технічному обслуговуванні. Всі несправні компоненти можуть бути замінені в оперативному режимі без переривання процесу! Ці особливості TRICON забезпечують найвищу надійність даної системи.

Основні особливості системи TRICON:

відсутність слабих ланок в системі;

можливість функціонування з трьома, двома або однією головними процесорами перед відключенням;

потрійна система резервування;

всеосяжна система діагностики модулів;

простий ремонт модулів в процесі роботи.

Системи TRICON застосовуються в системах протиаварійного захисту (ESD) небезпечних виробництв на нафтохімічних і хімічних заводах; в системах протипожежної безпеки плавучих платформ, казанів в багатьох обробляючих і переробляючих процесах; в управлінні газовими і паровими турбінами.

Високий рівень безпеки TRICON, що забезпечується застосуванням спеціалізованої архітектури і коштів внутрішньої діагностики, відповідає третьому рівню безпечного допуску SIL (Safety Integrity Level), визначеному міжнародним стандартом IEC 61508. Для рівня SIL 3 стандарту IEC 61508 визначені:

імовірність виникнення помилки - від 1.000 до 10.000 років;

готовність - 99.90 - 99.99%.

Також система TRICON сертифікована Асоціацією Технічного Нагляду (Німеччина) (TUV) для використання у виробництвах вимагаючих “German Safety Requirement Class 5 and 6”.

Додаток 4

Польова шина - Fieldbus

Сучасна мікроелектроніка пропонує розробникам технічних інформаційних систем можливість добитися високих характеристик при відносно низькій ціні, дозволяє реалізувати функції автоматики поза блоком центрального процесора, наприклад, в станках, агрегатах, датчиках і виконавчих механізмах [19].

Таке зміщення функціональності у бік периферійного технологічного обладнання (децентралізація) виявило потребу в нових видах комунікацій. Раніше передача і обробка сигналів здійснювалася за рахунок простого включення в процес деякого обчислювача, що автоматизується, однак сьогодні інтелектуальні компоненти процесу, що автоматизується вимагають спеціально розроблених видів зв'язків, діючих в рамках їх власної функціональності. Поява цифрового інтерфейса зробила перехід до локальної мережі майже неминучою. Цей вигляд мережі, функціонуючої на нижньому рівні системи автоматизації безпосередньо поруч з технологічним процесом, отримав назву fieldbus (польова шина, або промислова мережа).

До найбільш відомих і вживаних в світі відкритих промислових мереж відносяться: CAN, LON, PROFIBUS, Interbus-S, FIP, FF, DeviceNET, SDS, ASI, HART і деякі інші. Кожна з перерахованих систем має свої особливості і області застосування. Великі зусилля направлені сьогодні на розробку апаратно-програмних шлюзів (мостів) з одного протоколу в інший. І ці рішення складають окремий сегмент продуктів в області fieldbus-систем.

Анотація

У даному дипломному проекті в рамках розробки системи автоматизованого управління стадії стерилізації процесу біосинтезу еритромицина проведена робота в наступних напрямах:

Розглянута задача створення автоматизованої системи управління стадії стерилізації биореактора процесу біосинтезу.

Підтверджена актуальність даної задачі, зроблений вибір методу автоматизації, обгрунтований вибір програмно-технічного комплексу і програмного забезпечення для її рішення.

Створене програмне забезпечення для автоматизованого робочого місця оператора з використанням LabVIEW 7 DSC.

Розроблена програмна реалізація алгоритмічної схеми перемикання в процесі стерилізації биореактора на базі програмного пакету LabVIEW 7 DSC.

Запропонована модель системи збору, обробки і передач технологічної інформації на базі АРМ оператора з використанням програмною реалізація алгоритмічної схеми перемикання, комп'ютерної моделі процесу стерилізації і технології OPC.

У рамках САУ розроблена програма управління вимірювачем температури регулюючим «Дану-Терм» ИТР 2529 з функціями OPC сервера в програмному середовищі LabVIEW 7 DSC.

ЗМІСТ

1. ВВЕДЕННЯ 3

2. КОРОТКИЙ ОПИС ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА ЕРИТРОМИЦИНА 4

3. ЦІЛІ, ЗАДАЧІ І ПОЧАТКОВІ ДАНІ ДЛЯ СТВОРЕННЯ СИСТЕМИ АВТОМАТИЗОВАНОГО УПРАВЛІННЯ СТАДІЇ СТЕРИЛІЗАЦІЇ БИОРЕАКТОРА 7

4. СТРУКТУРА І ФУНКЦІОНУВАННЯ ПРОГРАМНО-ТЕХНІЧНОГО КОМПЛЕКСУ (ПТК) САУ, що РОЗРОБЛЯЄТЬСЯ В СКЛАДІ АСУТП БІОСИНТЕЗУ ЕРИТРОМИЦИНА 10

5. АНАЛІЗ ФЕРМЕНТЕРА ЯК ОБ'ЄКТ УПРАВЛІННЯ САУ СТАДІЇ СТЕРИЛІЗАЦІЇ БИОРЕАКТОРА 13

6. ВИБІР КОШТІВ ПРОГРАМНО-ТЕХНІЧНОГО КОМПЛЕКСУ 15

7 логічний контроллер (ПЛК), що Програмується і супутні технології автоматизації 16

8 Мережевий комплекс контроллерів 18

9 Вибір контроллерних коштів (ПЛК) 19

10 Вибір коштів програмування контроллерів. 28

11 Вибір програмного забезпечення верхнього рівня. SCADA системи 31

12. РОЗРОБКА СИСТЕМИ АВТОМАТИЗОВАНОГО УПРАВЛІННЯ СТАДІЇ СТЕРИЛІЗАЦІЇ БИОРЕАКТОРА 36

13 Автоматизоване робітника місце оператора. Інтерфейс оператора 36

14 Комп'ютерна модель стадії стерилізації биореактора 53

15 Реалізація програмно-логічного управління стадією стерилізації биореактора. 56

16. РОЗРОБКА ПРОГРАМИ УПРАВЛІННЯ ВИМІРЮВАЧЕМ ТЕМПЕРАТУРИ РЕГУЛЮЮЧИМ «ДАНУ-ТЕРМ» ИТР 2529 В ПРОГРАМНОМУ СЕРЕДОВИЩІ LABVIEW DSC. РЕАЛІЗАЦІЯ ФУНКЦІЙ OPC СЕРВЕРА 59

17 Опис програми управління вимірювачем температури регулюючим «Дану-Терм» ИТР 2529 59

18 Робота з програмою управління (2529.exe) 61

19 Файл конфігурації 69

20 Робота з програмою перегляду “log” файлів регулятора температури «Дана-Терм» ИТР 2529 (Log_view.exe) 70

21 Впровадження програми управління вимірювачем температури регулюючим «Дану-Терм» ИТР 2529. 71

22. БЕЗПЕКА ВИРОБНИЦТВА 74

23. СПЕЦИФІКАЦІЯ КИПіА 80

24. ПІДРАХУНОК СУМАРНОЇ ВАРТОСТІ ОБЛАДНАННЯ І ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДЛЯ СТВОРЕННЯ САУ ПРОЦЕСУ СТЕРИЛІЗАЦІЇ БИОРЕКТОРА. 84

25. ВИСНОВОК 85

26. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 86

27. ДОДАТКИ 90

1. ВСТУП

Процеси біосинтезу (ферментації) поміщаються важливу в медичній, харчовій, мікробіологічній і інших галузях промисловості.

Незважаючи на їх велику різноманітність, процесам періодичної ферментації належить ведуча роль як найбільш вивченим і гнучким з точки зору отримання проміжних і кінцевих продуктів необхідної якості. Значні капітальні і експлуатаційні вкладення, якими характеризуються системи ферментації, связанни з використанням обладнання, що дорого коштує і значними енергетичними витратами. Основне обладнання: биореактори (ферментери), ємкісні апарати, трубопроводи, запорно-регулююча арматура, - необхідно виготовляти з високоякісної неіржавіючої сталі. Безперервне забезпечення культури в ферментере стерильним повітрям, підтримка стабільного теплового режиму, велика витрата пари під час стерилізації і т. д. вимагають забезпечення високої міри надійності обладнання, вузлів і механізмів, систем управління точності їх технологічного проектування.

До теперішнього часу виконана велика кількість робіт, присвячених моделюванню процесів ферментації і їх оптимізації. У також час істотну частину часу ферментер працює в нестаціонарному режимі, який не є оптимальним (різні стадії підготовки, початку і завершення процесу ферментації). Одній з найважливіших операцій стадії підготовки є стерилізація обладнання і компонентів процесу, необхідна для забезпечення стерильних умов проведення процесу ферментації.

На жаль, в АСУ ТП, як правило, відсутні функції управління підготовчими стадіями процесу ферментації, в тому числі стадією стерилізації, того ж рівня автоматизації, що і для стаціонарних режимів. Тим часом проведення наднормативних стадій стерилізації (після зупинок виробництва по аварійних, організаційних або кон'юнктурних причинах і т. п.) пов'язано зі значними витратами, а виробничі втрати цінної сировини і енергоресурсів від них можуть бути великі. Для крупнотоннажних виробництв ця обов'язкова підготовча операція впливає помітний чином на багато які сторони функціонування системи ферментації.

Низький рівень автоматизації і неефективна робота автоматики в період проведення підготовчих операцій ведуть до невиправданого зносу технологічного обладнання і нераціонального витрачання всіх видів виробничих ресурсів. Надають негативний психофізіологічний вплив на обслуговуючий персонал в зв'язку з тим, що основне навантаження по прийняттю рішень про перемикання регулюючих органів, виконавчих механізмів, контролю за коштами КИПіА падає на операторів, істотно перевищуючи звичайний рівень, що може привести до помилок операторів, привести до втрати стерильності і виведенню з ладу. Разом з тим стадія стерилізації має вельми істотний резерв для підвищення ефективності ферментації за рахунок оптимізації управління цією стадією. Виникає задача оптимізації режимів проведення стерилізації по наступних критеріях:

мінімізація часу проведення стадії;

зменшення зносу технологічного обладнання і зниження втрат прибули, пов'язаних з неоптимальністю роботи системи ферментації під час стерилізації і при зміні технологічного режиму;

підвищення якості (в цьому випадку якості стерилізації).

Відмітимо, що оптимальне управління стерилізацією і підготовчими стадіями взагалі вимагає мінімальних капіталовкладень в матеріальне забезпечення, т. до. реалізовується з використанням існуючої системи управління.

2. КОРОТКИЙ ОПИС ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА ЕРИТРОМИЦИНА

Еритромицин належить до групи антибіотиків і є органічною основою, продуцируемим культурою Saccharopolyspora erythraea або іншими родинними мікроорганізмами і являє собою кристалічний порошок білого кольору без запаху, з гірким смаком і високою гигроскопичностью [2, 3]. Хімічна формула еритромицина C37H67NO13.

Еритромицин є антибіотиком широкого спектра дії. Хороші свідчення виходять при впливі еритромицина на великі віруси і микробактерії. Пневмококки, стрептококи і деякі штами ентерококков чутливі до еритромицину в концентраціях до 1 мкг/мл. Найбільший практичний інтерес представляє дію еритромицина відносно клінічних штамів золотистого стафилококка, стійких до пеніциліну, тетрациклину, стрептомицину і іншим антибіотикам.

Біологічний синтез еритромицина здійснюється з використанням штаму культури Saccharopolyspora erythraea, в процесі ферментації в спеціальних апаратах - биореакторах (ферментерах).

Антибіотик, що являє собою складну органічну сполуку, відрізняється високою чутливістю до зовнішніх впливів, нестійкістю в розчинах. Істотне підвищення температур, тривале перебування антибіотика в лужному або кислому середовищі, контакт з окислювачем і т. д. приводять до хімічних змін, що перетворюють антибіотик в біологічно неактивну речовину.

Для виробництва антибіотика використовується апарати і трубопроводи, виготовлені з корозійно-стійких, не забруднюючих продукт матеріалів (як правило, це високолегированние неіржавіюча сталь).

Процес біосинтезу антибіотиків складається з наступних стадій:

підготовка обладнання (стерилізація) і живлячої середи для процесу біосинтезу;

підготовка посівного матеріалу;

завантаження живлячої середи в ферментер;

спільна стерилізація живлячої середи і обладнання;

завантаження посівного матеріалу;

процес ферментації антибіотика;

вивантаження і очищення продукту;

складування продукту.

Важливою особливістю виробництва антибіотиків, на всіх технологічних стадіях, є вельми високі санітарні вимоги. Дотримання високої міри чистоти приміщень і обладнання, систематична промивка і дезинфекція являють собою необхідну передумову отримання продукту високої якості.

Ферментація еритромицина, здійснювана при інтенсивній аерації і перемішуванні середи, проводиться в спеціальному апараті - ферментере, що являє собою закриту циліндричну судину зі сферичним днищем і кришкою, забезпеченим мешалкой, барботером для подачі повітря, отбойниками, сорочкою або змійовиками для нагріву і охолоджування середи, а також запорной арматурою і контрольно-вимірювальними приладами. Ферментер повинен бути прочен, корозионностоек, герметичний, надійний в експлуатації.

Функціональна схема автоматизації стадії стерилізації биореактора представлена в додатку 1.

Апарат Ф1 (ферментер) забезпечений сорочкою (споживання пари, хладагента), барботером (споживання повітря), мешалкой (споживання електроенергії) і комплектом контрольно-вимірювального обладнання.

У функціональну схему процесу ферментації еритромицина входять:

ємність стерильних підживлень Е1;

збірник стерильного пеногасителя Е2;

збірник кислоти Е3;

збірник лугу Е4;

повітряний фільтр ФВ;

теплообмінник Т1;

насоси перистальтические НП1-4;

трубопроводи;

запорно-регулююча арматура

Перед ведінням процесу біосинтезу еритромицина апарат Ф1 зазнає ретельного огляду і проводиться серія перевірок, що визначають міру його працездатності. Перед кожним завантаженням живлячої середи апарат промивається гарячою водою, перевіряється робота мешалки і барботера, а також справність контрольно-вимірювального обладнання. Потім здійснюється перевірка герметичності апарату і прилеглих до нього комунікацій тиском стислого повітря. При дотриманні вимог до герметичності апарату і прилеглих комунікацій починається стерилізація пустого апарату.

Ферментер нагрівається до 900C гострою парою, що подається по трубопроводах через термозатвори, глухих штуцера і барботер. Під час нагріву ферментера до 900С один раз в 3 тижні стерилізують повітряний фільтр. Фільтр прогрівається гострою парою до 1300С і витримується 30 мін при цій температурі.

По закінченні нагрівання (що визначається досягненням температури конденсату 900С на виході з ферментера) припиняється подача гострої пари в апарат через термозатвори і глухі штуцера. Далі починається завантаження живлячої середи з ємності підживлень за допомогою насоса. При цьому продовжується подача пари через барботер з невеликою витратою, для запобігання забиттю отворів барботера частинками живлячих речовин. Для доведення до необхідного об'єму живлячої середи в ферментер заливається питна вода. По закінченні завантаження живлячої середи і допоміжних операцій живлячу середу в ферментере нагрівається до температури стерилізації 1210С таким чином:

подається гостра пара через термозатвори, глухі штуцера і барботер (з високою витратою пари через барботер);

подається пара в сорочку апарату.

Механічне ущільнення ферментера стерилізується одночасно з живлячою середою.

По досягненні в ферментере температури 1210С зупиняється подача гострої пари через термозатвори на трубопроводах і глухих штуцера. Гостра пара продовжує подаватися через барботер з низькою витратою.

Потім ферментер витримується протягом 30 мін при t=1210C, Р=0,2 МПа.

Температуру стерилізації підтримується контрольованою витратою пари через сорочку ферментера.

По закінченні інтервалу витримання зупиняється подача пари в сорочку і подача гострої пари через барботер. Починається подача охолоджуючої води через сорочку ферментера для зниження температури в ферментере з 1210С до 280С, спільно з цим для компенсації тиску через барботер подається стерильне стисле повітря.

Після охолоджування ферментера проводиться введення посівної культури через засевной лючок.

Після засіву посівної культури в апараті встановлюють оптимальні для ферментації параметри. У ході процесу здійснюється безперервна подача стерильного повітря через повітряний фільтр ФВ, pH статирование подачею розчинів кислоти з ємності Е3 або лугу з Е4, рівень піни регулюється подачею пеногасителя з Е1, при необхідності виробляються

підживлення з ємності E1, температуру культивування підтримують подачею в

сорочку охолоджуючої води, тиску всередині ферментера підтримується за рахунок регулювання витрати відходячий газів [3, 4].

Тривалість біосинтезу еритромицина при посіві з колби становить ~240 ч. По витіканню цього терміну готова культуральна рідина вивантажується і передається на фільтрацію.

3. ЦІЛІ, ЗАДАЧІ І ПОЧАТКОВІ ДАНІ ДЛЯ СТВОРЕННЯ СИСТЕМИ АВТОМАТИЗОВАНОГО УПРАВЛІННЯ СТАДІЇ СТЕРИЛІЗАЦІЇ БИОРЕАКТОРА

Ознайомлення з існуючою системою управління біосинтезу антибіотиків

Довгий час автоматизація процесу біосинтезу визначалася наявністю системи автоматизованого управління основної стадії цього виробництва - ферментації антибіотика. Причому рівень автоматизації дозволяв вести безперервний контроль параметрів процесу (вимірювання, сигналізація) і здійснювати автоматичне регулювання параметрів процесу, але не забезпечував автоматичну зміну окремих стадій виробництва (перемикання операцій). Проведення допоміжних операцій і перемикання між ними здійснювалося вручну операторами-технологами, оскільки вважалося, що ці операції автоматизувати недоцільно.

З розвитком обчислювальної техніки і підвищенням надійності коштів автоматизації стало можливим і економічно вигідним автоматизувати різні допоміжні операції.

Дана робота присвячена створенню системи автоматизованого управління стадії стерилізації биореактора.

Цілі і задачі, що вирішуються при створенні системи автоматизованого управління стадією стерилізації биореактора

Відповідно до завдання на дипломне проектування необхідно розробити систему автоматизованого управління (САУ) стадії стерилізації як становлячої АСУТП біосинтезу еритромицина.

Розробка САУ стадії стерилізації включає наступні етапу розробки:

визначення початкових даних;

проектування САУ;

реалізація САУ;

випробування САУ

здача в експлуатацію;

Основним напрямом є

В даній дипломній роботі планується здійснити проектування і реалізацію окремих елементів САУ. При цьому необхідно вирішити наступні задачі:

Вибір програмно-технічного комплексу для реалізації системи автоматизованого управління стадією стерилізації биореактора, що включає наступні розділи:

Визначення структури програмно-технічного комплексу (ПТК) САУ;

Вибір апаратних і програмних компонентів ПТК;

Розробка елементів системи автоматизованого управління:

Написання програмного забезпечення для елементів ПТК;

Зборка вузлів САУ, моделювання процесу, написання алгоритмів;

Перевірка функціонування розроблених елементів ПТК і САУ з використанням моделей (процесу, алгоритмів управління);

Перевірка функціонування САУ;

Система управління (тут і далі термін «система управління» відноситься до системи, що складається з САУ стадії стерилізації, якщо немає іншої вказівки) на етапі створення системи автоматизованого управління стадією стерилізації повинна охоплювати наступні основні технологічні агрегати:

ферментер Ф1;

фільтр повітряний;

трубопроводи;

запорно-регулююча арматура.

Система управління повинна бути спроектована таким чином, щоб надалі інтеграція з іншими (автоматизованими і неавтоматизованими) стадіями процесу біосинтезу, а також включення в систему управління технологічних апаратів, що не автоматизуються на цьому етапі, не представляло труднощів.

Система управління призначена для реалізації наступних груп функцій:

оперативний контроль і автоматичне управління установкою з екранів робочих станцій і операторських панелей, за допомогою реалізованих в кольоровому виконанні фрагментів мнемосхем технологічного процесу, панелей контролю і регулювання;

попереджувальна і аварійна сигналізація при виході технологічних параметрів за нижню і верхню межі встановлених технологічних і аварійних меж;

представлення інформації операторам-технологам у вигляді мнемосхем, панелей контролю і регулювання, графіків, протоколів подій, таблиць, текстових повідомлень, представлення вказаної інформації повинно здійснюватися на кольорових екранах моніторів робочих станцій;

автоматичне протоколювання по мірі виникнення подій наступних класів:

повідомлень про порушення і відхилення в ході технологічного процесу;

повідомлень про виникнення двійкових подій (вкл/викл енергоустаткування, закриття / відкриття клапанів);

повідомлень про дії оператора-технолога;

системних повідомлень;

формування і автоматичне протоколювання усереднених значень технологічних параметрів за зміну/добу;

формування і автоматичне протоколювання витрат сировини, розрахунок кінцевого виробітку і порівняння з реальним виробітком;

формування і автоматичне протоколювання усереднених значень матеріальних потоків по установці загалом, за добу, зміну;

формування і друк протоколу розвитку предаварийной ситуації:

формування і друк протоколу виявлення першопричини спрацювання аварійної програми;

формування протоколу виникнення несправностей обладнання і приладів КУП і А;

архівування оперативної і звітної інформації протягом заданого часу і її подальший друк для аналізу технологічним персоналом.

