Создание описываемой в статье системы производилось в условиях действующего производства. Её внедрение позволило за счёт применения современных средств автоматизации, частотного управления приводами и конструкционных доработок значительно повысить точность дозирования и производительность, а также существенно улучшить информационное обеспечение технологического процесса и его управляемость.
Технологические процессы дозирования и смешивания сухой шихты и пека лежат в основе производства «зелёных» заготовок, используемых в дальнейшем для получения электродной продукции. Из [1] известно, что качество коксо-пековой композиции, полученной в результате смешивания, существенным образом влияет на характеристики конечных изделий, а с учётом большого времени производственного цикла и огромных энергетических затрат – на эффективность электродного производства в целом.
В данной работе рассмотрен опыт создания АСУ ТП дозирования сухой шихты. Внедрение такой системы позволяет повысить качество приготовляемых смесей и производительность дозировочных линий с использованием действующего дозировочного оборудования за счёт более эффективного решения вопросов контроля и управления.
Объектом управления является дозировочная линия ОАО «Новочеркасский электродный завод», представляющая собой типовую систему периодического дозирования и имеющая типовую технологическую схему приготовления композиции определённого состава и реологических свойств. Исходное сырьё для составления шихтовых композиций по заданным рецептам располагается в 29 сортовых бункерах запаса. В качестве исходных могут использоваться следующие материалы: кокс различных фракций, технический графит, «зелёный» бой, пылевые фракции и специальные добавки. При помощи шнековых и тарельчатых питателей исходные материалы подаются из сортовых бункеров в дозировочные бункеры, снабжённые взвешивающими устройствами. Каждый дозировочный бункер предназначен для составления той или иной части рецепта, определяемой набором соединённых с ним сортовых бункеров. Окончательная «сборка» шихтовой смеси и доставка её к смесильному агрегату выполняется при помощи дозировочной тележки, управляемой оператором-дозировщиком.
До внедрения описываемой АСУ ТП управление дозированием шихты и регистрация веса отсыпанных доз выполнялись при помощи самописцев КСП-4, снабжённых блоками электронных компараторов. Преобразование сигнала от тензодатчиков взвешивающих устройств выполнялось при помощи электронных блоков ПА-1А. Общая погрешность системы задания рецепта и измерения веса отсыпанных доз составляла не менее 10 кг на фракцию.
При модернизации дозировочной линии и разработке новой системы управления предполагалось решить следующие задачи, возникшие за счёт ужесточения требований к качеству электродной продукции, предъявляемых в условиях современного рынка:
повышение эффективности работы заготовительного передела смесильно-прессового производства в условиях ограниченных ресурсов управления;
повышение точности дозирования;
синхронизация работы агрегатов дозировочной линии и ускорение процессов дозирования;
повышение степени воспроизводимости качественных показателей электродной массы перед прессованием.
Учитывая, что создание и внедрение АСУ ТП дозирования сухой шихты необходимо выполнять в условиях действующего производства, было решено использовать существующую схему дозирования со следующими доработками системы управления:
автоматическое измерение уровня загрузки сортовых бункеров и формирование сигналов для отделения размола и загрузки;
увеличение точности дозирования за счёт применения на шнековых питателях электроприводов с частотным регулированием скорости вращения;
применение современных тензометрических взвешивающих устройств и совершенствование схемы силопередачи на дозировочных бункерах с целью повышения точности взвешивания и максимального исключения влияния механической погрешности;
ведение базы рецептов дозирования, автоматизация выбора рецепта;
автоматизация настройки дозировочного оборудования;
постоянный мониторинг технологического процесса в режиме реального времени;
автоматическая диагностика оборудования линии и своевременное формирование отчётных документов по дозированию шихты.
Все перечисленные задачи решены в АСУ ТП дозирования сухой шихты, разработанной специалистами НПК «Югцветметавтоматика» и управления автоматизации Новочеркасского электродного завода.
Для построения комплекса технических средств системы управления решено было использовать оборудование фирмы Advantech, хорошо зарекомендовавшее себя при реализации систем автоматизации, уже существовавших на заводе к моменту начала работ над описываемым проектом.
Структура комплекса технических средств АСУ ТП дозирования сухой шихты показана на рис. 1. Система построена по магистрально-модульному принципу и имеет трёхуровневую иерархическую структуру.
