Губин Артем Витальевич

Магистр, кафедра:Электронные системы (ЭС)

факультет: Компьютерные Информационные Технологии и Автоматика (КиТА)

Донецкий государственный технический университет (ДонГТУ).

Тема магистерской работы:
"Разработка алгоритмов контроля и управления давлением газовой подушки в форфасе с пивом в условиях бродильно-лагерного цеха Донецкого пивоваренного завода".
Руководитель: к.т.н.доц.Сенько В.Ф.

ВВЕДЕНИЕ

   Донецкий пивоваренный завод был введен в эксплуатацию в 1962 г. Проектная мощность завода – 7 млн. декалитров пива, 1 млн. декалитров напитков и до 13.5 тыс. тонн солода в год.

   Общая площадь территории – 35558 м кв. Юридический адрес завода: 83059 г. Донецк, пр-т Ильича, 106. На заводе занято 600 человек. Организационно-правовая форма предприятия – акционерное общество закрытого типа, основанное 22 декабря 1993 года. Полное наименование предприятия: Совместное Украинское Американское предприятие «Донецкий пивоваренный завод» в форме АОЗТ из 100% акций 49% принадлежит американской стороне.

   Последние 3 – 4 года завод проводит техническое перевооружение заменяя устаревшее оборудование на новое в основном европейского производства. Заботясь о здоровье своего потребителя, пивзавод производит только «живое пиво» благодаря применению новых технологий, без пастеризации, консервации и стабилизации. Поэтому, чтобы сохранить прежнее качество и продлить срок хранения своей продукции на заводе осуществляется переход на новую технологию, производится реконструкция основных цехов, замена оборудования.

   Предметом и основным направлениями деятельности завода являются: производство и реализация пива, безалкогольных напитков, солода. Завод выпускает пиво всей вкусовой гаммы – от светлого до полутемного и темного: «Жигулевское», «Светлое», «Земляк», «Наша марка», «Донецкий пивовар Алексей», «Баварское», «Оригинальное», «Добрый Шубин», «Старый Юз», «Люкс». Пиво всех сортов предлагается емкостное, в КЕГах, в бутылках 0,5 и 0,4 литра, в бутылках ПЭТ 2 литра; напитки в бутылках 0,33 литра и бутылках ПЭТ 2 литра; вода в бутылках 0,5 литра и в бутылках ПЭТ 2 литра.

   Безалкогольные напитки: «Пепси-кола», «Миринда-оранж», «Тархун», «Лимонад», «Крем-сода», «Дюшес», «Буратино» и экологически чистая газированная вода «Ранкова роса». Побочные продукты собственного производства: солод, в.т.ч. дробленый, дробина, ростки, теплоэнергия, углекислота и т. д. На сегодняшний день налажено производство фирменных холодильных шкафов с логотипами торговой марки «Сармат», другой имиджевой продукции для баров, кафе и розничных торговых точек.

Рис. 1 - Структурная схема должностных лиц, цехов и участков

   Отказоустойчивые системы требуются, когда ни в коем случае не должен быть нанесен физический, либо другого вида ущерб, человеку, окружающей среде или оборудованию. Такие системы препятствуют возникновению опасного состояния, переводя процесс в безопасное состояние.

   Применяются для управления горелками, бойлерами, котлами; для прессов и защиты установок; для пассажирского транспорта и сигнальных систем транспорта; в химии для центрифуг, печей; для электростанций.
   Модульные контроллеры SIMATIC S7-400 (рис.2) предназначены для решения сложных задач автоматизации технологических процессов. Наличие большого перечня модулей (носителей, центральных процессоров, коммуникационных процессоров, функциональных модулей, сигнальных модулей) позволяет выбрать оптимальную по производительности систему автоматизированного управления.

	Модуль блока питания Буферная батарея Ключ переключения режимов работы ПЛК Светодиоды индикации состояний и отказов Субмодуль памяти Фронтальные соединители с маркировкой внешних цепей Центральный процессор №1 Центральный процессор №2 Модуль FM 456-4 (M7) Модуль расширения М7 Модули ввода-вывода Интерфейсные модули
Рис. 2 -Simatec S7-400

   Контроллеры SIMATIC S7-400 (рис.3) могут применяться практически во всех отраслях промышленности. Так в Донецке это, как было выяснено, металлургия и пивоваренная промышленность.

Рис. 3-Simatec S7-400

   Программируемый микроконтроллер SIMATIC S7 – 400 используется в качестве элементной базы для реализации автоматической системы регулирования. Контроллер предназначен для решения задач автоматизации верхнего и среднего уровней.