Основними цілями створення системи управління є:

зниження матеріальних і енергетичних витрат за рахунок підвищення оперативності і точності управління;

підвищення надійності функціонування технологічного процесу і обладнання за рахунок впровадження системи автоматизації;

мінімізація матеріальних витрат при забезпеченні заданої продуктивності установки.

Вказані цілі створення САУ можуть бути скорректировани і розширені по мірі освоєння даної системи управління і при зміні стратегії управління технологічним об'єктом [5, 6, 7].

Початкові дані для проектування системи автоматизованого управління стадії стерилізації биореактора

Початковими даними для проектування системи автоматизованого управління є кількість технологічних параметрів (каналів), які необхідно контролювати (вхідні канали САУ) або за допомогою яких необхідно здійснювати регулювання (вихідні канали САУ):

безперервних вхідних каналів: 16;

безперервних вихідних каналів: 8;

дискретних вхідних каналів: 32;

дискретних вихідних каналів: 32;

Крім цього при проектуванні необхідно враховувати наступні чинники:

система автоматизованого управління, що створюється буде працювати спільно з САУ ферментації;

використання датчиків і виконавчих механізмів від САУ ферментації;

автоматизації підлягає періодичний процес, що проводиться один раз в 240 годин;

істотні економічні втрати, пов'язані з порушенням регламенту процесу;

наявність не взриво/пожароопасного виробництва;

розміщення об'єкта управління на невеликій території;

можливість нарощування виробництва за рахунок додавання нових биореакторов.

4. СТРУКТУРА І ФУНКЦІОНУВАННЯ ПРОГРАМНО-ТЕХНІЧНОГО КОМПЛЕКСУ (ПТК) САУ, що РОЗРОБЛЯЄТЬСЯ В СКЛАДІ АСУТП БІОСИНТЕЗУ ЕРИТРОМИЦИНА

У цей час автоматизація великої кількості виробничих процесів виконується з використанням сучасних інформаційних технологій. Різні обчислювальні кошти, програмні технології і протоколи взаємодії застосовуються для управління технологічними процесами на нижніх рівнях автоматизації - інтелектуальні датчики, об'єднані в промислові інформаційні мережі, що програмуються логічні контроллери (ПЛК) на базі микропроцессорних компонентів. На верхніх рівнях - обчислювальні мережі масштабів підприємства, автоматизовані робочі місця операторів, системи зберігання технологічної інформації (бази даних) і інші програмно-технічні засоби. Сукупність програмно-обчислювальних коштів автоматизації технологічного виробництва і їх інфраструктура утворить програмно-технічний комплекс (ПТК) технологічного процесу. На вхід ПТК від датчиків поступають сигнали, несучі інформацію про технологічні параметри процесу. Комплекс реалізовує задані функції контролю, обліку, регулювання, послідовного логічного управління і видає результати на екран дисплея робочої станції оператора і керуючі впливи на виконавчі механізми об'єкта автоматизації.

Як було відмічено вище, САУ стадії стерилізації повинна входити до складу АСУТП біосинтезу еритромицина. Це необхідно враховувати при проектуванні даної САУ. Доцільно визначити структуру і функціонування програмно-технічного комплексу таким чином, щоб була можливість масштабування і простої інтеграції цієї системи в АСУТП біосинтезу еритромицина.

САУ, що Проектується по своїй структурі повинна представляти централізовану автоматизовану систему управління. Передусім, це зумовлене зосередженням всіх елементів об'єкта управління на невеликому просторі.

Крім того, структура системи автоматизованого управління, що пропонується стадією стерилізації, дозволить знизити витрати на обладнання ПТК, а також трудомісткість і час створення системи управління і проведення пусково-налагоджувальних робіт [10].

Структура програмно-технічного комплексу централізованої системи управління виробництвом є ієрархічною, в її складі повинні бути передбачені наступні компоненти:

кошти автоматичного збору інформації від датчиків технологічних параметрів;

обчислювальні кошти з необхідним складом периферійних пристроїв;

кошти обробки інформації і передачі її в мережу;

кошти контролю і відображення технологічної інформації;

кошти побудови автоматизованих робочих місць оперативного технологічного персоналу.

ПТК повинен мати можливість розширення функціонально-алгоритмічного і технічного забезпечення за рахунок додавання нових технічних засобів і програмного забезпечення при розвитку АСУТП, збільшенні кількості сигналів введення/висновку.

Програмно-технічний комплекс повинен включати апаратні і програмні засоби для забезпечення діагностики всіх компонентів, вхідних в структуру комплексу.

З метою забезпечення постійного електроживлення програмно-технічного комплексу САУ необхідно:

реалізувати відповідну систему безперебійного електроживлення необхідної потужності;

час роботи цієї системи при зникненні живлення у виробничій мережі повинно складати не менш 40 хвилин і забезпечувати безаварійний останов установки (процес, обладнання).

Функціонування програмно-технічного комплексу САУ повинне бути цілодобовим, із зупинкою на профілактику в період капітального ремонту технологічного комплексу виробництва еритромицина.

Для захисту інформації від втрат при збоях програмних і/або технічних засобів САУ повинне бути забезпечене архівування інформації. Тривалість зберігання архіву повинна бути не менш 30 діб.

Застосовуючи сучасні принципи побудови систем автоматизованого управління, можна визначити наступну структуру АСУ стадією стерилізації:

диспетчерський рівень;

мережевий інтерфейсний рівень;

рівень контроллерів і модулів введення-висновку;

рівень датчиків і виконавчих механізмів.

Основні функції диспетчерського рівня - збір і обробка даних і відображення технологічного процесу. Кошти диспетчерського рівня дозволяють виробничому персоналу видалено контролювати течію технологічного процесу, надають доступ до історичної і актуальної технологічної інформації в зручній для сприйняття формі у вигляді мнемосхем, діаграм, тривог, історичних дані. На цьому рівні необхідно забезпечувати коректність, доступність, простоту розуміння і технологічної інформації, що записується, що відображається. Диспетчерський рівень представлений автоматизованими робочими місцями (АРМ) операторів, технологів, інженерів - комп'ютерами, одержуючими інформацію з нижніх рівнів, на яких функціонують системи збору даних і управління (SCADA), ведуться архіви баз даних (БД) технологічних параметрів.

Мережевий рівень є прошарком між обчислювальними коштами верхнього і нижніх рівнів, відповідає за взаємодію АРМ, систем БД, промислових контроллерів і пристроїв сполучення з об'єктом (УСО).

Обчислювальні кошти через блоки узгодження об'єднані в загальну мережу з використанням інтерфейсів (RS-485, Ethernet). Блок узгодження підключається до послідовного порту комп'ютера (або у вигляді плати розширення вставляється в роз'єм безпосередньо в комп'ютері) і виконує функції перетворювача інтерфейсів RS-485 в RS-232 і навпаки. По інтерфейсу RS-485 відбувається опит вхідних параметрів промислових контроллерів, підключених до мережі для диспетчеризації і управління. Функції цього рівня - передача інформації між обчислювальними коштами автоматизації. На цьому рівні забезпечується детерминированность (гарантированность передачі даних за заданий час), мінімальний час доставки, коректність інформації, що передається. Цей рівень представлений мережевими пристроями: повторителями, комутаторами, маршрутизаторами, шлюзами, а також кабельною інфраструктурою мережі.

Рівень контроллерів і модулів введення-висновку вирішує класичні задачі управління технологічними процесами. Наявність цього рівня на відміну від диспетчерського є обов'язковою, оскільки основні функції управління в АСУ реалізовуються саме на цьому рівні. Функції - збір і обробка первинної технологічної інформації, управління технологічним процесом. На цьому рівні забезпечується швидкість і коректність первинної обробки технологічної інформації, гарантоване виконання алгоритмів управління, надійність роботи коштів автоматизації, можливість гарячої заміни елементів, що вийшли з ладу без втрати управління загалом. Центральним елементом на цьому рівні є обчислювальний блок - логічний контроллер, що програмується (ПЛК). Відповідно до закладеної в нього програми через вбудовані або модулі введення-висновку, що підключаються здійснюється збір і обробка первинної інформації з самого нижнього рівня - від датчиків технологічних параметрів (термопар, уровнемеров і т. п.), а також управління виконавчими механізмами (клапанами, двигунами мешалок і т. п.).

Рівень датчиків і виконавчих механізмів, як випливає з назви, включає датчики (термометри опору, манометри, pH-метри, ємкісні уровнемери і інш.) і виконавчі механізми (НИМ) з дистанційним керуванням (приводи насосів, отсечние і регулюючі клапани і інш.), необхідні для отримання інформації про хід управління технологічним процесом. Вимоги, що пред'являються до цього рівня, - надійність в експлуатації, точність вимірювань і управління. Рекомендується використати датчики і НИМ з уніфікованими аналоговими і дискретними сигналами (струмовий сигнал 4-20 мА, по напруженню 3.5 V ~ 30 V), для спрощення підключення до модулів введення-виведення і УСО.

Спрощена структурна схема системи представлена на мал. 4.1. Розгорнена структурна схема САУ дана в додатку 2.

...

Рис. 4.1. Спрощена структурна схема САУ

5. АНАЛІЗ ФЕРМЕНТЕРА Як ОБ'ЄКТ УПРАВЛІННЯ САУ СТАДІЇ СТЕРИЛІЗАЦІЇ БИОРЕАКТОРА

Вище було визначено положення ферментера на схемі автоматизації стадії стерилізації, тепер розглянемо ферментер як об'єкт автоматичного управління. Для цього спочатку визначимо, що являє собою стадія стерилізації з позиції автоматизації технологічних виробництв.

На стадії стерилізації основною функцією управління є забезпечення заданої послідовності виконання операцій, т. е. функція програмно-логічного управління. Вона реалізовується перемиканням в певній послідовності запорно-регулюючої арматури, встановленій на трубопроводах технологічної обвязки биореактора по досягненні технологічними параметрами (ТП) умов перемикання або по завершенні тимчасових інтервалів підтримки ТП. Таким чином, АСУ стадією стерилізації функціонує по розробленій з обліком технології виробництва циклограмме перемикання керуючих елементів (клапанів, насосів і інш.)

За цикл роботи биореактора необхідно перемкнути десятки одиниць запорной арматури, причому у разі помилкової зміни порядку перемикання порушується стерильність, що веде до зниження виходу цільового продукту. При управлінні вручну помилки в порядку перемикання - одна з причин втрат продукту. Крім того, перемикання вентилів вручну пов'язане з великими витратами труда і часу, т. е. із збільшенням тривалості допоміжних операцій і зниженням продуктивності реактора. Тому автоматизація програмно-логічного управління - важливий резерв підвищення ефективності виробництва еритромицина.

Інформація про стан технологічних параметрів процесу знімається з датчиків, розташованих всередині ферментера і вхідних до складу запорно-регулюючої арматури.

Тепер виділимо з всіх технологічних параметрів, що враховуються при біосинтезі антибіотика, тільки ті, які мають значення для стадії стерилізації.

Промисловий ферментер Ф1 являє собою апарат періодичної дії. Час одного циклу ферментації 240 годин.

Внаслідок великої теплової ємності цей об'єкт володіє значною інерційністю і чистим запізнюванням.

Основними технологічними параметрами процесу біосинтезу є:

температури при проведенні допоміжних операцій (стерилізація і інш.) і під час ферментації;

тиску під час стерилізації і під час ферментації; рівні піни і рідин в ферментере;

pH рівень ферментационной середи;

вміст різних речовин у відходячий газах;

витрати стерильного повітря, пари, лугу, кислоти, пеногасителя, підживлення, холодної води.

З них технологічні параметри, що мають значення для стадії стерилізації:

температура елементів обвязки в ферментере і на виході з ферменту;

тиск всередині ферментера;

Відповідно до протікаючих в ферментере теплообмінних процесів між технологічними параметрами існує наступний зв'язок:

нагрів гострою парою веде до підвищення температури на відповідних елементах обвязки на виході з ферментера;

охолоджування ферментера холодною водою веде до зниження температури і тиск всередині апарату (охолоджування має місце по завершенні стадії стерилізації, для збереження при цьому стерильних умов потрібно герметичність апарату)

Виходячи з цього, можна визначити вхідні параметри, що мають значення для процесу стерилізації:

витрата повітря FВ;

витрата пари FП;

температура пари ТП;

температура охолоджуючої води Тохл;

витрата охолоджуючої води GОВ.

вихідні параметри:

температура середи в ферментере ТФ;

температура елементів трубопровідної обвязки (штуцер) на виході з ферментера ТШ;

тиск всередині ферментера Ферментер як об'єкт автоматизованого управління

6. ВИБІР КОШТІВ ПРОГРАМНО-ТЕХНІЧНОГО КОМПЛЕКСУ

Раніше були розкриті призначення, цілі, і критерії створення АСУ стадією стерилізації (в складі АСУТП біосинтезу еритромицина), визначена структура і функціонування ПТК цієї АСУ, потім проведений аналіз ферментера і стадії стерилізації з позиції автоматизації технологічних виробництв. Наступним кроком на шляху створення автоматизованої системи управління є вибір коштів програмно-технічного комплексу, охоплюючий диспетчерський рівень, мережевий рівень і рівень контроллерів і модулів введення-виведення структурної АСУ.

Як вже було відмічено, при виборі коштів ПТК необхідно прагнути до зниження вартості системи, наладки і експлуатацій, підвищенню надійності, продуктивності, простоті експлуатації, сумісності і іншим важливим характеристикам системи.

Технічні засоби автоматизації (ТСА) вибираються таким чином, що в рамках АСУ необхідно дотримувати такі принципи Державної системи приладів (ГСП), як:

агрегатування;

уніфікація сигналів, інтерфейсів, несучих конструкцій, елементної бази, модулів і блоків;

мінімізація номенклатури;

реалізація естетичних і ергономічних вимог з точки зору раціональності.

При виборі програмно технічних засобів автоматизації необхідно враховувати особливості поставленої задачі, вимоги що пред'являються характером технологічного процесу до надійності, живучості, швидкодії, інших технічних і експлуатаційних характеристик системи, а також споживчі властивості системи.

Набір функцій, що виконуються і відповідний обсяг і інформації, що обробляється, що отримується про об'єкт відповідає можливостям ПТК, побудованого на базі локального логічного контроллера (ПЛК), що програмується або мережевого комплексу контроллерів (мережа ПЛК).

7Программируемий логічний контроллер (ПЛК) і супутні технології автоматизації

З всіх класів локальних контроллерів нас, що використовуються в цей час цікавить PLC, виконані у вигляді автономних модулів, реалізуючий функції контролю і управління ізольованими технологічними вузлами, як, наприклад, районні котельні, електричні підстанції, резервуарний парення. Автономні контроллери вміщуються в захисні корпуси, розраховані на різні умови навколишнього середовища [17, 18]. Майже завжди ці контроллери мають порти для з'єднання в режимі "точка-точка" з іншою апаратурою і інтерфейси, зв'язуюча окремі пристрої через мережу з іншими коштами автоматизації. У контроллер вбудовується або підключається до нього спеціальна панель інтерфейса з оператором, що складається з алфавітно-цифрового дисплея і набору функціональних клавіш.

У цьому класі потрібно виділити спеціальний тип локальних контроллерів, призначених для систем протиаварійного захисту. (ПАЗ).

Пристрої відрізняються особливо високою надійністю (IEC 61511) і швидкодією. У них передбачаються різні варіанти повної поточної діагностики несправностей з глибиною до окремої плати; захисні коди, що оберігають інформацію від спотворень під час передачі і зберігання; резервування, як окремих компонентів, так і всього пристрою загалом. Зокрема, до найбільш поширених способів резервування контроллерів цього типу відносяться:

гарячий резерв окремих компонентів і/або контроллера загалом (при не проходженні тесту в робочому контроллері управління переходить до другого контроллера);

троирование основних компонентів і/або контроллера загалом з голосуванням за результатами обробки сигналів всіма контроллерами, що становлять групу (за вихідний сигнал приймається той, який видали більшість контроллерів групи, а контроллер, що розрахував інакший результат, появляється несправним);

робота за принципом "пари і резерв". Паралельно працює пара контроллерів з голосуванням результатів, і аналогічна пара знаходиться в гарячому резерві. При виявленні різниці результатів роботи першої пари управління переходить до другої пари; перша пара тестується, і або визначається наявність випадкового збою і управління повертається до першої пари, або діагностується несправність і управління залишається у другої пари.

Контроллери, призначені для ланцюгів протиаварійного захисту, повинні мати спеціальний сертифікат (наприклад, відповідність рівням SIL стандарту IEC 61508), підтверджуючий їх високу надійність і живучість.

Контроллери даного класу частіше за все мають десятки входів/виходу від датчиків і виконавчих механізмів, невелику або середню обчислювальну потужність.

Потужність являє собою комплексну характеристику, що залежить від розрядності і частоти процесора, а також об'єму пам'яті різного типу (оперативної, постійної і т. д.).

Контроллери реалізовують найпростіші типові функції обробки вимірювальної інформації, блокування, регулювання. Багато Хто з них має один або декілька фізичних портів для передачі інформації на інші системи автоматизації.

Також серед локальних контроллерів можна виділити дві групи: не РС-сумісні (закриті) і РС-сумісні (x86-сумісні, відкриті) контроллери.

Контроллери першої групи, як правило, базуються на спеціально розроблених процесорах (наприклад, CPU 214 в Siemens SIMATIC S7-200). Виробник оснащує ці контроллери власними і стандартними комунікаційними інтерфейсами, випускає різноманітні модулі розширення.

Важливою особливістю контроллерів цієї групи є жорстка прив'язка до програмного забезпечення (ПО) фірми-виробника. Відсутність можливості використання стороннього ПО накладає певні обмеження на створення, експлуатацію, масштабування, модернізацію системи автоматизованого управління, веде до збільшення сукупної вартості контроллера і програмного забезпечення.

Цей тип контроллерів, як правило, постачається відомими, великими виробниками коштів промислової автоматизації (Siemens, Allen-Bradley, Omron, Schneider). З іншого боку вони гарантовано забезпечують високу надійність, стабільність і отлаженность програмного забезпечення, контроллерів і модулів розширення.

До другої групи належать контроллери, побудовані на базі Intel-сумісних процесорів (80386EX, AMD80188-40, AMD DX5-133 (5x86-133)). Крім стандартних для PLC функцій ці контроллери володіють великими можливостями. Так, наприклад, на них можна покласти функції роботи з мережами, інтерфейса людина-машина, підтримку різних баз даних і більш дружнього інтерфейса користувача. Таким чином, РС-контроллер можна вважати РС-сумісною PLC-системою, що програмується, яка виконує суворо певну задачу, але з можливістю гнучкого її перепрограммирования.

Також внаслідок РС-сумісності цих контроллерів надається більш широкий вибір коштів програмування: стандартні мови програмування (Asm, З, З++ і т. п), спеціальні кошти розробки (засобу розробки що базуються на стандарті IEC 61131(МЕК 61131): ISAGraf і т. п.).

Виробники цього типу контроллерів, як правило, менш відомі на ринку коштів автоматизації (ICP DAS, Advantech) переважно з країн Азії (Тайвань), також є російські розробки (ТЕКОН). З іншого боку вартість цих контроллерів нижче за вартість своїх більш відомих не РС-сумісних аналогів. Технічні і експлуатаційні характеристики схожі з характеристиками аналогів.

8Сетевой комплекс контроллерів

Мережеві ПТК найбільш широко застосовуються для управління виробничими процесами у всіх галузях промисловості. Мінімальний склад даного класу ПТК має на увазі наявність наступних компонентів:

набір контроллерів;

декілька дисплейних робочих станцій операторів;

системну (промислову) мережу, що з'єднує контроллери між собою і контроллери з робочими станціями.

Контроллери кожного мережевого комплексу, як правило, мають ряд модифікацій, відмінних один від одного швидкодією, об'ємом пам'яті, можливостями по резервуванню, здатністю працювати в різних умовах навколишнього середовища, числом каналів входу/виходу. Так що можна підібрати контроллер для кожного вузла агрегату, що автоматизується з урахуванням особливостей і функцій, що виконуються останнього і використати один і той же комплекс для управління різними виробничими об'єктами.

