УДК 62.55
Березниковский филиал Пермского государственного технического университета
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПУСКА-ОСТАНОВА КОМПЛЕКСА ОБЛАГОРАЖИВАНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО ХЛОРИДА КАЛИЯ
Разработана система автоматического пуска-останова комплекса облагораживания гранулированного хлорида калия с использованием сети Петри, предложенный алгоритм реализован на контроллере SIMATIC S7-300
Грануляция, облагораживание, автоматизация
Процесс облагораживания гранулированного хлористого калия состоит из следующих этапов:
- механическая обработка гранулята (окатывание);
- классификация гранулята с отсевом продуктов истирания;
- обработка водным раствором метасиликата натрия;
- сушка и охлаждение продукта;
- обработка аминомасляной смесью.
Облагораживание обеспечивает снижение поглощения готовым продуктом воды из воздуха, снижение трения между гранулами, уменьшение истирания и образования пылевидной фракции хлорида калия.
Процесс облагораживания запускается оператором переводом ключа выбора режима управления на местном посту соответствующего электропривода в «местное» или «дистанционное» положение.
Когда алгоритм автоматической последовательности операций пуска доходит до электропривода, для которого установлен режим «дистанционный», его запуск осуществляется оператором самостоятельно. Пуск и остановка этого электропривода осуществляется кнопками оператора «пуск в последовательности» и «остановка в последовательности».
Основной целью работы является исключение непосредственного участия человека в управлении производственными процессами. Необходимо исключить из системы пуска (останова) участие человека, как звено выбирающее режим запуска процесса облагораживания.
Предложено автоматизировать пуск и остановку комплекса облагораживания хлорида калия путем разработки системы «Автоматического пуска» и «Автоматической остановки» с использованием сетей Петри.
Для автоматизации пуска (останова) необходимо:
· построить двудольный ориентированный граф переходов состояния;
· разработать алгоритм последовательности пуска (останова) технологического оборудования;
· запрограммировать алгоритм реализации пуска (останова) для контроллера SIMATIC S7-300;
· разработать мнемосхемы для верхнего уровня SCADA системы WinCC.
В результате нужно получить несколько вариантов пуска (останова) технологического оборудования при которых должен ускориться процесс запуска (останова) комплекса облагораживания гранулированного хлорида калия. Это позволит сократить время простоя оборудования тем самым увеличить выпуск гранулированного хлорида калия.
Операции пуска оборудования осуществляются оператором согласно схеме указанной на рис. 1. последовательности в порядке возрастания при подтверждении успешного запуска сблокированного оборудования.
Рис.1. Последовательность пуска оборудования в работу
Последовательность пуска оборудования:
Сети Петри являются популярным современным формализмом для моделирования и анализа параллельных и распределенных систем. Сетью Петри (СП) называется двудольный ориентированный граф
где 
– конечные непустые множества вершин, называемые соответственно позициями (места) и переходами; * – отношение между вершинами, соответствующее дугам графа.
Позиции изображаются кружками, а переходы – черточками (полочки). Дуги соединяют кружки с черточками и черточки с кружками, но не однотипные вершины между собой.
Маркировкой сети Петри называется функция F, которая каждой позиции ставит в соответствие целое неотрицательное число. Маркировка характеризуется вектором
где n – число позиций сети Петри.
В графическом изображении маркировке F соответствует размещение меток (фишки) в позициях сети. При этом число меток в позиции pi равно F(pi).
Различные маркировки сети Петри характеризуют состояния соответствующей ей динамической системы, причем динамика изменений состояний моделируется движением меток по позициям. Маркировка сети может изменяться при срабатывании ее переходов. Если каждая из входных позиций перехода tj содержит по меньшей мере одну метку, то переход tj может сработать (возбужден). При срабатывании перехода из каждой его позиции удаляется одна метка, а в каждую выходную позицию добавляется одна метка. Обычно в сетях Петри считается, что если при одной и той же маркировке возбуждено несколько переходов, то может сработать любой, но только один из них. Это ограничение не является принципиальным и может быть снято.
При применении сетей Петри для целей управления позициям сопоставляются операции (действия), а переходам – условия, при выполнении которых возбужденные переходы срабатывают, активизируя соответствующие операции. При этом попадание меток в позицию ассоциируется с началом операции, а удаление метки – с ее окончанием. При использовании такого предположения считают, что любая операция не может быть повторно начата до ее завершения. Для описания таких процессов могут применяться только безопасные сети Петри, т. е. такие сети, в которых при любой маркировке в каждой позиции не может быть более одной метки.
Поведение сети Петри в явном виде описывается с помощью графа достижимых маркировок, который в некотором смысле аналогичен эквивалентной параллельно-последовательной схеме (П-схема), построенной по заданной мостиковой схеме. Основное достоинство П-схем, определившее их широкое применение, состоит в том, что для каждой из них структура и поведение могут быть описаны одной и той же булевой формулой, что позволяет выполнить ее формальные преобразования с целью упрощения структуры без изменения поведения.
Для реализации автоматического пуска процесса облагораживания будем использовать граф переходов рис. 3. сети Петри запуска технологического процесса облагораживания гранулированного хлорида калия.
