Весовое дозирование. Многокомпонентное дозирование.

Зимняя Олимпиада 2014 в Сочи оставит уникальное спортивное наследие для российских и иностранных спортсменов в виде тренировочных баз и объектов для соревнований по зимним видам спорта, которые будут соответствовать высочайшим международным стандартам. Помимо спортивных объектов планируется построить новую автомобильную трассу и реконструировать всю транспортную систему, в том числе: порт и аэродром Сочи. Чтобы подготовка к Олимпиаде была завершена в срок, сегодня развернулась масштабная деятельность во всех областях строительства. Одним из необходимых строительных материалов является бетон, получение его в требуемые сроки и в достаточном объеме – первостепенная задача на строительных площадках такого масштаба.

В статье описан опыт автоматизации растворо-бетонного узла с применением контроллера ОВЕН ПЛК100 с модулями-преобразователями сигнала тензодатчиков (тензометрические датчики) итальянской фирмы SENECA. (Нажмите на картинку, чтобы увеличить изображение)

Компания ООО «Екатеринодарстрой плюс» г. Краснодар несколько лет занимается строительством и изготовлением оборудования для производства строительных материалов. Ею был спроектирован и произведен растворо-бетонный узел (РБУ). РБУ представляет собой установку для приготовления и отгрузки различных растворов и бетонов. Конструктивно данный объект состоит из трех основных элементов: ёмкостей для хранения ингредиентов, весовых бункеров и бетоносмесителя.

Цемент хранится в двух силосах, которые наполняются цементовозами через трубопровод. В силосах установлены датчики уровня - 2 шт. (верхний и нижний). Для аэрации цемента предусмотрена подача воздуха от компрессора непосредственно в силос, под которой установлен питатель. Из питателя цемент поступает в весовой бункер, который закреплен на четырех тензодатчиках, под бункером находится бетоносмеситель, приводимый в действие электродвигателем. Выгрузка цемента из бункера осуществляется при помощи задвижки с пневмоприводом. Технологическая схема объекта РБУ изображена на рис. 1. (Нажмите на картинку, чтобы увеличить изображение)

Вода для растворов подается насосом в весовой бункер из емкости, расположенной под землёй. Над бункером находится небольшой весовой бак с жидкими химическими добавками, которые после взвешивания добавляют в воду, и уже готовая смесь поступает в смеситель. Песок и щебень насыпаются в бункер по очереди. После набора необходимой массы, смесь из песка и щебня по ленточному транспортеру подаётся в бетоносмеситель.

Порядок загрузки взвешенных ингредиентов в бетоносмеситель следующий: первым подаётся песок со щебнем, затем смесь воды с химическими добавками и цемент. Двигатель смесителя автоматически запускается еще до того, как начинается выгрузка компонентов. После тщательного перемешивания компонентов бетон готов к загрузке в автомобиль-миксер.

Структура АСУ растворо-бетонного узла.

АСУ растворо-бетонного узла построена на базе контроллера ОВЕН ПЛК100-24.Р-М (Программируемый логический контроллер, промышленный контроллер), модуля ввода-вывода ОВЕН МДВВ-Р, четырёх модулей-преобразователей сигналов тензометрических датчиков (тензодатчик) SENECA Z-SG и графической панели оператора ОВЕН ИП320. Операторская панель соединена с контроллером по интерфейсу RS-232. Все модули объединены в общую сеть по протоколу ModBus RTU и подключены к контроллеру по интерфейсу RS-485. Контроллер соединён с компьютером по сети Ethernet. Схема подключения приборов изображена на рис. 2. (Нажмите на картинку, чтобы увеличить изображение)

SCADA-система, установленная на ПК, позволяет отображать весь процесс приготовления бетона. Оператор может следить за рецептурой и расходом материалов, и в случае необходимости корректировать и задавать различные рецепты бетонов, выбирать дозы компонентов, настраивать и следить за всеми параметрами процесса на мониторе ПК и операторской панели в реальном времени. Так же SCADA-система позволяет архивировать все параметры технологического процесса с возможностью их просмотра и анализа.

К одному преобразователю Z-SG можно подключить от одного до четырех тензодатчиков (тензометрические датчики). Поэтому для четырех весовых бункеров используется четыре модуля Z-SG.

Каждый модуль необходимо настроить для работы по ModBus. Для этого необходимо настроить адрес и скорость обмена данными. Это можно сделать двумя способами:

• с помощью двухпозиционных минипереключателей на корпусе модуля (группа SW1) (первые два переключателя отвечают за скорость обмена, а остальные - за адрес модуля).
• Используя бесплатную программу Z-NET3, которая идет в комплекте поставки модуля.

Для подключения к ПК используется дополнительный интерфейс RS-232, расположенный на передней панели модуля.