Як дисплейні робочі станції майже завжди використовуються персональні комп'ютери в звичайному або промисловому виконанні; переважно з двома типами клавіатур: традиційної алфавітно-цифрової і спеціальної функціональної - і оснащені одним або декількома моніторами з великими екранами.

Системна мережа може мати різну структуру: шину, кільце, зірку; вона часто поділяється на сегменти, пов'язані між собою, комутаторами, повторителями і маршрутизаторами. Інформація, що передається по мережі, досить специфічна і може являти собою як періодичні, так і випадкові у часі короткі повідомлення. До передачі повідомлень пред'являються жорсткі вимоги: вони гарантированно повинні доставлятися адресату, а для повідомлень вищого пріоритету, наприклад, застережливих про аварії, також потрібно забезпечити вказаний термін передачі повідомлень. Так що переважні методи доступу до системної мережі засновуються на передачі маркера або на взаємодії вузлів мережі по моделі "ведучий/ведений" ( "Master/Slave").

Якщо застосовується метод випадкового доступу до мережі, то під час виникнення аварійної ситуації може статися різке одномоментное збільшення числа екстрених повідомлень і, як наслідок, виникнути затор в мережі, що приводить не тільки до затримки доставки повідомлень адресату, але і до їх часткової втрати.

Частіше за все мережеві комплекси застосовуються на рівні цехів машинобудівних заводів, агрегатів нафтопереробних, нафтохімічних і хімічних виробництв (правда, не самих могутніх), а також цехів підприємств харчової промисловості.

9Вибор контроллерних коштів (ПЛК)

Вище були вказані роль і місце логічних контроллерів (ПЛК), що програмуються в автоматизованих системах управління технологічними процесами.

Тепер приведемо коротку оцінку об'єму російського ринку контроллерних коштів.

На ньому працюють всі міжнародні лідери - виробники даної продукції: ABB (розповсюджуюча також контроллерние засобу фірм Baily Controls і Gartman & Braun), Emerson (колишня Fisher-Rosemount), General Electric Fanuc Automation, Foxboro, Honeywell, Metso Automation (поглинула фірму Damatic Automation), Moore Products, Omron, Rockwell Automation, Siemens, Yokogawa, Schneider Automation і інш. Всього порядку 15 фірм, кожна з яких пропонує від двох до п'яти контроллерних коштів різних класів.

Біля 20 зарубіжних виробників меншого масштабу мають російських ділерів, що впроваджують їх контроллерние кошти на російських підприємствах (Koyo Electronics, Tornado, Triconex, PEP, Trey, Control Microsystems, GF Power Controls і інш.).

Більше за 20 російських підприємств конкурують із зарубіжними виробниками в різних класах контроллерних коштів ( "Автоматика", ДЕП, "Імпульс", "Інсист Автоматіка", "Інтеравтоматіка", "Квантор", НІЇтеплопрібор, "НВТ-Автоматика", ПІК "Прогрес", "Саргон", "Системотехника", ТЕКОН, "Електромеханіка", ЕМИКОН і інш.).

Оскільки російські підприємства комплектують контроллерние засобу зарубіжними мікропроцесорами, стандартними мережами, типовим системним і прикладним програмним забезпеченням, то продукція вітчизняного виробництва виявляється цілком конкурентоздатною в порівнянні з імпортними аналогами. На жаль, при цьому її вартість також стає порівнянною із зарубіжними виробами.

Вибираний микроконтроллер повинен відповідати наступним вимогам:

підтримка необхідної кількості вхідних і вихідних сигналів (не менше за 16/8 аналогових вх./вих., 32/32 дискретних вх./вих.);

застосування як для безперервних виробництв, так і для періодичних;

високий рівень надійності, помехозащищенности (відмова микроконтроллера може до великих економічних втрат);

висока продуктивність, необхідна для контролю великої кількості технологічних параметрів;

використання стандартних протоколів і комунікаційних інтерфейсів для роботи з верхнім рівнем;

широкий діапазон модулів розширення для підтримки всіляких датчиків;

розвинена програмна підтримка;

широкий діапазон робочих умов;

оптимальна ціна.

З урахуванням поставленої задачі, технічних, експлуатаційних характеристик і споживчих властивостей внаслідок аналізу російського ринку коштів промислової автоматизації був вибраний ряд контроллерів і складена відповідна зведена таблиця (додаток 3).

У таблиці приведені деякі характеристики ПЛК різних виробників. Контроллери, що Розглядаються мають схожі функціональні можливості, близькі технічні і експлуатаційні характеристики, деякі майже однакові розміри. У чотирьох останніх рядках вказані параметри для модулів дискретного введення-висновку. Всі контроллери побудовані за магістрально-модульним принципом, монтуються на панель або DIN-рейку, працюють від напруження від +24 до 220в і підтримують протоколи обміну Fieldbus (додаток 4), деяких Ethernet, мають широкий набір модулів:

модулі дискретних входів/виходу;

комунікаційні модулі;

модулі аналогового введення/висновку;

модулі терморегуляторов;

модулі позиціонування;

модулі ПИД-регулятора;

модулі контролю руху.

Наявність різних PLC ставить наступне питання: як вибрати з цієї великої кількості необхідний для ефективного рішення поставленої задачі контроллер? Потрібно не перевага однієї якоїсь характеристики, а деяка інтегральна оцінка, що дозволяє порівняти PLC по сукупності характеристик і властивостей.

Методика вибору ПЛК

Враховуючи специфіку пристроїв, критерії оцінки можна розділити на три групи, зображені на дереві характеристик ПЛК (мал. 6.2):

Рис. 6.2. Дерево характеристик ПЛК

технічні характеристики;

експлуатаційні характеристики;

споживчі властивості.

При цьому критеріями вибору вважати споживчі властивості, т. е. співвідношення показників витрати/продуктивності/надійності, а технічні і експлуатаційні характеристики обмеженнями для процедури вибору.

Крім того, необхідно розділити характеристики на прямі (для яких позитивним результатом є її збільшення) і зворотні (для яких позитивним результатом є її зменшення).

Оскільки характеристики між собою конфліктні, т. е. поліпшення однієї характеристики майже завжди приводить до погіршення інший, необхідно для кожної характеристики визначити ваговий коефіцієнт, що враховує міру впливу даної характеристики на корисність пристрою.

Термінологія і склад критеріїв оцінки ПЛК приведені відповідно до основних положень квалиметрії і стандартів якості (ГОСТ 15467-79).

Вибір апаратури призначується чотирма етапом:

визначення відповідності технічних характеристик пред'явленим вимогам;

визначення відповідності експлуатаційних характеристик пред'явленим вимогам;

оцінка споживчих властивостей вибираної апаратури;

ранжирование виробів.

На першому етапі кожна технічна характеристика виробу, що аналізується порівнюється з пред'явленими до системи, що проектується вимогами, і якщо дана характеристика не задовольняє цим вимогам, виріб знімається з розгляду.

Такий же аналіз проводиться на другому етапі з експлуатаційними характеристиками, і тільки якщо технічні і експлуатаційні характеристики відповідають поставленій задачі і пред'явленим вимогам, проводиться оцінка споживчих властивостей ПЛК.

Для цього використовується аддитивий метод оцінки, коли сумарна оцінка кожної групи властивостей (характеристик) (витрати / продуктивність / надійність) обчислюється по наступній формулі:,

де, - нормовані прямі і зворотні характеристики вибираного виробу (перехід до відносних характеристик);

- вагові коефіцієнти характеристик;

l - число прямих характеристик, n-l - число зворотних характеристик.

Для прямої характеристики - найкращі, - найгірші значення властивості, що оцінюється. Для зворотних характеристик навпаки. Значення поточних характеристик, що оцінюються повинні лежати в діапазоні .

Визначення вагових коефіцієнтів для характеристик ПЛК є однією з самих відповідальних задач, т. до. саме від їх правильної величини залежить достовірність результатів аналізу. Для знаходження усередненої оцінки кожного коефіцієнта може бути рекомендована наступна методика експертних оцінок.

Складається зведена анкета експерти-коефіцієнти (мал. 6.3), в якій проставляються отримані від кожного експерта ненормовані коефіцієнти вагомості по шкалі від 0 до 10.

Рис. 6.3. Зведена анкета експерти-коефіцієнти

Визначаються середньоарифметичні значення ненормованих коефіцієнтів для кожної групи характеристик:,

при

Визначаються значення нормованих вагових коефіцієнтів по групах характеристик характеристик ПЛК:

Перевіряємо правильність розрахунків, згідно з якою сума всіх коефіцієнтів вагомості в групі повинна бути рівна одиниці.

Внаслідок аналізу споживчих властивостей апаратури складається таблиця виріб-споживчі властивості, яка містить початкові дані для вибору ПЛК.

Ранжирование виробів, т. е. розташування їх в порядку зростання (або убування) співвідношення показників витрати/продуктивності/надійності доцільно провести по формулі:

Програма визначення вагових коефіцієнтів з використанням експертних оцінок і розрахунку комплексних оцінок споживчих властивостей ПЛК «expert_quality.vi» написана з використанням LabVIEW. Блок-діаграми приведені в додатку 6.

Програма містить декілька таблиць.

У таблицях 1,2,3 визначається перелік контроллерів, задаються споживчі характеристики ПЛК, об'єднані в групи по ознаці однорідності властивостей: витрати, продуктивність/надійність.

Таблиці 4,5,6 призначені для введення експертних оцінок вагових коефіцієнтів (по десятибалльной шкалі) елементарних споживчих властивостей для кожної групи.

Після усереднення і нормування вагових коефіцієнтів в таблиці 7,8,9 виводяться відповідні значення нормованих вагових коефіцієнтів.

Таблиця 4 містить усереднені вагові коефіцієнти.

Після цього у відповідності описаною методикою обчислюються групові комплексні характеристики ПЛК:, проводиться ранжирование, а результати роботи програми заносяться в таблицю 10.

Програма розроблена з використанням принципів відкритої архітектури, дозволяє змінювати склад експертів і варіювати досліджувані параметри. Простота і зручність дозволяють працювати з програмою навіть слабо підготовленим користувачам.

Рис. 6.4. Робоче вікно програми

За результатами роботи програми будується діаграма комплексних оцінок споживчих характеристик ПЛК.

Максимальне значення узагальненої комплексної оцінки відповідає еталонному ПЛК.

Внаслідок аналізу споживчих властивостей апаратури складена таблиця комплексних оцінок споживчих характеристик ПЛК, яка містить початкові дані для вибору ПЛК.

Проведений аналіз не претендує на повноту обхвату всіх показників в основному по суб'єктивного причинам. Однак навіть в такому вигляді можна зробити висновок про те, що дана методика дозволяє провести оцінку і ухвалити рішення про вибір ПЛК.

З взятих для порівняння ПЛК найкращими споживчими властивості володіє контроллер ICP DAS I-8837.

Цей контроллер є РС-сумісним, повністю відповідає сучасним тенденціям руху ринку промислової автоматизації.

Конструктивно цей контроллер серії i-8000 виконаний у вигляді окремого блоку з негорючих пластик. Блок містить центральний процесор, джерело живлення, панель управління, комунікаційні порти і об'єднувальну плату для установки модулів введення-висновку.

Контроллер може бути без великих зусиль встановлений на DIN-рейку або на панель. При цьому забезпечується відкритий і зручний доступ до панелі управління, до слотам для установки або заміни модулів введення-висновку і комунікаційним роз'єм.

I-8837 має процесор AMD-188/186-40МГц, 512 КБайт оперативних пам'яті з можливістю живлення від окремої батареї, 512 КБайт Flash-пам'яті, вбудований часи реального часу і сторожовий таймер. Об'єм Flash-пам'яті можна нарощувати до 32 Мбайт. Вбудований сторожовий таймер являє собою апаратно реалізовану схему скидання, контролюючу робочий стан контроллера. У випадку непередбаченого “ зависання” контроллера сторожовий таймер автоматично перезапустить його. Для зв'язку з модулями розширення використовується високошвидкісна паралельна, локальна шина.

Контроллер має також вбудовані апаратні і програмні засоби самодиагностики. У ПЗУ вбудоване ядро і програмні модулі системи ISaGRAF (цільова задача), під управлінням яких здійснюється робота контроллера. Детальніше про систему ISaGRAF буде сказано в розділі “ Кошти програмування контроллерів”.

Для зручності оперативного контролю за роботою I-8837 є вбудована панель управління. На ній розташовані 5-знаковий семисегментний індикатор, 3 світлодіоди і кнопки управління. На індикатор може виводиться інформація про статус роботи I-8837 і стан аналогових входів-виходів (інформація про стан дискретних входів-виходів виводиться на світлодіоди, розташовані на модулях розширення). Чотири кнопки оперативного управління “Up”, “Down”, “Mode”, “Set” дозволяють користувачу оперативно переглядати необхідні дані на дисплеї і управляти статусом роботи контроллера.

Додатково на панелі розташований індикатор живлення і кнопка “Reset” для скидання контроллера.

Живлення контроллера може здійснюватися постійним нестабілізованим напруженням в діапазоні від 10 до 30 В. Блок живлення потужністю 20 Вт має лінійну навантажувальну характеристику у всьому робочому діапазоні вихідної потужності і температур. Його з'єднувальні клеми виведені на передню панель контроллера і захищені додатковою кришкою.

Контроллер має три рівні гальванічної розв'язки. Перший рівень в 3000 В постійного струму забезпечується електричними ланцюгами джерела живлення, другої, також в 3000 В, - ізоляцією в модулях введення-висновку, третій, в 2500 В, - ланцюгами комунікаційних інтерфейсів.

Контроллер і модулі розширення можуть працювати в широкому температурному діапазоні від мінус 25 до плюс 75°

Послідовний порт COM1 підтримує стандартний інтерфейс RS-232. COM2 служить для організації зв'язку по RS-485 на основі єдиної пари, що виється.

Послідовний порт COM3 всіх контроллерів служить для завантаження програм із звичайного персонального комп'ютера або може використовуватися як порт RS-232 загального призначення.

Контроллер має вбудований порт Ethernet. Обмін з мережею Ethernet може здійснюватися на швидкості 10 Мб по парі категорії, що виється 3 і вище. Контроллер постачається з бібліотеками TPC/IP, Web Server і VxCOM. Перші дві бібліотеки дозволяють дуже легко інтегрувати контроллери в існуючу мережа Інтернет/Інтранет і отримати доступ до даних через звичайний браузер типу IE або Netscape. Остання бібліотека призначена для реалізації функції Ethernet - RS-232/485 роутера.

Контроллер має відповідно 8 слотов розширення для установки модулів введення-висновку і нарощування функціональних можливостей.

Через один з комунікаційних портів можуть бути приєднані додаткові модулі введення-висновку, встановлені в спеціальні пристрої розширення - кошики типу I-87k4 або I-87k8. Вони мають відповідно 4 і 8 слотов для додаткових модулів. Усього до одного контроллера може бути приєднано до 255 модулів розширення. По інтерфейсу RS-485 до контроллерів можна також приєднувати і будь-які модулі серії I-7000. Т. до. модулі розширення серії I-8000 підтримують систему команд, сумісну з системою команд для серії модулів I-7000, то змішані системи на основі двох серій модулів створювати дуже легко і зручно. Модулі серії I-8000, встановлені в блоки I-87k4 або I-87k8, можна приєднувати до послідовного порту промислового або персонального комп'ютера.

Модулі розширення серії I-8000 діляться на два типи: паралельні і послідовні. Модулі паралельного типу - високошвидкісні пристрої введення-висновку, які можуть бути встановлені тільки в контроллери. Модулі послідовного типу володіють більш низькою швидкістю обміну і можуть встановлюватися як в слоти розширення контроллерів, так і в слоти додаткових пристроїв типу I-87k4 або I-87k8. У контроллер можна встановлювати модулі в будь-якій комбінації: як паралельні, так і послідовні. Всі модулі володіють знімними клеммними з'єднувачами з гвинтовою фіксацією зовнішніх проводів.

У комплекті з контроллером і модулями серії i-8000 постачається документація і додаткове програмне забезпечення:

керівництво користувача;

утиліта програмної конфігурації;

драйвери і бібліотеки для MS DOS;

драйвери і бібліотеки для Windows 95/98/NT;

DDE сервер;

бібліотека компонентів ActiveX;

драйвери і бібліотеки для Linux;

OPC сервер;

бібліотеки TPC/IP, Web-Server і VxCOM;

Середа розробки ISaGRAF є окремим програмним продуктом і постачається за окрему плату.

10Вибор коштів програмування контроллерів.

Використання логічного контроллера, що програмується в автоматизованій системі управління технологічним процесом вимагає застосування спеціальних програмних засобів для програмування контроллера.

Як було відмічено вище вибір того або інакшого засобу програмування диктується насамперед типом контроллера.

Так дляPC-несумісних ПЛК вибір програмного забезпечення, як правило, обмежений коштами розробки, що поставляються виробниками (наприклад, STEP7 від Siemens для програмування контроллерів серії S7). Ці програмні продукти, підтримуючі тільки певні типи ПЛК, включають як традиційні текстові мови програмування, так і спеціалізовані графічні і дозволяють вирішувати практично будь-які задачі по автоматизації з використанням ПЛК. З іншого боку, в умовах відсутності альтернативних програм від сторонніх розробників, часто ці середи розробки мають трохи завищені ціни.

ДляPC-сумісних контроллерів існує більш широкий вибір коштів розробки, що включає як майже безкоштовні системи (Asm, Borland З, адаптовані для програмування контроллерних систем і т. п.), так і спеціальні кошти розробки, що базуються на стандарті IEC 61131(МЕК 61131) (ISAGraf і т. п).

Відмітимо, що стандарт Міжнародної електротехнічної комісії МЕК 61131 (IEC 61131) має реалізації програмному забезпеченні для контроллерів обох типів.

У розділі вибір контроллерних коштів (ПЛК) був зроблений і обгрунтований вибір контроллера ICP DAS I-8837.

Виникає питання про вибір коштів програмування серед різноманіття систем розробки призначених для программированияPC-сумісних контроллерів.

Схоже питання виникає при виборі програмного забезпечення для розробки системи диспетчерського рівня, тому відомості з цього питання приведені в розділі: «Системи верхнього рівня. SCADA системи».

Відповідно до висновків, зроблених в цьому розділі, шлях використання готових (COTS (Commercial Of The Shelf)) інструментальних проблемно-орієнтованих засобів, виявляється більш переважним.

Далі мова піде про одне з відомих коштів розробки, що базується на стандарті IEC 61131(МЕК 61131) - ISaGRAF.

ISaGRAF - стредство програмування контроллерів на базі стандарту IEC 61131(МЕК 61131).

Стандарт МЕК 61131 загалом присвячений логічним контроллерам, що програмуються. Але найбільш відома і популярна третя частина цього стандарту, що визначає мнемоніку мов програмування: «Контроллери, що Програмуються. Частина 3. Мови програмування».

Частина присвячена рішенню задач програмування контроллерів для систем і пристроїв з об'єктом на основі 4-х мов:

текстових  -  IL (список інструкцій) і ST (структурований текст);

графічних  -  FBD (Діаграма блоку функцій) і LD (Релейна діаграма);

елементів графічного уявлення SFS (послідовні функціональні схеми).

Застосування стандарту дає можливість описати процес , що автоматизується і його окремі компоненти в найбільш легкій і зрозумілій формі; всі мови стандарту мають загальний зовнішній інтерфейс; частини прикладної програми можуть бути розроблені на будь-якій мові і скомпоновани в єдину програму, що виконується. Стандарт дозволяє визначити характеристики різних контроллерів, що програмуються, побудованих на базі стандартів, використовуючи універсальні терміни, полегшуючи тим самим задачу по програмування цих контроллерних коштів.

У тій або інакшій мірі цей стандарт реалізований в програмах всіх основних розробники інструментальних програмних систем для промислової автоматики.

Список інструментальних програмних систем, реалізуючий стандарт IEC 61131-3, перевищує два десятки (Табл. 6.1).

Таблиця 6.1

Інструментальні програмні системи

CoDeSys

(Smart Software Solutions, Німеччина)

ACCON-ProSys

(Deltalogic, Німеччина)

OpenDK

(Infoteam Software, Німеччина)

PUMA

(KEBA, Австрія)

SUCOsoft S340

(Klokner-Moeller, Німеччина)

NAIS CONTROL

(Matsushita AC, Німеччина)

PDS7

(Philips, Нідерланди)

SELECONTROL

(Selectron Lyss, Швейцарія)

Soft Control

(Softing, Німеччина)

ISaGRAF

(ICS Triplex, Канада)

На російському ринку "61131"-систем представлено декілька продуктів, але найбільшу популярність має система ISaGRAF (CJ International, Франція). Під управлінням ISaGRAF працюють десятки систем автоматизації.

