Управление качеством в системах управления сталеплавильным производством металлургических предприятий

ЛЕКЦИЯ № 5

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ

Сталь является одним из самых распространенных материалов на сегодняшний день. Она представляет собой сочетание железа и углерода в определенном процентном соотношении. Существует огромное количество разновидностей этого материала, так как даже незначительное изменение химического состава приводит к изменению физико-механических качеств. Сырье для производства стали сегодня представлено отработанными стальными изделиями. Также было налажено производство конструкционной стали из чугуна. Особенности процесса производства стали

В производстве чугуна и стали применяются разные технологии, несмотря на достаточно близкий химический состав и некоторые физико-механические свойства.

Отличия заключаются в том, что сталь содержит меньшее количество вредных примесей и углерода, за счет чего достигаются высокие эксплуатационные качества. В процессе плавки все примеси и лишний углерод, который становится причиной повышения хрупкости материала, уходят в шлаки. Технология производства стали предусматривает принудительное окисление основных элементов за счет взаимодействия железа с кислородом.

Существует несколько методов производства стали, каждый обладает своими определенными достоинствами и недостатками. От выбранного способа зависит то, с какими свойствами можно получить материал.

Основные способы производства стали:

Электросталеплавильный метод. Для того чтобы получить материал высокого качества проводится производство стали в электропечах. За счет применения электрической энергии для нагрева сырья можно точно контролировать прохождение процесса окисления и выделения шлаков. В данном случае важно обеспечить появление шлаков. Они являются передатчиком кислорода и тепла. Данная технология позволяет снизить концентрацию вредных веществ, к примеру, фосфора и серы. Электрическая плавка может проходить в самой различной среде: избыточного давления, вакуума, при определенной атмосфере. Проводимые исследования указывают на то, что электросталь обладает самым высоким качеством. Применяется технология для производства качественных высоколегированных, коррозионностойких, жаропрочных и других видов стали. Для преобразования электрической энергии в тепловую применяется дуговая печь цилиндрической формы с днищем сферического типа. Для обеспечения наиболее благоприятных условий плавки внутреннее пространство отделывается при использовании жаропрочного металла. Работа устройства возможна только при подключении к трехфазной сети. Стоит учитывать, что сеть электрического снабжения должна выдерживать существенную нагрузку. Источником тепловой энергии становится электрическая дуга, возникающая между электродом и расплавленным металлом. Температура может быть более 2000 градусов Цельсия.

Мартеновский метод. Данная технология предусматривает применение специальных печей, которые способны нагревать сырье для температуры около 2000 градусов Цельсия. Рассматривая способы производства легированных сталей, отметим, что этот метод также позволяет проводить добавление различных примесей, за счет чего получаются необычные по составу стали. Мартеновский метод основан на применении специальных печей.

Мартеновский способ

Суть данной технологии заключается в переработке чугуна и другого металлолома при применении отражательной печи. Производство различной стали в мартеновских печах можно охарактеризовать тем, что на шихту оказывается большая температура. Для подачи высокой температуры проводится сжигание различного топлива.

Рассматривая мартеновский способ производства стали, отметим нижеприведенные моменты:

Мартеновские печи оборудованы системой, которая обеспечивает подачу тепла и отвода продуктов горения.

Топливо подается в камеру сгорания поочередно, то с правой, то с левой стороны. За счет этого обеспечивается образование факела, который и приводит к повышению температуры рабочей среды и ее выдерживание на протяжении длительного периода.

На момент загрузки шихты в камеру сгорания попадает достаточно большое количество кислорода, который и необходим для окисления железа.

При получении стали мартеновским способом время выдержки шихты составляет 8-16 часов. На протяжении всего периода печь работает непрерывно. С каждым годом конструкция печи совершенствуется, что позволяет упростить процесс производства стали и получить металлы различного качества.

Кислородно-конверторный. 

Сегодня проводится производство различной стали в кислородных конвертерах. Данная технология предусматривает продувку жидкого чугуна в конвертере. Для этого проводится подача чистого кислорода. К особенностям этой технологии можно отнести нижеприведенные моменты:

Конвертор – специальное оборудование, которое представлено стальным сосудом грушевидной формы. Вместительность подобного устройства составляет 100-350 тонн. С внутренней стороны конструкция выкладывается огнеупорным кирпичом.

Конструкция верхней части предполагает горловину, которая необходима для загрузки шихты и жидкого чугуна. Кроме этого, через горловину происходит удаление газов, образующихся в процессе плавления сырья.

Плавка в кислородном конвертере включает следующие периоды:

1) Заправка. По необходимости производят торкретирование футеровки конвертера и мелкий ремонт;

2) Загрузка лома. Стальной лом загружают в наклоненный конвертер совками. Их объем рассчитывают таким образом, чтобы загрузка обеспечивалась одним-двумя совками. Во избежание повреждения футеровки лом в совки укладывают так, чтобы при загрузке в конвертер первым попадал легковесный лом. После загрузки лома в конвертер для ускорения шлакообразования зачастую загружают известь (до 60% от общего расхода на плавку);

3) Заливка чугуна. Жидкий чугун с температурой 1260 - 1450˚С заливают в наклоненный конвертер одним ковшом. Для того чтобы обеспечить активное окисление железа чистый кислород подается под давлением около 1,4 МПа.

4) Продувка.

После заливки чугуна конвертер поворачивают в вертикальное положение, вводят кислородную фурму и, включая подачу кислорода, начинают продувку. Фурма в течение продувки находится на высоте 4,8 - 0,8 м от уровня ванны в спокойном состоянии, причем для ускорения шлакообразования продувку начинают при повышенном положении фурмы, а через 2 - 4 мин ее опускают до оптимального положения.

В течение первой трети длительности продувки в конвертер несколькими порциями загружают известь; первую порцию извести загружают после "зажигания" плавки; вместе с первой порцией извести вводят плавиковый шпат и иногда другие флюсующие добавки.

Продувка до заданного содержания углерода в металле продолжается 12-18 мин в зависимости от принятой в том или ином цехе интенсивности продувки, находящейся в пределах 2,5 - 5 м3/(т·мин).

Время конверторного плавления может меняться, как правило, оно составляет 35-60 минут. Время выдержки зависит от типа применяемой шихты и объема получаемой стали.

В течение продувки протекает следующие основные металлургические процессы:

a) окисление составляющих жидкого металла вдуваемым кислородом: окисляется избыточный углерод, а также кремний, марганец и небольшое количество железа; газообразные продукты окисления углерода (СО и немного СО2) удаляются из конвертера через горловину, остальные - переходят в шлак;

b) шлакообразование: основной шлак начинает формироваться с первых секунд продувки из продуктов окисления составляющих металла (SiO2, MnO, FeO, Fe2O3, P2O5), загружаемой в конвертер извести (СаО), а также оксидов, вносимых миксерным шлаком, ржавчиной стального лома и растворяющейся футеровкой;

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КИСЛОРОДНОМ КОНВЕРТЕРЕ КАК ОБЪЕКТ АВТОМАТИЗАЦИИ

 

Если проанализировать конвертерный процесс как объект автоматического управления, то можно выделить следующие управляемые величины, возмущающие и управляющие воздействия:

1) Основные выходные управляемые величины - концентрация углерода, фосфора и серы в металле в процессе и в конце продувки; температура металла в процессе и в конце продувки; масса металла в процессе и в конце продувки.

2) Дополнительные выходные величины - окисленность металла в конце продувки; масса шлака; состав шлака; количество конвертерных газов; температура конвертерных газов; состав конвертерных газов.

3) Контролируемые возмущающие воздействия - содержание в чугуне кремния, марганца, серы и фосфора; изменение температуры чугуна; интервал времени между плавками; содержание кислорода в дутье.

4) Неконтролируемые возмущающие воздействия - содержание углерода в чугуне; состав сыпучих материалов; состав, размеры и температура лома; масса и состав попадающего в конвертер шлака.

5) Управляющие воздействия - масса чугуна, лома, руды и извести; время ввода в конвертер сыпучих материалов; расход кислорода; расстояние между кислородной фурмой и уровнем спокойной ванны; продолжительность продувки.

Управляющие величины призваны обеспечивать реализацию целей управления. Первые два управляющих воздействия (масса чугуна и лома) относятся к разовым (статическим), которые по ходу плавки изменить невозможно. Почти все остальные воздействия - динамические.

Таким образом, автоматическое управление процессом должно включать следующие функции:

1) автоматический расчет исходной шихтовки на основе знаний состава сырья и заданной марки стали;

2) автоматический расчет требующегося на плавку количества кислорода, регулирование интенсивности его подачи и общего введенного количества;

3) автоматический расчет ввода требующихся количеств лома, руды и шлакообразующих по ходу процесса;

4) автоматический контроль температуры и состава металла и определение момента окончания плавки.

Полная автоматизация управления конвертерным процессом может быть достигнута лишь при создании системы автоматики с использованием ЭВМ и при наличии датчиков всей исходной и текущей информации, в том числе и о параметрах ванны во время плавки.

  Сталеплавильные кислородные конвертеры являются высокопроизводительными агрегатами, все технологические процессы, в которых протекают с большими скоростями. Эти черты накладывают высокие требования на функционирование системы автоматического контроля и управления.

Главная задача управления конвертерной плавкой - получение заданного состава стали по углероду, что в основном сводится к определению времени прекращения продувки. 

Эта задача весьма сложна, если учесть, что обычно нет прямой информации о содержании углерода в ванне по ходу продувки, а скорость выгорания углерода настолько велика, что одна минута продувки соответствует переходу к стали другой марки. Управление усложняется и тем, что скорость выгорания углерода существенно меняется по ходу продувки.

Другая задача управления заключается в получении к моменту достижения заданного содержания углерода нужной температуры стали. Обеспечивается это правильным расчетом количества охладителей и частично за счет присадок руды, лома и известняка по ходу продувки, а также в результате изменения высоты расположения кислородных фурм.

Одной из вспомогательных задач управления можно назвать обеспечение безопасных условий продувки ванны кислородом. Это решается автоматическим прекращением продувки и извлечением фурмы из конвертера при отклонении некоторых параметров от допустимого значения.

В современных крупных конвертерах, как правило, применяется система удаления конвертерных газов без дожигания СО. При этом очищенные газы с содержанием большого количества СО могут использоваться как топливо. Наличие газоотводящего тракта, заполненного СО, обуславливает дополнительные требования к управлению, связанные с необходимостью обеспечения безопасной работы газоотводящего тракта, и в первую очередь к правильному управлению давлением в тракте.

Общей задачей управления конвертерной плавкой может быть достижение экстремума некоторого критерия оптимальности. 

В качестве такого критерия могут быть выбраны различные технические или технико-экономические показатели и их комбинации. Например, максимальная производительность или максимальный выход жидкой стали (отношение массы полученной стали к сумме масс чугуна и лома), максимальная стойкость футеровки. В общем случае критерием оптимальности наиболее целесообразно считать максимальную экономичность процесса, но более точный выбор критерия оптимальности может быть произведен только в условиях конкретного конвертерного цеха. При управлении по любому критерию оптимальности, безусловно, сохраняется основное требование - получение стали заданного качества, т.е. с определенным содержанием углерода, определенной температуры и с содержанием вредных примесей, не превышающим допустимых значений.

Внедрение развитой системы автоматизированного управления конвертерным процессом дает следующие технико-экономические выгоды:

– снижение удельных расходов кислорода и других материалов;

– увеличение выхода жидкого металла вследствие сокращения угара железа в шлак из-за регулирования положения кислородной фурмы и увеличения скорости продувки;

– снижение числа плавок, не попавших в анализ;

– получение плавок заданной массы;

– увеличение производительности из-за сокращения простоев конвертера для взятия проб металла на анализ.

В целом в АСУ ТП конвертерного производства входят следующие локальные системы регулирования:

1) Система взвешивания и дозирования сыпучих материалов. Ее главная задача - получение к моменту достижения заданного содержания углерода необходимой по условиям разливки температуры стали;

2) Система регулирования расхода кислорода. Является наиболее важной системой. Главное требование к ней - обеспечение точности поддержания заданного расхода кислорода, и поэтому желательно применение приборов повышенной точности для измерения расхода с коррекцией по температуре и давлению кислорода.

3) Система регулирования положения фурмы. При подъеме фурмы происходит падение скорости обезуглероживания из-за уменьшения кинетической энергии струи и ее проникновения в ванну. Изменением положения фурмы может влиять также на содержание окислов железа в шлаке в широких диапазонах при высоких концентрациях углерода в металле, что обеспечивает быстрое растворение извести в шлаке и раннюю дефосфорацию.

4) Система регулирования давления в кессоне, поддерживающая слегка избыточное давление в кессоне над конвертером. Предотвращает просачивание в дымоотводящий тракт воздуха, а также выбивания в окружающую атмосферу конвертерных газов, содержащих токсичный СО.

