Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

подпитки из емкости E1, температуру культивирования поддерживают подачей в

рубашку охлаждающей воды, давления внутри ферментера поддерживается за счет регулирования расхода отходящих газов [3, 4].

Продолжительность биосинтеза эритромицина при посеве из колбы составляет ~240 ч. По истечению этого срока готовая культуральная жидкость выгружается и передаётся на фильтрацию.

3.ЦЕЛИ, ЗАДАЧИ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ СТАДИИ СТЕРИЛИЗАЦИИ БИОРЕАКТОРА

Ознакомление с существующей системой управления биосинтеза антибиотиков

Долгое время автоматизация процесса биосинтеза определялась наличием системы автоматизированного управления основной стадии этого производства - ферментации антибиотика. Причем уровень автоматизации позволял вести непрерывный контроль параметров процесса (измерение, сигнализация) и осуществлять автоматическое регулирование параметров процесса, но не обеспечивал автоматическую смену отдельных стадий производства (переключение операций). Проведение вспомогательных операций и переключение между ними осуществлялось вручную операторами-технологами, так как считалось, что эти операции автоматизировать нецелесообразно.

С развитием вычислительной техники и повышением надежности средств автоматизации стало возможным и экономически выгодным автоматизировать различные вспомогательные операции.

Данная работа посвящена созданию системы автоматизированного управления стадии стерилизации биореактора.

Цели и задачи, решаемые при создании системы автоматизированного управления стадией стерилизации биореактора

В соответствии с заданием на дипломное проектирование необходимо разработать систему автоматизированного управления (САУ) стадии стерилизации как составляющую АСУТП биосинтеза эритромицина.

Разработка САУ стадии стерилизации включает следующие этапа разработки:

1. определение исходных данных;

2. проектирование САУ;

3. реализация САУ;

4. апробирование САУ

5. сдача в эксплуатацию;

Основным направлением является

В данной дипломной работе планируется осуществить проектирование и реализацию отдельных элементов САУ. При этом необходимо решить следующие задачи:

1. Выбор программно-технического комплекса для реализации системы автоматизированного управления стадией стерилизации биореактора, включающий следующие разделы:

   • Определение структуры программно-технического комплекса (ПТК) САУ;

   • Выбор аппаратных и программных компонентов ПТК;

2. Разработка элементов системы автоматизированного управления:

   • Написание программного обеспечения для элементов ПТК;

   • Сборка узлов САУ, моделирование процесса, написание алгоритмов;

   • Проверка функционирования разработанных элементов ПТК и САУ с использованием моделей (процесса, алгоритмов управления);

   • Проверка функционирования САУ;

Система управления (здесь и далее термин «система управления» относится к системе, состоящей из САУ стадии стерилизации, если нет другого указания) на этапе создания системы автоматизированного управления стадией стерилизации должна охватывать следующие основные технологические агрегаты:

1. ферментер Ф1;

2. фильтр воздушный;

3. трубопроводы;

4. запорно-регулирующая арматура.

Система управления должна быть спроектирована таким образом, чтобы в дальнейшем интеграция с другими (автоматизированными и неавтоматизированными) стадиями процесса биосинтеза, а также включение в систему управления технологических аппаратов, не автоматизируемых на этом этапе, не представляло трудностей.

Система управления предназначена для реализации следующих групп функций:

1. оперативный контроль и автоматическое управление установкой с экранов рабочих станций и операторских панелей, с помощью реализованных в цветном исполнении фрагментов мнемосхем технологического процесса, панелей контроля и регулирования;

2. предупредительная и аварийная сигнализация при выходе технологических параметров за нижние и верхние пределы установленных технологических и аварийных границ;

3. представление информации операторам-технологам в виде мнемосхем, панелей контроля и регулирования, графиков, протоколов событий, таблиц, текстовых сообщений, представление указанной информации должно осуществляться на цветных экранах мониторов рабочих станций;

4. автоматическое протоколирование по мере возникновения событий следующих классов:

   • сообщений о нарушениях и отклонениях в ходе технологического процесса;

   • сообщений о возникновении двоичных событий (вкл/выкл электрооборудования, закрытие / открытие клапанов);

   • сообщений о действиях оператора-технолога;

   • системных сообщений;

5. формирование и автоматическое протоколирование усредненных значений технологических параметров за смену/сутки;

6. формирование и автоматическое протоколирование расходов сырья, расчет конечной выработки и сравнение с реальной выработкой;

7. формирование и автоматическое протоколирование усредненных значений материальных потоков по установке в целом, за сутки, смену;

8. формирование и печать протокола развития предаварийной ситуации:

   • формирование и печать протокола обнаружения первопричины срабатывания аварийной программы;

   • формирование протокола возникновения неисправностей оборудования и приборов КИП и А;

9. архивирование оперативной и отчетной информации в течение заданного времени и ее последующая печать для анализа технологическим персоналом.