Они обеспечивают простое и экономное решение всех задач автоматизации, например:
- управление разомкнутым контуром;
- управление обратной связью;
- связь;
- проверка процесса;
- регистрация, индикация, управление;
- обработка данных;

Из этого можно сделать вывод, что эти контроллеры применимы для:
- машинных управляющих систем;
- автоматизации процесса;
- проверки процесса;
- координации функций;

Результат стандартной аппаратной технологии и модульной разработки программируемых логических контроллеров (PLC) отображается в следующих характеристиках:
- простота эксплуатации, Благодаря простой сборке модулей и сочетаний в модулях ввода\вывода;
- модульное построение;
- простота в создании программного обеспечения , так как при написании программы используются стандартные программные разделы (функциональные блоки);
- простота связи с другими программируемыми контроллерами и компьютерами благодаря внутренним процессорам и системам шин.

Программируемый контроллер SIMATIC S7-400 состоит из центрального процессора и различных приборов расширения.

ВАЖНЕЙШИЕ ФУНКЦИИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА SIMATIC S7-400

- высокое быстродействие;
- мультипроцессорный режим работы;
- функции диагностирования и диагностический буфер;
- Встроенные функции отображения \ управления;
- программное параметрирование модулей;
- высокая плотность монтажа в шкафу (размер модуля, занимающего одно установочное место 12,5x290x217mm);
- возможность работы без принудительной вентиляции;
- высокая устойчивость к вибрации;
- замена модулей под напряжением;
- функции часов;
- счетчик времени работы;
- установка CPU в режиме STOP;
- обработка ошибок;
- встроенный интерфейс MPI для простых сетевых решений;
- некоторые модели процессоров имеют дополнительные встроенные интерфейсы PROFIBUS DP.

МОДУЛИ ВВОДА/ВЫВОДА И МОДУЛИ СПЕЦИАЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ

В зависимости от типа задачи автоматизации, к PLC могут подключаться следующие модули:
- дискретные модули ввода\вывода;
- аналоговые модули ввода\вывода;
- интеллектуальные модули ввода\вывода;
- модули для специальных функций.

  Дискретные модули ввода\вывода используются для простого логического управления, в котором существуют только два состояния: ноль (0) и единица (1).
  Если контролируемая величина изменяется непрерывно, например, давление в танке, то тогда необходимы аналоговые модули ввода\вывода.
  Модули ввода\вывода и интеллектуальные модули ввода\вывода создают связь между программируемым контроллером и процессом. Они могут подключаться к центральному процессору и к приборам расширения. Модули ввода\вывода формируют интерфейс между контроллером и процессом.

Например, модуль дискретных выходов SM 422; DO 16x120/230VAC/2, который имеет следующие характеристики:
- 16 изолированных выводов (4 группы по 4 канала);
- номинальное выходное напряжение 120\230VAC.

В качестве примера модуля аналоговых выходов можно взять SM 431; AI 8x13бит, который имеет следующие характеристики:
- 8 входов для измерения напряжения\тока;
- 4 входа для измерения сопротивления;
- разрешающая способность 13 бит;
- гальваническая развязка;
- допустимое общее напряжение режима 30 VAC.

  В основном, программируемый контроллер S7 управляется тремя компонентами: программной памятью, процессором (CPU), модулями ввода\вывода.

БЛОК ПИТАНИЯ

  Для обеспечения питанием программируемого микроконтроллера SIMATIC S7-400 выбирается блок питания, например PS 405 4А. Модуль блока питания PS 405 4А используется для подачи напряжения 24 VDC или 5 VDC / 4А и 24 VDC / 0.5A к центральному процессору и периферийных приборов.

КРОСС – ПЛАТА

Кросс – плата S7 – 400 выполняет следующие функции:
- несет модули;
- обеспечивает модули напряжением питания;
- соединяет модули с помощью шин;

Кросс – плата состоит из следующих элементов:
- алюминиевая установочная шина с прошитыми болтами для фиксирования модулей и боковые фиксаторы для монтажа;
- общая шина;
- соединение для локального заземления;
Например, плата типа UR1 на 18 слотов.

ПРОЦЕССОР (CPU)

  Центральный процессор имеет CPU, который осуществляет центральное управление целого программируемого контроллера.
PLC действует циклически. В начале каждого цикла, процессор считывает сигналы состояния всех входов и подает на них данные о процессе, которые считываются на протяжении выполнения всей программы. В конце цикла процессор перелает данные о процессе на выходы. Максимальная длительность цикла, например для CPU 416 - 1, составляет 2000 ms.

БЛОК БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ

  Для того, чтобы уберечь модули программируемого микроконтроллера SIMATIC S7-400 от скачков питающего напряжения и корректно завершить работу процессора при исчезновении напряжения в сети, предусмотрен блок бесперебойного питания UPS – MT80F128xA, 2300 ВА.