5) Система автоматического аварийного прекращения продувки и извлечения фурмы из конвертера при падении давления кислорода, падении давления или расхода охлаждающей фурмы воды ниже допустимых значений, а также при увеличении температуры воды на сливе выше определенного уровня. Изменение указанных параметров охлаждающей воды характеризует качество охлаждения фурмы. Уменьшение давления и расхода воды сигнализирует об ухудшении охлаждения и опасности прогара фурмы. Повышение температуры воды на сливе свидетельствует о перегреве фурмы, наступившем в результате прогара и потери части охлаждающей воды. В этом случае фурма извлекается для предотвращения попадания воды в жидкий металл или шлак. Кроме того, продувка прекращается, и фурма извлекается при аварийных ситуациях в некоторых других устройствах конвертера (газоочистка, охладитель конвертерных газов (котел-утилизатор)).

6) Система автоматического контроля и регулирования положения конвертера.

На рисунке 1 приведена принципиальная схема автоматического управления плавкой, разработанная ЦНИИЧМ. В электронно-вычислительную машину цифрового типа поступает информация о массе, температуре и составе чугуна, составе железной руды и извести, чистоте и давлении подаваемого кислорода, а также о времени простоя между плавками и степени износа футеровки конвертера. По этим данным машина рассчитывает количество кислорода, руды и извести, управляет включением и выключением дутья и дозировкой добавок.

Эта схема предусматривает использование данных о составе, количестве и температуре отходящих газов и некоторые другие текущие характеристики процесса, вводящие в систему управления элементы динамического контроля. Однако проблема динамического управления процессом с определением оптимального режима дутья и добавок на основе непрерывных измерений основных параметров процесса во времени находится еще в стадии разработки.

 

Рисунок 1 — Схема автоматического управления конвертерной плавкой:

1 — заливочный ковш; 2 — миксер; 3 — чугуновозный ковш; 4 — бункера сыпучих материалов; 5 — конвертер; б — сталеразливочный ковш; 7 — бункера легирующих и раскислителей; 8 — кислородопровод; 9 — котел-утилизатор; 10 — газоочистка; 11 — дымовая труба;

а — информация, вводимая в вычислительную машину ВМ вручную; б — информация, поступающая из экспресс-лаборатории ЭЛ (анализ стали); в — информация, поступающая из квантометрической КВ (анализ чугуна и стали после раскисления); г — информация общецехового контроля ОК (анализ чистого кислорода); Дх—Д7 — информация о массе: Дх — чугуна, Д2 — руды, Д3 — боксита, Д4 — извести, Д5 — стали, Д6 — рас кислителей и легирующих, Д7 — скрапа: ех и е2 — информация о температуре: ех — чугуна, е2 — стали; жх—ж2 — информация об отходящих газах: жх — состав, ж2 — количество, ж3 — температура; з — данные о давлении, расходе и количестве 02; и — положение фурмы: к — излучение пламени над горловиной конвертера; Лх—Ла — рекомендации вычислительной машины в пост управления конвертером ПК и миксером ПМ о требуемом на плавку количестве: Лх, Л2 — чугуна, Л3 — руды, Л4 — извести, Л6 — раскислителей, Лв — легирующих; м — рекомендации о количестве кислорода на плавку; н — сведения о текущем содержании углерода в металле; п — данные, поступающие для введения вручную из центральной лаборатории ЦЛ (состав руды, извести и шлака); Рх — Р5 — данные о составе проб: Рх — чугуна, Р2 — стали, Р3 — руды, Р4 — извести, Ръ — стали после раскисления; С — положение миксера; Т — положение конвертера; у — передача информации остальным конвертерам; ШМ — шихтовой двор металлических материалов; ШС — шихтовой двор сыпучих материалов.

ПРИМЕР

Система автоматизированного контроля за технологическим процессом выплавки стали в конвертерах № 1 и 2

Для кислородно-конвертерного цеха ПАО «МК «Азовсталь» разработана и успешно внедрена система автоматизированного контроля за технологическим процессом выплавки стали в конвертерах № 1 и 2.

 

Назначение Системы

Система предназначена для автоматизированного контроля за технологическим процессом выплавки стали в конвертерах №1, 2 кислородно-конвертерного цеха ПАО «МК«Азовсталь».

Цель создания Системы

Целью создания Системы является сбор и архивирование параметров работы технологического оборудования конвертерного отделения, обеспечивающих безопасную эксплуатацию (включая регистрацию действий операторов), управление отдельными агрегатами с помощью АСУ ТП, формирование периодов плавок и учет простоев агрегатов с визуализацией состояний параметров на ПУ конвертеров, нагнетателей, котла.

Характеристика объекта

Сведения об объекте автоматизации.

Объект автоматизации – конвертеры №1,2, которые являются самостоятельными с независимым технологическим процессом плавки.

Для проведения конвертерной плавки используется следующее оборудование (перечень оборудования для одного конвертера):

– конвертер;

– кессон (водоохлаждаемая «юбка»);

– машина подачи кислорода;

– охладитель конвертерных газов ОКГ-400;

– двухступенчатая газоочистка «мокрого» типа;

– газоотводящий тракт;

– нагнетатель типа 8500-П-1.

Конвертер предназначен для выплавки стали методом продувки жидкого чугуна газообразным кислородом, подаваемым сверху через водоохлаждаемую фурму.

Водоохлаждаемая «юбка» предназначена для уплотнения зазора между горловиной конвертера и кессоном котла-охладителя ОКГ-400 и для восприятия колебаний потока газов, выделяющихся из конвертера во время продувки плавки.

Машина подачи кислорода предназначена для введения кислорода в конвертер через водоохлаждаемую фурму, для вертикальных и горизонтальных перемещений, связанных с подачей фурму внутрь конвертера, и заменой вышедшей из строя фурмы резервной.

Охладитель конвертерных газов ОКГ-400 (котел утилизатор радиационного типа) предназначен для снижения температуры отходящих газов до величины, обеспечивающей безаварийную работу газоочистного оборудования и использования воспринимаемого при этом тепла для выработки пара.

Двухступенчатая газоочистка «мокрого» типа служит для очистки отходящих от конвертера газов от пыли до требуемых санитарных норм и их окончательного охлаждения перед нагнетателем.

Газоотводящий тракт сталеплавильного конвертера рассчитан на работу по методу отвода конвертерных газов без дожигания оксида углерода в охладителе или с частичным дожиганием.

Нагнетатель предназначен для транспортировки очищенных отходящих газов по газоотводящему тракту и выброса их в атмосферу через свечу дожигания.

Для обеспечения согласованного функционирования конвертерного отделения, а также для эффективного управления процессом выплавки стали в конвертере в Системе выделены:

• подсистема «Конвертер»;

• подсистема «Котел»;

• подсистема «Газоочистка»;

• подсистема «Визуализация и архив»;

• подсистема «Плавка»;

• подсистема «Газоанализ».

Перечисленные автоматизированные подсистемы находятся в единой информационной сети конвертерного отделения кислородно-конвертерного цеха. Взаимодействие подсистем осуществляется путем передачи потоков данных с использованием стандартизированных сетевых протоколов передачи информации.

Система имеет трехуровневую иерархическую структуру (полевой уровень - датчики и исполнительные механизмы, нижний уровень - контроллеры, верхний уровень – визуализация и архивирование) с распределенными функциями сбора и передачи данных.

 

Основные функции АСУТП в современных кислородно-конвертерных цехах

Локальный уровень:

1. Контроль параметров процесса, автоматическая стабилизация интенсивности продувки, давления отходящих газов, программное управление положением кислородной фурмы.

2. Аварийные отсечки кислорода и подъем фурмы.

3. Взвешивание и дозирование добавок по программе в функции времени или количества продутого кислорода.

Верхний уровень:

1. Расчет общего количества кислорода на продувку металла Vд [м3] и интенсивности продувки Ід [м3/мин].

2. Управление интенсивностью продувки и положением фурмы Нф .

3. Автоматизированный расчет массы добавок, определение времени их ввода в конвертер и автоматическое управление подачей добавок в ходе продувки.

4. Автоматизированный прогноз и (или) автоматический контроль температуры металла и содержания углерода без повалки конвертера.

5. Расчет и реализация корректирующих воздействий – DVд, м3; DGохл.,т; DНф ,мм и других.

6. Определение момента окончания продувки.

7. Контроль состояния оборудования и средств автоматизации.

8. Печать отчетной документации.

9. Связь со смежными АСУТП и АСУ высшего уровня.

 

Особенности кислородного конвертера как объекта контроля и управления.

1. Высокая скорость процесса - достоинство, которое затрудняет управление. Ошибка в определении момента окончания продувки на 1 минуту при скорости окисления углерода Vс = 0,12 %/мин. изменит марку стали, например, с 0,3 % С до 0,18 % С.

2. Отсутствует независимый источник тепла, нагрев ванны связан с изменением ее состава. Взаимная зависимость температуры и состава металла усложняет управление плавкой.

3. Трудности получения информации о параметрах ванны. Ванна находится в замкнутом объеме конвертера, доступ к ней затруднен, стойкость измерительных элементов в ванные низкая.

4. Ванна неоднородна по составу и температуре в период продувки. Температурные и концентрационные поля нестационарны, зависят от интенсивности продувки, положения фурмы и т.п. Это необходимо учитывать при выборе места измерения параметров ванны.

5. Большое количество возмущений:

¾ колебание состава шихтовых материалов;

¾ колебание температуры чугуна;

¾ колебание давления кислорода;

¾ износ футеровки конвертора и изменения тепловых потерь процесса;

¾ разное время простоя между плавками ( изменение потерь тепла, аккумулированного футеровкой);

¾ ошибки измерения расхода и общего количества кислорода;

6. Ограниченность управляющих воздействий, которыми являются:

- массы шихтовых материалов G (чугуна, лома, руды, шпата, извести, известняка, агломерата и др.);

- интенсивность продувки металла кислородом Ід , м3/ мин.;

- положение кислородной фурмы Нф, мм;

- общее количество дутья на продувку Vд, м3, или продолжительность продувки τ, мин;

- массы добавок, т.

Из перечисленных управляющих влияний только положение фурмы и интенсивность продувки являются непрерывными, а остальные – или периодическими, или вообще разовыми. Эти особенности управляющих воздействий, безусловно, усложняют управление технологическими процессами в конвертере.

 

Эффективная работа АСУТП кислородных конвертеров обеспечивает:

1. Сокращение средней продолжительности плавки за счет уменьшения количества корректирующих операций.

2. Уменьшение затрат материалов и энергоресурсов.

3. Повышение количества выплавленной стали.

4. Увеличение выхода годного металла.

5. Уменьшение доли незаказанного металла.

 

Основные критерии качества функционирования АСУТП:

¾ доля плавок, полученных без корректирующих операций с первой повалки;

¾ выход годного металла;

¾ удельные затраты сырья, материалов, энергоресурсов;

¾ процент незаказанного металла.

ЛЕКЦИЯ № 6

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ     НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКОЙ СТАЛИ (НА ОБЪЕКТАХ МНЛЗ)       МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

История развития, сущность, преимущества и особенности непрерывной разливки стали

Идея разливки металла в непрерывном режиме принадлежит         Г. Бессемеру. Им в 1856 г. была запатентована схема разливки металла между двумя вращающимися роликами. В дальнейшем большинство исследователей стремилось создать МНЛЗ с медным водоохлаждаемым кристаллизатором коробчатого типа, расположенным вертикально. Наибольший технологический рывок был обеспечен при этом З. Юнгхансом, сформулировавшим концепцию возвратно-поступательного движения кристаллизатора, с целью сообщения ему некоторого перемещения относительно поверхности заготовки и предотвращения прилипания твердой корочки заготовки к стенкам кристаллизатора (патент 1936 г.).

Под непрерывной разливкой стали обычно принято подразумевать систему технологий и операций, которые обеспечивают квазинепрерывный перевод жидкой стали, находящейся в сталеразливочном ковше, в твердое состояние в виде заготовок определенной геометрической формы.

Использование непрерывной разливки в сталеплавильном производстве:

— способствует экономии капиталовложений в связи с исключением затрат на парк изложниц;

— обеспечивает значительную экономию металла вследствие уменьшения обрези;

— обеспечивает экономию энергии, которая тратилась на подогрев слитков в нагревательных колодцах;

— позволяет снизить экологическую нагрузку на атмосферу;

— повысить качество металлопродукции;

—  автоматизировать процесс литья;

—  улучшить условия работы обслуживающего персонала.

МНЛЗ бывают:

— сортовые;

— слябовые;

— блюмсовые.

По конструкции МНЛЗ для разливки стали делятся на:

– вертикальные,

– радиальные

– криволинейные (ведется разработка горизонтальных МНЛЗ);

– горизонтальные.

Первоначально (50-е и 60-е годы прошлого столетия) МНЛЗ имели вертикальную архитектуру (вертикальная МНЛЗ) (рисунок 1 а), включая участок порезки заготовки на мерные длины.

Рисунок 1 – Схема вертикальной (а) и вертикальной

с загибом (б) МНЛЗ

Преимущества таких МНЛЗ заключаются в том, что все процессы формирования заготовки происходят в вертикальной плоскости (так же, как и у слитка). Это обеспечивает получение высокого качества внутренней структуры заготовки и упрощает конструкцию машины в целом.