Нижний уровень системы – уровень полевой автоматики и средств измерений. Он предназначен для сбора и преобразования информации, поступающей с датчиков, а также для передачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы (приводы шнековых питателей и шиберов пылевых заслонок). Оборудование нижнего уровня скомпоновано в виде блоков местного управления (БМУ) и шкафов управления приводами шнековых питателей.
Внешний вид БМУ показан на рис. 2. В нём размещена измерительная часть системы. Она представлена преобразователями ADAM-3016, нормирующими сигналы датчиков веса Тензо-М типа К2, на которых подвешены дозировочные бункеры. Кроме того, в БМУ установлены блоки развязывающих реле и блоки питания полевого оборудования.
Для управления двигателями шнековых питателей использованы станции частотного регулирования скорости вращения ИРБИ8-D(i). Применение частотно-регулируемых приводов даёт возможность варьировать скорость вращения шнеков в процессе дозирования, что в свою очередь позволяет значительно повысить точность исполнения рецепта.
Оборудование нижнего уровня также представлено бесконтактными датчиками положения задвижек шиберов на пылевых бункерах и датчиками положения дозировочной тележки. Применение последних связано с необходимостью контроля работы оператора-дозировщика при составлении рецепта на нескольких дозировочных бункерах. Для этих же целей предназначены трёхцветные светофоры, установленные в непосредственной близости от дозаторов: зелёный цвет означает готовность дозатора к выгрузке, жёлтый сигнализирует о работе дозатора в автоматическом режиме, а красный означает возникновение нештатной ситуации, требующей вмешательства персонала.
Сортовые бункеры тоже оснащены устройствами полевой автоматики. На них установлены датчики-реле максимального и минимального уровней материала, поступающего после рассева из отделения размола. Срабатывание датчиков минимального уровня материала приводит к блокировке работы того или иного питателя. Одновременно с этим на пульт управления поточно-транспортной системой (ПТС) отделения размола подаются световой и звуковой сигналы о необходимости срочного заполнения сортового бункера. Сигнализация о достижении максимального уровня позволяет избежать пересыпания материала в сортовых бункерах и предупреждает аварии оборудования ПТС.
Средний уровень системы предназначен непосредственно для реализации логики управления. Эта задача решается центральным контроллером АСУ ТП дозирования, который оснащён необходимым комплектом устройств связи с объектом (УСО), включающим модули цифрового ввода и вывода, а также модуль аналогового ввода.
Центральный контроллер вместе с кроссовыми панелями ADAM-3937 помещён в 19-дюймовую стойку – шкаф управления. Внешний вид шкафа управления показан на рис. 3. Кроме шкафа управления, в состав оборудования среднего уровня входит кроссовый шкаф, в котором производятся сбор и распределение всех управляющих сигналов. Внешний вид панелей кроссового шкафа показан на рис. 4. Степень защиты оборудования от воздействия внешних факторов – не менее IP54. Центральный контроллер реализован на базе промышленного шасси IPC-623 и платы центрального процессора PCA-6003, выполненной в формате PICMG. Кроме платы центрального процессора, на объединительной плате промышленного шасси установлены следующие модули УСО:
дискретного ввода (плата PCL-733), дискретного вывода (плата PCL-734),
дискретного ввода-вывода (плата PCL-730, предназначенная для диагностики положения дозировочной тележки и анализа состояния шиберов на пылевых дозаторах),
аналого-цифрового преобразования сигналов, поступающих от преобразователей ADAM-3016 (плата PCL-818).
Применение IBM PC совместимого контроллера с открытой архитектурой позволило разработчикам оптимально скомпоновать оборудование для обслуживания достаточно большого количества сигналов управления, а также расширило возможности выбора базового программного обеспечения.
Перечень сигналов управления приведён в табл. 1.
Верхний уровень системы (АРМ оператора-технолога) является административным и предназначен для представления процесса дозирования для оперативного персонала, анализа технологических ситуаций и протоколирования хода технологического процесса. Аппаратное обеспечение этого уровня представлено типовым офисным компьютером на базе процессора Pentium 4 с объёмом ОЗУ 128 Мбайт и жёстким диском 80 Гбайт. Для связи с контроллером среднего уровня системы используется канал Ethernet 100Base-T, поддерживаемый встроенными стандартными сетевыми средствами как со стороны процессорной платы контроллера, так и со стороны компьютера АРМ оператора-технолога.