Інструментальна система ISaGRAF відноситься до класу систем CASE-типу (Computer Aided Software Engineering - Система Автоматизованого Проектування) і призначена для розробки прикладного програмного забезпечення інтелектуальних контроллерів.

ПЛК ICP DAS I-8837 сімейства контроллерів серії I-8000 має вбудоване ядро і програмні модулі системи ISaGRAF (цільова задача), під управлінням яких здійснюється робота контроллера.

Система ISaGRAF включає:

Систему розробки (ISaGRAF WorkBench);

Систему виконання (ISaGRAF Target)

Система розробки призначена для створення прикладних задач, що виконуються потім під управлінням ядра ISaGRAF на системах виконання, і встановлюється на комп'ютері IBM PC (або сумісному) під управлінням MS Windows. Спеціальних вимог до комп'ютера не пред'являється.

Система виконання або завантажується, або прожигается в ПЗУ системи виконання (цільова задача). Вона включає в себе ядро ISaGRAF і набір модулів зв'язку. Як цільова система можуть виступати контроллери (або комп'ютери), побудовані на основі мікропроцесорів INTEL і MOTOROLA і працюючі як під управлінням операційних систем ( OS-9, VxWorks, Dos, Windows NT, QNX і т. д.), так і без них.

Основні переваги ISaGRAF:

використання стандартних мов програмування (МЕК 61131-3);

графічний інтерфейс системи розробки;

легкість в освоєнні і зручність використання;

забезпечення якісних розробок призначених для користувача прикладних застосувань;

вбудовані кошти програмування промислових мереж;

зручні і ефективні відлагоджувальний кошти.

У ISaGRAF закладена методологія структурного програмування, яка дає можливість користувачу описати процес, що автоматизується в найбільш легкій і зрозумілій формі. Інтерфейс з користувачем системи розробки ISaGRAF відповідає міжнародному стандарту GUI (Graphical User Interface), що включає многооконний режим роботи, графічні редактори, роботу з мишею і т. д. Функції ISaGRAF можна розділити на два класи: функції загального призначення і функції програмування логіки.

Функції загального призначення дозволяють вирішувати наступні задачі:

управління розробкою проекту (створення програмної конфігурації, розробка окремих програмних і функціональних одиниць);

створення призначених для користувача бібліотек функцій і блоків на основі стандартних мов;

створення призначених для користувача бібліотек СІ-функцій і СІ-блоків, а також драйверів модулів УСО;

архівація проектів і функцій;

відладка розроблених програмних одиниць;

"гаряча" заміна початкового коду.

Програмування логіки ведеться з використанням:

графічних мов програмування (SFC, FBD і LD);

текстових мов програмування (IL, ST і "C").

Використання стандартних мов програмування дозволяє істотно знизити витрати на розробку прикладного програмного забезпечення.

ISaGRAF надає можливість розробляти процедури з використанням мови "C". Ці процедури можна викликати з будь-якої, описаної вище мови.

Тестування будь-якого програмного продукту становить істотну частину всієї розробки, і наявність хороших відлагоджувальний коштів є необхідною умовою для створення складних програмних комплексів. Графічний відладчик інтегрований в систему розробки і дає можливість:

запускати додаток в реальному режимі і в режимі емулятора;

трасування програм і процедур;

моніторинга змінних проекту;

інтерактивної зміни що міститься змінних;

зміни циклу виконання

В залежності від реалізації системи виконання ISaGRAF під певний тип контроллерів існує підтримка різних протоколів промислових мереж безпосередньо з ISaGRAF. Це дає можливість використання одного інструментального засобу і для програмування логіки контроллерів і для конфігурування многоузлових мереж з включенням систем визуализації на базі РС (FactoryLink, InTouch, TraceMode і т. д.).

11Вибор програмних забезпечення верхнього рівня. SCADA системи

Приступаючи до вибору/розробки спеціалізованого програмного забезпечення (ПО) для створення систем контролю і управління диспетчерського рівня, необхідно вибрати один з наступних шляхів:

програмування з використанням "традиційних" коштів (традиційні мови програмування, стандартні кошти відладки і пр.);

використання існуючих, готових - COTS (Commercial Of The Shelf) - інструментальних проблемно-орієнтованих засобів.

Процес розробки ПО важливо спростити, скоротити тимчасові і прямі фінансові витрати на розробку ПО, мінімізувати витрати труда висококлассних програмістів, по можливості залучаючи до розробки фахівців-технологів в області процесів, що автоматизуються. При такій постановці задачі другий шлях може виявитися більш переважним.

Для складних розподілених систем процес розробки власного ПО з використанням "традиційних" коштів може стати недопустимо тривалим, а витрати на його розробку невиправдано високими. Варіант з безпосереднім програмуванням відносно привабливий лише для простих систем або невеликих фрагментів великої системи, для яких немає стандартних рішень (не написаний, наприклад, відповідний драйвер) або вони не влаштовують по тих або інакших причинах в принципі.

Далі мова піде про існуючі, готові COTS кошти - SCADA системах.

SCADA-система - система диспетчерського управління і збору даних. Спеціальне програмне забезпечення, вирішальне задачі введення-виведення в системі АСУ ТП, відстеження аварійних і предаварийних ситуацій, обробки і представлення на пульт оператора графічної інформації про процес, підтримка звітів про виконання технологічного процесу. У світі існують порядку десятка подібних систем. Є розробники такого програмного забезпечення і в Росії.

Застосування SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерське управління і збір даних) - технологій дозволяє досягнути високого рівня автоматизації в рішенні задач розробки систем управління, збору, обробки, передачі, зберігання і відображення інформації.

Дружественность человеко-машинного інтерфейса (HMI/MMI), що надається SCADA - системами, повнота і наглядність інформації, що представляється на екрані, доступність "важелів" управління, зручність користування підказками і довідковою системою і т. д. - підвищує ефективність взаємодії диспетчера з системою і зводить до нуля його критичні помилки при управлінні.

Спектр функціональних можливостей визначений самою роллю SCADA в системах управління і реалізований практично у всіх пакетах:

автоматизована розробка, що дає можливість створення ПО системи автоматизації без реального програмування;

програмна підтримка різноманітного обладнання і мережевих протоколів;

збір первинної інформації від пристроїв нижнього рівня (сигнали, що визначають стан виробничого процесу в теперішній момент часу: температура, тиск, положення і т. д. з промислової апаратури: контроллери, датчики і т. д.;

обробка первинної інформації;

графічне відображення зібраних даних на екрані автоматизованого робочого місця (АРМ) в зручній для оператора формі (на мнемосхемах, індикаторах, сигнальних елементах, у вигляді текстових повідомлень і т. д.);

реєстрація тривог (аларми) і історичних даних (тренди) (автоматичний контроль стану параметрів процесу, генерація сигналів тривоги і видача повідомлень оператору в графічній і текстовій формі у разі виходу їх за межі заданого діапазону);

зберігання інформації з можливістю її поста-обробки (як правило, реалізовується через інтерфейси до найбільш популярних баз даних);

контроль за діями оператора шляхом реєстрації його в системі за допомогою імені і пароля, і призначення йому певних прав доступу, що обмежують можливості оператора (якщо це необхідне) по управлінню виробничим процесом;

кошти виконання прикладних програм.

Крім перерахованих базових функцій SCADA систем можлива наявність специфічних можливостей:

розробка і виконання (автоматичне або по команді оператора) алгоритмів управління виробничим процесом. Складність алгоритмів обмежена можливостями і надійністю SCADA системи;

підтримка нових інформаційних технологій (WEB, GSM і т. п.);

інтеграція з автоматизованими системами управління підприємствами (АСУП).

Потрібно відмітити, що концепція SCADA, основу якої складає автоматизована розробка систем управління, дозволяє вирішити ряд задач, довгий час що вважалися нерозв'язними: скоротити терміни розробки проектів по автоматизації і прямі фінансові витрати на їх розробку.

У цей час SCADA є основним і найбільш перспективним методом автоматизованого управління складними динамічними системами (процесами).

Програмні продукти класу SCADA широко представлені на світовому ринку. Це декілька десятків SCADA - систем, багато які з яких знайшли своє застосування і в Росії. Найбільш популярні з них приведені нижче:

InTouch (Wonderware) - США;

Citect (CI Technology) - Австралія;

FIX (Intellution) - США;

Genesis (Iconics Co) - США;

Factory Link (United States Data Co) - США;

RealFlex (BJ Software Systems) - США;

Sitex (Jade Software) - Великобританія;

TraceMode (AdAstrA) - Росія;

Cimplicity (GE Fanuc) - США;

САРГОН (НВТ - Автоматика) - Росія;

LabVIEW DSC (National Instruments) - США.

При такому різноманітті SCADA продуктів на російському ринку природно виникає питання про вибір системи для найбільш ефективного рішення поставлений задачі.

Багато які промислові SCADA системи (наприклад, WinCC) надто складні в освоєнні (на думку експертів їх практично неможливо освоїти самостійно, без відвідування фірмових курсів, що дорого коштують (сотні евро за семінар) ) і вельми дорогі.

Серед перерахованих SCADA систем особливо хочеться виділити продукт компанії National Instruments LabView DSC (LabVIEW Datalogging & Supervisory Control). Ця система значно простіше в освоєнні і наочніше при програмуванні.

LabVIEW DSC - SCADA система

Компанія National Instruments є одним з ведучих розробників контрольно-вимірювальних систем, в основі яких лежить концепція віртуальних вимірювальних приладів. Технологія віртуальних приладів спирається на сучасну комп'ютерну техніку в комбінації з гнучким програмним забезпеченням і модульним високопродуктивним обладнанням для створення могутніх комп'ютерних вимірювальних рішень. Підхід віртуальних приладів дозволяє створювати могутні додатки для підвищення продуктивності і ефективності на всіх етапах виробництва - від дослідження до досвідчених розробок і реального виробництва [20,21].

Флагманським продуктом компанії National Instruments є високоефективна програмна середа LabVIEW, яка поєднує простоту графічного підходу з гнучкістю могутньої мови програмування. LabVIEW тісно інтегрується з вимірювальним обладнанням, що дозволяє швидко створювати ефективні рішення в області збору даних і управління. З допомогою LabVIEW замість написання тексту програми створюється графічна блок-діаграма віртуального приладу. Блок-діаграма, що Саме інтуїтивно будується, зрозуміла будь-якому інженеру, - визначає функціонування системи.

Дані можуть бути отримані від тисячі різноманітних пристроїв, включаючи промислові контроллери PLC, що вбудовуються плати введення/висновку сигналів відео і управління приводами. Програма, що Створюється має можливість взаємодії з іншими системами за допомогою комп'ютерних мереж, ActiveX, що розділяються бібліотек, мови спілкування з базами даних SQL.

Коли початкові дані отримані, могутні математичні інструменти LabVIEW дозволяють виявити потрібну інформацію і потім опублікувати її в Інтернет або оформити у вигляді професійного звіту.

Найбільший інтерес для розробників промислових систем управління представляє редакція Control Edition, вмісна модулі LabVIEW Real-Time і LabVIEW DSC (Datalogging and Supervisory Control Module), а також драйвера для PLC контроллерів і інших пристроїв. Використовуючи LabVIEW спільно з цими модулями, можна створювати могутні і ефективні системи автоматизованого збору даних і управління технологічними виробництвами.

Модуль LabVIEW Real-Time спільно з цільовою апаратною платформою серії RT дозволяє розробляти широкий діапазон спеціалізованих, систем реального часу, що вбудовуються і завантажувати їх для виконання на незалежній цільовій платформі серії RT (наприклад, в контроллерах серії FieldPoint) для гарантованого виконання в режимі жорсткого реального часу.

Особливості:

графічна розробка систем «жорсткого» реального часу, що вбудовуються;

завантаження LabVIEW коду для виконання на цільовій платформі;

швидка розробка і відладка;

тісна інтеграція з обладнанням серії RT для забезпечення продуктивності жорсткого реального часу, надійне виконання на окремому процесорі під управлінням ОС РВ;

інтегровані бібліотеки введення/висновку сигналів, управління приводами машинного зору, PID регулювання, нечіткої логіки, послідовного і GRIB інтерфейсів, мережевої підтримки і аналізу по точках.

Модуль LabVIEW Datalogging and Supervisory Control Module, як випливає з назви, призначений для графічної розробки прикладних застосувань моніторинга і управління. По суті, цей модуль робить з LabVIEW справжню SCADA систему, що володіє повним набором функцій програм цього класу. Поряд з властивостями, необхідними для сучасних SCADA-систем, LabVIEW DSC отримав могутню математичну підтримку LabVIEW і досвід тисяч його користувачів.

Особливості:

швидка графічна розробка прикладних застосувань моніторинга і управління з великим числом каналів;

обробка тривог і реєстрація подій;

автоматична реєстрація даних;

перегляд записів і даних в реальному часі;

забезпечення спільного використання даних в мережі;

мережевий доступ до видалених баз даних для зберігання інформації;

OPC клієнт/серверний з'єднання;

математична підтримка LabVIEW і модулів розширення.

Могутній математичний апарат спільно з використанням сучасних технології автоматизації, таких як OPC, дозволяє крім створення систем управління успішно моделювати на базі LabVIEW DSC багато які технологічні процеси, наприклад стадію стерилізації ферментера. Це дозволяє створювати ефективні алгоритми управління (а також вдосконалити математичні моделі процесів) без проведення експериментів, що дорого коштують з використанням технологічного обладнання.

Ці особливості вплинули на вибір на користь LabVIEW Datalogging and Supervisory Control Module як SCADA система для АСУ стадією стерилізації.

12. РОЗРОБКА СИСТЕМИ АВТОМАТИЗОВАНОГО УПРАВЛІННЯ СТАДІЇ СТЕРИЛІЗАЦІЇ БИОРЕАКТОРА

13Автоматизированное робітника місце оператора. Інтерфейс оператора

функції, що Виконуються. Вимоги до конфігурації. Програмне забезпечення

В системі автоматизованого управління стадією стерилізації верхній (диспетчерський) рівень структури АСУ представлений автоматизованим робочим місцем оператора (АРМ), на якому функціонує SCADA система NI LabVIEW DSC і ведеться архів бази даних технологічних параметрів [23,24,25].

Функції, що Виконуються:

Забезпечення входу в систему по паролях і розмежування рівня доступу до ресурсів;

Відображення і архівування інформації про функціонування системи стерилізації;

Взаємодія з контроллерной підсистемою управління;

Відображення діагностичної інформації про стан складових частин системи і ліній зв'язку;

Ведіння протоколу порушень і технологічного журналу;

Ведіння протоколу роботи системи і дій оператора;

Можливість управління оператором роботою установки в «ручному» режимі;

Взаємодія з виробничою обчислювальною мережею.

Автоматизоване робоче місце являє собою IBM PC сумісну робочу станцію в офісному виконанні, розміщену в опалювальному приміщенні з контрольованою температурою і вогкістю.

Конфігурація цього комп'ютера відповідає функціональному призначенню АРМ (збір і обробка технологічної інформації з нижніх рівнів автоматизації, визуализация технологічного процесу). Основні особливості конфігурації:

якісні комлектуючий і надійна зборка;

великий об'єм оперативної і постійної пам'яті, висока швидкодія процесора і системи загалом;

відеопідсистема, що забезпечує високу якість зображення (монітор з великим екраном і відеоадаптер з чітким перенесенням кольорів і стабільною картинкою);

ергономічні пристрої введення.

Комп'ютер підключений через переходник (RS-232/485) до виробничої мережі.

Автоматизоване робоче місце оператора функціонує на базі операційної системи Microsoft Windows 2000 Professional, що забезпечує задовільну надійність і сумісність з програмним пакетом Microsoft Office.

Функції SCADA виконує встановлена середа виконання NI LabVIEW DSC Run-Time, що надає програмну підтримку для виконання проектів, розроблених в інструментальному середовищі NI LabVIEW DSC Standart.

Це програмне забезпечення дозволило в короткі терміни створити зручний інтерфейс оператора, а також алгоритми управління і реєстрації подій.

Крім того, на даному АРМ ведеться головний архів бази даних технологічного процесу Citadel.

Головний архів задовольняє наступним вимогам і має наступні характеристики:

період зберігання даних не менш 30 діб;

тривалість циклу опиту 0,2 з.;

тривалість циклу архівування 0,2 з.;

місце зберігання жорсткий диск операторської станції;

циклічна організація зберігання;

Головний архів призначений для функціонування наступних підсистем:

підсистема відображення трендов відповідних груп параметрів;

підсистема протоколювання оперативної і звітної інформації (подій).

Система дозволяє архівувати дані і повідомлення про хід технологічного процесу, забезпечує виконання наступних груп функцій створення архіву даних про значення заданих параметрів технологічного процесу;

створення аварійного архіву даних про значення критичних параметрів технологічного процесу;

прийом і зберігання даних у вказаних архівах із заданими часами циклів опиту і архівування;

можливість вибірки з архіву груп даних по певних параметрах, (ім'я параметра) або по інтервалу часу;

формування розрахункових архівів даних по умовах (імена розрахункових параметрів, формат зберігання, інтервал часу в течії якого буде зберігатися і архівуватися даний параметр, часи циклів опиту і архівування);

створення архіву повідомлень про хід і порушення в ході технологічного процесу;

зберігання вибірка і відображення повідомлень по заданому критерію;

друк заданої вибірки з архіву повідомлень по запиту оператора.

Також в системі реалізовані функції протоколювання повідомлень про хід технологічного процесу. Реєструються порушення і відхилення технологічних параметрів, двійкових подій (типу вкл./викл. або відкритий/закритий), дії оператора-технолога, аварійні ситуацій.

Дані протоколи у разі необхідності можуть бути розпечатані в формі аналогічній їх відображенню на екрані монітора і в цьому випадку є звітними документами і призначені для:

 аналізу функціонування технологічного об'єкта;

 управління в регламентних і нештатних ситуаціях;

 аналізу причин порушень і відхилень від регламенту;

 аналізу функціонування програмно-технічного комплексу.

Розглянемо детальніше реалізацію диспетчерського рівня автоматизації САУ стадією стерилізації в SCADA системи в NI LabVIEW DSC.

Структура інтерфейса оператора

Основою для побудови ієрархічної системи визуализації (інтерфейса оператора) для системи управління є технологічна структура стадії стерилізації що складається з ферментера, запорно-регулюючої арматуру, трубопровідної обвязки.

Визуализация інформації про функціонування виробництва на стадії стерилізації здійснюється за допомогою сукупності відеограм - вікон і панелей, що відображаються на екранах кольорових моніторів робочих станцій операторів-технологів.

Структура інтерфейса оператора:

верхній рівень: оглядове меню з реалізацією функцій прямого виклику відеограм нижнього рівня;

нижній рівень: комплекс відповідного відеограма окремої технологічної нитки (стадії стерилізації).

До видеограммам нижнього рівня відносяться:

Мнемосхема - технологічне вікно відображення роботи обладнання, виведення технологічних і аварійної сигналізації (свідчення датчиків і стан виконавчих механізмів);

Віртуальна панель контролю і управління стадією стерилізації - вікно, службовець керуючим інтерфейсом стадії стерилізації;

Вікно трендов стадії стерилізації - панель, на якій відображається актуальна технологічна інформація у вигляді графіків і діаграм - трендов (trends);

Вікно подій - призначено для реєстрації і перегляду поточних і історичних тривог, аварій і інших подій;

Вікно історичних трендов - забезпечує перегляд графіків виконання технологічного процесу.

Системи визуализації, побудована на основі описаної структури надалі буде інтегрована до складу диспетчерського рівня АСУТП біосинтезу еритромицина, як реалізація диспетчерського рівня окремої гілки технологічного процесу.

Загальні характеристики інтерфейса оператора

Всі панелі і вікна інтерфейса оператора, належні одній системі визуализації побудовані за принципом уніфікації властивостей (тип, колір, анимация) графічних елементів.

Панелі і вікна інтерфейса оператора відображаються на чорному фоні екрана монітора робочої станції.

Колір фону панелей і вікон інтерфейса оператора задається одним кольором (сіро-блакитним) для позначення приналежності відеограм до однієї системи визуализації.

Статичні складові інтерфейса оператора, такі як зображення технологічного обладнання установки відображаються переважно сірим кольором.

Текстові позначення (підписи) індикаторів, полів введення, апаратів і матеріальних потоків, ідентифікатори технологічних параметрів, фізична розмірність технологічних параметрів, означаються чорним або синім кольором.