В 70-е и 80-е годы прошлого столетия наибольшее распространение при разливке стали получили МНЛЗ радиального типа (рисунок 2). Конструктивной особенностью таких машин является наличие кристаллизатора определенного радиуса (соответствует базовому радиусу МНЛЗ Ro), что обеспечивает получение радиальной технологической линии. После затвердевания заготовки осуществляется ее разгиб и выдача готовой заготовки на холодильник в горизонтальной плоскости.

Рисунок 2 – Схема МНЛЗ радиального типа

(Ro – базовый радиус)

Преимущества радиальных МНЛЗ перед вертикальными заключаются в том, что металлургическая длина машины при том же ферростатическом давлении увеличивается примерно в 1,5 раза.

Развитием концепции высокопроизводительных МНЛЗ следует считать так называемые криволинейные МНЛЗ с радиальным и вертикальным кристаллизатором (рисунок 3).

(L1, L2 – участки разгиба и загиба заготовки;

Ro – базовый радиус)

Рисунок 3 – Схема МНЛЗ криволинейного типа

В металлургической практике известны также МНЛЗ, технологическая линия которых расположена горизонтально. Горизонтальные МНЛЗ представляются весьма перспективными в части снижения затрат на строительство машины (рисунок 4).

Рисунок 4 – Схема горизонтальной МНЛЗ

Они компактны и их удобно размещать в действующих цехах. При этом нет необходимости увеличивать высоту здания или формировать глубокий колодец. Обслуживание такой машины, ремонт и замена основных узлов весьма удобны и просты.

Более современную конструкцию имеют радиальные и криволинейные МНЛЗ. Особенностью таких машин является изгиб с определенным радиусом кристаллизатора, формирующего соответственно изогнутый слиток. После выхода из кристаллизатора слиток попадает в жесткий направляющий канал вторичного охлаждения, состоящий из роликовых секций, и проходит в процессе кристаллизации 1/4 окружности. Радиус окружности выбирается таким, чтобы слиток при переходе в горизонтальное положение не содержал жидкой фазы. Особенностью криволинейных МНЛЗ является изгиб слитка с переменным радиусом. После перехода в горизонтальное положение непрерывно литой слиток выпрямляется в правильно-тянущих клетях и разрезается на мерные заготовки.

Основы технологии процесса литья заготовок

Разливка стали осуществляется машинах непрерывного литья заготовок (рисунок 5).

МНЛЗ — машина непрерывного литья заготовок (или УНРС — установка непрерывной разливки стали). В настоящее время около 60 % отливаемых непрерывным литьем заготовок разливается на слябовых МНЛЗ. Жидкая сталь непрерывно заливается в водоохлаждаемую форму, называемую кристаллизатором. Перед началом заливки в кристаллизатор вводится специальное устройство с замковым захватом («затравка»), как дно для первой порции металла. После затвердевания металла затравка вытягивается из кристаллизатора, увлекая за собой формирующийся слиток. Поступление жидкого металла продолжается и слиток непрерывно наращивается. Этот процесс слиткообразования является способом получения слитков неограниченной длины. В этом случае по сравнению с разливкой в изложницы резко уменьшаются потери металла на обрезку концов слитков, которые, например, при литье спокойной стали составляют 15—25 %. Кроме того, благодаря непрерывности литья и кристаллизации, достигается полная равномерность структуры слитка по всей его длине.

               

Рисунок 5 – Машина непрерывного литья заготовок (МНЛЗ)

Рисунок 6 – Общая схема машины непрерывного литья заготовок

МНЛЗ позволяет одновременно отливать от одного до восьми слитков, т.е. могут быть одно-, двух-, четырех-, шести- и восьмиручьевыми. Скорость разливки (вытягивания слитка) колеблется в пределах от 0,4 до 8-10 м.

На МНЛЗ получают слитки различного сечения: квадратного (блюмсы) со стороной до 520 мм, прямоугольного (слябы) шириной до 2500 мм, а также заготовки для изготовления труб, балок, рельсов. Выход годных заготовок на МНЛЗ составляет 95-97 % от массы жидкой стали.

Машины непрерывного литья заготовок как объекты

автоматического управления

Машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) являются сложными многомашинными агрегатами с большим числом автоматизированных электроприводов, узлов и систем автоматического контроля и регулирования. Схема вертикальной МНЛЗ и система автоматики показана на рисунке 7. Сталь подается из сталеплавильного отделения в ковше, из которого выливается в промежуточный ковш и далее в кристаллизатор. Слиток с затвердевшими стенками вытягивается вниз тянущей клетью, проходя зону вторичного охлаждения водой. Разрезка слитка на мерные длины осуществляется автоматической газорезкой.

Рисунок 7 – Схема автоматизации МНЛЗ вертикального типа

Основными функциями системы контроля и регулирования собственно процесса разливки являются:

а) контроль и автоматическая стабилизация уровней жидкого металла в промежуточном ковше и кристаллизаторе,

что обеспечивает равномерный слив металла и стационарный режим его кристаллизации,   необходимый для получения хорошего качества слитка;

б) контроль и  регулирование  расхода  воды  в  секциях зоны вторичного охлаждения для равномерного отвода тепла из слитка, что также необходимо для получения хорошего качества металла;

в) контроль температурного состояния конструктивных элементов агрегата с целью устранения аварийных режимов;

г) автоматическая резка слитка на мерные длины, т.е. на заготовки заданной длины.

Уровень металла в промежуточном ковше (рис. 7) стабилизируется комплектом аппаратуры, состоящим из тензометрических датчиков массы 1а и регулирующего устройства 1, управляющего приводом стопора ковша 16. Таким образом, уровень металла в промежуточном ковше регулируется косвенно путем стабилизации его массы. Регулирующее устройство работает по двухпозиционному закону регулирования.

Стабилизация уровня металла в кристаллизаторе обеспечивает стационарные условия затвердевания слитка и его хорошее качество, а также безопасную работу установки. Превышение уровня металла в кристаллизаторе может привести к переливу стали на рабочую площадку, а недопустимое снижение - к прорыву жидкого металла из внутренних объемов слитка через недостаточно оформившуюся корочку после выхода из кристаллизатора. Оба случая являются аварийными.

Аппаратура контура регулирования уровня состоит из радиоактивного уровнемера, имеющего источник гамма-излучения 2а и приемник 26, регулирующего комплекта 2 и привода стопора промежуточного ковша 2 в.  При отклонении уровня металла от заданного значения регулятор опускает или поднимает стопор, тем самым уменьшая или увеличивая проходное сечение сливного отверстия в днище ковша.

Температура стали в промежуточном ковше периодически контролируется термопарой погружения с регистрацией на потенциометре 3. Для наблюдения за степенью прогрева кладки ковша перед наполнением металлом в ней устанавливают термопару с регистрирующим потенциометром 4.

При разливке слитков небольшого сечения перекрытие струи металла стопором   может  привести к ее деформации, разбрызгивании металла  по стенкам кристаллизатора и ухудшению условии образования качественного слитка. Поэтому применяется способ регулирования уровня металла в  кристаллизаторе путем изменения скорости вытяжки слитка при неизменной подаче жидкого металла из промежуточного ковша. В этом случае регулятор 2 воздействует на привод тянущей клети.

Регулирование расхода воды по секциям системы вторичного охлаждения необходимо для организации правильного режима кристаллизации и охлаждения металла по высоте слитка и но его периметру. Равномерное охлаждение граней слитка устраняет возможную его деформацию из-за температурных напряжений. Расходы воды по секциям вторичного охлаждения контролируются стандартными комплектами 11, 12, 13 с измерительными диафрагмами или ротаметрами в качестве первичных приборов. Изменение расхода воды осуществляется дистанционным ручным управлением регулировочными клапанами на водопроводах.

Давление и расходы воды на кристаллизатор и вторичное охлаждение контролируются приборами 6, 7 и 9, 10, причем манометры 7 и 10 снабжены сигнальными контактами для сигнализации о недопустимом падении давления воды.

Контроль тепловой работы и температурного состояния кристаллизатора осуществляется измерением температуры воды на его выходе термометром сопротивления с электронным автоматическим мостом 5. Аналогичным комплектом 8 контролируется температура воды на входе в кристаллизатор. Отсчет общей длины слитка и мерных длин осуществляется с помощью датчиков импульсов, установленных на валу редуктора тянущей клети и прибора 14, включающего в себя счетчики импульсов и показывающие индикаторы. Тахогенератором и прибором 15 определяется скорость движения металла.

Работа автоматической газорезки требует соответствующих количеств газа,  кислорода и охлаждающей воды. Давление в подводящих линиях контролируется манометрическими комплектами с сигнальными контактами 18, 19, 20, а расходы газа и кислорода - измерительными диафрагмами с приборами 16 и 17.

Для наблюдения за работой отдельных узлов агрегата, например, за работой газорезки и механизма приема и выдачи отрезанных слитков, применяется промышленная телевизионная установка, состоящая из камер и приемника изображения 27. При исследовании и наладке контролируется температура слитка на различных участках при помощи пирометров излучения.

Управление работой всей МНЛЗ ведется из центрального операторского пульта центрального операторского пульта, расположенного на разливочной площадке, пульта газорезки и пульта управления выдачей слитков. С центрального  пульта осуществляется дистанционный пуск и остановка машины, регулируется скорость вытягивания слитка, включаются и выключаются водяное охлаждение, механизм качания кристаллизатора, подача смазки. При отсутствии автоматического регулирования уровней металла в промежуточном ковше и кристаллизаторе с центрального  пульта оператор дистанционно управляет стопорами ковшей. Для оперативной связи между пультами управления МНЛЗ  и между установкой и другими участками цеха служит громкоговорящая связь.

К локальным системам относятся:

– САР миксерного отделения сталеплавильного цеха;

– система регулирования уровня металла в промежуточном ковше;        

– система регулирования уровня металла в кристаллизаторе;        

– САР теплового режима кристаллизатора;

– САР теплового режима  вторичного охлаждения и др.

АСУ ТП непрерывной разливки стали

АСУ ТП непрерывной  разливки стали входит обычно как составная часть в интегрированную АСУ сталеплавильным, например, конвертерным цехом.  В целом АСУ ТП должна обеспечивать за счет стабилизации и оптимизации  технологических режимов разливки, повышение производительности; повышение выхода годного металла; уменьшение числа аварийных режимов работы и повышение работоспособности МНЛЗ, улучшение  условий   труда  обслуживающего персонала.

Основные функции АСУ ТП непрерывной разливки стали:

1. Контроль величин:

а) температуры жидкой стали в сталеразливочном ковше;

б) температуры жидкой стали в промежуточном ковше;

в) массы стали в сталеразливочном ковше;

г) массы (уровня) металла в промежуточном ковше;

д) уровня металла в кристаллизаторе;

е) усилия вытягивания слитка из кристаллизатора;

ж) скорости вытягивания слитка (скорости разливки) ;

з) расхода и давления охлаждающей воды на кристаллизатор;

и) перепада температур охлаждающей воды на кристаллизаторе;

к) расхода технологической смазки в кристаллизатор;  

л) расхода и давления воды на секции зоны вторичного охлаждения;    

м)температуры поверхности слитка;  

н) усилия на опорные валки участка правки слитка;                

о) общей и мерной длин слитка.                                                                                                               

ПРИМЕР

Разработка автоматизированной системы управления процессом непрерывной разливки стали

На рисунке 8 приведена структурная схема системы автоматизации.

Рисунок 8 – Структурная схема автоматизированной системы управления МНЛЗ

Вся система делится на функциональные подсистемы управления отдельными механизмами МНЛЗ (Ковши, Кристаллизатор, ЗВО и Управление скоростью и мерный рез). Для передачи значений контролируемых параметров и приема управляющий воздействий предлагается использовать один из наиболее распространенных стандартов передачи физического уровня связи – RS-485.

Особенностью разработанной системы автоматизации является распределенная структура на основе широкого использования микроконтроллеров фирмы ATmega. При данном подходе модули подсистем для обработки сигналов могут устанавливаться максимально близко к механизмам МНЛЗ и заменяться в горячем режиме. Такая архитектура позволяет снизить затраты на кабельную продукцию, повысить помехозащищенность оборудования, а также при необходимости оперативно производить модернизацию с минимальными затратами, не переделывая, а заменяя конфигурацию системы управления.

Функции подсистемы Ковши:

  измерение температуры жидкого металла в сталеразливочном ковше;

  измерение массы металла в сталеразливочном ковше;

  измерение уровня в промежуточном ковше;

  измерение температуры стали в промежуточном ковше;

  регулирование уровня в промежуточном ковше;

  измерение положения стопорного механизма сталеразливочного ковша.

Функции подсистемы Кристаллизатор:

  регулирование уровня металла в кристаллизаторе;

  измерение уровня в кристаллизаторе;

  измерение положения стопорного механизма промковше;

  измерение расхода воды и перепада температур в кристаллизатор;

  регулирование расхода воды;

  измерение расхода смазки;

  регулирование расхода смазки;

  измерение амплитуды колебаний при качании кристаллизатора;

  измерение частоты колебаний;

  регулирование частоты и амплитуды колебаний.