Программное обеспечение верхнего и нижнего уровней разработано с использованием SCADA-системы Trace Mode версии 5.09 и запускается под управлением исполнительных модулей (МРВ, МикроМРВ и Supervisor).
Программное обеспечение выполняет следующие функции:
считывание значений технологических параметров;
отображение технологического процесса на экране монитора АРМ оператора-технолога;
управление технологическим процессом дозирования сухой шихты в соответствии с набором технологических алгоритмов и введённым рецептом дозирования;
отображение загрузки и выгрузки дозировочных бункеров в виде временных трендов с возможностью последующей распечатки;
документирование величины отсыпанных масс и отклонений от рецепта с последующей распечаткой сформированных отчётов по утверждённым шаблонам;
программная калибровка и тарировка показаний тензодатчиков с последующей записью в файл;
ведение архива рецептов с указанием информации планово-производственного характера (дата, время ввода, смена, фамилия мастера и т.д.);
диагностика и отработка нештатных ситуаций в работе оборудования и ошибок в действиях технологического персонала;
ведение отчёта тревог с возможностью квитирования сообщений и печати сменного журнала.
На рис. 5 показан пример рабочего экрана Supervisor, предназначенного для калибровки устройств весовой подсистемы АСУ ТП.
В настоящее время представленная АСУ ТП находится в процессе опытной эксплуатации, выполняется точная настройка аппаратной части и окончательная отработка алгоритмов дозирования. Однако уже сейчас можно констатировать следующие результаты:
значительно улучшены управляемость и информативность процесса дозирования;
применение более точных современных тензодатчиков и первичных преобразователей, а также устройств цифрового отображения позволило осуществлять контроль веса отсыпанных масс с точностью до 1 кг;
применение приводов с частотным управлением наряду с конструктивной доработкой дозаторов создали предпосылки для достижения заданной точности дозирования ±0,5% на рецепт. ●
Будзинский А.С., Филимонов В.А., Авраменко П.Я. Системы дозировки сухой шихты для электродной промышленности // Цветная металлургия. 1989. № 12. С. 39-41.
Авторы – сотрудники НПК «Югцветметавтоматика»,
телефон: (8672) 74-6334
и ОАО «Новочеркасский электродный завод»,
телефоны: (86352) 33-474, 94-184
Экономика профилактики: использование Интернета вещей для планирования профилактического обслуживания оборудования
Машины, а точнее, сложные высокотехнологичные установки – станки или другое технологическое оборудование для любой промышленной отрасли представляют собой ценные активы, которые необходимо защищать от повреждений, неисправностей и отказов с помощью надлежащих мер по техническому обслуживанию. В этой статье будет рассмотрен один из примеров создания системы, автоматически контролирующей состояние и время работы машин с последующей отправкой уведомлений о графике профилактического технического обслуживания (ПТО). 23.04.2024 СТА №2/2024 428 0 0Блок управления для исполнительных устройств в оптическом тракте лазерной системы
В статье представлен блок управления для исполнительных устройств в оптическом тракте лазерной системы. Приведены решения на аппаратном и программном уровнях, обоснован выбор средств автоматизации. 23.04.2024 СТА №2/2024 336 0 0Построение цифрового двойника склада металлопроката с использованием искусственной нейронной сети
Изложены методика и результаты эксперимента по применению искусственной нейронной сети для отслеживания перемещений продукции металлопроката на территории цеха. Приведены преимущества такого способа организации цифрового двойника склада. 23.04.2024 СТА №2/2024 309 0 0Горячее резервирование с MasterSCADA 4D и ПЛК Regul R500 на примере АСУ ТП для авиатопливных комплексов
В статье представлено решение для автоматизированного контроля и управления технологическими объектами склада одного из технологических лидеров российской авиатопливной отрасли. Система построена на базе ПЛК REGUL500 с поддержкой горячего резервирования центральных процессоров и программной платформе MasterSCADA 4D с поддержкой резервирования серверов, работы рантайм на операционной системе Astra Linux и синхронизацией данных на программном уровне. Эти составляющие, а также опыт сертифицированного интегратора ООО «ЛИТЭК», позволили создать отказоустойчивую систему управления повышенной надёжности в полном соответствии с современными требованиями стратегии цифровой трансформации. 23.04.2024 СТА №2/2024 443 0 0