У оформленні динамічних елементів введення і відображення значень (станів) технологічних параметрів, слідуючи концепції уніфікації, використовуються наступні колірні і анимационние рішення:

для алфавітно-цифрових індикаторів параметрів технологічного процесу регламентні значення технологічних параметрів (активні, робітники стану) відображаються зеленим або синім кольорами на чорному або білому фоні;

регламентні значення (неактивні, вимкнені стану) відображається сірим, сіро-зеленим, червоним кольорами (наприклад, закритий клапан);

значення технологічних параметрів, що відхилилися від норми при порушенні меж L і Н (сигналізація) відображаються жовтим кольором, при порушенні меж LL HH (блокування) відображаються яскраво червоним кольором, з використанням мерехтливої зміни кольорів.

У оформленні динамічних елементів введення і відображення, не пов'язаних прямо з технологічними параметрами (кнопки, перемикачі, індикатори стану процесу) використовуються наступні колірні і анимационние рішення:

для позначення регламентних значень (активних, робочих станів) використовуються синій, зелений кольори (різної яскравості);

для позначень регламентних значень (неактивних, вимкнених станів) використовуються сірий, червоний (припинення процесу) кольори;

не регламентні значення означаються жовтим, червоним кольорами з додаванням анимационних ефектів (мерехтіння).

Більш докладний опис оформлення динамічних елементів інтерфейса оператора приведений в наступних підрозділах.

На видеограммах повинна відображатися наступна інформація:

для контрольованих технологічних параметрів відображається його числове значення і фізична розмірність. При виході значення параметра за межі верхніх або нижніх меж Н і L (сигналізація) і або HH і LL (блокування), якщо вона/вони задані, цифрове значення параметра, з моменту виникнення відхилення значення відображається в режимі мигання і виділяється відповідним кольором - жовтим при порушенні меж типу L і Н і яскраво червоним при порушенні меж типу LL і HH. Після квитирования події оператором - технологом відображення параметра режим мигання знімається. Повернення відображення параметра до звичайного кольору відбувається при поверненні значення параметра до нормальної величини. Звичайним за умовчанням є синій (зелений) колір;

для регульованого технологічного параметра відображається назва параметра, його числове значення, фізична розмірність.

Оглядове меню

Оглядове меню призначено для швидкого (шляхом натиснення відповідної кнопки) виклику всіх типів відеограм, що відносяться до даної технологічної лінії (стадії стерилізації).

Меню містить кнопки виклику панелей і вікон інтерфейса оператора, а також супровідні написи. Під час роботи оглядове меню розташовується постійно на передньому плані в правій частині екрана, роблячи зручною швидку навігацію по видеограммам.

При першому натисненні на вибрану кнопку відбувається завантаження і запуск відповідного вікна (панелі). Повторне натиснення (при завантаженій панелі) приводить до висновку вікна на передній план.

Зображення оглядового меню дане на мал. 7.1. Блок-діаграма приведена в додатку 8.

Рис. 7.1. Оглядове меню

Мнемосхема

Для визуализації стану технологічного обладнання і відображення поточних значень контрольованих параметрів використовується мнемосхема, що відображається на екрані монітора (мал. 7.2). Блок-діаграма приведена в додатку 9. Нарівні з віртуальною панеллю контролю і управління мнемосхема призначена для використання операторами-технологами як основний засіб контролю і управління технологічним процесом.

Рис. 7.2. Мнемосхема стадії стерилізації биореактора

На мнемосхеме в реальному масштабі часу відображається хід технологічного процесу, а використання об'ємних зображень елементів мнемосхеми, максимально наближених до вигляду реальних конструкцій технологічного обладнання, полегшує роботу оператора і забезпечує хороше сприйняття ним фактичного стану керованого в дистанційному режимі обладнання.

Мнемосхема САУ стадії стерилізації повторює з деякими особливостями функціональну схему автоматизації, містить основне технологічне обладнання і напрями руху матеріальних потоків, відображає принципову схему КИПіА з одночасною індикацією в цифровій формі:

значень контрольованих і регульованих технологічних параметрів;

значень сигналів, що характеризують дійсний стан двухпозиционних, виконавчих механізмів (клапанів, насосів);

стану (ВКЛ/ВИКЛ) різного електротехнічного обладнання;

стан технологічного параметра відносно технологічних і аварійних регламентних значень;

для отсечного клапана виводиться текстова індикація стану клапана по керуючому сигналу.

Найбільша увага на мнемосхеме приділяється запорно-регулюючій арматурі, а також позиціям, на яких встановлені датчики технологічного процесу.

Статичні елементи мнемосхеми зображаються у вигляді об'ємних фігур светло-серого кольору з текстовими підписами, дані назви і напрям масових потоків (пара, стерильне повітря і інш.).

Елементи, що беруть участь в автоматизації: трубопроводи, запорно-регулююча арматура, - зроблені динамічними об'єктами, властивості яких (видимість, колір, анимированние можливості) міняються відповідно до операцій процесу, що виконуються.

По даній мнемосхеме здійснюється контроль за наступними параметрами технологічного процесу:

температура середи всередині ферментера;

температура на вихідному штуцере ферментера;

тиск всередині ферментера;

рівень середи в ферментере.

Для цього в оформленні мнемосхеми присутні динамічні елементи індикатори фізичних параметрів процесу, пов'язані з відповідними технологічними параметрами:

індикатор температури середи всередині ферментера;

індикатор температури на вихідному штуцере ферментера;

стрілочний індикатор тиску всередині ферментера;

індикатор рівня середи в ферментере.

Формат відображення інформації і оформлення індикаторів певною мірою аналогічний зовнішньому вигляду показуючих приладів звичайного типу (манометр, термометр).

Іншими динамічними елементами мнемосхеми є запорно-регулююча арматура і трубопровідна обвязка:

відкриті клапани і працюючі насоси підсвічуються зеленим кольором, закриті клапани і неработающие насоси підсвічуються червоним кольором;

трубопровідна обвязка, при проходженні матеріального потоку, міняє колір з нейтрального сірого на колір, визначений у відповідності з ГОСТ 14202-69 («Трубопроводи промисловий підприємств. Пізнавальне забарвлення, застережливі знаки і маркировочние щитки» див. табл. 7.1).

Основні матеріально-технічні потоки відображаються наступними кольорами (табл. 1).

Таблиця 7.1

Кольори матеріально-технічних потоків

речовина,

що Транспортується Колірна маркіровка

Вода

Зелена

Пара

Червоне

Повітря

Синє

Кислота

Оранжевий

Луг

Фіолетовий

Відходячий гази

Жовтий

Підживлення

Коричневий

Віртуальна панель контролю і управління

Віртуальна панель контролю і управління нарівні з вказаною вище мнемосхемой є основним засобом операторів при контролі і управлінні технологічним процесом.

Віртуальна панель контролю і управління побудована з наступних окремих програмних блоків:

блок управління;

блок індикаторів;

блок стану клапанів і насосів;

За допомогою блоку управління оператор здійснює запуск стадії

стерилізації, контролює течію процесу, може припиняти і поновлювати процес з вибраної операції. Для цього в даному блоці присутні кнопки: «Старт», «Стоп», «Старт з операції», а також індикатор «Процес».

За допомогою перемикача «Доступ до ручного управління» можна переводити клапани і насоси в режим ручного управління (управління здійснюється кнопками блоку стану клапанів і насосів).

Крім цього блок управління містить індикатори тривог і аварійних ситуацій:

 HH: верхня аварійна межа;

 Н: верхня технологічна межа;

 L: нижня технологічна межа;

 LL: нижня аварійна межа.

Також на блоці управління присутній цифровий індикатор індексу поточної операції і текстове поле, в якому відображається коментар до поточної операції.

Іншим блоком є блок індикаторів. Формат відображення інформації на ньому аналогічний формату відображення технологічних параметрів на мнемосхеме стадії стерилізації. По даному блоку здійснюється контроль за наступними параметрами:

температура середи всередині ферментера;

температура на вихідному штуцере ферментера;

тиск всередині ферментера;

рівень середи в ферментере.

Для кожного параметра, крім відображення у цифровому і графічному вигляді його поточного значення, передбачені індикатори стану пов'язаних з ним характеристик. Наприклад, вихід значень параметра за технологічні або аварійні межі: LL, L, Н, HH індикатор робочого стану датчиків.

Наступний блок - блок стану клапанів і насосів.

Блок являє собою групу індикаторів і елементів управління станом запорно-регулюючий арматуру (кнопок).

У автоматичному режимі стерилізації кожний індикатор інформує про технологічне стану відповідного виконавчого механізму.

У ручному режимі стерилізації контролюється стан окремих клапанів і насосів. Натисненням відповідної кнопки проводиться зміна технологічного стану виконавчого механізму, а індикатор показує фактичний стан цього клапана або насоса. У правому верхньому кутку кожного індикатора технологічного стану запорно-регулюючої арматури присутній індикатори робочого стану відповідного елемента.

Віртуальна панель контролю і управління забезпечує швидке навчання оператора і простоту формування команд управління обладнанням в дистанційному режимі. Екран віртуальної панелі контролю і управління стадією стерилізації показаний на мал. 7.3. Блок-діаграма приведена в додатку 10.

Рис 7.3. Віртуальна панель контролю і управління

Вікно трендов стадії стерилізації

На панелі трендов стадії стерилізації в реальному часі йде відображення значень технологічних параметрів. Широкі можливості LabVIEW дозволяють використати могутні кошти обробки і визуализації для надання оператору технологічної інформації у вигляді графіків і діаграм (трендов).

Всі технологічні параметри, що відносяться до стадії стерилізації, розділені на групи, що відображаються на відповідних трендах (графіках значень технологічних параметрів на певному минулому інтервалі часу). Ці групи об'єднують схожі по властивостях технологічні параметри (наприклад, всі дискретні сигнали).

Оператор має можливість прочитувати всі значення параметрів і визначати короткострокову тенденцію їх розвитку в теперішній момент часу.

Тренди, розташовані у верхній частині панелі трендов (Тренд1, Тренд2, Тренд3) відображають стан безперервних (аналогових) технологічних параметрів (температура, тиск, рівень рідини).

У нижній частині панелі знаходиться тренд групи дискретних параметрів, фіксуючий стану клапанів і насосів, що беруть участь в стадії стерилізації (відкритий/закритий, включений/вимкнений). На цій діаграмі відображається циклограмма стадії стерилізації (графічне зображення станів виконавчих механізмів у часі).

Кожний тренд має назву і поле, вмісну технологічні найменування параметрів і кольори, що використовуються і стилі відображення.

Для зручності оператора тренди можуть легко настроюватися на різні діапазони тимчасових осей і амплітуди зміни технологічних параметрів. Можна організувати відображення інформації з абсолютними або відносними тимчасовими шкалами, переглядати історичні дані (що обмежуються розміром буфера графічних даних). Легко піддаються настройці властивості ліній відображення (товщина, колір, форма і інш.). Екран вікна трендов стадії стерилізації зображений на мал. 7.4. Блок-діаграма приведена в додатку 11.

Рис. 7.4. Вікно трендов стадії стерилізації

Вікно подій

Вікно подій надає оператору інформацію про хід технологічного процесу шляхом відображення різних подіях, пов'язаних з течією стадії стерилізації: повідомлення про зміну стану елементів запорно-регулюючої арматури; тривоги, пов'язані з досягненням технологічними параметрами меж допустимих значень; аварії, викликані поломками або збоями в функціонуванні технологічного обладнання.

Вікно подій включає наступні елементи:

таблиця реєстрації тривог;

таблиця реєстрації історія подій, тривог;

кнопка підтвердження тривоги;

панель розшифровки колірної маркіровки подій.

Екран вікна подій зображений на мал. 7.5. Блок-діаграма приведена в додатку 12.

Рис. 7.5. Вікно подій

Системою реєстрації тривог фіксуються порушень і відхилення від заданих значень параметрів технологічного виробництва

Інформація про порушення і відхилення відображається на екрані дисплея робочої станції в спеціальній таблиці, що постійно оновляється по мірі надходження нових повідомлень вікна - «Тривоги (Alarms)» в формі порядкових записів.

При порушенні роботи або відхилень технологічних параметрів від регламенту в таблиці реєстрації тривог з'являється відповідний запис, помічений червоним кольором, при цьому вікно подій автоматично виводиться на екран. Параметр реєструється при наявності хоч би однієї з уставок, наприклад L; LL; Н; HH.

У рядку кожного повідомлення вказується:

дату і час реєстрації повідомлення;

ідентифікатор параметра, що відхилився;

значення параметра в момент реєстрації тривоги;

статус, пріоритет, поріг спрацювання тривоги;

подія в текстовій формі.

Ці характеристики запису виводяться у відповідних стовпцях таблиці.

Після виникнення тривоги оператору, відповідно до настройок системи реєстрації тривог для даної події, буде запропоновано підтвердити факт тривоги за допомогою кнопки підтвердження тривог, або чекати автоматичного підтвердження тривоги після нормалізації параметра, що викликав тривогу.

Нові записи в таблиці реєстрації тривог підсвічується червоним кольором, при підтвердженні оператором факту тривоги (або автоподтвержденії) колір запису міняє на жовтий, при поверненні технологічного параметра в рамки регламенту колір запису міняється на зелений і запис пропадає. При нормалізації технологічного параметра до підтвердження тривоги оператором колір запису міняється на зелений, після ручного підтвердження запис пропадає.

Таблиця реєстрації тривог містить тільки оперативну інформацію, що динамічно оновляється.

Іншою таблицею, в якій зберігаються записи всіх подій, пов'язаних з розвитком і усуненням тривог, є таблиця реєстрації історія подій, тривог.

Форма представлення інформації в цій таблиці багато в чому аналогічна таблиці реєстрації тривог. Відмінність полягає в тому, що всі події фіксуються у вигляді нових записів, що додаються в початок таблиці, крім того, таблиця реєстрації історія подій містить додаткові стовпці, що включають ідентифікатор оператора, і опис групи даного технологічного параметра. Крім реєстрації порушень і відхилень технологічних параметрів в таблиці фіксуються двійкові подій (типу вкл./викл. або відкритий/закритий), дій оператора-технолога, аварійні ситуацій.

Даний протокол може включати більше за 100 повідомлень. При необхідності таблиця ця може бути розпечатана в формі протоколу порушень і відхилень.

Вікно історичних трендов

Вікно історичних трендов дозволяє оператору переглядати архів технологічних параметрів процесу у вигляді тренда історичних даних (рис 7.6). Блок-діаграма приведена в додатку 13.

Рис. 7.6. Вікно історичних трендов

Головним елементом вікна є тренд історичних даних - гипертренд. Ця структура дозволяє одночасно виводити історичні тренди декількох тегов за рахунок додавання декількох вертикальних фактичних (не в %) шкал технологічних параметрів, вхідних в даний тренд з вказівкою фізичної розмірності.

У верхній частині гипертренда розташована навігаційна панель, що дозволяє здійснювати швидке зміни тимчасового діапазону відображення, пролистивать історію процесу, задавати тимчасової діапазон відображення в явному вигляді. Відображення ведеться в абсолютному часі.

Гипертренд має поле, вмісне технологічні найменування параметрів і кольори відображення, що використовуються.

За допомогою спливаючого меню можна додавати і видаляти технологічні параметри, що відображаються, настроювати властивості додаткових вертикальних шкал, включати автомасштабирование.

Під час конфігурування гипертренда можуть бути задані наступні властивості і характеристики:

 колір фону і шрифт значень і розмірності;

 склад кожної групи трендов (ім'я архіву, ім'я тега);

 назва і масштаб осі X (час);

 назва і масштаб осі Y (значення тега).

У режимі Run-Time напрям розвитку тега буде відображений у вікні тренда, якщо було виконане відповідне конфігурування.

Параметри відображення тегов гипетрендом можуть бути змінені в режимі Run-Time кнопками вікна або панелі інструментів.

Натиснення на кнопкувключает режим відображення, при якому виведення здійснюється тільки при зміні значень технологічних параметрів (вихід параметра із зони нечутливості).

При натисненні на кнопку на гипертренде крім історій виводяться актуальні значення тегов, що додаються в базу даних технологічних параметрів. При відключенні запис в архів продовжується в фоновому режимі.

Для переміщення по архіву можна використати відповідні кнопки на панелі інструментів гипертренда. Відображення архівованого значення тега йде в межах тимчасового інтервалу. Довжина цього інтервалу визначається тимчасовим діапазоном, належним відображенню, або є різницею між часом запуску і закінчення.

У вікні гипертренда буде відображений напрям розвитку тега в межах встановленого тимчасового діапазону, починаючи з першого заархивированного значення.

У вікні гипертренда буде відображений напрям розвитку тега в межах попереднього тимчасового інтервалу, починаючи з інтервалу, що відображається в даний момент.

У вікні гипертренда буде відображений напрям розвитку тега в межах наступного тимчасового інтервалу, починаючи з тимчасового інтервалу, що відображається в даний момент.

У вікні гипертренда буде відображений напрям розвитку тега в межах встановленого тимчасового діапазону, що закінчується останнім заархивированним значенням.

Для збільшення або зменшення зображення сегмента гипертренда потрібно використати відповідно кнопки «Zoom in» і «Zoom out» («Збільшення області відображення» і «Зменшення області відображення»).

Область для збільшення також можна виділити, розтягуючи навколо неї рамку при натисненні лівій кнопці миші.

Для повернення до установок відображення за умовчанням потрібно натиснути правою кнопкою на гипертренде і вибрати пункт меню «Restore X Axis Width» («Відновлення ширини діапазону осі Х»). Для діапазону значень на осі X автоматично будуть використані заздалегідь встановлені значення.

Для знаходження максимальних і мінімальних значень тегов, що відображаються на заданому інтервалі, визначення часу досягнення технологічним параметром (групою) певної величини (величин), визначення тимчасової позиції і амплітуди вибраної точки призначена кнопка «Open cursor», що відкриває діалог «HyperTrend Cursors» («Діалог візирних ліній») (рис 7.7).

При відкритті цього діалогу в області графіка з'являється вертикальна візирна лінія. За допомогою діалогу або пересуваючи курсором візирну лінію можна виробляти перераховані і інші операції по визначенню різних параметрів історичних даних.

Рис 7.7. Діалог візирних ліній

Використовуючи кнопку можна запустити «Historical Trend Viewer» (мал. 7.8) утиліту що дозволяє проводити розбір історії тегов, а також експортувати дані для складання звітів.

Рис. 7.8. Утиліта перегляду історичних трендов

14Компьютерная модель стадії стерилізації биореактора

Використання технології OPC

Замість обмеженого по продуктивності і надійності механізму DDE компанія Microsoft запропонувала більш ефективний і надійний засіб передачі даних між процесами OPC (OLE for Process Control) [20].

Основна мета стандарту OPC полягає у визначенні механізму доступу до даних з будь-якого пристрою з додатків і, зокрема, забезпечення спільної роботи і взаємозамінності (сумісність) промислових пристроїв від різних постачальників. ОРС дозволяє виробникам обладнання постачати програмні компоненти, які стандартним способом забезпечать клієнтів даними з ПЛК. Маючи затверджений в стандарті набір інтерфейсів, кінцевий користувач зможе організувати взаємодію і обмін даними між будь-якими розподіленими компонентами системи. Переваги використання стандарту OPC:

OPC дозволяє визначати на рівні об'єктів різні системи управління і контролю, працюючі в розподіленому гетерогенному середовищі;

OPC усуває необхідність використання різного нестандартного обладнання і відповідних комунікаційних програмних драйверів;

ОРС-клієнти (SCADA системи і інші додатки) можуть зв'язуватися з одним або декількома ОРС-серверами (наприклад, реалізованими в ПЛК), розробленими різними виробниками.

З ОРС-рішеннями інтеграція в гетерогенні (неоднорідні) системи стає досить простій. З точки зору SCADA-систем потрібно підкреслити, що ОРС-сервери, розташовані на комп'ютерах усього виробничого підприємства, стандартним способом можуть постачати дані в програму визуализації, бази даних і т. п.

При розробці програмного забезпечення диспетчерського рівня САУ стадії стерилізації биореактора широко використовувалися можливості технології OPC.

Використання OPC для об'єднання комп'ютерної моделі процесу стерилізації і системи управління дозволило створити гнучку систему для вдосконалення САУ, відладки алгоритмів управління і поліпшення моделі процесу.

При розробці диспетчерського (верхнього) рівня САУ стадії стерилізації биореактора проблема випробування системи вирішується шляхом комп'ютерного моделювання технологічного процесу. Це дозволяє знизити витрати на етап експериментального тестування системи, що дорого коштує управління з використанням складного технологічного обладнання.

