Система управления оператором - капитанский мостик для зерносушильного комплекса

16 Апреля, 2024

"Капитан, капитан, улыбнитесь, ведь улыбка - это флаг корабля". Но если бы в реальности все было так же просто, как в словах этой известной песни. К сожалению, при работе с современным зерносушильным комплексом простая улыбка не поможет, а вот что действительно будет крайне полезно, так это умная система управления оператором. Именно это решение может стать " капитанским мостиком " для агрария и помочь ему поднять эффективность своего производства на новый уровень.

Чтобы узнать, как этот процесс работает на практике, "ГлавПахарь" пообщался с Ильей Ермаковым, техническим директором Центра ЭДСИ " Платформы управления". Об автоматизации ОСК, шкафах управления и других полезных решениях, о человеко-машинном интерфейсе, программном обеспечении, системе оператора и ее функциях, оптимальной системе управления для любого объекта и инвестициях в будущее.

Автоматизация объектов: когда мелочи имеют значение

Владельцы и руководители предприятий агропромышленного комплекса, принимавшие участие в строительстве и запуске зерносушильных комплексов (ЗСК), знают, что это сложные и ответственные проекты. Выбор удачного производителя зерносушилки, подбор другого необходимого оборудования, проектирование оптимального технологического процесса и маршрутов движения продукции , согласование и прохождение экспертизы проекта - все это требует внимания собственников и менеджмента, ощутимых финансовых вложений. И сопровождается подводными камнями и рисками на каждом шагу.

"К сожалению, распространенная ловушка, в которую так или иначе попадают все владельцы строящихся ОСК и подобных агропредприятий, - это уделить внимание самым затратным и видимым частям проекта, забыв о невидимых, но не менее важных.

Простой пример: кто из менеджеров будет вникать в тонкости выбора датчиков уровня зерна для емкостей хранения, способа их установки, предусмотренного проектом? Или в аналогичные тонкости, связанные с методом контроля пониженного давления зерна на трассах конвейеров и элеваторов. Обычно "мелочи" выбираются и внедряются почти случайно, где-то на пересечении обязанностей разных сотрудников и подрядчиков, часто в последний момент".

Илья Ермаков уверен, что как только такой объект начнет работать, каждая такая "мелочь" даст о себе знать. Иногда - в ежедневном режиме, что приводит, например, к регулярным авариям на конвейерах, когда остановка не срабатывает по сигналу датчика давления зерна. Каждая такая авария означает для персонала необходимость вскрывать конвейерные короба, вручную выгребать продукт, устранять повреждения ленты и других узлов... А для владельца предприятия - это простои, потери рабочего времени и продукта, которых просто не было бы, если бы не ошибки, допущенные при автоматизации предприятия - в системе управления технологическим процессом.

Шкафы управления: а над ними?

Материальная часть автоматизации объекта - километры кабеля, шкафы управления. Без этого не обойтись - и сокращать эти статьи в смете нельзя. Как уверяет Илья Ермаков, в практике компании бывали разные ситуации.

"Нам встречались шкафы, спроектированные неизвестными "шабашниками", честно собранные по схемам на заводе - и просто неспособные функционировать без переборки "в поле", которую приходилось выполнять нашим инженерам. Мы выполняли пусконаладку объектов, где концевые выключатели ("концевики") на расстоянии более 500 метров от шкафов были спроектированы на цепях переменного тока 220В... Кабель такой длины ведет себя как обкладка конденсатора - и на реле даже при разомкнутом концевом выключателе есть потенциал 130 В. В результате цепи управления приходится переделывать на постоянный ток собственными силами "в полевых условиях".

Положительной практикой крупных поставщиков сушилок и конвейерного оборудования является поставка более или менее унифицированных шкафов управления, собранных для данного объекта. Это позволяет избежать проблем, подобных описанным выше.

Но шкафы управления - это не вершина системы автоматизации. Это лишь фундамент. Что же находится на вершине? - Логика управления процессом и то, как персонал взаимодействует с системой управления , так называемый HMI - человеко-машинный интерфейс.

Человеко-машинный интерфейс или карикатура на него?

"Можно считать, что команды по радио - и работник, бегущий к местной панели управления, чтобы включить или выключить тот или иной узел, - это тоже человеко-машинный интерфейс. Вернее сказать - его рудименты. Но знающие нас главные инженеры таких комплексов скажут более резко - это карикатура на HMI. Тем не менее мы периодически встречаем такой подход даже на недавно введенных в эксплуатацию ОСК. Их владельцы назовут одно неоспоримое преимущество - подход работает. На этом плюсы такой схемы заканчиваются, и начинается длинный ряд минусов".

