Έλεγχος και εποπτεία βιομηχανικής διεργασίας ανάμειξης υλικών

Abstract

The present final work presents a part of an automated industrial process. More concretely, it concerns the control and the monitoring of automated system which mixes materials, aiming at the production various types of refreshments. A SIMATIC S7-300 (Siemens) Programmed Logic Controller (P.L.C) is used for the control of the automation, while the monitoring becomes via Computer and application WinCC Flexible (Siemens). In four tanks, there exist different raw materials, of which the mixture in different proportions (recipes) in another tank will give us the final product, that is to say the different goods of refreshment (natural juice, nectar….). Every one of the raw material the tanks, is equipped with Radar Level Meter, which watches continuously the corresponding level and converts it via its transmitter to a 0-10V dc analog signal. Also in the low department of each tank exists an ON/OFF valve, that is controlled by the automation and allows its opening in order to fill via piping the mixing tank with the required quantity of material (that it is fixed by the recipe). When all the four tanks turn out the quantity that corresponds for the given recipe, a mixer is activated in the mixing tank for the particular time. After the time elapse the mixer stops and the whole system comes back in its initial situation, ready it begins the next batch process. In order to begin each batch of production, the operator has to execute following tasks: a. Select recipe b. Press the START button For reasons of equipment and personnel safety, the system is equipped with emergency STOP button. At the first part of this written exercise, there is an introduction concerning the installation, configuration, structure, programming and use of the Programmable Logic Controllers. The basic principals that are mentioned are the same for all the PLC’s, independent of the vector, but all the references are made specially for the Siemens S7-300 series, since we use one of these for the practical part of this diploma exercise. At the second part (Appendix I) there is the documentation of the project, including the programming and the configuration of the PLC via the industrial software utility STEP-7 – Simatic Manager. At the third part (Appendix II) there is the documentation of the project, including the programming and the configuration of the HMI system, via the industrial software utility WinCC Flexible Engineering Advanced 2007.

Στην παρούσα πτυχιακή εργασία παρουσιάζεται τμήμα ενός αυτοματισμού μιας βιομηχανικής διεργασίας. Πιο συγκεκριμένα, αφορά τον έλεγχο και την εποπτεία ενός αυτοματοποιημένου συστήματος ανάμειξης υλικών, με σκοπό την παραγωγή διάφορων τύπων αναψυκτικών. Για τον έλεγχο του αυτοματισμού χρησιμοποιείται ένας προγραμματιζόμενος λογικός ελεγκτής (P.L.C) της σειράς SIMATIC S7 300 της Siemens, ενώ η εποπτεία θα γίνεται μέσω Ηλεκτρονικού Υπολογιστή και της εφαρμογής WinCC Flexible – Siemens. Σε τέσσερις δεξαμενές, υπάρχουν οι πρώτες ύλες, των οποίων η ανάμειξη σε διαφορετικές αναλογίες (συνταγές) σε μια άλλη δεξαμενή θα μας δώσει το τελικό προιόν, δηλαδή τα διαφορετικά είδη αναψυκτικού (π.χ φυσικός χυμός , νέκταρ….). Κάθε μια από τις δεξαμενές των πρώτων υλών, είναι εξοπλισμένη με ένα μετρητή στάθμης (Radar Level Meter), ο οποίος παρακολουθεί συνεχώς την αντίστοιχη στάθμη και τη μετατρέπει σε πρότυπο βιομηχανικό αναλογικό σύστημα στάθμης 0-10V dc. Επίσης στο κάτω τμήμα της κάθε δεξαμενής υπάρχει ηλεκτροβάνα ON/OFF που ελέγχεται από τον αυτοματισμό και επιτρέπει με το άνοιγμα της να αδειάσει την απαιτούμενη ποσότητα υλικού (που ορίζεται από τη συνταγή), μέσω σωληνώσεων στη δεξαμενή ανάμειξης. Όταν και οι τέσσερις δεξαμενές αδειάσουν την ποσότητα που τους αντιστοιχεί για τη δεδομένη συνταγή, ενεργοποιείται ο αναδευτήρας της δεξαμενής ανάμειξης για το συγκεκριμένο χρόνο. Μετά το πέρας του χρόνου ο αναδευτήρας σταματά και όλο το σύστημα επανέρχεται στην αρχική του κατάσταση ηρεμίας, έτοιμο να ξεκινήσει την επόμενη παρτίδα. Για να ξεκινήσει η κάθε παρτίδα παραγωγής, ο χειριστής οφείλει να εκτελέσει της εξής ενέργειες : a. Να επιλέξει συνταγή b.Να πατήσει το στιγμιαίο διακόπτη (button) START Για λόγους ασφάλειας εξοπλισμού και προσωπικού το σύστημα διαθέτει button emergency STOP. Στο πρώτο μέρος της γραπτής εργασίας, γίνεται μία εισαγωγή στα PLC όσων αφορά τη εγκατάσταση, διαμόρφωση, δομή, τον προγραμματισμό και τη λειτουργία τους. Οι βασικές αρχές που αναφέρονται ισχύουν σε γενικές γραμμές για όλα τα PLC, αλλά οι αναφορές είναι στοχευμένες στη σειρά S7-300 της Siemens μια και αυτός είναι ο τύπος του PLC με το οποίο έχει υλοποιηθεί το πρακτικό μέρος της πτυχιακής εργασίας. Στο δεύτερο μέρος (Παράρτημα Ι), υπάρχει ο πλήρης φάκελος έργου με τον προγραμματισμό και τη διαμόρφωση του PLC, μέσω του λογισμικού πακέτου STEP-7 – Simatic Manager. Στο τρίτο μέρος (Παράρτημα ΙΙ), υπάρχει ο πλήρης φάκελος έργου με τον προγραμματισμό και τη διαμόρφωση του HMI, μέσω του λογισμικού πακέτου WinCC Flexible Engineering Advanced 2007.