Функции подсистемы ЗВО:

  измерение температуры поверхности слитка в секциях ЗВО;

  измерение расхода воды в секциях и общего расхода;

  измерение давления воды в секциях и в общем трубопроводе;

  измерение положения МЭО на трубопроводах;

  регулирование расхода воды в секциях и общего расхода;

  измерение температуры поверхности роликов в секциях ЗВО;

  измерение расхода воды на ролики в секциях;

  измерение давления воды на ролики в секциях;

  регулирование расхода воды на ролики в секциях.

Функции подсистемы Управление скоростью и мерный рез:

  измерение общей длины и мерных длин слитка;

  измерение давления кислорода в газорезке;

  измерение давления газа в газорезке;

  измерение расхода кислорода;

  измерение расхода газа;

  регулирование расхода кислорода;

  регулирование расхода газа;

  измерение положения газорезки;

  управление перемещением газорезки;

  измерение скорости вытягивания ТПМ;

  регулирование скорости вытягивания.

Разработка SCADA-системы машины непрерывной разливки стали

Для просмотра изменения контролируемых параметров в процессе непрерывной разливки стали, а также при необходимости внесения изменения в ход технологического процесса разработана система визуализации с помощью программного пакета Genie (рисунок 8), которая позволяет в значительно степени облегчить работу оператора.

Рисунок 9 – SCADA-система машины непрерывного литья

заготовок

Она позволяет контролировать:

  температуру жидкого металла в сталеразливочном ковше;

  массу металла в сталеразливочном ковше;

  уровень в промежуточном ковше;

  температуру стали в промежуточном ковше;

  уровень в кристаллизаторе;

  расход воды в кристаллизатор;

  расход смазки;

  амплитуду колебаний при качании кристаллизатора;

  частоту колебаний;

  температуру поверхности слитка в секциях ЗВО;

  расход воды в секциях и общего расхода;

  давление воды в секциях и в общем трубопроводе;

  мерная длина слитка;

  давление кислорода в газорезке;

  давление газа в газорезке;

  расхода кислорода в газорезке;

  расхода газа в газорезке;

  скорость протяжки ТПМ.

Данная SCADA-система позволяет регулировать:

  уровень в промежуточном ковше;

  уровень металла в кристаллизаторе;

  расход воды в кристаллизатор;

  расход смазки;

  частоту и амплитуду колебаний;

  расход воды в секциях и общего расхода;

  длину слитка;

  расход кислорода в газорезке;

  расход газа в газорезке;

  скорость протяжки ТПМ.

Основной экономический эффект от внедрения АСУ для технологических процессов непрерывной разливки стали достигается за счет повышения уровня организации процесса разливки, более полной загрузки оборудования, сокращения непроизводительных потерь, в том числе и за счет предотвращения аварийных ситуаций, что в итоге повышает производительность труда и снижает издержки производства, а также повышает качество заготовки. Это достигается благодаря полноте, своевременности и оптимальности принимаемых решений в ходе технологического процесса.

       

Рисунок 10 – Схема двухручьевой слябовой МНЛЗ № 6

Требования, предъявляемые к АСУ ТП

Основными техническими требованиями предъявляемыми к АСУ ТП МНЛЗ №6 являются:

1)обеспечение широкого температурного диапазона работы технических средств локальных систем автоматического управления (САУ);

2) распределенная система электропитания;

3)обеспечение надежного контура заземлений на каждой отдельной площадке объекта автоматизации;

4)защита контрольно-измерительных и информационных каналов от внешних воздействий, а также усиление передаваемых сигналов;

5)выбор оптимального, с точки зрения эффективности, надежности и взаимозаменяемости составных частей, удовлетворяющего международным стандартам контроллерного оборудования;

6) выбор оптимального, с точки зрения пылевлагонепроницаемости, а также защиты от электромагнитного излучения, коррозии и др. факторов, удовлетворяющего международным стандартам конструктива шкафа цехового контроллера, шкафов автоматики локальных САУ и автоматизированного рабочего места системного инженера (АРМ);

7)обеспечение высоконадежных каналов обмена технологической информацией между отдельными автоматизированными объектами и централизованной системой управления и контроля;

8) резервирование основной аппаратуры контроля и управления, а также наиболее важных каналов передачи информации;

9) обеспечение аппаратного и программного аварийного останова технологического комплекса при аварийных ситуациях;

10) обеспечение высокоэффективного человеко-машинного интерфейса в системе визуализации и мониторинга;

11) обеспечение обмена данными по информационным каналам в реальном масштабе времени;

12) эффективная, с точки зрения скорости обнаружения неисправности, и надежная диагностика программно-аппаратных средств;

13) обеспечение обслуживающего персонала качественной эксплуатационной документацией, а также инструментом для монтажа и диагностики.

ЛЕКЦИЯ № 7

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ  

  ПРОКАТНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ

ПРЕДПРИЯТИЙ

1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРОКАТНОГО СТАНА И

ВЫПОЛНЯЕМЫЕ ИМ ЗАДАЧИ

1.1 Описание прокатного стана

В связи с развитием производства проката появилась необходимость в применении технологического процесса автоматизации и механизации основанном на движении обрабатываемого металла потоком. Это стало причиной для объединения машин в одну поточную линию и соответствующего соединения их частей для осуществления передачи металла между машинами. Такого рода система машин названа прокатным станом.

Прокатный стан – система машин, служащая для реализации как собственного процесса прокатки, часто за несколько стадий, так и вспомогательных операций, которыми сопровождается производство.

Главная линия стана – линия, служащая для межвалковой деформации металла, на которой находится основное оборудование стана. Механическое оборудование, выполняющее прочие операции – вспомогательные машины и механизмы стана.

Устройство прокатного стана различается в зависимости от технологического процесса или сортимента продукции. Сортимент продукции станов прокатного производства делится на заготовочный, листовой, полосовой, сортовой, а также балочный, проволочный, деталепрокатный и другие.

Главная задача производства – обеспечение требований к форме, размерам, поверхности проката и физико-механическим свойствам.

Прокатные станы делят по технологическому процессу на следующие группы:

– обжимные,

– литейно-прокатные, в том числе непрерывные, холодной прокатки,

– реверсивные,

– тандемы,

– одноклетьевые,

– многоклетьевые,

– слябинги,

– блюминги.

В состав непрерывного стана входят следующие группы оборудования:

- нагревательные печи для нагрева катаных или литых слябов, расположенные на расстоянии клети в составе черновой группы, исключающем одновременную прокатку в двух клетях;

- непрерывная чистовая группа клетей;

- моталки, обеспечивающие сматывание полосы в чистовой группе клетей после прокатки;

- транспортные рольганги перед и между клетями черновой группы, промежуточный рольганг между черновой и чистовой группой, отводящей рольганг после чистовой группы с устройством для охлаждения полосы;

- устройство для гидросбива и удаления окалины;

- вспомогательные механизмы, в том числе:

- толкатели у печей;

- ножницы, служащие для обрезки концов полосы, установленные перед чистовой группой;

- механизм выдачи сляба из печей;

- перевалочные механизмы и другое.

ПРОКАТНЫЕ СТАНЫ КАК ОБЪЕКТЫ

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Основная задача прокатного производства состоит в обеспечении требуемого качества проката, т.е. в обеспечении соответствия геометрических размеров, формы, физико-механических свойств и состояния поверхности проката заданным требованиям.

Процесс производства проката осуществляется в несколько стадий, каждая из которых включает следующие основные технологические операции:

– подготовка металла к прокатке;

- нагрев металла перед прокаткой (при горячей прокатке);

– прокатка металла;

– отделка проката.

Современные прокатные станы оснащены автоматизированными системами управления технологическим процессом прокатки (АСУ ТП прокатных станов) на основе микропроцессорных контроллеров и управляющих электронно-вычислительных машин (УВМ).

Обычно АСУ ТП строится как иерархическая система управления. Непосредственное управление станом осуществляется локальными управляющими устройствами, составляющими нижний уровень иерархии. Следующий уровень образуют локальные системы, управляющие отдельными участками (зонами) стана, например, зоной нагревательных печей, черновой группой клетей стана и т.п. На верхнем уровне иерархии располагается система управления станом в целом, взаимодействующая с его зональными системами управления. АСУ ТП различных технологических агрегатов, в свою очередь, могут быть подчинены системе управления всем технологическим комплексом предприятия. В последнем случае следует говорить уже не об АСУ ТП, а об автоматизированной системе управления предприятием (АСУП).

Функциональные задачи АСУ ТП прокатного стана могут быть классифицированы по следующим признакам: 

– стадия управления;

– вид объекта управления;

– период управления;

– характер задачи управления;

– вид управляемых показателей.

В зависимости от стадии управления функции АСУ ТП подразделяют на: информационные и управляющие.

К информационным функциям относят сбор информации о состоянии стана и представление ее в удобном для дальнейшего использования виде.

К управляющим функциям относят выработку и реализацию управляющих воздействий на основании информации о состоянии стана.

По виду объекта управления функциональные задачи АСУ ТП прокатного стана подразделяются на задачи управления:

– прокатным станом в целом;

– зонами (участками) стана и агрегатами технологической линии,

– отдельными устройствами и системами стана и агрегатов.

В зависимости от количества полос, прокатываемых за период управления, целесообразно различать задачи управления станом при прокатке:

– последовательности партий полос;

– отдельных партий полос;

– отдельных полос;

– при осуществлении отдельных проходов.

По характеру функциональные задачи АСУ ТП можно подразделить на:

– задачи подготовки стана к прокатке;

– задачи непосредственного управления прокаткой.

Управляемые показатели процесса прокатки на стане можно подразделить на:

 – переменные устройств стана, характеризующие работу приводов, устройств и систем стана (угловые скорости вращения валков, перемещения нажимных механизмов и т.п.),

 – технологические переменные стана, непосредственно характеризующие процесс прокатки (размеры поперечного сечения прокатываемой полосы и т. п.).

В соответствии с этим по виду управляемых показателей функциональные задачи АСУ ТП прокатного стана можно подразделить на задачи управления переменными устройств и технологическими переменными стана.

Рассмотрим характерные функциональные задачи АСУ ТП прокатного стана (рис. 1.1):

Слежение за прохождением прокатываемого металла по всей технологической линии от склада заготовок до склада продукции является важнейшей информационной функцией АСУ ТП стана.

Рисунок 1.1 – Функциональные задачи АСУ ТП прокатного стана

Управление станом при прокатке партии полос складывается из подготовки стана к прокатке и управления процессом прокатки партии полос.

Подготовка стана к прокатке очередной партии полос включает: расчет программы прокатки; настройку стана.

Расчет программы прокатки партии полос заключается в определении законов изменения заданий локальным системам в функции времени и положения полос, обеспечивающих оптимальную прокатку партии полос.

Настройка стана заключается в выдаче локальным системам заданий, обеспечивающих приведение стана в исходное состояние для прокатки очередной партии полос, и реализацию этих заданий локальными системами. Расчет программы прокатки выполняется зональными УВМ на основании характеристик партии полос таким образом, чтобы обеспечить оптимальное протекание процесса прокатки.

Управление прокаткой партии полос включает управление темпом прокатки и управление станом при прокатке отдельных полос партии. Управление темпом прокатки имеет целью обеспечить прокатку полос на стане с оптимальными интервалами между ними. Оно осуществляется УВМ зоны нагревательных устройств на основании программы прокатки с учетом информации о фактическом положении полос в линии стана путем выработки команд на выдачу заготовок из нагревательных устройств стана. Управление станом при прокатке отдельной полосы партии можно подразделить на подготовку стана к прокатке полосы и управление процессом ее прокатки.

Подготовка стана к прокатке очередной полосы партии включает коррекцию программы прокатки и подстройку стана. Коррекция программы прокатки выполняется с целью обеспечить оптимальную прокатку очередной полосы с учетом ее фактических характеристик. Подстройка стана заключается в приведении его устройств и систем в исходное

состояние для прокатки очередной полосы в соответствии с откорректированной программой прокатки. Коррекция программы прокатки проводится зональными УВМ. При прокатке первой полосы партии коррекция выполняется на основании информации об отклонении фактических характеристик полосы от характеристик партии, на основании которых рассчитывалась программа. При прокатке последующих полос коррекцию целесообразно осуществлять на основании информации об отклонениях характеристик очередной полосы от характеристик предыдущей. Коррекция программы прокатки и подстройка для отдельных зон (агрегатов) стана может проводиться после прохождения полосой предыдущих зон (агрегатов) стана и уточнения фактических значений ее характеристик.

Управление процессом прокатки отдельной полосы партии сводится к изменению заданий локальным системам стана в функции времени и положения прокатываемой полосы в соответствии с откорректированной программой прокатки полосы и реализации этих изменений локальными системами.

Расчет программы прокатки проводится перед началом прокатки партии полос, а ее коррекция может осуществляться перед прокаткой очередной полосы партии и перед очередным проходом.