Чуть более развитый подход: в шкафы управления встраиваются сенсорные панели с графическими схемами (мнемосхемами) объектов. Обычно панелей несколько: у зерносушилки будет свой автономный шкаф , у других групп оборудования - свой. Войдя в щитовую, работник снимает перчатку и наводит палец на нужный пункт меню на панели. Поскольку на этапе согласования проекта в сельском хозяйстве о таком уровне автоматизации обычно никто не задумывается, он находится в эконом-зоне. Это означает, что диагональ панели выбрана как можно меньшей.

"Логика интерфейса самая примитивная, собранная конфигуратором панели "наспех". "Шерифу" (владельцу) нет дела до проблем "индейцев" (персонала). А сотрудники иногда думают, что лучше уж физические кнопки и переключатели, чем простуженные пальцы в сенсорной панели последней модели...".

Илья Ермаков считает, что вредным заблуждением является мнение, будто бы кадровые проблемы... Кадровые проблемы в технологических процессах всегда так или иначе проявляются в экономических результатах деятельности предприятия.

"Сенсорные панели управления, интегрированные в шкафы, - удобное решение для поставщика шкафов. Оно позволяет ему не нанимать квалифицированных разработчиков, не разрабатывать и заказывать систему операторского управления, не приобретать лицензии на SCADA-платформу - в общем, завершить автоматизацию объекта, как говорится, "малой кровью". Только собственнику и персоналу придется эксплуатировать объект и нести все издержки неоптимального управления технологическим процессом.

Какое программное обеспечение, такое и управление. Что за управление, что за экономика

Сегодня, кажется, уже никого не нужно убеждать в том, что в бытовой технике, автомобиле, комбайне или станке львиную долю стоимости обеспечивают " умные" системы управления, реализованные в программном обеспечении. В программном обеспечении .

Тем более удивительно, что при автоматизации сельскохозяйственных объектов предметом экономии становится верхний, программный уровень системы управления. И хорошо бы "сэкономить на спичках". Но на деле - экономия на надежности, экономия сиюминутная - ценой постоянных экономических потерь в течение всего периода эксплуатации объекта.

"Проиллюстрируем это на примере. Один из ключевых режимов работы СМО - поточная сушка. Чем больше объект, чем больше емкостей для хранения, тем больше способов подачи продукта в сушилку и транспортировки из-под сушилки на дальнейшее хранение (или прямую отгрузку). Именно здесь обычно проявляются различные режимы правильно сделанной системы управления: по сигналу с верхнего уровня сушилки автоматически закрывается клапан бункера, поочередно с необходимыми задержками останавливаются подающие транспортеры, давая им возможность опорожниться (в сушилке обычно еще есть место). Когда уровень в сушилке понизится, запуск подачи продукта будет осуществляться в другой последовательности. Это касается всех вариантов источника и приемника продукта.

А как это иногда происходит в тех самых карикатурных случаях, о которых мы говорили выше? Рабочий за местным пультом управления сушилки кричит своим товарищам (по рации или без нее), что пора перекрыть клапан на исходном бункере. Будут ли конвейеры мягко, вручную остановлены или продолжат грохотать "всухую" до тех пор, пока не понадобится снова запустить продукт? Будут ли рабочие тщательно повторять эти монотонные действия каждые 20 минут? Много ли способов у владельца контролировать происходящее на предприятии, работающем без остановки в три смены?"

Часы работы пустых конвейеров складываются в киловатт-часы потраченной впустую электроэнергии. Вот пример реального отчета главного инженера ВГК об экономическом эффекте после внедрения нового программного обеспечения ACS на одном из зерносушильных комплексов:

"... В настоящее время на ОСК .... все операторы используют новую программу на платформе ERSI Control, с возможностью экономии электроэнергии. В текущем режиме сушки кукурузы (две сушилки в день с комбинированной загрузкой-выгрузкой) разработана возможность адаптивного отключения конвейеров со следующей номинальной производительностью:

• TKF32200 - 9. 2 кВт ;
• TKF28500 - 7. 5 кВт ;
• TKF26000 - 5. 5 кВт ;
• Noria 29000 - 22 кВт

Итого: экономия 44,2 кВт/ч в час. При удельной стоимости электроэнергии 4,73 руб/кВтч экономический эффект от внедрения новой программы составляет 137983,56 руб. в месяц".

Удивляться здесь нечему. Хорошо известно, что внедрение или модернизация автоматизированных систем управления часто становится ключевым решением в области энергосбережения.

"Важно понимать, что значительная часть таких решений, режимов управления может быть неочевидна при проектировании объекта. Персоналу необходимо "пожить" с конкретным объектом, почувствовать узкие места, возможные пути оптимизации управления процессом. Например, зимняя эксплуатация - это "своя песня". То, что может быть приемлемо летом (например, остановка элеватора с продуктом внутри), часто неприемлемо в холодное время. Меняется время задержки, появляются другие алгоритмы запуска маршрутов.....

