Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / 1СУнагревомСлитков-16

.pdf
Скачиваний:
12
Добавлен:
21.03.2016
Размер:
778.73 Кб
Скачать

СИСТЕМНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ МЕТАЛЛУРГИЯ

Автоматизированная система управления нагревом слитков в нагревательных колодцах обжимного стана

Константин Кукуй, Сергей Сульников, Сергей Вахранев, Алексей Светличный

Рассмотрен объект управления — группа нагревательных колодцев регенеративного типа. Уделено внимание вопросам создания двухуровневой автоматизированной системы управления нагревом слитков в нагревательных колодцах обжимного цеха. Описаны функциональные возможности, элементная база и программное обеспечение созданной системы.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

Обычная технология производства

 

 

 

 

горячекатаного листа включает в себя

 

 

 

 

несколько этапов.

 

 

 

 

1. Доменное, затем сталеплавильное

 

 

 

 

производство. Готовую сталь разли!

 

 

 

 

вают в изложницы определенных ти!

 

 

 

 

поразмеров, и после кристаллизации

 

 

 

 

слитки передают в обжимный цех.

 

 

 

 

2. Прокатное производство на стане!

 

 

 

 

слябинге. Поступившие в цех слитки

 

 

 

 

подают в отделение нагревательных

 

 

 

 

колодцев (ОНК) для подогрева перед

 

 

 

 

прокаткой на слябинге до температу!

 

 

 

 

ры 1280!1350°С. На этом стане путем

 

 

 

 

прокатки в горизонтальных и верти!

Производственные корпуса ОАО «Запорожсталь»

 

 

кальных валках из слитков получают

 

 

 

 

 

 

заготовку для листового стана. После

катку на листовой стан без подогрева в

тем, что из!за удлинения технологиче!

 

порезки заготовки на слябы их

методических печах. Внедрение тран!

ской линии любые аварии приводят к

 

транспортируют на склад.

зитной прокатки позволило сократить

увеличению времени пребывания

 

3. Производство тонкого листа на ши!

удельный расход топлива в целом по

слитков в нагревательных колодцах с

 

рокополосном стане горячей прокат!

прокатному переделу на 15!20%. Одна!

соответствующими корректировками

 

ки (ШСГП). Со склада обжимного

ко при реализации такой технологии

режима нагрева.

 

цеха слябы поступают в цех горячей

возросли требования к нагреву слитков

К обычным задачам управления, реа!

 

прокатки тонкого листа (ЦГПТЛ).

в ОНК обжимного цеха. Причин этого

лизуемым нагревальщиком (поддержа!

 

Перед прокаткой на ШСГП слябы

оказалось несколько. Во!первых, ужес!

ние заданной температуры в колодце,

 

греют в методических печах до тем!

точились требования к теплосодержа!

соотношения газ/воздух, давления и ре!

 

пературы 1050!1100°С, необходимой

нию слитков, которое должно быть до!

верса факела), добавились расчет вре!

 

для прокатки на ШСГП. Готовую по!

статочным для прокатки листа из сля!

мени начала подъема температуры и

 

лосу сматывают на моталках в руло!

бов без дополнительного подогрева.

корректировка режимов нагрева при за!

 

ны и отправляют на склад готовой

Во!вторых, темп и порядок выдачи

держках выдачи слитков. Любые откло!

 

продукции.

слитков из колодцев задается при та!

нения в теплосодержании слитков, за!

 

В последние годы для экономии

кой технологии операторами листово!

даваемых в прокатку, как в меньшую,

 

энергоресурсов при производстве го!

го стана. Таким образом, задачей ОНК

так и в большую сторону приводят к на!

 

рячекатаного листа начала применять!

становится не просто нагреть металл до

рушениям технологии и даже к получе!

 

ся технология так называемой транзит!

нужного теплосодержания, но и на!

нию бракованной продукции. Невоз!

26

ной прокатки, при которой слябы сра!

греть к заданному моменту времени.

можность проведения надежного нагре!

зу же после порезки передаются в про!

Дополнительные проблемы связаны с

ва слитков в ОНК при ручном управле!

 

 

 

 

 

 

www.cta.ru

 

СТА 3/2001

© 2001, CTA Тел.: (095) 234 0635 Факс: (095) 232 1653 http://www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /М Е ТА Л Л У Р Г И Я

д)измерения температуры отходящих

 

 

газов;

 

 

е)измерения давления смешанного газа

 

 

в общем коллекторе.