Рис.3. Сеть Петри для пуска технологического процесса
Рассмотрим каждую переменную Р как RS-триггер, тогда можно записать систему булевыми формулами реализующих этот граф. В начальной позиции Р0=26, с Р1 по Р26 равны 0. Метод реализации графа операций состоит в построении системы булевых формул на основе записи условий установки единичных значений позиций и сохранения этих значений при этом предполагается, что позиции графа операций как бы содержат петли:
P0=(P1 & P2) & (x26 & P26 v P1)
P1=P3 & (x1 & P0 v P1)
P2=P3 & (x1 & P0 v P2)
P3=P4 & (x2 & x3 & P0 v P1 & P2)
P4=P5 & (x4 & P3 v P4)
P5=P6 & (x5 & P4 v P5)
P6=P7 & (x6 & P5 v P6)
P7=P8 & (x7 & P6 v P7)
P8=P9 & (x8 & P7 v P8)
P9=P10 & (x9 & P8 v P9)
P10=P11 & (x10 & P9 v P10)
P11=P12 & (x11 & P10 v P11)
P12=P13 & (x12 & P11 v P12)
P13=P14 & (x13 & P12 v P13)
P14=P15 & (x14 & P13 v P14)
P15=P16 & (x15 & P14 v P15)
P16=P17 & (x16 & P15 v P16)
P17=P18 & (x17 & P16 v P17)
P18=P19 & (x18 & P17 v P18)
P19=P20 & (x19 & P18 v P19)
P20=P21 & (x20 & P19 v P20)
P21=P22 & (x21 & P20 v P21)
P22=P23 & (x22 & P21 v P22)
P23=P24 & (x23 & P22 v P23)
P24=P25 & (x24 & P23 v P24)
P25=P26 & (x25 & P24 v P25)
P26=P0 & (x26 & P25 v P26)
При выполнении условий вершины с Р1 по Р26 находятся в возбужденном состоянии, а вершина 
. Условия срабатывания вершины будет запуск технологического оборудования в автоматическом режиме.
На контроллере SIMATIC S7-300 построим программную реализацию автоматизации пуска.
На рис. 4. показаны основные элементы системы, соответствующие дуге сети Петри, а также взаимодействия между ними.
Рис. 4. Схема взаимодействия соседних контроллеров в сети
Контроллер позиции представлен двумя компонентами - сканером входных и выходных каналов позиции (SCAN_P) и обработчиком команд (ACT_P). Контроллер перехода представлен двумя компонентами - сканером входных и выходных каналов перехода (SCAN_T) и компонентом, обрабатывающим информацию, поступающую из контроллеров позиций и внешней среды и выдающим управляющие воздействия во внешнюю среду (ACT_T). Компонент ACT_T включает неизменяемую и изменяемую части. Первая представляет обработчик информации, поступающей от позиции, а вторая - обработчик информации, поступающей от объекта управления.
На рис. 5. представлен интерфейс функционального блока ACT_P, ответственного за обработку команд, поступающих из контроллеров переходов.
Рис. 5. Интерфейс блока обработки позиции
Инициализация блока заключается в установке начальной маркировки соответствующей позиции (M0), емкости позиции (CAPACITY) и приоритета соседних переходов (PRIORITY). Входной сигнал ATLINE сообщает, что из канала считана новая команда COMMAND, полученная от контроллера перехода с идентификатором TRAN_ID. После обработки команды на выход выдается информация, определяющая состояние контроллера позиции, а именно: QUEUE – очередь визитных карточек соседних переходов; WINNER – идентификатор победившего перехода; MARKING – текущая маркировка позиции.
На рис. 6. представлен интерфейс функционального блока ACT_T.
Рис. 6. Интерфейс блока обработки перехода
Данный блок обрабатывает информацию, поступившую от контроллера позиции с идентификатором PLACE_ID, а также данные из внешней среды (входные переменные X1, X2,…Xn), и вырабатывает команду COMMAND для контроллера позиции, а также управляющие воздействия (выходные переменные Y1,Y2,…,Yk) для внешней среды.
Распределенная система управления может быть построена на основе интерпретированной сети Петри, реализованной в виде сети функциональных блоков, как полностью, так и частично.
Рассмотрим принцип работы программной реализации на примере запуска конвейера позиция Р4. Контроллер позиции представлен блоком управления не реверсивным приводом установленного на конвейере. Переходом является RS триггер.
Рис. 7. Пример программной реализации позиции Р4
Разработана система автоматического запуска процесса облагораживания хлорида калия, приведен граф состояний и переходов, составлены булевы функции, описана программная реализация процесса запуска на контроллере SIMATIC S7-300.
Данная система позволяет автоматизировать пуск (останова) без участия человека (диспетчера, оператора), при этом будет ускорен процесс запуска (останова). Так как на основе предложенного подхода с применением сети Петри можно рассмотреть процесс запуска каждого технологического процесса в отдельности (запуск конвейеров, запуск смесителей, запуск фильтров) для выбора оптимального режима пуска–останова технологического процесса облагораживания хлорида калия.