Когда люди понимают, что система управления допускает изменения, а подрядчик готов внести их быстро и по разумной цене, то предложения начинают сыпаться как из рога изобилия: от главных инженеров, от операторов, от рабочих. Изобретательность людей начинает работать на благо бизнеса. Одним из приятных воспоминаний для автора этой статьи являются зимние поездки на объекты и обсуждение за чаем с сотрудниками тех улучшений, которые мы хотели бы внести в систему управления к следующему сезону.

Наш опыт убеждает нас в том, что система управления должна жить и развиваться вместе с объектом, следовать опыту эксплуатации и идеям сотрудников".

Хорошая система операторов для СМО и ее функций

Когда речь идет об интерфейсах оператора в недорогих системах , всегда есть выбор между встроенными сенсорными панелями и автономными промышленными компьютерами, установленными на специальном рабочем месте оператора.

"Наше мнение однозначно: для таких объектов, как WGC, необходим второй вариант. Забудьте о встроенных панелях - они подходят для мониторинга стабильных процессов, с редким вмешательством в процесс, например, изменением настроек. Системы вентиляции, водоподготовки, компрессорные установки - они работают часами или сутками без вмешательства человека. И панель, встроенная в шкаф управления, - лучшее решение здесь.

Такой объект, как СМО, фактически находится под непосредственным контролем оператора, который постоянно принимает решения: по каким маршрутам и какую продукцию перевозить. Даже на совсем небольших объектах возможно множество комбинаций режимов и несколько технологических процессов. Оператор такого объекта не является пассивным наблюдателем (как, например, на котельной или водозаборе).

Оператор ОГК - активный участник технологического процесса, его "дирижер". Поэтому обязательно наличие центрального операторского пункта управления с ПК оператора (с учетом запыленности объектов - лучше промышленный дизайн, безвентиляторный), монитора с большой диагональю.

"Мы знакомы с одним из распространенных возражений владельцев небольших объектов: "Где я найду грамотного специалиста для такой системы...". Во-первых, я никогда не видел "неграмотных" операторов на ОГК, где есть операторская система. В "глубинке" всегда найдутся талантливые, неглупые люди, для которых такая вакансия просто привлекательна. Во-вторых, пока вы сомневаетесь, ставить ли объект под централизованное операторское управление, он эксплуатируется как попало: с нарушениями режимов, поломками оборудования, простоями, перерасходом электроэнергии, о которых собственник обычно даже не знает (или уже давно махнул рукой).

А главное - научиться управлять СМО с помощью операторской системы действительно несложно. Особенно если разработчик, как это делаем мы, предоставляет версию операторской программы в режиме симуляции. Это, по сути, симулятор, на котором можно тренироваться и обучать новичков, не запуская реальное оборудование".

Так, правильно сделанная система автоматизации для WSC позволяет :

• обеспечивают централизованное управление и мониторинг процесса с рабочего места оператора, без необходимости использования локальных панелей управления для конкретного оборудования.
• сократить количество персонала, участвующего в управлении процессом, сосредоточить ответственность на единственном дежурном сотруднике (операторе процесса), квалификацию, обучение и обязанности которого легче обеспечить и контролировать.
• обеспечивают автоматическую защиту от ошибочных режимов работы оборудования, исключают человеческий фактор.
• обеспечить наиболее оптимальные режимы работы оборудования (например, исключить запуск конвейеров и элеваторов, не используемых в текущем маршруте, и т.д., оптимальные режимы циркуляции продукта при циклической сушке и т.д.).
• обеспечивают быстрый автоматизированный вход в требуемые режимы работы (например, автоматическую сборку и последовательный безопасный запуск требуемого маршрута для выбранного оператором продукта - по принципу "выберите начальную точку, выберите конечную точку, запустите").

Как следствие, такая система ACS позволяет:

• повышение безопасности и бесперебойной работы объекта - максимально возможное устранение ошибок и человеческого фактора.
• повышают производительность технологического объекта и экономическую эффективность его эксплуатации, обеспечивая оптимальные технологические режимы и быстрое автоматизированное переключение между ними.
• снизить требования к основной части персонала объекта, сосредоточив ответственность за управление оборудованием на операторе процесса.

Особенно важно, чтобы в системе управления, управляемой оператором, была предусмотрена запись истории процесса (журнал и архив), что позволяет :

• анализ оптимальной работы объекта, статистика использования режимов и отдельных узлов.
• восстановить последовательность событий при возникновении аномальных и аварийных ситуаций, установить ответственных в случае ошибки персонала.

Как следствие, наличие журнала и архива истории процесса позволяет :

• снизить вероятность повторения нештатных ситуаций, исключить возможность недобросовестных и злонамеренных действий персонала объекта.
• с помощью анализа истории найти более оптимальные экономические режимы работы объекта.
• оптимизировать планирование планового технического обслуживания оборудования.