Основными целями создания системы управления являются:

1. снижение материальных и энергетических затрат за счет повышения оперативности и точности управления;

2. повышение надежности функционирования технологического процесса и оборудования за счет внедрения системы автоматизации;

3. минимизация материальных затрат при обеспечении заданной производительности установки.

Указанные цели создания САУ могут быть скорректированы и расширены по мере освоения данной системы управления и при изменении стратегии управления технологическим объектом [5, 6, 7].

Исходные данные для проектирования системы автоматизированного управления стадии стерилизации биореактора

Исходными данными для проектирования системы автоматизированного управления является количество технологических параметров (каналов), которые необходимо контролировать (входные каналы САУ) или с помощью которых необходимо осуществлять регулирование (выходные каналы САУ):

1. непрерывных входных каналов: 16;

2. непрерывных выходных каналов: 8;

3. дискретных входных каналов: 32;

4. дискретных выходных каналов: 32;

Кроме этого при проектировании необходимо учитывать следующие факторы:

1. создаваемая система автоматизированного управления будет работать совместно с САУ ферментации;

2. использование датчиков и исполнительных механизмов от САУ ферментации;

3. автоматизации подлежит периодический процесс, проводящийся один раз в 240 часов;

4. существенные экономические потери, связанные с нарушением регламента процесса;

5. наличие не взрыво/пожароопасного производства;

6. размещение объекта управления на небольшой территории;

7. возможность наращивания производства за счет добавления новых биореакторов.

4.СТРУКТУРА И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА (ПТК) РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ САУ В СОСТАВЕ АСУТП БИОСИНТЕЗА ЭРИТРОМИЦИНА

В настоящее время автоматизация большого количества производственных процессов выполняется с использованием современных информационных технологий. Различные вычислительные средства, программные технологии и протоколы взаимодействия применяются для управления технологическими процессами на нижних уровнях автоматизации – интеллектуальные датчики, объединенные в промышленные информационные сети, программируемые логические контроллеры (ПЛК) на базе микропроцессорных компонентов. На верхних уровнях – вычислительные сети масштабов предприятия, автоматизированные рабочие места операторов, системы хранения технологической информации (базы данных) и другие программно-технические средства. Совокупность программно-вычислительных средств автоматизации технологического производства и их инфраструктура образует программно-технический комплекс (ПТК) технологического процесса. На вход ПТК от датчиков поступают сигналы, несущие информацию о технологических параметрах процесса. Комплекс реализует заданные функции контроля, учета, регулирования, последовательного логического управления и выдает результаты на экран дисплея рабочей станции оператора и управляющие воздействия на исполнительные механизмы объекта автоматизации.

Как было отмечено выше, САУ стадии стерилизации должна входить в состав АСУТП биосинтеза эритромицина. Это необходимо учитывать при проектировании данной САУ. Целесообразно определить структуру и функционирование программно-технического комплекса таким образом, чтобы имелась возможность масштабирования и простой интеграции этой системы в АСУТП биосинтеза эритромицина.

Проектируемая САУ по своей структуре должна представлять централизованную автоматизированную систему управления. Прежде всего, это обусловлено сосредоточением всех элементов объекта управления на небольшом пространстве.

Кроме того, предлагаемая структура системы автоматизированного управления стадией стерилизации, позволит снизить затраты на оборудование ПТК, а также трудоемкость и время создания системы управления и проведения пуско-наладочных работ [10].

Структура программно-технического комплекса централизованной системы управления производством является иерархической, в ее составе должны быть предусмотрены следующие компоненты:

1. средства автоматического сбора информации от датчиков технологических параметров;

2. вычислительные средства с необходимым составом периферийных устройств;

3. средства обработки информации и передачи ее в сеть;

4. средства контроля и отображения технологической информации;

5. средства построения автоматизированных рабочих мест оперативного технологического персонала.

ПТК должен иметь возможность расширения функционально-алгоритмического и технического обеспечения за счет добавления новых технических средств и программного обеспечения при развитии АСУТП, увеличении количества сигналов ввода/вывод.

Программно-технический комплекс должен включать аппаратные и программные средства для обеспечения диагностики всех компонентов, входящих в структуру комплекса.