Структура автоматизированной системы управления

технологическим процессом современного прокатного стана

Для обеспечения высокого качества проката системы автоматизированного управления процессами прокатки должны отвечать весьма жестким требованиям, которые, в свою очередь, обусловливают определенные требования к технологическому процессу прокатки и технологическому оборудованию. Требования к технологическому процессу включают, прежде всего, допустимые пределы изменения показателей качества исходной заготовки, а также энергоносителей и других материалов, используемых в процессе прокатки. Общими требованиями к технологическому оборудованию являются достаточная мощность, быстродействие и надежность, а также возможность установки, эксплуатации и обслуживания технических средств автоматизации.

Автоматизация управления процессом прокатки обеспечивает увеличение доли проката высших категорий качества по геометрии и механическим свойствам. Достигаемое при автоматизированном управлении повышение скорости и темпа прокатки, сокращение времени настройки и перенастройки стана, а также сокращение времени простоев, вызванных нарушениями технологического процесса, повышает производительность прокатных станов.

Автоматизированное управление процессом прокатки существенно облегчает условия труда оперативного персонала прокатных станов и повышает его производительность, обеспечивает существенное сокращение расхода электроэнергии и топлива. Наряду с автоматизацией основного технологического оборудования прокатных станов имеет большое значение также автоматизация агрегатов подготовки металла к прокатке и отделки проката, в том числе травильных агрегатов, линий отжига, дрессировочных станов, агрегатов резки и т.д.

Структуру и принципы работы системы автоматизированного управления технологическим процессом прокатки рассмотрим на примере непрерывного широкополосного стана (НШС) горячей прокатки.

Цель автоматизации сложного металлургического агрегата, каким является непрерывный широкополосный стан – обеспечение независимости качества проката и производительности стана от обслуживающего персонала. При этом должны предотвращаться перегрузки оборудования, а затраты на обслуживание при полном использовании оборудования должны поддерживаться на минимальном уровне. Необходимо предусмотреть возможность использования более низких уровней автоматизации, т.е. должна обеспечиваться возможность частичного или полного ручного управления станом.

В соответствии с ГОСТ 24.103-84 АСУ ТП прокатного стана должна функционировать в следующих режимах:

– в информационно-советующем режиме, при котором средства вычислительной техники вырабатывают и выдают оперативному персоналу рекомендации по рациональному управлению процессом в комбинированном режиме, при котором средства вычислительной техники автоматически изменяют уставки и параметры настройки локальных систем регулирования;

– в режиме прямого управления, при котором средства вычислительной техники        обеспечивают        непосредственное        управление исполнительными устройствами.

АСУ ТП современного широкополосного стана горячей прокатки осуществляет автоматическое управление технологическим процессом, начиная от взвешивания слябов перед нагревательными печами и заканчивая маркированием рулонов на конвейерах моталок. На рис. 2.1 приведена функциональная блок-схема такой системы для стана, выдающего продукцию в виде рулонов.

Входной узел системы решает задачу выбора очередности прокатки партий слябов, предусмотренных плановым заданием. Выбранная очередность должна обеспечивать минимально возможное число перевалок рабочих валков при прокатке всех партий данного планового задания и в то же время минимум простоев стана из-за недостаточного прогрева слябов в печах. Оценка выбираемой очередности прокатки партий осуществляется по величине суммарных простоев, вызванных как перевалками, так и неготовностью слябов в печах.

Определение оптимальной последовательности прокатки партий слябов, предусмотренных плановым заданием (например, суточным) представляет собой задачу математического программирования, решаемую на математической модели стана и печей. Такая модель устанавливает зависимость искажения профиля полосы и износа валков от количества и характеристик прокатанных слябов; ограничения на искажение профиля в зависимости от толщины и ширины полосы; длительность машинного времени как функции типоразмера сляба и полосы; длительность нахождения слябов в печи в зависимости от их типоразмеров и очередности загрузки.

Найденный оптимальный план-график прокатки партий слябов является одновременно планом-графиком подачи слябов со склада для посадки их в нагревательные печи. Этот график передается на склад слябов и в соответствии с ним на загрузочный рольганг стана подаются партии слябов. Одновременно с подачей слябов в систему передается необходимая информация, позволяющая организовать процесс их нагрева и прокатки. На основании этой информации решается задача выбора распределения слябов по печам и осуществляется управление их посадкой в печи. Операция посадки слябов в печи обычно сочетается с операциями выдачи нагретых слябов, которые регламентируются темпом прокатки, определяемым либо по длительности машинных времен прокатки полос, либо из условий нагрева слябов, если узким местом становятся нагревательные печи.

За продвигаемыми через печи слябами осуществляется непрерывное слежение, позволяющее определять положение отдельных слябов в печи относительно зон и получать о них всю необходимую информацию.

Такое информационное сопровождение слябов в печах обеспечивает одновременно с выдачей из печи очередного сляба выдачу всей информации об этом слябе, поступающей в систему информационного сопровождения металла на линии стана. Кроме того, информация о положении слябов разных партий в печи относительно зон используется для решения задачи оптимизации теплового режима печей. Это позволяет в условиях переменной скорости продвижения слябов с различными характеристиками через зоны печи устанавливать в этих зонах такие тепловые режимы, при которых достигаются минимальные колебания теплосодержания выдаваемых из печей слябов.

Система информационного сопровождения металла на линии стана получает сигналы от фотореле, установленных на секциях рольганга, у клетей и от нагрузочных реле этих клетей, чем осуществляется слежение за движением каждого сляба по линии стана вплоть до передачи раскатанной и свернутой в рулон полосы на охлаждающий конвейер.

Рисунок 2.1 – Информационно-управляющая система непрерывного широкополосного стана горячей

прокатки

Особо осуществляется слежение за прохождением через линию стана последнего сляба данной партии, что позволяет давать автоматически разрешение на перестройку клетей и механизмов стана, после того как последний сляб партии пройдет через них. Перестройка стана осуществляется в соответствии с заранее разработанными программами, хранящимися в устройствах памяти (например, записанными на магнитной ленте, либо магнитных дисках). Каждая такая программа соответствует определенным размерам сляба, марке стали и конечным размерам полосы, которые являются кодом распознавания программы. Так как марка стали, размеры сляба и полосы являются составными частями информации, поступающей в систему информационного сопровождения слябов на линии стана, то при выдаче очередного сляба из печи одновременно осуществляется поиск в устройстве хранения программы настройки стана, соответствующей данной информации о выданном слябе.

Программа настройки представляет собой набор команд-заданий исполнительным устройствам, осуществляющим перестройку стана на новый типоразмер полосы. Такими устройствами являются позиционирующие устройства нажимных винтов клетей и направляющих линеек и задающие устройства регуляторов скорости клетей, а также регуляторов толщины, температуры и натяжения полосы.

Программа настройки стана рассчитывается на номинальные для данного типоразмера слябов пластические свойства, которые в реальных условиях имеют значительные разбросы как вследствие колебаний теплосодержания сляба, так и вследствие вариаций химического состава стали. Поэтому величины давлений металла на валки оказываются отличными от расчетных, что приводит к отклонениям толщин металла по структура АСУ ТП современного прокатного стана клетям и искажению профиля полосы на выходе из стана. Чтобы эти искажения были минимальными, предусматривается самонастройка клетей. Для черновой группы эта самонастройка осуществляется на основании расчета фактических пластических свойств данного сляба по величинам приращений давления металла на валки клетей.

Ухудшение пластических свойств прокатываемого металла означает увеличение давления металла на валки, и как следствие, увеличение толщин металла на выходе из клетей. Это увеличение в относительных единицах будет наиболее значительным в последних клетях стана, поскольку повышение в них давлений будет обусловливаться как ухудшением пластических свойств металла, так и увеличением его входных толщин вследствие повышенных давлений в предыдущих клетях. Таким образом, уточнение обжатий означает перераспределение обжатий по клетям, обеспечивающее за счет некоторого увеличения величин обжатий в первых клетях возможно меньшие изменения давления в последних клетях.

Клети чистовой группы оборудуются регуляторами толщины полосы, в которых по положению нажимного устройства и величине давления металла на валки, измеряемой с помощью месдоз, рассчитывается зазор между валками, т.е. толщина металла на выходе из валков. При отклонении рассчитанной величины зазора от заданного значения регулятор толщины, воздействуя на привод нажимного устройства, устраняет это отклонение.

Так как толщина металла в клетях рассчитывается по показаниям датчика положения нажимного устройства и величине давления металла на валки, то при износе валков и их тепловой деформации возникает ошибка. В результате этой ошибки толщина полосы, выходящей из стана, может иметь отклонение от требуемого значения. Для подстройки задания регуляторам толщины        за последней клетью         чистовой группы устанавливают рентгеновский или радиоактивный измеритель толщины ИТ, с показанием которого сопоставляется расчетная толщина полосы в последней клети стана. Помимо величин обжатий по клетям, программа настройки стана выдает также уставки регуляторов скоростей клетей, уточняемые по изменению положений роликов петледержателей. Если скорость валков последующей клети неточно соответствует скорости предыдущей, то петля между этими клетями, образуемая петледержателем, будет либо увеличиваться, либо уменьшаться. Выявленное при этом изменение петли по изменению положения ролика петледержателя вызывает соответствующее изменение уставки регулятора скорости клети, приводящее к восстановлению петли.

Как уже указывалось выше, управление температурой конца прокатки осуществляется изменением скоростного режима клетей чистовой группы. При достаточно быстром повышении скорости прокатки увеличение теплосодержания металла полосы компенсирует потерю тепла вследствие охлаждения из-за лучеиспускания в окружающую среду и соприкосновения металла с валками клетей, в результате чего температура полосы на выходе из стана может не только сохраняться неизменной, но даже повышаться к концу полосы. Для достижения заданного перепада температур полосы по ее длине, на выходе из чистовых клетей для каждого типоразмера полосы  может быть найден требуемый закон изменения скорости прокатки в чистовой группе.

Регулирование температуры смотки полосы осуществляется изменением расхода охлаждающей воды по длине участка охлаждения. Температура, до которой охлаждается полоса, и скорость снижения температуры определяют механические свойства полосы и зависят как от марки стали (содержание углерода в стали), так и от геометрических размеров (толщины полосы). Для каждого типоразмера полосы заранее находится оптимальный закон снижения температуры, задающий расходы воды, подаваемой по секциям участка охлаждения. Корректировка этого распределения охлаждающей воды осуществляется с помощью пирометра, контролирующего фактическую температуру полосы перед моталками.

Контроль геометрических размеров прокатанной полосы осуществляется с помощью рентгеновского или радиоактивного измерителя толщины ИТ и фотоэлектрического измерителя ширины ИШ, установленных за последней клетью стана. Показания измерителя толщины, как это было показано выше, используется для сравнения с расчетной величиной зазора в последней клети и подстройки установок регулятора толщины.

Локальные системы автоматизированного управления

технологическими параметрами прокатки

Как уже указывалось, управляемые переменные прокатного стана как объекта управления можно подразделить на две группы: переменные устройств стана и технологические переменные стана (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 – Управляемые переменные прокатного стана

К управляемым переменным устройств стана, характеризующим функционирование его устройств и систем, относятся:

– координаты и скорости движения рабочих органов устройств стана;

– силы и моменты, развиваемые устройствами стана;

– расходы и давления охлаждающей жидкости и т. п.

Технологические переменные стана непосредственно характеризуют процесс прокатки и включают:

– координаты и скорости движения полос;

– показатели геометрии полос (размеры поперечного        сечения, характеристики формы полосы и ее длина);

– силы и моменты прокатки, натяжение полос между клетями;

температуру прокатываемого металла.

Управление перечисленными переменными реализуют входящие в состав АСУ ТП локальные системы управления, которые в соответствии с классификацией управляемых переменных стана можно подразделить на

системы управления переменными устройств стана и системы управления технологическими переменными стана.

Системы управления переменными устройств стана, или просто системы управления устройствами стана подразделяются на системы управления:

– положением и скоростью устройств;

– силами (моментами) устройств;

– расходами жидкости через устройства и т. п.

В свою очередь, системы управления технологическими переменными стана можно подразделить на системы управления:

– положением и скоростью перемещения проката;

– геометрическими параметрами прокатываемых полос;

– показателями состояния полос между клетями;

– температурой прокатываемого металла.

К системам автоматического управления геометрией проката относятся системы регулирования размеров поперечного сечения и показателей формы прокатываемых полос, а также системы раскроя полос. Автоматическое регулирование размеров поперечного сечения и показателей формы прокатываемых полос является основным средством получения проката, имеющего требуемые размеры поперечного сечения и форму. Автоматический раскрой проката обеспечивает прорезку прокатанных полос на части требуемой длины с минимальными отходами.

Системы автоматического управления состоянием проката между клетями включают системы регулирования прогиба (провисания) полосы и системы регулирования натяжения полосы между клетями при непрерывной прокатке, или системы регулирования петли и натяжения. Автоматическое управление состоянием полосы между клетями при непрерывной прокатке имеет целью, прежде всего, обеспечить осуществление процесса непрерывной прокатки, который невозможен без постоянного управления этими показателями. Кроме того, управление состоянием полосы между клетями непрерывного стана способствует получению проката с требуемыми размерами поперечного сечения и требуемой формы.