Комп'ютерне моделювання на сучасному етапі є могутнім інструментом рішення задач технологічного проектування і управління процесами стерилізації.

Комп'ютерна модель (КМ) об'єкта являє собою програмну реалізацію математичної моделі процесу стерилізації биореактора, яка відображає динаміку протікаючих фізичних процесів (теплопереноса).

Як основа для розробки КМ стадії стерилізації биореактора береться програмна середа LabVIEW DSC. Ця середа володіє могутніми математичними коштами для зручного опису процесу. У ній забезпечується підтримка сучасних технологій автоматизації, таких як TCP/IP, OPC, ActiveX. З їх допомогою розроблену комп'ютерну модель процесу можна легко інтегрувати з системою управління, замінивши на стадії проектування, технологічне обладнання.

Розроблена КМ відображає основні закономірності зміни технологічних параметрів (тиск, температура).

Обмін інформацією між КМ і САУ стадії стерилізації ведеться з використанням технології OPC, при цьому КМ виступає в ролі OPC сервера. Технологічні параметри передаються між системами у вигляді тегов (Tag). Це дає можливість підключати модель до різних коштів автоматизації, наприклад до SCADA систем [20,21,22,23].

Екрани комп'ютерної моделі і OPC сервера КМ представлені на мал. 7.9 і мал. 7.10. Блок-діаграми приведені в додатку 7.

Рис. 7.9. OPC сервер КМ

Рис. 7.10. Комп'ютерна модель стадії стерилізації

15Реализация програмно-логічного управління стадією стерилізації биореактора.

Однієї із задач що вирішуються при проектуванні і створенні системи автоматизованого управління стадії стерилізації биореактора, є реалізація функцій управління цією стадією.

При стерилізації основною метою управління є забезпечення заданої послідовності виконання операцій, і точне дотримання регламенту проведення процесу. Таким чином, управління стадією стерилізації є жорстким програмно-логічним управлінням.

Такі функції по ієрархії рівнів автоматизації реалізовуються на рівні контроллерів і модулів введення-висновку за допомогою логічного контроллера, що програмується.

Вибраний контроллер ICP DAS I-8837 програмується з використанням

стандартних програмних блоків з середи ISaGRAF. При цьому висхідним матеріалом при написанні програмного коду в ISaGRAF є розроблений з використанням технологічного регламенту процесу алгоритм програмно-логічного управління, який може бути представлений у вигляді логічної діаграми стадії стерилізації (стандарт ANSI/ISA-5.2-1976 (R1992) Binary Logic Diagrams for Process Operations - “ Бінарні (двійкові) логічні діаграми для управління процесом”), у вигляді текстового опису процесу, у вигляді таблиці перемикання і інш.

Таким чином насамперед необхідно розробити керуючий алгоритм, який потім буде реалізований в ISaGRAF і прошитий в постійну пам'ять ПЛК.

На етапі створення алгоритму важливо мати можливість його випробування, при цьому з схеми розробка-відладка бажано виключити реальне технологічне обладнання, контроллер і інші елементи нижніх рівнів автоматизації.

Такі можливості відкриває використання програмної середи LabVIEW DSC як система для розробки і відладки алгоритмів програмно-логічного управління. У якій можна реалізувати будь-які особливості програмно-логічного управління з використанням візуальної побудови структури алгоритму. Крім того, для розробки можна використати різноманітні кошти відладки, різні програмні технології (TCP/IP, OPC, ActiveX і інш.).

У попередніх підрозділах були використані можливості середи LabVIEW DSC для створення:

системи диспетчерського управління і збору даних (SCADA);

комп'ютерної моделі стадії стерилізації з використанням технології OPC.

Таким чином, реалізація алгоритму програмно-логічного управління стадією стерилізації із застосуванням технологій LabVIEW і його спільне використання з SCADA системою для управління моделлю процесу дозволяють створити на базі Labview могутній інструмент відладки і випробування різних алгоритмів управління, системи диспетчерського управління, що розробляється і збору даних без використання технологічного обладнання, що дорого коштує, а також дозволяє вдосконалити комп'ютерну модель стадії стерилізації.

Реалізація алгоритму програмно-логічного управління на базі LabVIEW DSC

Спираючись на регламент проведення стадії стерилізації, описаний в розділі «Короткий опис технології виробництва еритромицина», з використанням програмної середи LabVIEW DSC був розроблений алгоритм управління стадією стерилізації.

Алгоритм реалізований у вигляді блоку-діаграми LabVIEW, оформленої в окремий блок програмно-логічного управління (мал. 7.11). Базові елементи (кадри) реалізації алгоритму програмно-логічного управління проілюстровані на наступній серії малюнків мал. 7.12 (Кадри алгоритму управління 0-2). Повна блок-діаграма приведена в додатку 15.

Рис. 7.11. Екран блоку програмно-логічного управління.

Рис. 7.12. Кадр алгоритму управління «0»

Рис. 7.12. Кадр алгоритму управління «1»

Рис. 7.12. Кадр алгоритму управління «2»

16. РОЗРОБКА ПРОГРАМИ УПРАВЛІННЯ ВИМІРЮВАЧЕМ ТЕМПЕРАТУРИ РЕГУЛЮЮЧИМ «ДАНУ-ТЕРМ» ИТР 2529 В ПРОГРАМНОМУ СЕРЕДОВИЩІ LABVIEW DSC. РЕАЛІЗАЦІЯ ФУНКЦІЙ OPC СЕРВЕРА

В цьому розділі дано опис створеної програми управління вимірювачем температури регулюючим «Дану-Терм» ИТР 2529, описані можливості і принципи роботи з програмою.

Метою розробки програми була реалізація можливості видаленого збору даних і управління приладами, що використовують схожий протокол обміну з комп'ютером.

Додатково в рамках програми управління вимірювачем температури реалізовані функцій OPC сервера, що дає можливість використати вимірювач температури з будь-якими коштами автоматизації, підтримуючими технологію обміну OPC.

17Описание програми управління вимірювачем температури регулюючим «Дана-Терм» ИТР 2529

Призначення і функціональні можливості

Програма управління вимірювачем температури регулюючим

"Дану-Терм” ИТР 2529 призначена для видаленої роботи спільно з вимірювачем температури ИТР 2529 через драйвер інструментальної мережі “ Дана - Терм” (DINdrv).

Поточна реалізація програми володіє наступними функціональними можливостями:

збір даних в автоматичному режимі;

перегляд і видалене редагування настройок приладу;

виведення, що вимірюється у вигляді тимчасової діаграми;

збереження отриманих даних в файл в форматі зручному для обробки з використанням Microsoft Excel;

функції OPC сервера (використання ИТР в SCADA системах).

Склад програми

Каталог програми містить наступні файли і директорія:

2529.exe - файл програми управління, що виконується;

Log_view.exe - файл програми перегляду &, що виконується ldquo;log” файлів;

Temper.ini - файл конфігурації програми управління;

Realtime - директорія, вмісний бібліотеки підтримки (National Instruments LabVIEW Run-Time Engine 7.0), для запуску на системі без встановленого LabVIEW;

DINdrv - директорія, вмісний драйвер інструментальної мережі “ Дана - Терм” (DINdrv);

DOCS - директорія, вмісний документацію по настройці і експлуатації програми управління.

Установка і настройка програми

Перед використанням програми необхідно проробити наступні кроки.

Скопіювати всі файли програми управління в робочий каталог (вибирається користувачем). Туди ж рекомендується вмістити каталог драйвера інструментальної мережі “ Дана - Терм” (DINdrv).

Відредагувати файл конфігурації. У ньому необхідно задати повні шляхи до відповідних каталогів (детальніше див. розділ “ Опис файла конфігурації”).

Настроїти вимірювач температури. Необхідно задати адресу (номер приладу (НП) і номер групи (НГ) приладу). У поточній версії програми з'єднання з вимірювачем температури ведеться по т. н. “ широкомовному” адресі, тому настройку приладу проводити необов'язково. Більш докладна інформація по настройці приладу міститься в файлах: “ Вимірювач температури регулюючий ИТР 2529_Навигация по меню пользователя.doc”, “ Використання DINdrv - драйвера для організації з'єднання вимірювача температури ИТР 2529 з компьютером.doc” з каталога DOCS; а також в “ Інструкції по експлуатації вимірювача температури регулюючого ИТР 2529”.

Настроїти для роботи з приладом драйвер інструментальної мережі “ Дана - Терм” (DINdrv). Для цього треба запустити файл DINdrv.exe з каталога DINdrv, вибрати в меню Setup, зробити настройки у відповідності з рис 8.1.

Рис 8.1. Діалог вибору і настройки COM порту

Більш докладний опис настройки і роботи з драйвером міститься в файлі: Використання DINdrv - драйвера для організації з'єднання вимірювача температури регулюючого ИТР 2529 з компьютером.doc” з каталога DOCS. Для запуску програми (при відсутності середи розробки LabVIEW) необхідно встановити бібліотеки підтримки (lvrteinstall.exe).

18Работа з програмою управління (2529.exe)

Запуск програми здійснюється файлом 2529.exe.

Після запуску програми на екрані з'являються: робоча панель програми і вікно драйвера інструментальної мережі “ Дана - Терм” (DINdrv).

Зовнішній вигляд робочої панелі програми

При запуску програми активується робоча панель, що включає в себе різні елементи управління і індикації (рис 8.2, рис 8.3). Блок-діаграми програми приведені в додатку 14.

Рис 8.2 Робоча панель (вигляд відразу після запуску)

Рис 8.3 Робоча панель (вигляд в режимі реєстрації)

Опис елементів робочої панелі програми

В верхній частині вікна розташовані наступні елементи управління (кнопки):

При натисненні виводиться вікно, вмісне інформацію про призначення програми, версію, інформацію про автора (рис 8.4).

Рис 8.4

При натисненні виводиться панель настройки приладів (рис 8.5). (Опис роботи з панеллю в розділі “ Панель настройки приладів”).

У режимі реєстрації кнопка блокується.

Рис 8.5. Панель настройки приладів

При натисненні відбувається завершення роботи програми.

У центральній частині вікна знаходиться діаграма (тренд), що відображає свідчення приладу (температуру) у часі (рис 8.6).

У поточній реалізації програми опит стану приладу йде з інтервалом 10 з. Виведення в файл і відображення на діаграмі - з інтервалом 10 з.

Рис 8.6. Температурна діаграма

В нижній частині вікна розташовані елементи управління процесом реєстрації температури:

При натисненні на кнопку проводиться перехід з

режиму готовності до режиму реєстрації температури, при цьому індикатор

мерехтить з інтервалом 1 з.

Перемикач, що дозволяє/заборонний запис даних, що реєструються в файл, під час запуску програми знаходиться в положенні, визначуваному ключем «Save» в файлі конфігурації: «Temper.ini» (детальніше див. «Опис файла конфігурації»). Перемикання можна проводити як під час реєстрації, так і в режимі готовності:

Включити запис в файл. Вимкнути запис в файл.

На робочу панель виведені наступні інформаційні поля:

Поточне значення температури (в поточній реалізації програми оновлення разів в 10 сік).

Час, минулий з моменту запуску реєстрації температури.

Час, минулий з моменту перевищення встановленого в полі «Температурний поріг» значення температури.

У цьому полі виводиться значення заданого ключем «Temperature_level» в файлі конфігурації «Temper.ini» температурного порога.

При перевищенні поточним значенням температури значення заданого порога запалюється індикатор перевищення порога і продовжує горіти доти, поки температура не знизиться нижче порогового значення.

У полі фіксується відносний час досягнення температурного порога.

- Шлях до файла, в який йде збереження даних, що реєструються. Шлях файла визначаться ключем «Logs_path» в файлі конфігурації «Temper.ini». Ім'я файла генерується по поточній даті кожний раз при запуску режиму реєстрації. Таким чином, кожний блок даних вимірювань зберігається в окремому файлі, ім'я якого визначається датою і часом початку вимірювання.

Панель настройки приладів

Рис 8.7. Панель настройки приладів

В поточній версії програми підтримується можливість настройки декількох приладів, для цього потрібно додати в програмний код “ Панелі настройки приладів” унікальні параметри приладу, що підключається (префікси команд, команди, поля настройок відповідних параметрів).

Для настройки параметрів приладу ИТР 2529 (відповідна вкладка) служать наступні поля введення:

Завдання можна здійснювати як з клавіатури, так і покроково мишею.

Після редагування параметра з клавіатури, з натисненням клавіші “Enter” значення передається в прилад.

Крім цього на вкладці присутні наступні поля індикації і кнопки роботи з діалогом:

При натисненні відбувається оновлення всіх полів введення і індикації.

При натисненні відбувається завершенні роботи з панеллю настройки приладів.

19Файл конфігурації

Файл конфігурації програми управління вимірювачем температури

регулюючим "Дана - Терм” ИТР 2529. (в даній реалізації програми файл “Temper.ini”) містить в собі деякі настройки, необхідні для коректної роботи додатки, а також настройки що полегшують роботу з даною програмою

Цей файл має стандартну структуру конфігураційних файлів настройки “WINDOWS” додатків і описується наступним синтаксисом:

[розділ 1];

коментар

ім'я ключа 1=значення ключа 1.

..

ім'я ключа n=значення ключа n.

..

[розділ N]

...

Лістинг файла Temper.ini.

[general];

Дозволу запису в файл за умовчанням ("0"/"1, "True"/"False").

Save=True;

Шляхи вказуються в повному (абсолютному) вигляді, наприклад: "з:Dindrv".;

Каталог в який будуть зберігатися свідчення приладу (сли каталог по;

вказаному шляху відсутній, він створюється).

Logs_path=З:Sterilization_programLogs;

Каталог в якому знаходиться драйвер DINdrv.

DINdrv_path=З:Sterilization_programDindrv;

Рівень температури, який необхідно досягнути.

Temperature_level=112;

Настройки діаграм.;

Максимальні і Мінімальні значення координат осей (в сік.);

Під час роботи програми інтервал між макс. і миним.;

значеннями координат зберігається.

Graph1_XScaleRangeMinimum=0

Graph1_XScaleRangeMaximum=600

Graph1_YScaleRangeMinimum=20

Graph1_YScaleRangeMaximum=150

20Работа з програмою перегляду “log” файлів регулятора температури «Дана-Терм» ИТР 2529 (Log_view.exe)

Запуск програми здійснюється файлом Log_view.exe.

Після запуску програми на екрані з'являються робоча панель програми (мал. 8.8)

Рис 8.8. Робочої панель програми

- кнопка відкриває діалог завантаження нового log файла

- завершення роботи програми

Робота з історичною діаграмою програми перегляду “log” файлів повністю аналогічна роботі з діаграмою програми управління.

21Внедрение програми управління вимірювачем температури регулюючим «Дану-Терм» ИТР 2529.

Програми управління вимірювачем температури регулюючим «Дана-Терм» ИТР 2529 була випробувана, а потім включена до складу системи стерилізації рідких серед в колбах в автоклаві.

Основні характеристики системи стерилізації:

стерилізація рідких серед проводиться в автоклаві в колбах,

нагрів проводиться парою, що подається в камеру автоклава через клапан подачі пари з сорочки автоклава;

швидкість нагріву встановлюється вручну, за допомогою зовнішньої подачі пари в камеру автоклава

нагрів рідини в колбі відбувається до температури 113°З із заданою швидкістю нагріву;

здійснюється підтримка температури рідини при 113°З в течії 20 хвилин;

підтримка температури рідини ведеться автоматично вимірювачем температури регулюючим «Дану-Терм» ИТР 2529 з термопарой ХК.

температурна діаграма реєструється в файл на комп'ютері.

режим стерилізації - програмний;

перегрів рідини недопустимо;

Меті використання програми управління вимірювачем температури регулюючим «Дану-Терм» ИТР 2529 в складі системи стерилізації:

реєстрація температурної діаграми в файл для подальшого аналізу і оптимізації режиму проведення стадії стерилізації.

Можливості програми управління вимірювачем температури регулюючим «Дану-Терм» ИТР 2529 в складі системи стерилізації:

приділене редагування параметрів настройки терморегулятора;

вимірювання і реєстрація температури безпосереднє в середовищі (в колбі), запис температурної діаграми в файл;

Структура системи управління автоклавом приведена на мал. 8.9

Рис. 8.9. Системи управління автоклавом

Експериментальні температурні діаграми зображені на рис 8.10 і 8.11

Рис 8.10. Діаграма, отримана 02-10-2003 в 13ч15м49с (назву файла: 02-10.log)

Рис. 8.11. Діаграма, отримана 02-10-2003 в 16ч12м22с (назву файла: 02-10.log)

22. БЕЗПЕКА ВИРОБНИЦТВА

Основні характеристики процесу біосинтезу еритромицина, що визначають його небезпеку

антибіотик, що Випускається підприємством - еритромицин проводиться шляхом біологічного синтезу з допомогою спеціально отселекционированного штаму мікроорганізму.

Мікроорганізм - продуцент цільової речовини культивують в спеціальних апаратах на рідкій живлячій середі, в суворо асептических умовах, при безперервному перемішуванні, подачі стерильного стислого повітря для дихання мікробних кліток і охолоджуванні для відведення тепла життєдіяльності мікроорганізму, що утворюється. Даний процес називають ферментацією, а апарати, в яких він проводиться - ферментерами.

Розчини, вмісні живлячі речовини, необхідні мікроорганізмам для зростання і розвитку («живлячі середи»), готують в спеціальній апаратурі і перед ферментацією піддають високотемпературної (вище за 120 З) термічної стерилізації за допомогою водяної пари, що вводиться безпосередньо в рідину («гостра» пара). Потім стерильні живлячі середи охолоджують до температури культивування 28  Для забезпечення стерильних умов в апараті перед кожною ферментацією необхідно забезпечити температуру в апараті 120  З при тиску 0,2 МПа. У ході стерилізації забезпечується автоматичне регулювання температури і тиску в апараті, трубопровідної обвязки і запорно-регулюючій арматурі (подачею гострої пари).

Під час ферментації забезпечується автоматичне регулювання температури рідини в апараті (подачею охолоджуючої води в сорочку апарату), показника рН (подачею 20% розчину сірчаної кислоти H2SO4 або 10% розчини лугу NaOH), витрата стерильного повітря, що подається, швидкості обертання мешалки і інших параметрів процесу. По завершенні ферментації, дриваючий біля 9 діб, отримують в'язку водну суспензію мікробних кліток і їх фрагментів («культуральну рідину»), вмісну антибіотик.

Таким чином, при виробництві еритромицина основними чинниками, що характеризують небезпеку цього виробництва є:

гостра водяна пара (більше за 130 С);

тиск в ферментере і трубопроводах обвязки;

використання небезпечних хімічних сполук (20% розчин сірчаної кислоти H2SO4 і 10% розчин лугу NaOH).

У обов'язку операторів входить постійний візуальний (органолептический) контроль за станом з'єднань в апаратурі, трубопроводах і арматурі.

Для визначення небезпечних домішок в повітрі передбачаються відповідні газоаналізатори і системи сповіщення.

Забезпечення взриво/пожаробезопасности технологічного процесу

Пожаро - і вибухобезпечний властивості речовин [24,25],

що використовуються Таблиця. 1

Пожароопасние властивості речовин

Найменування в-ва.

Агрег. стан

Густина

кг/м 3

Т куп.,  З

Т самовоспл.  З

Т всп. про З

конц. межі распр. Пл.

Розчин глюкози

В'язка рідина

1300

120

-

-

-

Розчин лугу

Розчин у воді

1150

138

-

-

-

Розчин сірчаної кислоти

Розчин у воді

1170

102

-

-

-

Миючий розчин

Рідина

1010

100

-

-

-

Посівний матеріал

В'язка рідина

1030

-

-

-

-

В даному приміщенні використовуються речовини і розчини негорючі або важко горючі, тому імовірність спалахування якої-небудь речовини практично відсутня. Однак на випадок спалахування (кабелі, енергоустаткування) повинні бути передбачені вогнегасники углекислотние ОУ-5 (ручної, углекислотний, в тому числі для гасіння енергоустаткування). З інших коштів пожежогасіння застосовуються пісок і азбестове полотно.

На установці для сповіщення про пожежу передбачені:

автоматична сигналізація на пожежний диспетчерський пульт і центральний пульт управління;

кнопкові ручні електричні пожежні извещатели.

Категорія приміщення по взривопожарной і пожежної небезпеки

Відповідно до норм пожежної безпеки для приміщень і будівель [24] відділення ферментації відносяться до категорії В4. У цьому приміщенні знаходяться не горючі і трудногорючие рідини, тверді речовини і матеріали (в тому числі пилу і волокна). Розрахунок питомого пожежного навантаження приведений нижче.