 

 

АППАРАТНЫЕ И ПРОГРАММНЫЕ

 

 

СРЕДСТВА АСУ НС

 

 

АСУ НС, структурная схема которой

 

 

приведена на ри. 3, имеет два уровня.

 

 

Нижний уровень представляет собой 14

 

 

контроллеров, собранных на базе шасси

 

 

IPC!610 фирмы Advantech. Каждый

 

 

контроллер имеет в своем составе про!

 

 

цессорную плату PCA!6154L, адаптер

 

 

сети CAN PCL!841 и две платы ввода!

 

 

вывода дискретных и аналоговых сиг!

 

 

налов (PCL!722 и PCL!813В).

Отделение нагревательных колодцев обжимного цеха

Контроллеры размещены в герметич!

ных шкафах, которые установлены в

 

 

нии вызвало необходимость перехода к

Каждая ячейка имеет индивидуаль!

помещении КИП группы нагреватель!

автоматизированному управлению на!

ные перекидные устройства: клапан зо!

ных колодцев вблизи вторичных прибо!

гревом. Для его реализации специалис!

лотникового типа на газовом тракте и

ров КИПиА. В шкафу также установле!

тами научно!производственного обще!

клапан мотылькового типа на воздуш!

ны монитор Samsung 14", источник бес!

ства «ДОНИКС» (город Донецк) была

ном тракте. Для удаления продуктов

перебойного питания Smart!UPS 700

разработана и внедрена автоматизиро!

сгорания каждая группа имеет свою

фирмы APC, 5 плат MPB с модулями

ванная система управления нагревом

дымовую трубу. В каждой ячейке тяга

УСО 70G!IDC5B и 70G!ODC5B фирмы

слитков в отделении нагревательных

регулируется шибером, установленным

Grayhill и модули УСО ADAM!3014

колодцев обжимного цеха (АСУ НС).

в дымовом борове. На рис. 2 приведена

фирмы Advantech. Внешний вид уста!

АСУ НС предназначена для управле!

функциональная схема ячейки.

новленного в шкафу оборудования по!

ния технологическим процессом на!

Каждая ячейка оборудована систе!

казан на рисунках 4 и 5.

грева слитков перед прокаткой на об!

мой теплового контроля и автоматиче!

Контроллер управляет ходом техно!

жимном стане, а также для регистра!

ского регулирования, состоящей из

логического процесса нагрева слитков

ции и протоколирования необходимых

следующих узлов:

индивидуально по каждой ячейке, воз!

технологических параметров процесса

а)измерения и регулирования темпера!

действуя на приводы дымового шибера

нагрева, действий оператора и аварий!

туры в рабочем пространстве ячеек;

и регулирующих органов расходов газа

ных ситуаций. АСУ НС производит ав!

б)измерения расхода газа и воздуха и

и воздуха в соответствии с установлен!

томатизированный нагрев слитков

регулирования соотношения газ —

ными заданиями.

всех типоразмеров 1!й группы марок

воздух;

На экран монитора выводится необ!

сталей, входящих в сортамент комби!

в)измерения разрежения перед дымо!

ходимая для нагревальщика технологи!

ната по технологическим картам нагре!

вым шибером;

ческая информация по группе или по

ва с учетом времени, прошедшего по!

г) автоматической перекидки клапа!

ячейке (рис. 6 и 7). В память контролле!

сле разливки.

нов;

ра записываются все регистрируемые

ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА

 

 

 

Слитковоз

 

Поворотный стол перед станом

 

Нагрев металла в обжимном цехе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

осуществляется в нагревательных ко!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лодцах регенеративного типа. Группы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

колодцев расположены в одну линию

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(рис. 1). Из 14 групп нагревательных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

колодцев группы 1–11, 13 и 14 состоят

 

 

 

 

 

 

Рабочая станция

 

 

из четырех ячеек и для удобства разме!

 

 

 

 

 

 

старшего нагревальщика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

щения плавок и удаления жидкого

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

шлака сблокированы по схеме 2!2 и

 

 

 

 

 

...

 

 

...

 

3!1. Группа 12 с жидким шлакоудале!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нием состоит из 6 ячеек и сблокирова!

14

13

12

11

10

7

6

5

1

 

на по схеме 3!3. Указанные группы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

предназначены для нагрева углеродис!

