Назначение и особенности установки
В декабре 2014 года была завершена разработка и произведена поставка на производственную площадку Московского монетного двора Гознака первой промышленной опытной установки CoLine-3. В 2016 году после проведения серии модернизаций алгоритмов управления и программного обеспечения установка была принята в промышленную эксплуатацию. Данная установка разработки научно-производственной фирмы «Элан-Практик» (г. Дзержинск Нижегородской области) призвана решить проблемы коррозии серебряных изделий. Особую актуальность данная проблема получила в производстве ювелирных изделий и серебряных монет группы качества Пруф. Пруф (англ. proof) – монеты высшего качества, имеющие ровную зеркальную поверхность поля и контрастирующий с ней матированный рисунок рельефа. Обычно для защиты их помещали в герметичные пластиковые капсулы, однако это не позволяло обеспечить эффективную и долговременную защиту.Установка CoLine-3, как и сама технология, для России является уникальной. В Европе есть технологии для нанесения прозрачных слоёв оксида алюминия на монеты качества Пруф, они применяются на финском и австрийском монетных дворах. Но в этих технологиях используется в качестве реагента триметил алюминия, являющийся опасной субстанцией, так как это пирофорная жидкость, которая воспламеняется при контакте с воздухом.
В работе установки CoLine-3 применяется экологически чистая и безопасная вакуумная технология нанесения оптически прозрачного покрытия оксида кремния на серебряные монеты качества Пруф. В основе технологии лежит разработанный компанией «Элан-Практик» метод генерации высокоионизированной реактивной плазмы, равномерно распределённой в протяжённой зоне размещения изделий. CoLine-3 представляет собой полностью автоматизированную трёхкамерную установку непрерывного действия. Сначала монеты, размещённые в специальной технологической оснастке, поступают в первую загрузочную камеру при помощи пневматического манипулятора. После вакуумирования и дегазации изделия поступают во вторую рабочую камеру. Там происходят два последовательных процесса: ионная очистка изделий посредством бомбардировки поверхности ионами аргона и процесс осаждения защитного покрытия в высокоионизированной реактивной плазме (рис. 1).
Далее изделия поступают в третью камеру выгрузки, где после короткого остывания в аргоне изделия перемещаются на разгрузку и упаковку. Процесс выгрузки готовых изделий совмещается с процессом загрузки очередной партии изделий в загрузочную камеру. Длительность каждого технологического цикла, включающего загрузку, покрытие и выгрузку, составляет не более 4 минут. Производительность установки CoLine-3 для Пруф-монет диаметром 40 мм составляет 360 монет в час. Общий вид установки показан на рис. 2.
Техническая реализация АСУ ТП
Безусловно, функционирование многокамерной вакуумной установки, буквально нашпигованной датчиками, манипуляторами, клапанами, насосами и прочими устройствами, подразумевает наличие автоматизированной системы управления сложным технологическим процессом. Разработка АСУ ТП производилась совместно специалистами фирмы «Элан-Практик», которая являлась заказчиком системы автоматизации, и специалистами отдела автоматизации научных исследований Института прикладной физики РАН (ИПФ РАН), которыми выполнялось проектирование системы управления, разработка программного обеспечения, участие в пусконаладочных работах и техническое сопровождение в период опытной эксплуатации установки.Аппаратные средства
Выбор аппаратных средств АСУ ТП был сделан, исходя из следующих требований и критериев:- достаточные надёжность и функциональность, позволяющие реализовать все алгоритмы управления согласно требованиям технического задания, а также совершенствовать и развивать систему в будущем;
- компактность – вся система управления должна быть размещена в одном электротехническом шкафу;
- адаптация к среде разработки, позволяющей сократить трудозатраты на создание программного обеспечения;
- стандартные, проработанные и испытанные конструктивы отдельных частей, обеспечивающие высокую производительность труда при сборке и монтаже.
Исходя из перечисленных требований, была выбрана магистральная модульная архитектура, реализованная на аппаратуре из линейки продуктов компании FASTWEL. Структурная схема аппаратных средств АСУ ТП представлена на рис. 3.
В качестве управляющего компьютера использован модульный компьютер FASTWEL MK905 со стандартным периферийным оборудованием: монитором, клавиатурой и мышью.
В качестве интерфейсного оборудования, непосредственно взаимодействующего с исполнительными устройствами на уровне электрических сигналов, использована система FASTWEL I/O – модуль расширения внутренней шины FBUS с набором модулей АЦП, ЦАП, цифрового ввода, цифрового вывода.
Благодаря наличию в компьютере МК905 шины FBUS модули ввода/вывода FASTWEL I/O подключены к нему напрямую. Аппаратура размещена в нижней части шкафа под монитором (рис. 4, 5).
Программное обеспечение
Прикладное ПО разработано в среде CODESYS, адаптированной к контроллерам и модулям FASTWEL. Высокая степень интеграции этой среды разработки с аппаратными средствами, самодостаточность и разнообразие языковых средств в сочетании со средствами отладки обеспечили высокую производительность труда разработчиков ПО, что позволило успешно разработать достаточно сложное и объёмное ПО в приемлемо короткие сроки.Прикладное ПО загружается и функционирует на модульном компьютере MK905 под управлением следующего системного ПО:
- ОС Windows Compact Embedded;
- CODESYS 2.3 Runtime HMI.
Прикладная программа разработана (рис. 6) с использованием стандартных методов и решений, принятых для SCADA-систем. Основные элементы управления находятся на главной панели, где также расположены мнемонические изображения элементов конструкции установки и исполнительных узлов, таких как клапаны, измерительные датчики и насосы. С целью избежать функциональной и эргономической перегрузки экрана главной панели все дополнительные настройки сведены в отдельные диалоговые окна, которые могут быть открыты по необходимости нажатием соответствующих кнопок на главной панели.
Текстовые сообщения системы выводятся в специальном окне «Сообщения оператору». Предусмотрена цветовая кодировка текстовых сообщений разного типа: информационные сообщения о статусе, подсказки, предупреждения, текстовые строки трассировки, сообщения об ошибках. Имеется возможность просмотра сообщений в отдельном окне и одновременного просмотра истории сообщений в режиме прокрутки. Повторяющиеся сообщения об ошибках и сообщения о критических ошибках дублируются звуковым сигналом сирены, совмещённым с красным световым сигналом (устройство расположено на верхней поверхности шкафа с аппаратурой).
Дополнительным удобством ПО служит то, что большинство настроек технологических параметров системы, таких как пороги срабатывания датчиков, временны́е и логические параметры технологического процесса и т.д., возможно менять в реальном времени без остановки технологического цикла. Все параметры системы, показания датчиков и значения аналоговых и дискретных входов-выходов записываются в реальном времени в файлы протокола.
Заключение
Использование установки CoLine-3 позволяет значительно повысить стойкость монет к коррозии и усилить защиту от старения серебра.Применение современной АСУ ТП обеспечивает в полной мере реализацию преимуществ трёхкамерной концепции, использованной в установке CoLine-3, позволяет достигнуть максимальной производительности при высоком качестве контроля технологических процессов. ●
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