Питоме пожежне навантаження рівне 6.34*10-4МДж/м2по НПБ 105-95 це зона В4.

Розрахунок пожежного навантаження [25]

Оскільки у відділенні ферментації є тільки одна трудногорючее речовина (Пропинол Би-400), то всі розрахунки проводимо для нього одного.

g - питоме пожежне навантаження

Q - пожежне навантаження

QH- нижча теплота згоряння Пропінола Би-400 = 0,0204 МДж*кг-1

G - кількість матеріалу пожежного навантаження = 19,36 кг

S - площа розміщення пожежного навантаження = 622,8 м2

Q = G*QH= 0.0204*19.36 = 0.395 МДж

g = Q/S = 0.395/622.8 = 6.34*10-4МДж/м2

Забезпечення техніки безпеки при роботі з хімічними речовинами

Їдкий натр (NaOH)

Їдкий натр являє собою їдку речовину. При попаданні на шкіру викликає хімічні опіки, а при тривалому впливі може викликати виразки і екзему, сильно діє на слизові оболонки. Небезпечно попадання їдкого натра в очі.

Гранично допустима концентрація аерозолю їдкого натра в повітрі робочої зони: 0,5 мг/м3.

Їдкий натр відноситься до шкідливих речовин 2-го класу небезпеки по ГОСТ 12.1.007-76.

Всі види робіт з продуктом потрібно провести тільки в захисному одягу: костюми з бавовняної тканини, в гумових чоботях і рукавичках, в захисних очках. Робочі приміщення повинні бути обладнані приточно-витяжною вентиляцією. При концентрації аерозолю продукту у виробничих приміщеннях, що перевищує гранично допустиму, застосовують промислові противогази марок М, БКФ.

При попаданні продукту на шкіряні покривала і спецодяг уражені місця потрібно негайно обмити струменем води або фізіологічним розчином і звернеться до лікаря.

При розливі розчину продукту його знешкоджують, поливаючи місце розливу рясною кількістю води.

Сірчана кислота (H2SO4)

Сірчана кислота і її пари володіють сильною прожигающим і дратівливою дією.

При попаданні на шкіру і слизові оболонки сірчана кислота викликає важкі опіки.

При роботі необхідно суворо дотримувати запобіжні засоби, застережливі виділення сірчаного ангидрида в повітря, попаданні сірчаної кислоти на шкіру. Застосовуються індивідуальні кошти захисту (халати з довгими рукавами по ГОСТ 12.4.131-83, респіратори, захисні очки, гумові рукавички, нарукавники, гумові фартухи).

Гранично допустима концентрація сірчаної кислоти і сірчаного ангидрида в повітрі робочої зони виробничих приміщень: 1 мг/м3. При перевищенні ПДК пари сірчаної кислоти роздратовують і припікають слизові оболонки верхніх дихальних шляхів, вражають легкі.

Клас небезпеки 2 по ГОСТ 12.1.005-88.

Приміщення, в яких проводяться роботи з сірчаною кислотою, повинні бути обладнані загальної приточно - витяжною механічною вентиляцією.

Пропинол Би-400

Пропінол Би-400 - трудногорючее речовина.

У разі загоряння пропинол Би-400 загашувати мелкораспиленной водою.

Пропинол Би-400 по ГОСТ 12.1.007.76 відноситься до 4 класу малоопасних речовин. Володіє слабо вираженою дратівливою дією на шкіру і слизові оболонки.

При роботі з пропинолом робоче місце необхідно обладнати приточно - витяжною механічною вентиляцією і суворо дотримувати технологічний режим, а так само щомісяця провести вологе прибирання приміщення.

У разі попадання пропинола на шкіряні покривала або слизові оболонки видалення продукту провести водою.

Кошти колективного і індивідуального захисту

Коштами колективного захисту персоналу від впливу небезпечних і шкідливих виробничих чинників є [29]:

система приточной і витяжної общеобменной вентиляції;

місцеві отсоси від обладнання, де відбувається витік токсичних речовин і можлива загазованность вище за ПДК. Для запобігання утворенню небезпечних концентрацій їдкого натра і пар сірчаної кислоти повинні бути встановлені автоматичні сигнализатори безпечних концентрацій;

герметизация всієї апаратури, комунікацій, транспорту, пов'язаної з їдким натром, сірчаною кислотою і пропинолом;

систематичне прибирання полови і обладнання. Швидке змиття пролитих їдких речовин.

Всі працівники на установці в залежності від вигляду робіт, що виконуються, і відповідно до типових галузевих норм забезпечуються спецодягом, спецвзуттям і захисними пристосуваннями, які повинні відповідати вимогам відповідних ГОСТов і ТУ.

Противогази і респіратори необхідні для захисту органів дихання, очей і шкір особи від впливу пар сірчаної кислоти і пар їдкого натра. При цьому повинні застосовуватися:

незалежні респіраторні апарати;

промислові фільтруючі противогази типу "КД".

Можливе використання противогаза марки М із захисним часом 90 хвилин. Противогази повинні зміняться негайно при відчутті самого слабого запаху. Також повинні використовуватися захисні очки марки ПО-3 і рукавички з щелочестойкой гуми, спецодяг з щільної тканини і т. д. (Всі кошти захисту повинні використовуватися тільки в аварійних ситуаціях: розгерметизація трубопроводів з небезпечними речовинами, розлив небезпечних речовин).

Забезпечення електробезпеки технологічного процесу[28]

Оскільки приміщення, де знаходиться відділення ферментації, не є взривопожарной і пожароопасной зоною, то застосовується енергоустаткування без спеціальних заходів вибухозахисту. Допустимий рівень вибухозахисту для електричних машин, апаратів і приладів: без коштів вибухозахисту; оболонка зі мірою захисту не менше за IP54 [30]

IP-International Protection:

5 (перша цифра) - міра захисту персоналу від зіткнення з токоведущими частинами і попадання всередину оболонки твердих сторонніх тіл (захист від тіл діаметром більше за 1 мм);

4 (друга цифра) - міра захисту від попадання всередину оболонки води (захист від бризг води, що попадають на оболонку з довільного напряму).

До технічних способів забезпечення електробезпеки у відділенні ферментації відносяться: захисне заземлення, ізоляція токоведущих частин, блокувальні пристрої, автоматично яке ліквідує небезпеку поразки електричним струмом, а також індивідуальні кошти захисту (діелектричні рукавички, коврики і т. д.).

Електроустановки об'єкта розташовуються всередині будівлі і захищені від атмосферних впливів. Відповідно до правил пристроїв електроустановок, відділення ферментації відноситься до особливо небезпечних приміщень відносно небезпеки поразки людей електричним струмом, т. до. присутні дві умови підвищеної небезпеки:

наявність струмопровідної полови (залізобетонні);

можливість одночасного дотику людини до тих, що мають з'єднання із землею металоконструкціям будівель і технологічним корпусам енергоустаткування.

При різних несправностях (наприклад, при пошкодженні ізоляції) частини електроустановок і обладнання можуть виявитися під напруженням. Дотик до них людини пов'язано з небезпекою поразки електричним струмом. Одного із заходів захисту в таких випадках є захисне заземлення.

До частин, належних заземленню, відносяться:

корпусу електричних машин, трансформаторів, світильників;

приводи електродвигунів;

каркаси розділових щитів;

металеві конструкції розподільних пристроїв;

металеві кабельні конструкції, лотки, короби і проводи;

металоконструкції, на яких встановлюється енергоустаткування.

Опір заземляючого пристрою Rзаз менше 4 Ом. Загальний опір розтікатися заземлителей всіх повторних заземлень повинен бути не більше за 10 Ом.

Що Використовується в системі автоматизованого управління стадії стерилізації биореактора обчислювальна техніка відповідає всім вимогам, вказаним в санітарних правилах і нормах СанПіН 2.2.2.542-96 “ Гігієнічні вимоги до видеодисплейним терміналів, персональних електронно-обчислювальних машин і організації роботи.

Технологічні чинники небезпеки і заходу щодо їх усунення

Для запобігання аварійним ситуаціям реалізовуються протиаварійне блокування і система автоматичного регулювання.

Під час стерилізації тиск в апараті може збільшитися через подачу в ферментер пари не під тиском 0,4 МПа, а 0,6 МПа внаслідок поломки магістралі по якій подається пара з відділення приготування пари. Тиск міряється датчиком тиску Сапфір 22Д. Система аварійного блокування подасть сигнал на пульт про створення аварійної ситуації і відкриє отсечной клапан на відходячий газах.

У випадку якщо після охолоджування в апараті може бути створене велике розрядження через те, що після охолоджування пара конденсується разом з повітрям, яке було в апараті. На пульт оператору подається сигнал про небезпечний рівень тиску/розряджаючого. Тиск міряється датчиком тиску Сапфір 22ДА. Система аварійного блокування відкриє отсечной клапан на подачі стерильного повітря в апарат.

У випадку якщо під час ферментації тиск в биореакторе збільшиться, система автоматичного регулювання зменшить подачу стерильного повітря в ці апарати шляхом прикриття регулюючого клапана на подачі стерильного повітря.

Для запобігання руйнуванню биореактора при критичних значеннях тиску, на апарат ставиться запобіжний пристрій. У апараті повинна бути максимальна стерильність, по цьому замість запобіжного клапана на апарат ставиться розривна мембрана. Розривна мембрана розміщується на кришці апарату. Запобіжна мембрана витримує тиск не менше за 0,5 МПа. Розрахунок розривної мембрани приведений нижче.

Важливими для забезпечення безпеки є запобіжні засоби при стерилізації обладнання і трубопроводів гострою парою. При контакті з нетеплоизолированним обладнанням або високотемпературною парою можна отримати серйозні опіки. Для запобігання подібним ситуаціям використовується колірна маркіровка обладнання і попереджувальні написи.

23. СПЕЦИФІКАЦІЯ КИПіА

Позиція на схемі

регульований параметр

Місце

установки,

що Вимірюється / Найменування і технічна характеристика

Тип, марка

Завод - виготівник

Кількість

Ціна, крб.

1.

Ф1-4а

Сигналізація рівня

Ф1

Сигналізатор рівня, ємкісна РОС101, стержневий чутливий елемент, живлення 24В постійного струму, релейний вихідний сигнал

"РОС101

АООТ Теплопрібор", Рязань

1

2300

2.

Ф2-7а

Вимірювання тиску

Ф1

Перетворювач надлишкового тиску Метран Метран 43-Ex-ДИ, з мембранним роздільником, межі вимірювання: 0-0,40 МПа, IP65, вих сигнал 4-20мА, живлення 24В постійного струму

3153-01

ЗАО'Промишленная група "Метран", Челябінськ

1

4315

3.

Ф1-3а

Вимірювання рівня

Ф1

Перетворювач гідростатичного рівня Метран 43Ф-ДГ, межі вимірювання:0-10 КПа, IP65, вих. сигнал 4-20мА, живлення 24В постійного струму, з розділовою мембраною

3595

ЗАО'Промишленная група "Метран", Челябінськ

1

15200

4.

Ф1-10а

Ф1-1а

Вимірювання температури

Ф1

Термопреобразователь ТСМУ з уніфікованим вихідним сигналом 4-20 мА, шкала 0-180оС, показник теплової інерції не більше за 20с

ТСМУ-205

ЗАО'Промишленная група "Метран", Челябінськ

2

1350

5.

Ф2-1е

Регулювання витрати холодної води

Сорочка Ф1

Клапан регулюючий з МІМ, односедельний, з сальниковим ущільненням, Ду25, корпусом нж, з електро/пневматичний позиционером

25нж960нж

ТОВ "ОРАЛАКС", Новосибірськ *

1

8400

6.

Ф2-1д

Регулювання витрати пара

Сорочка Ф1

Клапан регулюючий з МІМ, односедельний, з сальниковим ущільненням, Ду25, корпусом нж, з електро/пневматичний позиционером

25нж960нж

ТОВ "ОРАЛАКС", Новосибірськ *

1

9000

Позиція на схемі

регульований параметр

Місце

установки,

що Вимірюється / Найменування і технічна характеристика

Тип, марка

Завод - виготівник

Кількість

Ціна, крб.

7.

Ф2-2г

Регулювання витрати пара

Лінія подачі пари в Ф1

Клапан регулюючий з МІМ, односедельний, з сальниковим ущільненням, Ду25, корпусом нж, з електро/пневматичний позиционером

25нж960нж

ТОВ "ОРАЛАКС", Новосибірськ *

1

9000

8.

Ф2-8г

Регулювання витрати повітря

Лінія подачі повітря в Ф1

Клапан регулюючий з МІМ, односедельний, з сальниковим ущільненням, Ду25, корпусом нж, з електро/пневматичний позиционером

25нж960нж

ТОВ "ОРАЛАКС", Новосибірськ *

1

9000

9.

Ф2-7г

Регулювання витрати відходячий газів

Лінія відходячий газів з Ф1

Клапан регулюючий з МІМ, односедельний, з сальниковим ущільненням, Ду25, корпусом нж, з електро/пневматичний позиционером

25нж960нж

ТОВ "ОРАЛАКС", Новосибірськ *

1

9000

10.

Ф2-7в

Регулювання витрати відходячий газів

Лінія відходячий газів з Ф1

Клапан отсечной з МІМ, односедельний, з сальниковим ущільненням, Ду25, корпусом нж, з датчиками індикації кінцевих положень, з 3-х ходовим соленоидним клапаном Ду6

22нж960нж

ТОВ "ОРАЛАКС", Новосибірськ *

1

6500

11.

НП1

Регулювання витрати живлячої середи

Лінії подачі живлячої средив Ф1

Перістальтічеський насос

ЛАБ-НП-1-20; 0-20 л/ч; 100 Вт; 220 У, 50 Гц.

ЛАБ-НП-1-20

“ Лабораторне Обладнання і Прилади”, Санкт-Петербург

1

12 500

24. ПІДРАХУНОК СУМАРНОЇ ВАРТОСТІ ОБЛАДНАННЯ І ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДЛЯ СТВОРЕННЯ САУ ПРОЦЕСУ СТЕРИЛІЗАЦІЇ БИОРЕКТОРА.

25. ВИСНОВОК

Дана робота була присвячена розробці системи автоматизованого управління (САУ) стадії стерилізації биореактора як становлячої АСУТП біосинтезу еритромицина.

У ході розробки САУ стадії стерилізації виконані наступні етапи розробки:

визначені початкові дані;

зроблено проектування САУ;

здійснена реалізація становлячих САУ;

випробувані окремі елементи САУ

В рамках проектування, реалізації і випробування становлячих елементів системи автоматизованого управління отримані наступні результати:

визначена структура і функціонування програмно-технічного комплексу (ПТК) САУ;

зроблений аналіз стадії стерилізації з позиції автоматизації технологічних виробництв;

здійснений підбір компонентів ПТК для реалізації САУ, що включає:

вибір логічного контроллера, що програмується і коштів програмування;

вибір конфігурації і програмного забезпечення автоматизованого робочого місця оператора;

розроблені становлячі системи автоматизованого управління:

диспетчерський рівень САУ, що включає інтерфейс оператора і програмну реалізацію алгоритмічної схеми перемикання в процесі стерилізації биореактора;

комп'ютерна модель стадії стерилізації биореактора з використанням технології OPC;

розроблена програма управління вимірювачем температури регулюючим «Дану-Терм» ИТР 2529 в програмному середовищі LabVIEW DSC з функцією OPC сервера.

Впровадження розробленої системи автоматизованого управління дозволить:

використати для управління інформацію, по об'єму значно перевершуючу знання окремого оператора;

оперативно і точно змінювати програму управління відповідно до змін технології;

підвищити продуктивність обладнання за рахунок виключення операцій ручного управління;

здійснювати логико-програмне управління процесами, якими людина управляти точно і своєчасно не може із-за відносно повільної реакції на зміну ходу процесу;

різко скоротити кількість помилок оперативного персоналу і аварій внаслідок персоналу.

26. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

Навашин С. М., Брінберг С. Л. і інш. Виробництво антибіотиків - Видавництво «Медицина». Москва 1970. - 368 з.

Дитнерский Ю. И. Основние процеси і апарати хімічної технології. - М; «Хімія», 1991 р.

Бирюков В. В., Кантере В. М. “ Оптимізація періодичних процесів мікробіологічного синтезу”. М.: Наука, 1985 р.

Вальков В. М. АСУ ТП у виробництві виробів електронної техніки. М., «Сов. радіо», 1974, 72-з.

Кафаров В. В., Вінаров А. Ю., Гордеєв Л. С. “ Моделювання і системний аналіз біохімічних виробництв”. М.: Лісова Промишленость, 1985 р.

Під загальною редакцією проф. Егорова Н. С. “ Промислова мікробіологія”. М.: Вища школа, 1989 р.

Автоматизація виробничих процесів в хімічній промисловості, В. А. Голубятеїков, В. В. Шувалов, М.” Хімія”, 1985 р.

Проектування систем автоматизації технологічних процесів (довідкова допомога), А. С. Клюев, Б. В. Глазов, А. Х. Дубровський, А. А. Клюев,

Дудников Е. Г. Автоматічеськоє управління в хімічній промисловості. - М; «Хімія», 1987 р.

Емельянов А. И., Капник У. В. Проєктірованіє систем автоматизації технологічних процесів. Довідкова допомога. - М; «Енергоатомиздат», 1983 р.

Кафаров В. В., Глебов М. П. Математічеськоє моделювання основних процесів хімічних виробництв. - М; Вища школа, 1991 р.

Клюев А. С. Техника читання схем автоматичного управління і технологічного контролю. - М; «Енергоатомиздат», 1991 р.

Клюев А. С. Монтаж коштів вимірювання і автоматизації.- М; «Енергоатомиздат», 1988 р.

Ремизевич Т. В. Современние логічні контроллери, що програмуються. Привідний техніка, 1999, 1-2, з. 8-20.

Ремизевич Т. В. Современние логічні контроллери, що програмуються. Привідний техніка, 1999, 3-4, з. 6-17. 3. Митин Г. П. Программа підтримки прийняття рішення. Автоматизація і управління в машинобудуванні, 1999, 10.

Економіка підприємства: Підручник для вузів/Л. Я. Аврашков, В. В. Адамчук, О. В. Антонова і інш. Під ред. ПРОФ. В. Я. Горфінкеля, проф. В. А. Швандера. - 2-е изд., перераб. І доп. - М.: Банки і біржі, ЮНИТИ, 1998. - 742 з.

PROFIBUS - відкрита шина для відкритих технологій

Любашин А. Н., ЗАТ "РТСофт", Москва, "PCWeek", N 8, 1998.

National Instruments. Вимірювання і автоматизація. Каталог 2003.

Журнал: “ Мир комп'ютерної автоматизації”, стаття: “LabVIEW SCADA, або просто BridgeVIEW” А. Балакин (ТОВ "ВіТек", Санкт-Петербург).

Стаття: “OPC: Інтеграція інтелектуальних приладів вимірювання витрати

енергоносіїв на основі пакету BridgeVIEW” В. Е. Здановський /И. В. Ц. Мосенерго/

LabVIEW для всіх / Джеффрі Тревіс: Пер. з англ. Клушин Н. А. - М.: ДМК Прес; ПріборКомплект, 2004. - 544 з.: мул.

Пейч Л. И., Точилін Д. А., Поллак Б. П. LabVIEW для новаків і фахівців. - М.: Гаряча лінія - Телеком, 2004. - 384 з.: мул.

Березин Б. И., Березін С. Б. Начальний курс З і З++. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1998. - 288 з. е

Визначення категорій приміщень і будівель по взривопожарной і пожежної небезпеки (НПБ 105-95). - М., ГУГПС МВС Росії, 1995 р.

Пожаровзривоопасность речовин і матеріалів і засобу їх гасіння: Справ. изд.: в 2 книгах. А. Н. Баратов, А. Я. Корольченко, Г. Н. Кравчук і інш. - М.: Хімія, 1990 р.

Полтев М. К. Охрана труда в машинобудуванні.: Підручник. - М.: Висш. школа, 1980 р.

Попова Г. Н., Олексія С. Ю. Машиностроїтельноє креслення: Довідник. - Л: Машинобудування, Ленінгр. отд-ние, 1986 р.

Правила пристрою електротехнічних установок (ПУЕ-76).: Атомиздат, 1980; Разд. 1-6,7.

В. Маршалл. Основні небезпеки хімічних виробництв. М., Мир, 1989.

ПУЕ. - Главгосенергонадзор М. 1998. Міри захисту, що забезпечуються оболонками (код IP), ГОСТ 14254-96

Забезпечення безпеки нафтохімічних виробництв (довідник), Г. Г. Смірнов, А. Р. Толчинський, Т. Ф. Кондратьева, Ленінград "Машинобудування", 1988 р.