Системы автоматического управления температурой прокатываемого металла осуществляют регулирование температуры металла на различных этапах процесса прокатки с целью получения требуемых физико- механических характеристик проката.

Рассмотрим структуру основных локальных систем автоматического управления и математические зависимости, на которых базируется их реализация.

Система позиционного управления

Системы позиционного управления обеспечивают автоматическое управление подъемными столами, сталкивателями, приемниками слябов, направляющими линейками, нажимными устройствами горизонтальных и вертикальных валков клетей, механизмами установки раствора тянущих и формирующих роликов моталок и кареток измерителей ширины. 

Основа  этих систем – следящий привод, который представляет собой замкнутую активную динамическую систему, управляющую перемещением объекта регулирования. При этом регулируемая величина с той или иной степенью точности воспроизводит перемещение, заданное  управляющим воздействием.

В измерительном устройстве ИУ (рис. 3.2) производится сравнение текущего значения регулируемой величины с управляющим воздействием (заданием) и на основе этого сравнения формируется сигнал ошибки — первичный сигнал управления.

Информация о текущем значении регулируемой величины поступает в измерительное устройство по каналу главной обратной связи.

Рисунок 3.2 – Структурная схема следящего привода

Преобразующее        устройство (ПУ) следящего привода служит для преобразования сигнала ошибки к виду, удобному для дальнейшего использования.

Предварительный усилитель УП предназначен для усиления сигнала по напряжению и мощности до значений, достаточных для управления усилителем мощности УМ.

В этом усилителе производится также сравнение названного сигнала с сигналом, поступающим от параллельного корректирующего устройства ПКУ.

Назначение ПКУ – улучшение качества регулирования. Так, при подсоединении датчика перемещения к выходу объекта регулирования ОР для повышения устойчивости следящего привода организуют дополнительный канал обратной связи с использованием сигнала от датчика скорости.

Регулирующее воздействие (например, в виде вращающего момента), непосредственно прикладываемое к объекту регулирования ОР, создается с помощью силовой части СЧ следящего привода. Силовая часть состоит из усилителя мощности УМ (например, тиристорного преобразователя), исполнительного двигателя ИД и механической передачи МП.

Перемещение исполнительным двигателем объекта регулирования происходит в направлении уменьшения сигнала ошибки. Если сигнал ошибки равен нулю, то значение регулируемой величины совпадает со значением управляющего воздействия (задания).

ПРИМЕР ПРОКАТНОГО СТАНА

Основной 3,5-х метровый четырёх валковый прокатный стан (рис. 1) был построен в 1971 году. Серьёзная модернизация была проведена в 1999 году. Благодаря модернизации стана были созданы условия для усовершенствования геометрии и повышения качества поверхности проката, тем самым был расширен ассортимент выпускаемой продукции. Стан позволяет изготавливать листовые материалы с широким диапазоном размеров по толщине от 5 до 70 мм и большими размерами по ширине от 1000 до 3300 мм. Продукция, выпускаемая предприятием, предназначена для изготовления стальных конструкций мостовых сооружений и судов,

деталей транспортных средств, износостойких изделий, специальной продукции военного назначения, а также для штамповки посуды при нормальной и высокой температуре. Помимо этого выпускаются листовые материалы с повышенной коррозионной стойкостью, специального назначения с армированием и разнообразным профилем накатки, листы для сварных труб. Особое место среди продукции предприятия занимают фасонные детали и изделия со сложным профилем.

БАЗОВЫЕ СРЕДСТВА КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ

Руководством предприятия было принято решение о комплексной автоматизации основного производства комбината. Программное обеспечение автоматизации управления металлургическим предприятием должно легко адаптироваться к существующим программным комплексам, учитывать особенности бизнес процессов и производства, обеспечить менеджмент достоверными и оперативными данными.

Для реализации этой задачи было выбрано программное обеспечение компании ICONICS (США).

По опыту российских и зарубежных системных интеграторов внедрение и ввод в эксплуатацию SCADA - системы и комплекса бизнес приложений компании ICONICS на предприятиях металлургической отрасли происходят довольно быстро. И это несмотря на то, что само по себе внедрение подобных  систем на крупном предприятии с непрерывным циклом производства –процесс достаточно трудоёмкий и многометровый пресс для проката листов толщиной от 5 до 70 мм и шириной до 3,3 м.

Рисунок 1 – Структура планирования и управления основным производственным циклом

ДЕТАЛИЗАЦИЯ ПРОЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ

Систему управления металлургическим комбинатом можно условно разделить на три уровня:

● верхний уровень, включающий в себя систему планирования, прогнозирования и управления производством;

● нижний уровень, объединяющий основные технологические процессы в SCADA систему;

● уровень вспомогательного производства, в который входят все службы, занятые подготовкой и обслуживанием основного производства.

Рассмотрим нижний уровень, который представлен автоматизированной системой прокатного стана, выполненной на базе контроллеров Siemens S7 400 с OPC серверами Kepware. Контроллеры установлены на каждом участке обработки продукции. Применение оборудования Siemens на нижнем уровне АСУ ТП обусловлено двумя причинами, и обе они связаны с тем, что последняя модернизация аппаратуры системы проводилась в 1984 году на базе ПЛК Siemens ранних выпусков.

Структурная схема АСУ ТП прокатного стана металлургического комбината «Витковице Стил» приведена на рисунке 2.

Верхний уровень АСУ ТП прокатного стана полностью выполнен на базе программного обеспечения ICONICS.

Рисунок 2 – Структурная схема АСУ ТП прокатного стана

Далее перечислены основные характеристики АСУ ТП «Витковице стил».

● Ввод - вывод более 8000 тегов в реальном масштабе времени.

● 50 рабочих мест Graph Wor X32:

● визуализация данных в реальном времени;

● интеграция с системой планирования предприятия на базе Oracle.

● Центральная база данных Oracle:

● использование сервера Alpha с кластерной топологией;

_

Рисунок 3 – Экранная форма системы управления прокатным станом (схема проката листовых материалов)

● Trend Wor X32 архивация данных вOracle;

● интенсивное применение баз данных OPC серверов ICONICS.

● Интерфейс, адаптированный к привычной системе управления.

● Отказоустойчивые ПК Stratus FT 4600.

● Операционная система Microsoft Windows Server 2003.

● Система безопасности, интегрированная с доменом NT.

● Более 150 пользователей.

Рисунок 4 – Мнемосхема работы прокатного стана

К основным функциональным особенностям проекта можно

отнести:

● интеграцию информационных ресурсов и корпоративных приложений

как единой бизнес среды;

● наличие поискового механизма (поиск информации по ключевым словам, содержащимся как внутри самого документа, так и в его атрибутах);

● управление данными (отслеживание версий, подтверждение возможности редактирования и публикации, подписка на обновлённые ресурсы, создание профилей документов);

● обеспечение безопасности и разграничение прав доступа к ОРС  данным, отчётам и прочим документам;

● обеспечение совместной работы как отдельных узлов, так и всего предприятия в целом (пользователи получают доступ ко всем этим возможностям через привычный интерфейс обозревателя Internet Explorer, а также из офисных приложений Microsoft Office).

ЛЕКЦИЯ № 8

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ   ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГЕТИКИ

Нужны ли АСУ ТП в энергетике?

Стимулом к участию в третьей конференции «Современные методы управления надежностью и эффективностью тепловых электростанций. Передовые технологии для ТЭС» стало прежде всего то обстоятельство, что в начале своей профессиональной деятельности мне пришлось создавать и внедрять управляющий комплекс на одной из крупнейших в СССР Змиевской ГРЭС.

  И когда по приглашению НПО «Санкт-Петербургская электротехническая компания» нынешней осенью мне представилась возможность посетить конференцию, то захотелось узнать, что же произошло в этой области за прошедшие годы.

Оказалось, не так много, как можно было предположить, учитывая колоссальный отрезок времени. Застой в области автоматизации электростанций особенно заметен на фоне калейдоскопической смены декораций, происходящей в компьютерном мире, где то, что было 40 лет назад, сегодня кажется древней историей. К тому же в новейшее время этот застой усугубился специфической сложностью текущего момента, а именно сомнительными реформами в отечественной энергетике, разделением генерирующих и передающих предприятий и иными национальными особенностями переходного периода.

По существу, на отечественных энергетических объектах основные технологические процессы преобразования топлива или потока воды в энергию остались неизменными. Соответственно неизменными остались и проблемы, волнующие тех, кто занимается эксплуатацией электростанций. Для них критичным является сохранение имеющегося в их распоряжении оборудования в работоспособном состоянии и внедрение технологий, способных повысить коэффициент полезного действия на 5-10%, а не АСУ ТП, поднимающие его на какие-то доли процента.

Впрочем, в стране есть несколько станций, полностью собранных из импортных компонентов, снабженных всеми необходимыми компонентами АСУ ТП, чаще именуемых сегодня системами диспетчерского контроля и сбора данных (Supervisory Control And Data Acquisition, SCADA); подобными станциями управляет один оператор. Нет ничего удивительного в том, что в конференции принял участие всего один производитель оборудования для SCADA, компания Yokogawa, и еще присутствовала компания «Сайнер», которая специализируется на отраслевых системах принятия решений и управления предприятиями. Доминировали же в перечне ИТ-компаний поставщики хорошо известных универсальных решений, для которых энергетика мало чем отличается от многих других сфер.

Не надо быть провидцем, чтобы понять: нынешнее пребывание АСУ ТП в роли Золушки не может продолжаться вечно. Пока вторичность автоматизации обусловлена отсутствием конкуренции и сохраняющимися отраслевыми сложностями, но не менее очевидно и другое: создание надежной, безопасной и экологичной энергетики без высококачественных систем управления невозможно, их появление — вопрос времени. А потому проведение конференции, в название которой вынесено упоминание о «современных методах управления» и «передовых технологиях», символично.

Так нужны ли АСУ ТП для энергетики? Сегодня, возможно, и не очень, но завтра они с неизбежностью будут востребованы.

Автоматизация в энергетике

Для энергетической отрасли чрезвычайно важным аспектом автоматизации является внедрение новых средств измерения и передовых технологий учета энергии и энергосбережения. Современные системы АСУ ТП на предприятиях энергетического комплекса выполняют следующие функции: контроль и управление, обмен данными, обработку, накопление и хранение информации, формирование сигналов тревог, построение графиков и отчетов.

Следующим уровнем автоматизации энергетики является разработка корпоративных информационных систем, пронизывающей все уровни управления предприятием. Речь идет о следующих уровнях:

Уровень контроля и управления технологическими процессами — цехами, участками, технологическими линиями и др.;

Уровень производственной деятельности (руководители производства, службы главного механика, главного технолога и др.); на этом уровне необходима поддержка пооперационного планирования, контроля оборудования, контроля производительности;

Уровень финансово-хозяйственной деятельности; здесь мы говорим о коммерческой стороне деятельности предприятия, где необходима поддержка финансового учета, логистики, планирования в масштабах целого предприятия так далее.

АСУ ТП водогрейного котла КВ ГМ на базе ОВЕН ПЛК110

10 июля 2010

ЖКХСП270МВ110-pHМодули вводаПЛК100

Компания: ООО ПМНУ «Котломонтажсервис»

Город: Бийск

 

Предприятием «Котломонтажсервис» (г. Бийск) разработана и внедрена АСУ ТП водогрейного котла КВ ГМ. Аппаратное решение создано на базе контрольно-измерительных средств ОВЕН: логического контроллера ПЛК110, модуля скоростного ввода аналоговых сигналов МВ110-220.8АС, панели оператора СП270.

 

Малые объекты теплоэнергетики испытывают острую необходимость в модернизации технологического оборудования и особенно средств автоматического управления. Важнейшим инструментом повышения эффективности управления котельных является создание систем на основе современных микропроцессорных программируемых логических контроллеров (ПЛК). Оптимальное решение – разработка полномасштабных интегрированных АСУ ТП взамен устаревших систем, позволяющих добиться качественно нового уровня управления. По сравнительным оценкам такой подход экономически оправдан и по размерам затрат на внедрение, и по показателям эффективности (экономии энергоресурсов, снижению аварийности, рациональному использованию оборудования), а также повышению общей культуры производства. Примером подобного решения является АСУ ТП водогрейного котла КВ ГМ, разработанная и внедренная усилиями предприятия «Котломонтажсервис» (г. Бийск).

Водогрейный котел (КВ-ГМ-7,56-150Н) был изготовлен Дорогобужским котельным заводом и установлен на центральной котельной в поселке Магаданской области в качестве основного источника теплоснабжения. Котел предназначен для получения горячей воды давлением до 1,6 МПа и номинальной температурой 150 °С, используемой в системах отопления и горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения, а также для технологических целей. Котел оборудован газо-мазутной горелкой с ротационной форсункой (РГМГ–7), предназначенной для раздельного сжигания жидкого и газообразного топлива.

До недавнего времени все технологические операции по обеспечению работы котла производились вручную. Так продолжаться не могло. Для этого была разработана и внедрена система автоматического управления водогрейным котлом, построенная на основе программируемого контроллера, позволившая автоматизировать процесс получения тепловой энергии. Среди основных требований к новой системе управления были следующие:

• обеспечение безопасного технологического режима;
• снижение расходов топлива и электроэнергии;
• увеличение срока службы технологического оборудования;
• снижение вредных выбросов в атмосферу;
• улучшение условий труда обслуживающего персонала.