С целью обеспечения постоянного электропитания программно-технического комплекса САУ необходимо:

1. реализовать соответствующую систему бесперебойного электропитания требуемой мощности;

2. время работы этой системы при исчезновении питания в производственной сети должно составлять не менее 40 минут и обеспечивать безаварийный останов установки (процесс, оборудование).

Функционирование программно-технического комплекса САУ должно быть круглосуточным, с остановкой на профилактику в период капитального ремонта технологического комплекса производства эритромицина.

Для защиты информации от потерь при сбоях программных и/или технических средств САУ должно быть обеспечено архивирование информации. Продолжительность хранения архива должна быть не менее 30 суток.

Применяя современные принципы построения систем автоматизированного управления, можно определить следующую структуру АСУ стадией стерилизации:

1. диспетчерский уровень;

2. сетевой интерфейсный уровень;

3. уровень контроллеров и модулей ввода-вывода;

4. уровень датчиков и исполнительных механизмов.

Основные функции диспетчерского уровня – сбор и обработка данных и отображение технологического процесса. Средства диспетчерского уровня позволяют производственному персоналу удаленно контролировать течение технологического процесса, предоставляют доступ к исторической и актуальной технологической информации в удобной для восприятия форме в виде мнемосхем, диаграмм, тревог, исторических данные. На этом уровне необходимо обеспечивать корректность, доступность, простоту понимания отображаемой и записываемой технологической информации. Диспетчерский уровень представлен автоматизированными рабочими местами (АРМ) операторов, технологов, инженеров – компьютерами, получающими информацию с нижних уровней, на которых функционируют системы сбора данных и управления (SCADA), ведутся архивы баз данных (БД) технологических параметров.

Сетевой уровень является прослойкой между вычислительными средствами верхнего и нижних уровней, отвечает за взаимодействие АРМ, систем БД, промышленных контроллеров и устройств сопряжения с объектом (УСО).

Вычислительные средства через блоки согласования объединены в общую сеть с использованием интерфейсов (RS-485, Ethernet). Блок согласования подключается к последовательному порту компьютера (или в виде платы расширения вставляется в разъем непосредственно в компьютере) и выполняет функции преобразователя интерфейсов RS-485 в RS-232 и наоборот. По интерфейсу RS-485 происходит опрос входных параметров промышленных контроллеров, подключенных к сети для диспетчеризации и управления. Функции этого уровня – передача информации между вычислительными средствами автоматизации. На этом уровне обеспечивается детерминированность (гарантированность передачи данных за заданное время), минимальное время доставки, корректность передаваемой информации. Этот уровень представлен сетевыми устройствами: повторителями, коммутаторами, маршрутизаторами, шлюзами, а также кабельной инфраструктурой сети.

Уровень контроллеров и модулей ввода-вывода решает классические задачи управления технологическими процессами. Наличие этого уровня в отличие от диспетчерского является обязательным, так как основные функции управления в АСУ реализуются именно на этом уровне. Функции – сбор и обработка первичной технологической информации, управление технологическим процессом. На этом уровне обеспечивается быстрота и корректность первичной обработки технологической информации, гарантированное выполнение алгоритмов управления, надежность работы средств автоматизации, возможность горячей замены вышедших из строя элементов без потери управления в целом. Центральным элементом на этом уровне является вычислительный блок – программируемый логический контроллер (ПЛК). В соответствии с заложенной в него программой через встроенные или подключаемые модули ввода-вывода осуществляется сбор и обработка первичной информации с самого нижнего уровня – от датчиков технологических параметров (термопар, уровнемеров и т.п.), а также управления исполнительными механизмами (клапанами, двигателями мешалок и т.п.).

Уровень датчиков и исполнительных механизмов, как следует из названия, включает датчики (термометры сопротивления, манометры, pH-метры, емкостные уровнемеры и др.) и исполнительные механизмы (ИМ) с дистанционным управлением (приводы насосов, отсечные и регулирующие клапаны и др.), необходимые для получения информации о ходе управления технологическим процессом. Требования, предъявляемые к этому уровню, – надежность в эксплуатации, точность измерений и управления. Рекомендуется использовать датчики и ИМ с унифицированными аналоговыми и дискретными сигналами (токовый сигнал 4-20 мА, по напряжению 3.5V ~ 30 V), для упрощения подключения к модулям ввода-вывода контроллеров и УСО.

Упрощенная структурная схема системы представлена на рис. 4.1. Развернутая структурная схема САУ дана в приложении 2.

Характеристики

Список файлов реферата