Довідкова допомога по техніці безпеки в мікробіологічній промисловості, під ред. В. М. Цигальніцкого, "Лісова промисловість", Москва 1972 р.

Санітарні норми проектування промислових підприємств (СН 245-71). - М.: Стройиздат, 1972 р.

Санітарні правила і норми. СанПіН 2.2.2.542-96. Гігієнічні вимоги до видеодисплейним терміналів, персональних електронно-обчислювальних машин і організації роботи. - М.: Госкомсанепиднадзор Росії, 1996 р.

Прилади. Довідковий журнал. №7-8.1999м.

ГОСТ 21.404-85. Автоматизація технологічних процесів. Позначення приладів і коштів автоматизації в схемах.

ГОСТ 34.201-89. Інформаційна технологія. Комплекс стандартів і керівних документів на автоматизовані системи.

27. ДОДАТКИ

Ізм.

Лист

Дата

Подп.

№докум.

САУ ПРОЦЕСУ СТЕРИЛІЗАЦІЇ БИОРЕАКТОРА

Лист

90

Доповідь.

Шановні члени державної екзаменаційної комісії дозволите представити вашій увазі дипломний проект на тему:

«Система автоматизованого управління процесу стерилізації биореактора»

Процес стерилізації биореактора (або ферментера) є важливою стадією процесу біосинтезу антибіотика еритромицина.

Суть процесу стерилізації складається в прогріванні биореактора з живлячою середою при температурі 120 градусів Цельсия гострою парою.

При цьому відбувається термічна загибель мікрофлора. Цим забезпечується стерильність проведення біосинтезу антибіотика. Технологічне обладнання, введене на стадії стерилізації в дію зображену на плакаті 1. Плакат називається «Функціональна схема автоматизації».

Ферментер обв'язаний трубопроводами для подачі матеріальних потоків. На трубопроводах встановлена запорно-регулююча арматура (клапани), повітряний фільтр, перистальтические насоси - дозатори, ємності з хімічними реагентами. На схемі приведені умовні позначення датчиків і коштів автоматизації, встановлених по місцю або належних до централізованої системи управління.

Для створення системи автоматизованого управління процесу стерилізації биореактора вибрана структура централізованої системи управління. Це пов'язано із зосередженістю виробництва але невеликому просторі.

Структурна схема системи автоматизованого управління представлена на плакаті 2.

Структура включає чотири рівні.

Нижній рівень - рівень датчиків і виконавчих механізмів пов'язаних з технологічним обладнанням - з ферментером.

Наступний рівень - Рівень контроллерів і модулів введення/висновку.

Основним елементом рівня є логічний контроллер, що програмується ICP DAS I-8837, що виконує функції управління. Контроллер взаємодіє з нижнім рівнем через модулі введення/висновку.

Програмування контроллера проводиться за допомогою переносного комп'ютера за допомогою програмного забезпечення - ISaGRAF.

Мережевий рівень призначений для зв'язку контроллера з верхньому диспетчерським рівнем по промисловій мережі RS-485.

Верхній рівень представлений автоматизованим робочим місцем оператора, з SCADA системою LabVIEW DSC.

Основні функції управління процесом стерилізації лежать на контроллері, в якому реалізований алгоритм програмно-логічного управління.

Правильний вибір контроллера є важливою задачею. Варіант рішення цією задачею представлений на плакаті 3. Для вибору застосовувався метод квалиметрії.

Були вибрані сім контроллерів технічні характеристики яких відповідали вимогам, що пред'являються.

Їх характеристики приведені в таблицях 1,2,3

З використанням вагових коефіцієнтів (табл. 4,5,6,7,8,9) розраховані комплексні оцінки споживчих характеристик контроллерів. З діаграми видно що кращими характиристиками володіє контроллер ICP DAS I-8837.

Тут же приведена блок-діаграма програми розрахунку написаної на LabVIEW.

У цьому ж програмному середовищі розроблений диспетчерський рівень САУ процесу стерилізації биореактора.

Наступний плакат (4) ілюструє мнемосхему САУ

За основу взята функціональна схема автоматизації процесу стерилізації з додаванням динамічних елементів. Трубопроводи, які міняють колір при протіканні по них потоків, зображення клапанів і насосів, також що міняють свій колір при різних станах, цифрові і стрілочні індикатори, пов'язаний з датчиками процесу.

Мнемосхема відображає в реальному часі хід технологічного процесу. Вона надає інформацію про процес стерилізації у вигляді зручному для сприйняття оператором.

Наступний плакат (5): Вікна і панелі інтерфейса оператора.

На цьому плакаті представлені інші елементи інтерфейса АРМ.

Віртуальна панель контролю і управління стадією стерилізації дозволяє контролювати хід технологічного процесу в автоматичному або ручному режимах.

У вікні трендов відображаються стану технологічних параметрів в реальному масштабі часу у вигляді графіків і циклограмм.

На вікні подій в табличній формі фіксуються події і тривоги пов'язані з ходом процесу.

За допомогою вікна історичних трендов можна переглянути історію що будь-якого фіксується в технологічній базі даних параметра (або тега).

Також для цих цілей можна скористатися утилітою перегляду історичних трендов.

Навігація по перерахованих вікнах і панелях може здійснюватися з використанням оглядового меню, яке постійно знаходиться в області видимості оператора.

Для випробування диспетчерського рівня системи автоматизованого управління процесу стерилізації розроблена спрощена комп'ютерна модель стадії стерилізації і алгоритм програмно-логічного управління стерилізацією у вигляді блоку-діаграм LabVIEW.

Обмін інформацією між системою диспетчерського рівня, моделлю, блоком програмно-логічного управління ведеться з використанням технлогії OPC.

Наступний плакат (6) ілюструє інтерфейс програми управління вимірювачем температури регулюючим «Дану-Терм» ИТР 2529. Програма дозволяє вести моніторинг і запис в файл температури що вимірюється терморегулятором, міняти настройки приладу. У програмі реалізовані функції OPC сервера, що дозволяють використати даний прилад як автономно, так і в складі САУ процесу стерилізації як терморегулятора.

Ця розробка була випробувана, а потім включена до складу системи стерилізації рідких серед в колбах в автоклаві. Яка функціонує в лабораторії кафедри промислової і екологічної біотехнології МГУИЕ.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

МІНІСТЕРСТВО З АТОМНІЙ ЕНЕРГІЇ

РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Московський інженерно-фізичний інститут

(державний університет)

Факультет «Автоматики і Електроніки»

Кафедра «Автоматики»

ВІДГУК

Про роботу студента групи _А11-01_

_Барбота Олександра Владіміровича_

(прізвище, ім'я, по батькові)

Н

(найменування теми дипломного проекту)

а тему _САУ процесу стерилізації биореактора_

_

_

Керівник проекту _Зубов Дмитро Владімірович_

(милия, ім'я, по батькові

_

посада, уч. міра, звання, місце роботи)

_Руководитель відділу розробки промислового ПО,_

_ООО ПКФ «Бігор»_

«13» лютого 2004 р.

Місце проходження переддипломної практики і дипломного проектування.

ТОВ ПКФ «Бігор».

Ким запропонована тема дипломного проекту (студентом, підприємством).

Тема дипломного проекту запропонована підприємством.

Актуальність теми дипломного проекту, область наукових досліджень (фундаментальна, пошукова (НИР), ДКР і т. д.).

Реалізація САУ дозволить прискорити відробляння промислової технології продукту. ДКР.

Перелік основних результатів, які повинні бути отримані в ході виконання дипломного проекту.

Вибір програмно-апаратного забезпечення САУ. Створення системи автоматизованого управління стадії стерилізації. Розробка алгоритму програмно-логічного управління стадією стерилізації.

Характеристики позитивних якостей проробленої дипломантом роботи.

Глибокий аналіз і обгрунтований вибір програмно-апаратних коштів автоматизації. Використання в роботі сучасних комп'ютерних технологій і технологій автоматизації. Гнучкість, наглядність, функціональність розробленої САУ. Практична цінність отриманих результатів.

Характеристика нестач проробленої роботи.

Використання спрощеної комп'ютерної моделі стадії стерилізації. Відсутність системи отказоустойчивого управління (протиаварійного захисту).

Чи Рекомендовані результати дипломної роботи до опублікування або впровадження.

Рекомендовані до впровадження.

Чи Рекомендується дипломнику продовжити навчання в аспірантурі (указати повну назву установи, де буде проходити навчання в аспірантурі).

Рекомендується продовжити навчання в аспірантурі Московського державного університету інженерної екології.

Оцінка в 4-х бальній системі (відмінно, добре, задовільно, незадовільно), висновок про можливість привласнення кваліфікації “ інженер-фізик” по спеціальності «Електроніки і автоматика фізичних установок».

Відмінно.

Студент МИФИ Барбот Олександр Володимирович заслуговує привласнення кваліфікації “ інженер-фізик” по спеціальності «Електроніки і автоматика фізичних установок».

Підпис керівника дипломного проекту

(завірити у відділі кадрів)

3

ДОДАТКУ

Функціональна схема автоматизації; +

Структурна схема САУ. +

Отказоустойчивое управління (системи ПАЗ) - TRICON (TRICONEX) +

Польова шина - Fieldbus +

Зведена таблиця контроллерних коштів і їх програмного забезпечення. +

Блоку-діаграми програми розрахунку вагових коефіцієнтів і комплексних оцінок. +

Блок-діаграма комп'ютерної моделі стадії стерилізації биореактора. +

Блок-діаграма оглядового меню; +

Блок-діаграма мнемосхеми стадії стерилізації биореактора.+

Блок-діаграма віртуальної панелі контролю і управління стадії стерилізації биореактора. +

Блок-діаграма вікна трендов стадії стерилізації биореактора. +

Блок-діаграма вікна подій; +

Блок-діаграма вікна історичних трендов стадії стерилізації биореактора; +

Блок діаграми програми управління вимірювачем температури регулюючим «Дана-Терм» ИТР 2529. +

Блок-діаграма блоку програмно-логічного управління. +

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

МІНІСТЕРСТВО З АТОМНІЙ ЕНЕРГІЇ

РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

МОСКОВСЬКИЙ ІНЖЕНЕРНО-ФІЗИЧНИЙ ІНСТИТУТ

(ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ)

Факультет «Автоматики і Електроніки»

Кафедра «Автоматики»

РЕЦЕНЗІЯ

На дипломний проект студента групи _А11-01_

_Барбота Олександра Владіміровича_

(прізвище, ім'я, по батькові)

Н

(найменування теми дипломного проекту)

а тему _САУ процесу стерилізації биореактора_

_

_

Рецензент проекту _Алексаков Гибріель Николаевич_

(милия, ім'я, по батькові

_

посада, уч. міра, звання, місце роботи)

_

« »_2004 м.

Висновок про відповідність проекту спеціальності (00600

«Електроника і автоматика фізичних установок»).

Міра актуальності і оригінальність дипломного проекту.

Характеристика основних результатів, отриманих при виконанні дипломного проекту.

Перелік позитивних якостей проробленої дипломантом роботи і її оформлення по ЕСКД.

Розбір недоліків.

Оцінка в 4-х бальній системі (відмінно, добре, задовільно, незадовільно), висновок про можливість привласнення кваліфікації “ інженер-фізик” по спеціальності «Електроніки і автоматика фізичних установок».

Підпис рецензента

(завірити у відділі кадрів)

3

Позиція на схемі

регульований параметр

Місце

установки,

що Вимірюється / Найменування і технічна характеристика

Тип, марка

Завод - виготівник

Кількість

Ціна, крб.

1.

Ф1-4а

Сигналізація рівня

Ф1

Сигналізатор рівня, ємкісна РОС101, стержневий чутливий елемент, живлення 24В постійного струму, релейний вихідний сигнал

"РОС101

АООТ Теплопрібор", Рязань

1

2300

2.

Ф2-7а

Вимірювання тиску

Ф1

Перетворювач надлишкового тиску Метран Метран 43-Ex-ДИ, з мембранним роздільником, межі вимірювання: 0-0,40 МПа, IP65, вих сигнал 4-20мА, живлення 24В постійного струму

3153-01

ЗАО'Промишленная група "Метран", Челябінськ

1

4315

3.

Ф1-3а

Вимірювання рівня

Ф1

Перетворювач гідростатичного рівня Метран 43Ф-ДГ, межі вимірювання:0-10 КПа, IP65, вих. сигнал 4-20мА, живлення 24В постійного струму, з розділовою мембраною

3595

ЗАО'Промишленная група "Метран", Челябінськ

1

15200

4.

Ф1-10а

Ф1-1а

Вимірювання температури

Ф1

Термопреобразователь ТСМУ з уніфікованим вихідним сигналом 4-20 мА, шкала 0-180оС, показник теплової інерції не більше за 20с

ТСМУ-205

ЗАО'Промишленная група "Метран", Челябінськ

2

1350

5.

Ф2-1е

Регулювання витрати холодної води

Сорочка Ф1

Клапан регулюючий з МІМ, односедельний, з сальниковим ущільненням, Ду25, корпусом нж, з електро/пневматичний позиционером

25нж960нж

ТОВ "ОРАЛАКС", Новосибірськ *

1

8400

6.

Ф2-1д

Регулювання витрати пара

Сорочка Ф1

Клапан регулюючий з МІМ, односедельний, з сальниковим ущільненням, Ду25, корпусом нж, з електро/пневматичний позиционером

25нж960нж

ТОВ "ОРАЛАКС", Новосибірськ *

1

9000

7.

Ф2-2г

Регулювання витрати пара

Лінія подачі пари в Ф1

Клапан регулюючий з МІМ, односедельний, з сальниковим ущільненням, Ду25, корпусом нж, з електро/пневматичний позиционером

25нж960нж

ТОВ "ОРАЛАКС", Новосибірськ *

1

9000

Позиція на схемі

регульований параметр

Місце

установки,

що Вимірюється / Найменування і технічна характеристика

Тип, марка

Завод - виготівник

Кількість

Ціна, крб.

8.

Ф2-8г

Регулювання витрати повітря

Лінія подачі повітря в Ф1

Клапан регулюючий з МІМ, односедельний, з сальниковим ущільненням, Ду25, корпусом нж, з електро/пневматичний позиционером

25нж960нж

ТОВ "ОРАЛАКС", Новосибірськ *

1

9000

9.

Ф2-7г

Регулювання витрати відходячий газів

Лінія відходячий газів з Ф1

Клапан регулюючий з МІМ, односедельний, з сальниковим ущільненням, Ду25, корпусом нж, з електро/пневматичний позиционером

25нж960нж

ТОВ "ОРАЛАКС", Новосибірськ *

1

9000

10.

Ф2-7в

Регулювання витрати відходячий газів

Лінія відходячий газів з Ф1

Клапан отсечной з МІМ, односедельний, з сальниковим ущільненням, Ду25, корпусом нж, з датчиками індикації кінцевих положень, з 3-х ходовим соленоидним клапаном Ду6

22нж960нж

ТОВ "ОРАЛАКС", Новосибірськ *

1

6500

11.

НП1

Регулювання витрати живлячої середи

Лінії подачі живлячої средив Ф1

Перістальтічеський насос

ЛАБ-НП-1-20; 0-20 л/ч; 100 Вт; 220 У, 50 Гц.

ЛАБ-НП-1-20

“ Лабораторне Обладнання і Прилади”, Санкт-Петербург

1

12 500

Зразкова структура диплома

Вся інформація записувалася зі слів Жучкова А. А. Она собою представляє зразковий план дій до написання диплома. Орфографію прошу не враховувати.

Диплом повинен бути актуальним і на рівні світових стандартів.

Об'єм диплома повинен становити ~80 стр (без додатків) МІНІМУМ 60 стор.!

Час захисту одного диплома становить ~30 мін. З них ~10 мін на доповідь студента.

Повинен расматривать питання автоматики, а не інші.

Плакати

Кількість плакатів ~5 листів (не менше)

Що повинне бути відображено на плакатах: (підкреслене обов'язкове)

Постановка задачі, огляд у вигляді таблиць

Аналіз у вигляді таблиць

Об'єкт

Структура системи автоматизації

Алгоритми (не більше листа)

Характеристики, графіки, інтерфейси (не багато)

Порівняння у вигляді таблиці і інш.

Структура диплома

Введені назва розділів тільки відображають суть.

Анотація (~1 стр)

Введення (~1-1.5 стр)

Відобразити важливість задачі і т. п.

Розділ 1Обзор і аналіз питань пов'язаної з темою диплома (~10-15 стр)

Не менше двох пунктів ( > =2). Повинне бути відображено:

Міжнародний досвід і вітчизняний досвід

Результати аналізу, порівнянь (в таблицях)

Розділ 2Постановка задачі по реалізації. .. (~15-20 стр)

У районі 5 пунктів. Повинне бути відображено:

Стан питання (підвести від розділу 1 до своєї теми)

Об'єкт (особливості, короткий опис)

Обмеження на задачу (які комп'ютери і т. п.)

Формулювання задачі (~2 стр)

В роботі потрібно зробити то-то і то-то...

Для рішення потрібно вирішити приватну подзадачи, обмеження, особливості

Математична постановка (якщо можливо) Наприклад, знайти МІН (Т, V, R, F) або критерій.

ТЗ (постановка задачі для реального проекту)

Розділ 3Реализация задач. .. (~25 стр)

Повинне бути відображено:

Опис засобу на яких реалізовуємо диплом (декілька)

структури, що Пропонуються і алгоритми

Вибір варіантів, вибір хорошого варіанту. Інтерфейси, перехідні процеси, показники надійності.

Реалізація задачі в учбовому процесі. (не у всіх)

Розділ 4То ж реалізація вже іншого шматка задачі

Розділ 5Експериментальная остаточна частина (~10 стр)

На відповідність вимогам

Порівняння варіантів

Перспективи

Висновки

Висновок (~2-3 стр)

Список літератури ( > =15 джерел)

Додаток 1,2,3...

Інструкції

Методики

Масиви даних

Графіки (все)

Текст програм (лістинг)

Інтерфейси (все)

P.S.: У тексті диплома відобразити малюнки і інтерфейси щоб запевнити комісію в тому що ви виконували практичні дії.

Тези до диплома

Короткий опис технології виробництва еритромицина, аппаратурно-технологічного оформлення, і стадії стерилізації биореактора.

Існуюча система автоматизованого управління. Актуальність проблеми, постановка задач.

Аналіз ферментера як об'єкт управління САУ стерилізації биореактора.

(Плакат: Функціональна схема автоматизації)

Структура і функціонування ПТК системи автоматизованого управління стадії стерилізації биореактора.

(Плакат: Структурна схема САУ)

Вибір коштів ПТК

Вибір ПЛК методами квалиметрії з використанням LabVIEW.

Вибір програмного забезпечення.

(Плакат: Вибір контроллерних коштів (ПЛК))

Створення системи диспетчерського рівня САУ процесу стерилізації. АРМ. Інтерфейс оператора з ипользованием LabVIEW DSC. Опис вікон і панелей і їх функцій

Мнемосхема, оглядове (Плакат: Мнемосхема і оглядове меню).

Віртуальна панель контролю і управління, вікно трендов (Плакат: Віртуальна панель контролю і управління, вікно трендов).

Вікно подій і вікно історичних трендов (Плакат: Вікно подій і вікно історичних трендов).

Використання спрощеною комп'ютерна модель стадії слирилизації стерилізації.

Розробка програми управління вимірювачем температури регулюючим «Дану-Терм» 2529 в LabVIEW DSC

Використання терморегулятора спільно з автоклавом і комп'ютером

Опис програми управління.

Опис програми перегляду “log” файлів.

Блок-діаграма.

Основні результати і висновки.

Зачитка з висновку в записці.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

МІНІСТЕРСТВО З АТОМНІЙ ЕНЕРГІЇ

РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

МОСКОВСЬКИЙ ІНЖЕНЕРНО-ФІЗИЧНИЙ ІНСТИТУТ

(ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ)

ФАКУЛЬТЕТ«Автоматіка і електроника'КАФЕДРА«Автоматіка»

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ20 06 00 «ЕлектроникаГРУППАА11-01

і автоматика фізичних установок»

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

До ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТУ НА ТЕМУ:

_САУ процесу стерилізації биореактора

Студент-дипломник _Барбот Олександр Володимирович

(підпис) (ФИО)

Керівник проекту _Руководитель відділу розробки промислового

ПО_Зубов Дмитро Володимирович

(посада) (підпис) (ФИО)

Рецензент _Алексаков Габріель Миколайович

(посада) (підпис) (ФИО)

Зав. кафедрою, д. т. н., проф. В. М. Рибін

Москва, 2004 р.