Забегая вперед, отметим: как показал последующий опыт эксплуатации водогрейного котла с новой системой управления, все перечисленные требования были достигнуты.

Комплекс технических средств

Конструктивно АСУ выполнена в виде отдельных шкафов (шкаф управления котлом и шкаф измерений и розжига) со своими пультами управления и панелями индикации. Аппаратное решение создано на базе контрольно-измерительных средств ОВЕН:

• логического контроллера ПЛК110  (управление котлом);
• модуля МВ110-220.8АС  (сбор и преобразование аналоговых сигналов);
• панели СП270  (отображение параметров технологического процесса и состояния оборудования);

Основополагающим критерием выбора контроллера ПЛК110 в качестве управляющего элемента системы стало, во-первых: его соответствие условиям эксплуатации, во-вторых: широкие возможности программирования в удобной среде  CoDeSys  и, в-третьих: накопленный опыт использования контроллеров ОВЕН на других объектах, показавших их высокую надежность.

Созданная система автоматики позволяет решать следующие задачи:

• автоматический розжиг котла;
• автоматический розжиг горелки котла с переходом в режим минимальной мощности;
• управление тепловым режимом котла (регулирование разрежения в топке, давления воздуха в общем воздуховоде, подачи газа в котел);
• регулирование температуры сетевой воды на выходе из котельной;
• защиту, светозвуковую сигнализацию и блокировку работы котла при неисправностях оборудования и отклонении от заданных технологических параметров в соответствии с требованиями СНиП II-35-76;
• управление технологическим оборудованием (дымосос, вентилятор, задвижки);
• обеспечение оперативно-технологического персонала информацией о параметрах теплового режима и состоянии технологического оборудования;
• автоматический сбор параметров технологического процесса.

Программно-технические средства

Средства автоматизации ОВЕН – та материальная база, на основе которой в совокупности с программой реализуются задачи управления котлом и информационного обеспечения персонала котельной. Структура системы – двухуровневая (рис. 1). На нижнем уровне располагаются датчики давления (ДДМ), датчики температуры с  нормирующими преобразователями (дТС, НПТ), исполнительные механизмы (МЭО-250, DSL), блоки питания (БП30), средства выбора режимов управления, пускатели, промежуточные реле.

На верхнем уровне реализуются основные управляющие и информационные функции системы, а  также производится первичная обработка информации. Контроллер и модуль размещены в шкафу управления. На ПЛК реализована система защиты и блокировки котла. Изменение параметров настройки системы управления может осуществляться в рабочем режиме.

Высокую надежность АСУ определяет система электропитания – контроллер подключен через источники бесперебойного питания. В случае нештатной ситуации предусмотрен ручной режим работы – средства дистанционного управления исполнительными механизмами с задвижками и клапанами позволяют оператору вести самостоятельно технологический процесс.

Реальный опыт эксплуатации созданной системы в котельной подтверждает ожидаемый эффект внедрения:

• повышение надежности работы котельной ячейки, своевременное обеспечение персонала информацией о состоянии всего технологического оборудования;
• снижение влияния человеческого фактора в технологическом процессе и вероятность возникновения аварийных режимов функционирования котла;
• экономия топлива за счет оптимального поддержания соотношения «топливо-воздух»;
• улучшение условий труда обслуживающего персонала, получение системы управления современного уровня, переход на качественно другой уровень управления производством.

"Факел-2000"
микропроцессорная система контроля и регулирования
котлоагрегатa с оптимизацией горения и компьютерным управлением

ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ "Факел-2000

Для производства пара и горячей воды в настоящее время широкое распространение имеют отечественные котлоагрегаты, разработанные и построенные более десяти лет тому назад. Они, как правило, удовлетворяют технологические потребности в теплоносителях, но их автоматика безнадежно морально и физически устарела. При этом она или плохо работает, или вообще разукомплектована. Отсутствуют приборы контроля состава дымовых газов. Эксплуатация котлов с такими системами управления становится небезопасной, а их работа очень расточительной. Требования к охране окружающей среды при этом вообще не выполняются.
Для эффективного и качественного сжигания топлива в котельных агрегатах должно быть точно сбалансировано соотношение "топливо - воздух". Недостаток воздуха при горении вызывает неполное сгорание и, как следствие, перерасход топлива. Избыток воздуха также приводит к перерасходу топлива на нагрев лишнего воздуха в составе отходящих газов. В обеих случаях сжигание топлива сопровождается повышенным выбросом в атмосферу высокотоксичных газов.

рис.1

На рис.1 приведена зависимость содержания основных компонентов продуктов сгорания (О2, СО2, СО, NOx) и КПД (η).котлоагрегата от коэффициента избытка воздуха (α).

Уменьшение коэффициента избытка воздуха, помимо снижения потерь теплоты с уходящими газами, является эффективным методом подавления образования оксидов азота. Это достигается только регулированием без удорожания технологического оборудования и усложнения конструкции горелочных устройств. Появление химнедожога определяет границу допустимого воздействия на уменьшение воздуха. Эта граница является гибкой и зависит, помимо характеристик горелочных устройств, от нагрузки котла, состава топлива (теплоты его сгорания, климатических условий, температуры топлива и воздуха, технического состояния оборудования и др. Область экономически выгодного режима сжигания топлива, обеспечиваемого автоматическим регулированием, выделена штриховкой.
Для реализации этих принципов требуется оснастить существующие и вновь проектируемые котлоагрегаты надежными анализаторами дымовых газов, быстродействующими микропроцессорными регуляторами, интеллектуальными регистрирующими приборами и, для создания АСУ ТП, соединить их с персональным управляющим компьютером в кольцо интерфейсного обмена информацией. Блок-схема предлагаемой системы "Факел-2000" для типового парового котлоагрегата средней мощности изображена на рис.2 и наглядно иллюстрирует принцип его работы.

рис.2

Автоматическую коррекцию соотношения "топливо-воздух" выполняет дополнительно установленный регулятор, который получает сигналы от анализаторов остаточного кислорода и химнедожога в дымовых газах. Датчики кислорода и оксида углерода устанавливаются непосредственно в газоход за котлом на пробозаборные зонды в представительные точки. Выход этого регулятора соотношения соединяется с третьим входом регулятора воздуха, осуществлявшего в прежней системе "грубое" регулирование подачи воздуха от датчиков расхода (давления) топлива и воздуха.
При реконструкции типовой схемы автоматики (щиты Щ-К2М) котла устаревшие регуляторы (типа Р25): топлива, воздуха, разряжения и уровня заменяются на микропроцессорные типа "Минитерм-400". Старые датчики давления соединяются с регуляторами через согласующие преобразователи типа ПД-Т, а новые датчики подключаются непосредственно к регуляторам. Исполнительные механизмы подключаются на прямую к новым регуляторам, так как у них имеются внутренние тиристорные пускатели.
Индикация и регистрация основных параметров техпроцесса котлоагрегата осуществляется многоканальным самопишущим прибором "Технограф-160", который по желанию оператора можно программировать на различные виды регистрации: аналоговую ( в виде линии) и/или дискретную ( в виде цифр).
Микропроцессорные регуляторы и многоканальный самописец объединены в локальную распределенную систему регулирования, которая может работать автономно и управляться вручную с лицевых панелей приборов. В месте с тем, эти пять регуляторов "Минитерм-400" объединены в кольцо с персональным компьютером по первому порту, а самописец "Технограф-160" -по второму порту интерфейсом RS-232.
Эта интегрированная информационно-управляющая система, работающая в супервизорном режиме и управляющая дистанционно одним котлом, обеспечивает:
-отображение мнемосхемы теплового процесса в котле с обозначением установленных датчиков, регулирующих клапанов и т.д.;
-выбор для работы любого регулятора из меню (до 16 штук);
-цифровое отображение на дисплее компьютера показаний датчиков в физических единицах (МПа, кПа, Па, мм, %) и состояний элементов мнемосхемы;
-просмотр параметров, управление процессом (в том числе изменение задания и ручное перемещение исполнительных механизмов),
-сообщения об отказах системы (выход уровня за допустимые пределы, отсутствие факела, и.т.д.);
-регистрацию и архивирование параметров технологического процесса;
-отображение и печать отчетов в виде таблиц и графиков.
В зависимости от программы, составленной по конкретному заданию, можно получить информацию не только о системе регулирования, но и дополнительно информацию от отдельных аналоговых и дискретных датчиков ( например, при включении в кольцо пяти приборов "Минитерм" на мнемосхеме имеется возможность отобразить до 25 аналоговых и 10 дискретных сигналов).
Оператор также имеет возможность изменить:
-название, присваиваемое каждому прибору "Минитерм",
-верхнее и нижнее предельные отклонения параметров от задания,
-присвоить параметру новые физические единицы и изменить масштаб шкалы.
Предлагаемая система управления легко может интегрироваться в любые информационно-управляющие сети, что дает возможность создания АСУ ТП уровня котельной с постепенным подключением СУ другими котлами и вспомогательным оборудованием (водоподготовка, общестанционное оборудование и т.п.).
Фрагменты работы программы ЭВМ, выводимых на экран дисплея, приведены на рис. 3, 4, 5, 6.

рис.3

рис.4

рис.5

рис.6

ПРЕИМУЩЕСТВА НОВОЙ СИСТЕМЫ:

-реализация энергосберегающих режимов работы котлоагрегатов;
-экономия топлива новой системой до 6-10% в среднегодовом исчислении;
-снижение выбросов оксидов азота в атмосферу на 30-40%;
-снижение потребления электроэнергии вентиляторами и дымососами на 20-35%;
-повышение надежности работы теплотехнического и механического оборудования за счет диагностики и контроля работы воздушно-газовых трактов, датчиков, исполнительных механизмов и др.;
-полная окупаемость затрат на реконструкцию за 8-12 месяцев;
-конкурентноспособность в цене по сравнении с зарубежными образцами в 4-5раз;
-поставка системы "под ключ";
-протоколирование работы котлоагрегата на принтер, дружественный интерфейс оператора, возможность просмотра текущего отчета, отчета за смену и передачи информации в любые информационные сети предприятия.

КОМПЛЕКТHОСТЬ

Основу предлагаемого комплекта системы составляет шкаф управления котлоагрегата с новыми современными приборами, которые заменяют существующие и/или дополняют их; включая:
-пять программируемых микропроцессорных регуляторов "Минитерм-400";
-анализаторы кислорода "О2-МАДГ-2" и химнедожога "СО-МАДГ-1";
-показывающий и самопишущий двенадцатиканальный прибор "Технограф-160"со специальной программой обработки информации;
-персональный компьютер IBM PC с програмным обеспечением и принтер.
Дополнительно, при необходимости, поставляются датчики технологических параметров и исполнительные механизмы.
Комплект поставки необходимого оборудования зависит от укомплектованности штатной системы автоматики и определяется условиями договора.

УСЛОВИЯ ПОСТАВКИ И ГАРАНТИИ РАЗРАБОТЧИКА

Поставка, монтаж и пуско-наладочные работы осуществляются научно-производственной фирмой "УРАН-СПб" по прямым договорам.
В комплект поставки входят:
-оборудование с техническими паспортами;
-техническое описание и инструкция по эксплуатации системы;
-гарантийные талоны обслуживания на срок до 1 года.
Работы выполняются Исполнителем "под ключ". При этом на договорной основе предлагаются любые сопутствующие работы по проектной привязке поставляемого оборудования, монтажу, наладке, сервисному обслуживанию и ремонту. Дополнительно на высоком уровне могут быть выполнены работы по режимной наладке котлоагрегатов, по ремонту и наладке штатной системы автоматики, обучение обслуживающего персонала.
Научно-производственная фирма "УРАH-СПб " гарантирует Вашему предприятию быструю поставку Системы "Факел-2000", внедрение и сервисное обслуживание на высоком уровне и самых выгодных условиях.

Автоматизована система управління котельні

25/11/2012

Метою впровадження системи автоматизації котлоагрегатів є підвищення надійності роботи обладнання та економічності спалювання газу. За рахунок оперативного контролю та автоматичного управління досягається найвищий рівень безпеки при експлуатації агрегатів.

Опис технологічного процесу

Типова котельня станція складається, як мінімум, з двох котлоагрегатів, що забезпечують нагрів води, що циркулює в робочому контурі. Триходовий кран, встановлений на вході контуру споживача, забезпечує регулювання температури води відповідно до уставці, що розраховується залежно від температури зовнішнього повітря. Під час штатної роботи працює один котел. Перемикання між котлами відбувається відповідно до часу напрацювання або в разі відмови працюючого котла.

Мал. 1. Функціональна схема АСУ

Опис системи автоматизації

Даний проект реалізується на спільному інтегруванні технічних засобів автоматизації та програмного забезпечення, що дозволяє здійснювати експлуатацію котельні без постійної участі обслуговуючого персоналу. Всі технологічні параметри, сигнали про поточний стан обладнання котельні, в тому числі сигнали про несправності, заносяться в журнали диспетчерського пункту оператора, яким може виступати як персональна робоча станція (ПК), так і HMI-панель.