Удаленное подключение к системе управления объектом - это "вишенка на торте": по желанию заказчика все вышеперечисленные функции можно использовать из центрального офиса компании, повышая качество и экономичность эксплуатации ряда объектов".

Если автоматизация с помощью отдельной системы оператора (SCADA) имеет столько преимуществ, почему она до сих пор не получила широкого распространения в сельскохозяйственном секторе?

"Как нам кажется, причина этого кроется в двух факторах. Во-первых, поставщики основного оборудования (сушилок и конвейеров) и подрядчики, собирающие такие объекты "под ключ", предпочитают ограничиваться поставкой шкафов управления с простыми панелями, не имея достаточно развитых отделов разработки SCADA-систем. Во-вторых, если владелец ОГК попытается обратиться к компаниям, занимающимся общепромышленной автоматизацией, то, как правило, столкнется с высокой стоимостью проекта".

Илья Ермаков уверен, что оптимальное решение есть - "выбрать в качестве подрядчика, отвечающего за автоматизацию вашего объекта в целом, компанию, специализирующуюся на системах управления такими объектами, как ОГК, элеваторы, комбикормовые заводы и подобные комплексы. Например, такой компанией является наш Центр ЭРСИ "Платформы управления".

Что позволяет такому подрядчику дать оптимальное решение при разумном бюджете? Прежде всего, "наличие собственного серийного программного решения - в нашем случае, платформы ERSI CONTROL в конфигурации ERSI ZSK , которую можно быстро настроить и адаптировать под конкретный объект. А имея соответствующую экспертизу, это можно сделать быстро, качественно, гибко, минуя все давно известные подводные камни и учитывая специфические потребности конкретного заказчика".

"В то же время такой главный подрядчик по автоматизации знает, как взаимодействовать с любым поставщиком оборудования, использовать либо уже предоставленные шкафы управления, либо спроектировать и изготовить их, одновременно выполняя интеграцию сложной системы управления, объединяя все под контролем своей системы оператора".

В какой момент следует обратиться к подрядчику по автоматизации производства?

"Чем раньше, тем лучше. Оптимально начать обсуждение и согласование решений на стадии генерального проектирования объекта. Опытный подрядчик по автоматизации поможет избежать многих ошибок, которые легко устранить при проектировании, но очень сложно - на этапе монтажа и ввода в эксплуатацию".

Фактически, чем раньше вы свяжетесь с ним и начнете предпроектное согласование, тем больше дополнительной экспертизы по объекту и процессу в целом вы получите (в некоторых случаях - совершенно бесплатно, просто в процессе обсуждения будущего проекта). Если шкафы управления оборудованием изготавливаются поставщиком, то координация и контроль этого этапа со стороны основного подрядчика по автоматизации просто необходимы.

По нашему опыту, заказчики обычно вспоминают о том, что им нужна или "хорошо бы" операторская система SCADA на последней стадии проекта, перед вводом в эксплуатацию, когда все мыслимые и немыслимые ошибки в проекте уже сделаны и устранять их нужно не "на бумаге", а "в поле", прокладывая дополнительные забытые кабельные линии или пересобирая шкафы управления. Автор считает, что данная статья убережет читателя от подобных ошибок.

Другой случай внедрения операторской системы - модернизация существующего объекта. Опытный подрядчик может интегрироваться с различными существующими шкафами управления, уже имеющимися в них промышленными контроллерами (ПЛК).

Илья Ермаков отмечает, что хотя полноценная автоматизация часто требует изменений в оборудовании, например, дополнительных сигналов (как пример - внедрение токоизмерительных клещей на нории, позволяющих лучше контролировать ситуации перегрузки и близкие к ней). Острой проблемой последних лет является замена импортных ПЛК (например, Siemens) на отечественные или азиатские в связи с тем, что запасные компоненты для западных серий становится сложно найти на рынке или они слишком дороги. Опытный подрядчик, такой как ЭРСИ ПМУ, знает, как работать с любой линейкой контроллеров, действуя в первую очередь в долгосрочных интересах своего заказчика.

"Если вы эксплуатируете объект, на котором нет интегрированной системы управления оператором, мы уверены, что пора перестать накапливать скрытые потери: перерасход электроэнергии, простои и неконтролируемый износ оборудования, критические ошибки персонала в самые горячие периоды, а пойти на модернизацию объекта - и получить новое качество работы, с высоким уровнем надежности, прозрачности и экономии.

Инвестиции в "капитанский мостик" вашего предприятия - современную систему управления технологическими процессами - избавят вас от большого количества ежедневных проблем и потерь во время эксплуатации предприятия, обеспечат быструю окупаемость и новое качество управленческого контроля".