Азбука элеватора

Зачем нужна и как работает система мониторинга оборудования на элеваторе (автоматический контроль состояния механизмов)

23.05.2022

Зачем нужна автоматизированная система управления технологическими процессами (далее – АСУ ТП) на элеваторе? У системы автоматизации элеватора есть основные 3 задачи. Во-первых, она предназначена для включения технологических элементов элеватора (транспортного, очистительного и сушильного оборудования) в маршрут – «одним кликом мыши». Во-вторых, отслеживает работу элеваторного оборудования, чтобы предотвратить аварийные ситуации. И наконец, АСУ ТП снижает влияние оператора (так называемый человеческий фактор) на работу технологического оборудования в целом. В этой статье мы подробно рассмотрим, как отрабатывает система автоматизации элеваторов от KMZ Industries по второй задаче – в аварийных и предаварийных ситуациях.

Авария (в нашем случае мы не рассматриваем пожар или другие аварии, которые могут привести к катастрофическим последствиям) – это следствие невыполнения требований АСУ ТП, что привело к остановке и/или поломке оборудования.

Предаварийная ситуация – это требования АСУ ТП, которые сигнализируют о возможной ситуации поломки технологического оборудования.

АСУ ТП от KMZ Industries включает в себя систему мониторинга состояния механизмов, которая отслеживает показания датчиков, установленных на этих механизмах, записывает эти параметры в базу данных, обрабатывает их и выводит информацию оператору в простом и понятном виде.

Виды систем мониторинга элеваторного оборудования

С точки зрения АСУ ТП системы мониторинга делятся на два вида:

1. Простой мониторинг и предупреждение оператора о выходе параметров (показания датчиков) работы механизма за нормальные пределы. Она предоставляет информацию оператору для принятия решение об остановке и ремонте механизма или о продолжении работы.
2. Мониторинг с возможностью влиять на существующую систему АСУ и останавливать механизм в случае выхода рабочих параметров за нормальные пределы, чтобы не допустить аварийной ситуации.

Задача первого вида мониторинга – предупредить оператора и повлиять на него, чтобы он обратил внимание на механизм и предпринял или не предпринял какие-то действия. Такая система сама по себе не спасет механизм, но в то же время не повлияет на технологический процесс, который в некоторых случаях останавливать очень болезненно, а иногда и критически.

Система мониторинга второго вида призвана максимально уберечь механизм от выхода из строя, даже без вмешательства оператора, но она также будет влиять на технологический процесс, иногда тоже довольно критически. АСУ ТП разработки KMZ Industries по состоянию на май 2022 г. включает в себя систему мониторинга второго типа.

Режимы работы системы автоматизации элеваторного оборудования

• Штатный режим работы: механизм работает нормально, данные о его состоянии записываются в базу данных и больше ничего не происходит.
• Предаварийная ситуация: ситуация, когда механизм еще работает, но параметры работы оборудования вышли за нормальные пределы. Данные о параметрах записываются в базу данных, оператору выдается сообщение (при системе мониторинга первого вида), или механизм останавливается без участия оператора (при системе мониторинга второго вида).
• Аварийная ситуация: сработал аварийный датчик, и механизм остановился. Данные о параметрах работы оборудования также записались в базу данных. Здесь следует понимать важный момент: аварийные ситуации обрабатывает «штатная» система АСУ, то есть такой функционал есть при любом виде мониторинга.

Примеры работы систем мониторинга разного вида

Пример №1.

Идет процесс сушки зерна, оператору приходит сообщение о том, что двигатель вентилятора зерносушилки стал нагреваться. При использовании на элеваторе системы мониторинга первого вида оператор принимает решение: остановить процесс сушки или продолжить. Решение принимается конкретным человеком на основе его знаний определенных нюансов работы конкретной сушилки, своего опыта и погодных условий в данный момент (жара, дождь, ветер и т.п.).

Пример №2.

Представим другую ситуацию: Такая же сушилка, но её вентилятором управляет частотный преобразователь (это маленькая система мониторинга для одного механизма с возможностью влиять на работу этого механизма). При использовании в АСУ элеватора системы мониторинга второго вида частотный преобразователь фиксирует повышенный ток мотора вентилятора и выключает мотор без «согласования» своих действий с оператором.