АСУ поділяється на підсистему захисту, що включає пристрої сигналізації, і підсистему регулювання, що включає пристрої управління. Регулювання забезпечує оптимальний режим горіння за рахунок підтримки відповідного розрідження в топці і витрати (тиску) повітря, необхідної температури води, тиску / витрати в тепломережу. Підсистема безпеки забезпечує запобігання аваріям при порушенні нормального режиму роботи котлів.

Система автоматизації відповідає таким критеріям:

• ввисока надійність;
• можливість включення до складу існуючої АСУ підприємства;
• наочний і повнофункціональний інтерфейс оператора;
• використання сучасних технічних засобів;
• зниження експлуатаційних витрат.

Функції системи

1. Ручний пуск котла з контролем наступних параметрів:
• обов'язкова робота димососа і вентилятора при запалюванні;
• наявність полум'я на пальнику після розпалу.
2. Автоматичне і ручне регулювання навантаження по температурі води на виході (для водогрійних котлів) або тиску пари (для парових) шляхом управління шиберами вентилятора і газової заслінки (або клапана великого горіння);
3. Автоматичне або ручне регулювання розрідження в топці шляхом управління шибером димососа;
4. Автоматичне або ручне регулювання рівня в барабані парового котла шляхом управління поживним насосом;
5. Автоматичний захист і зупинка котла при виникненні аварійних ситуацій;
6. Автоматичне перемикання роботи котлоагрегатів відповідно до заданого розкладу або в разі аварійної зупинки одного з них;
7. Дистанційне керування регулюючими виконавчими механізмами;
8. Реалізація АРМ оператора з візуальним відображенням ходу технологічного процесу на екрані ПК або панелі, а саме:
• в цифровому вигляді на маршруті;
• стану виконавчих механізмів;
• попереджувальних повідомлень про аварійні ситуації в технологічному процесі;
• забезпечення системи паролів і розмежування прав доступу обслуговуючого персоналу;
• видача друкованих звітів в заданих формах;
• ведення журналу всіх дій оператора і подій системи;
9. Для здійснення оперативного управління агрегатом в ручному режимі (аварійні ситуації) передбачається установка елементів управління виконавчими механізмами в шафах управління;
10. Виконання алгоритмів аварійного захисту котла при:
• різкій зміні тиску газу;
• зниження тиску повітря;
• зниження тяги;
• виход температури води за аварійні границі;
• зникненні полум'я пальника;
• припинення роботи димососа;
• зупинці піддувного вентилятора.

Аварійний захист передбачає закриття клапана аварійної відсічення газу, продування котла, видачу відповідного повідомлення оператору та включення звукової сигналізації. Стан всіх сигналів датчиків-реле, що використовуються в системі, дублюються на операторських мнемосхемах, при цьому порушення аварійних / попереджувальних граничних значень параметрів супроводжується додатковим освітленням їх в місцях відображення (миготіння).

Мал. 2. Дисплейна мнемосхема оператора

Склад системи

На нижньому рівні використовується PLC VIPA 200V з набором модулів вводу-виводу (до 20 аналогових і 32 дискретних параметрів, а також 25 аварійних), в якому реалізуються всі функції регулювання. Місцеве управління і завдання уставок здійснюється з панелі оператора VIPA OP03, яка встановлюється на передній двері шафи. Управління вентиляторами здійснюється за допомогою частотних перетворювачів Lenze 8200Vector.

Верхній рівень реалізується на базі панелі оператора з сенсорним екраном 12 "VIPA TP 612C або звичайного офісного комп'ютера. В якості системи візуалізації використовується SCADA zenon.

Мал. 3. Шафи керування

Ефект від впровадження проекту

• підвищення надійності системи за рахунок усунення людського чинника при прийнятті рішень під час аварійних ситуацій;
• підвищення точності підтримки регульованих параметрів і, як наслідок, забезпечення належної якості енергоносія на виході системи;
• застосування частотних перетворювачів дозволило знизити споживання електроенергії, збільшити термін служби електродвигунів.

Автоматизация котельной для теплоснабжения и ГВС комплекса зданий и сооружений Калужской Епархии

Задача автоматизации

Новая котельная была построена взамен старой, и чтобы обеспечить собственнику экономию за счет сокращения затрат на обслуживающий персонал, было принято решение диспетчеризировать котельную. Проектированием и монтажом котельной занималась «Компания ТЕХНОСТРОЙ» (г. Калуга).

В задачу ИП Родикова В.В. входило:

1. Разработка программного обеспечения для системы автоматического управления общекотельной автоматики.
2. Разработка программного обеспечения для системы диспетчеризации данной котельной.

Реализация проекта и выбор средств автоматизации

Индивидуальный предприниматель Родиков В.В. (г. Калуга) занимается проектированием САУ и систем диспетчеризации, разработкой алгоритмов управления и реализацией проектов на свободно программируемых контроллерах для нестандартных технологических процессов, интеграцией и модернизацией существующих систем автоматического управления и диспетчеризации. Одной из разработок ИП Родикова В.В. на базе приборов ОВЕН стала система автоматического управления котельной для комплекса зданий и сооружений Калужской Епархии Русской Православной Церкви Московского Патриархата по адресу: г. Калуга, пл. Старый торг, д. 4.

В связи с довольно непростым заданием пришлось искать оборудование с соответствующими возможностями и оказалось, что на рынке автоматики не очень многие готовы предложить оборудование, удовлетворяющее необходимым требованиям.

А требования к оборудованию в системе автоматического управления были следующие:

1. Управление и сбор данных с более чем 100 входов-выходов.
2. Возможность реализации своего протокола для интерфейса Ethernet.
3. Возможность сохранения данных в контроллере в случае отключения электропитания.
4. Реализация сложных (нетиповых) алгоритмов управления.

Теоретически были рассмотрены 2 – 3 варианта, в том числе с использованием оборудования различных зарубежных производителей, но стоимость разработки при этом выходила в 2-5 раз больше, чем с использованием оборудования российского производителя – компании ОВЕН. Плюсом к тому явилось и то, что буквально под боком находится дилер компании ОВЕН, благодаря чему приобрести оборудование можно было с минимальными затратами на доставку. Таким образом, наиболее оптимальным вариантом стал выбор программируемого логического контроллера ОВЕН ПЛК100. Для наглядного отображения технологических параметров системы, вывода нештатных ситуаций и введения настроечных параметров и значений аварийных уставок используется панель оператора ОВЕН ИП320. Для сбора информации с датчиков давления и температуры и преобразования сигналов используются модуль ввода аналоговый МВА8 (3 шт.), модуль ввода дискретных сигналов МВ110-16Д (2 шт.) и модуль дискретного вывода МУ110-8Р. Помимо их в системе используются блоки питания ОВЕН БП60Б-Д4 и БП15Б-Д2, а также блок согласования фильтров БСФ. Конструктивно система управления выполнена в виде щита автоматики.

В соответствии с техническим заданием на разработку программного обеспечения объекта необходимо было обеспечить следующее: передача информации должна осуществляться с использованием технологии ADSL в диспетчерскую АДС МУП «Калугатеплосеть» с последующей передачей данных на сервер диспетчеризации, расположенный по адресу ул. Складская, 2а, в режиме реального времени.

На панель   индикации, в качестве которой используется панель оператора ОВЕН ИП320, должны выводиться текущие значения технологических параметров температуры:

- Температура прямой сетевой воды

- Температура обратной сетевой воды

- Температура прямой ГВС

- Температура обратной ГВС

- Температура за котлами

- Температура наружного воздуха

- Температура в помещении

- Температура воды на выходе из котла №1

- Температура воды на выходе из котла №2

 

и давления:

- Давление прямой сетевой воды

- Давление обратной сетевой воды

- Давление прямой ГВС

- Давление обратной ГВС

- Давление на входе котла №1

- Давление на входе котла №1

- Давление на входе из котлов

- Давление греющей воды водоподогревателя

- Давление холодной воды

- Давление после повысительного насоса

- Давление после ХВО

 

На панель оператора также выводится индикация нештатных ситуаций, перечень и значения аварийных уставок и перечень настроечных параметров котельной. Для аварийных уставок и настроечных параметров предусмотрена возможность изменения их как с панели оператора непосредственно из котельной, так и из диспетчерской АДС МУП «Калугатеплосеть». Эти значения могут быть автоматически использованы для восстановления значений при утере текущих значений.

Управление котельной может осуществляться как с панели оператора ОВЕН ИП320, которая установлена на щите автоматики, так и с удаленного компьютера по интерфейсу Ethernet. На мнемосхеме, созданной в среде CoDeSys, графически отображается состояние основного оборудования котельной в режиме реального времени (см. мнемосхему).

Отображение в режиме реального времени и архивирование технологических параметров котельной, а также нештатных ситуаций осуществляется как в диспетчерской АДС МУП «Калугатеплосеть», так и на сервере диспетчеризации (ул. Складская, 2а).

В диспетчерской АДС МУП «Калугатеплосеть» и на сервере диспетчеризации отображется мнемосхема с текущими значениями параметров работы котельной с реализацией отображения архивированных параметров в виде графиков по времени. Возникновение и устранение аварийных и нештатных ситуаций сопровождается звуковым сигналом, который звучит в диспетчерской АДС МУП «Калугатеплосеть». Существует также возможность дистанционного обзора котельной, включения и выключения Web-камеры из диспетчерской АДС МУП «Калугатеплосеть».

 

Результат автоматизации

Автоматизация котельной позволила:

• повысить надежности работы, обеспечить своевременное информирование персонала о состоянии всего технологического оборудования;
• снизить влияние человеческого фактора в технологическом процессе и вероятность возникновения аварийных режимов функционирования котлов;
• улучшила условия труда обслуживающего персонала.
• собирать и хранить значения технологических параметров котельной для диагностики   нештатных ситуаций и снижения их количества .

Основная сфера деятельности ЗАО «ИнСАТ» – производство тиражируемого программного обеспечения для промышленной автоматизации (SCADA, OPC).

Одним из основных продуктов компании ИнСАТ является Master SCADA – вертикально-интегрированная объектно-ориентированная SCADA-система для систем автоматизации любого масштаба с бесплатным инструментальным комплектом, включая специальные версии для совместного использования с контроллерным оборудованием ведущих производителей.

ИнСАТ также является широкопрофильной инжиниринговой компанией, выполняющей разработку АСУ ТП в теплоэнергетике, химии и других отраслях, системы диспетчеризации, системы коммерческого и технического учета ресурсов (АСКУЭ, АСТУЭ), системы автоматизации зданий. Среди заказчиков ИнСАТ – крупнейшие предприятия всех отраслей промышленности. Среди выполненных работ – системы информационной мощностью несколько тысяч (АСУТП) и десятков тысяч (диспетчеризация) параметров, в том числе с повышенными требованиями к отказоустойчивости (АЭС, ТЭЦ, химия).

Описание системы

Объектом управления и контроля являются процессы, протекающие при выработке пара на котлоагрегате. Однобарабанный котельный агрегат предназначен для выработки перегретого пара давлением 140 кГс/см2, температурой 550 °С, с производительностью по пару 320 т/ч.

Полномасштабная АСУ ТП, включающая систему автоматического регулирования (САР) котлоагрегата (КА), систему блокировок и защит, а также систему технического учета тепла. АСУТП осуществляет информационное обеспечение работы оперативного персонала, специалистов и руководителей, автоматическое управление работой оборудования КА, дает возможность задавать параметры автоматического режима.

Система состоит из инженерной станции и 2 равноправных операторских АРМов, к которым по дублированной сети Industrial Ethernet подключен контроллер WinCon c модулями удаленного ввода сигналов температуры c датчиками ТСТ11. Контроль механизмов собственных нужд (потребляемые мощность и ток) производится блоками БЭМП, подключенными к тому же контроллеру. Контроллер блокировок и защит дублирован (некоторые аналоговые входы троированы), в контроллере САР дублированы только процессоры и блоки питания. АРМы подключены также к общестанционной сети Ethernet для обеспечения доступа к системе с верхнего уровня и передачи данных во внешнюю базу данных.    Система технического учета тепла реализована на контроллере WinCon, к которому подключены тепловычеслители СПТ961 («Логика»). Программное обеспечение АРМов и контроллеров: вертикально-интегрированная SCADA и Softlogic система Master SCADA, включающая функции метрологической поверки, паспортизации оборудования, поддержки интернет/интранет клиентов. На инженерной станции дополнительно установлен АРМ инженера-наладчика систем регулирования PID-Expert.

Схема проекта

Преимущества, определившие выбор оборудования

• Возможность программирования контроллеров непосредственно в среде Softlogic пакета MasterSCADA.
• Невысокая в сравнении с аналогами стоимость.
• Большой выбор встраиваемых модулей. 

Оборудование ICP DAS

• Контроллер W-8741 на основе ОС WinCE
• Встраиваемые интерфейсные модули I-8144 и I-8172
• Встраиваемые модули ввода-вывода I-8017, I-8040, I-8041