Преимущества реализации алгоритма работы на ОВЕН ПЛК.

• Алгоритм дозирования выполняется на ПЛК. Это существенно повышает надежность системы в целом.
• Возможности ОВЕН ПЛК и среды разработки CoDeSys позволяют гораздо легче реализовать алгоритм дозирования и связь с контроллерами и модулями.
• Затраты времени на поиск ошибок в программе и отладку всей системы занимают существенно меньшее время.
• Функция ПК в данной системе - это визуализация процесса дозирования и ведение базы данных рецептов и отчетов, а текущий рецепт выполняется в ПЛК.
• При такой конфигурации системы требования к быстродействию программы на ПК не такие высокие и поэтому для подключения к ПЛК можно использовать стандартный OPC server и типовую SCADA-систему ( например MasterSCADA фирмы "ИНСАТ").

Окно программы SCADA-системы для проекта РБУ выглядит следующим образом (Нажмите на картинку, чтобы увеличить изображение):

Программа состоит из 2-х модулей:

• - Main - основной блок программы, где выполняются все операции дозирования. Блок Main включает в себя 3 подпрограммы:
  • а) Doz - осуществляется процедура дозирования.
  • б) Smes - работа смесителя.
  • в) Pausa_ - режим паузы
• - PLC-PRG - модуль, организующий режим СТОП.

Перед выполнением программы дозирования пользователю необходимо задать текущий рецепт и количество замесов. После этого оператор может нажимать на кнопку ПУСК и программа дозирования будет выполняться в автоматическом режиме. Окно блока Main можно увидеть на следующем рисунке(Нажмите на картинку, чтобы увеличить):

В блоке Podgotovka выполняется присвоение переменным начальных значений, установка флагов и т.д. После этого программа переходит непосредственно к дозированию, которое осуществляется при помощи блока Dozator.

В этом блоке содержатся две параллельно выполняющиеся подпрограммы: Doz и Smes. Первая отвечает за взвешивание компонентов бетона в весовых бункерах, вторая - за работу бетоносмесителя.

Рассмотрим каждую подпрограмму несколько подробнее. Окно блока Smes выглядит следующим образом (Нажмите на картинку, чтобы увеличить изображение):

После перехода на данный этап, ход выполнения программы разделяется на четыре параллельные ветви, каждая из которых отвечает за один компонент: цемент, воду, химические добавки и инертные материалы (песок и щебень). Построение программы таким образом позволяет осуществлять дозирование каждого компонента независимо от остальных, что уменьшает общее время дозирования и увеличивает производительность РБУ. Все ветви по структуре одинаковы, поэтому для примера рассмотрим ветвь дозирования инертных материалов. после перехода на блок Inert_Wait ПЛК ждет флаг "бункер пуст" для начала дозирования. Сам процесс набора веса происходит в следующем блоке с именем Macadam_ (щебень). Программа, исполняемая в блоке, выглядит так (Нажмите на картинку, чтобы увеличить изображение):

Для набора веса используется двухпозиционный регулятор reg4, который сравнивает текущее значение веса с уставкой. Как только вес достигает значения уставки, блок прекращает свою работу и передает управление следующему блоку. Кроме набора веса, в данном блоке реализована защита мотора питателя. Если вес в течение определенного времени не изменяется, то РБУ переходит в режим паузы, одновременно устанавливая флаг macadam_motor_warning, который показывает пользователю о необходимости проверки работы питателя. После периода ожидания, который задается в блоке Wait4, начинается дозирование песка в блоке Sand_. Работа этого блока аналогична блоку Macadam_, поэтому рассматривать его мы не будем. После завершения дозирования происходит переход на блок ожидания Wait5 и после на блок inert_ready, где устанавливается флаг готовности инертных материалов к выгрузке.

После дозирования все компоненты начинают загружаться в смеситель в следующем порядке: сначала инертные материалы, а потом все остальные компоненты. Загрузка в смеситель и перемешивание организовано в подпрограмме Smes, окно которой выглядит следующим образом (Нажмите на картинку, чтобы увеличить изображение).

После выполнения загрузки компонентов в смеситель, начинается перемешивание, параллельно с которым в весовые бункеры загружаются новые дозы компонентов. После выгрузки из смесителя осуществляется новый процесс загрузки. Программа остается в рабочем режиме до тех пор пока не выполнится требуемое количество замесов. После завершения цикла дозирования, программа переходит на шаг Init модуля Main и ожидает следующего запуска.

Таким образом, за короткий промежуток времени мы получаем готовый проект РБУ, работающий под управлением ОВЕН ПЛК (промышленные контроллеры) и модулей Seneca Z-SG (тензодатчики, тензометрические датчики).