Если в этот момент оператор находился перед монитором и зафиксировал что происходит, то он выполняет определенную последовательность действий: остановить подачу, выключить котел (остановить газовую горелку), остановить выгрузку и т.п.

Если оператора в этот момент не было на месте, ситуация может дойти и до чрезвычайной. С одной стороны, частотный преобразователь уберег мотор от возможного (это важно! ОТ ВОЗМОЖНОГО, а не обязательного) выхода оборудования из строя. Но с другой стороны, остановлен технологический процесс, и это раздражает оператора. Причина раздражения проста, и в её основе – желание обойти острые углы и уйти от ответственности. Оператор должен выполнить план, а в это время АСУ останавливает технологический процесс. Специалист вынужден разбираться в проблеме, хотя предпочел бы передать её по смене. Поэтому обслуживающий персонал идет на ухищрения: выключает датчики, игнорирует предупредительные сигналы. В результате получается, что система мониторинга АСУ, на которую рассчитывают руководитель и владелец элеватора, не выполняет свою задачу и фактически становится бесполезной.

Пример №3.

Система мониторинга АСУ (это может мониторинг любого вида) зафиксировала повышенный ток мотора нории или повышенную температуру мотора.

Причиной может быть выход из строя:

• одного или несколько подшипников барабанов нории;
• одного или двух подшипников мотора;
• редуктор, если он есть;
• обгонная муфта.

Кроме того, может быть банальный перегруз нории продуктом.

Уточню, что это предаварийная ситуация. Выключать норию без участия оператора, как позволяет система мониторинга второго вида, или нет?

Отличия подхода к мониторингу работы оборудования у больших и маленьких элеваторов

Отдельно стоит обратить внимание на существующие два диаметрально противоположных подхода к эксплуатации оборудования.

Отдельные элеваторы больших компаний получают приказ «сверху» такого, примерно, плана: в этом сезоне вы (конкретный объект) должны переработать (принять, очистить, высушить, отгрузить) столько-то тысяч тонн зерна за такой-то период времени. В этом случае система, которая самостоятельно отключает механизм (т.е. второго вида), будет очень сильно мешать операторам «выполнить план». В большинстве случаев они или отключат систему мониторинга, или самостоятельно снимут датчики, чтобы «избыточная автоматизация» не мешала им «давать план в срок».

В свою очередь, маленький фермер, у которого нет «приказов сверху» и который понимает свои объёмы, вполне может остановить технологический процесс и выполнить ремонт, чтобы избежать дальнейших проблем. Он спокойно продолжит переработку зерна завтра или послезавтра, не боясь выхода из строя механизмов, потому что система мониторинга предупредила о возможной аварии и отключила оборудование.

Кроме того, ремонт, обслуживание и модернизацию на небольших частных элеваторах проводят по мере поступления тех или иных проблем, а на объектах больших компаний – когда на это выделят деньги и человеко-часы. На элеваторах больших компаний в сезон механизмы будут крутить «до последнего», и никто не будет менять подшипник только потому, что его температура начала подниматься.

Вместо выводов

Все вышеизложенное о системах мониторинга работы элеваторного оборудования будет носить относительный характер. Для того чтобы оценивать реальное состояние механизма, нужно также оценивать окружающую среду, в которой он эксплуатируется.

Например, мотор на головке нории (в ноябре) ночью покроется инеем, а к тому времени, когда солнце будет в зените, нагреется в разы, даже если он в это время не работал. А такой же мотор в подсилосной галерее при нормальной нагрузке практически не изменит свою температуру.

Для получения более-менее правдивой информации нужно учитывать разницу температур механизма и окружающей среды и делать выводы на основе этой разницы. А для этого нужно собрать хоть какую-то минимальную статистику. Именно поэтому система мониторинга в АСУ разработки KMZ Industries включает блок накопления различных статистических данных.

И если возвращаться к примеру о зерносушилке, с которого мы начали статью, то становится понятным, что температура двигателя вентилятора зерносушилки будет зависеть от температуры агента сушки, влажности зерна и других факторов. В настоящий момент KMZ Industries работает над разработкой блока «Анализ данных», который дополнит блок «Сбор статистических данных», который уже включен в систему мониторинга АСУ нашей разработки.

Авторы:

1. Алексей Ломакин, руководитель направления «Автоматизация и электрификация элеваторов» KMZ Industries (Facebook, Linkedin);
2. Виталий Мартусь, программист отдела АСУ KMZ Industries.