 

 

 

 

 

 

 

Рабочая станция

тых, низколегированных и высокоуг!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сервер и инженерная станция

 

 

нагревальщика

леродистых марок сталей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Колодцы отапливаются коксодомен!

 

 

 

 

 

ПЭВМ старшего мастера участка

 

 

ной смесью газов калорийностью 900!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27

950 ккал/м3.

Рис. 1. План расположения групп нагревательных колодцев

 

 

СТА 3/2001

 

 

 

 

 

 

 

 

www.cta.ru

 

 

 

 

© 2001, CTA

Тел.: (095) 234 0635

Факс: (095) 232 1653

http://www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /М Е ТА Л Л У Р Г И Я

Условные обозначения: 1 — шкаф управления группой нагревательных колодцев; 2 — термопара измерения температуры в ячейке; 3 — термопара измерения температуры отходящих

газов; 4 — датчик расхода газа; 5 — датчик расхода воздуха; 6 — датчик разрежения перед шибером; 7 — датчик положения регулирующей заслонки газа; 8 — датчик положения регулирующей заслонки воздуха; 9 — датчик положения шибера; 10 — исполнительный механизм регулирующей заслонки газа; 11 — исполнительный механизм регулирующей заслонки воздуха; 12 — исполнительный механизм шибера; 13 — регулирующая заслонка газа; 14 — регулирующая заслонка воздуха; 15 — шибер; 16 — кабели сигнальные.

Рис. 2. Функциональная схема одной ячейки нагревательного колодца

 

 

 

 

 

венно, на посту старшего

 

 

 

 

 

нагревальщика и в поме!

 

 

 

 

 

щении АСУ ТП отделе!

 

 

 

 

 

ния нагревательных

ко!

 

 

 

 

 

лодцев.

 

 

 

 

 

 

 

 

На

 

экран

монитора

 

 

 

 

 

АРМ старшего нагреваль!

 

 

 

 

 

щика

выводится общая

 

 

 

 

 

диспетчерская

информа!

 

 

 

 

 

ция по всем группам и по

 

 

 

 

 

запросу оператора — тех!

 

 

 

 

 

нологическая

информа!

 

 

 

 

 

ция

индивидуально

по

 

 

 

 

 

любой

группе,

включая

 

 

 

 

 

тренды

технологических

 

 

 

 

 

параметров за любой про!

 

 

 

 

 

межуток времени в тече!

 

 

 

 

 

ние месяца.

 

 

 

 

 

 

 

Инженерная

станция

 

 

 

 

 

предназначена для внесе!

 

 

 

 

 

ния изменений в режимы

 

 

 

 

 

нагрева и в технологичес!

 

 

 

кие базы данных. Через инженерную

 

 

Условные обозначения: яч. —ячейка нагревательного колодца; ИМ — исполнительный механизм.

 

 

Рис. 3. Структурная схема АСУ НС

 

станцию осуществляется связь с ин!

 

 

 

 

формационной сетью предприятия.

 

 

 

 

 

 

технологические параметры, входные

женерную станцию. Промышленные

Программное обеспечение разрабо!

 

 

сигналы, управляющие воздействия,

компьютеры собраны на базе рабочей

тано на языке Borland C. За основу бы!

 

 

технологические и аварийные события.

станции AWS!825 и шасси IPC!6806S

ли приняты существующие технологи!

 

 

Верхний уровень включает в себя ав!

фирмы Advantech с процессорными

ческие инструкции, скорректирован!

28

 

томатизированное рабочее место (АРМ)

платами PCA!6154L и адаптерами сети

ные для удобства представления вре!

 

старшего нагревальщика (рис. 8) и ин!

CAN PCL!841 и установлены, соответст!

менных функций в непрерывной фор!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

www.cta.ru

 

 

 

 

 

СТА 3/2001

© 2001, CTA Тел.: (095) 234 0635 Факс: (095) 232 1653 http://www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /М Е ТА Л Л У Р Г И Я

Рис. 6. Главное рабочее окно управляющей программы нижнего уровня

Рис. 4. Вид шкафа с открытой дверью спереди

Рис. 7. Информационное окно выбранной ячейки

Рис. 5. Вид шкафа с открытой задней дверью

ме. Для обработки файлов с протоко!

 

лами работы контроллера использо!

 

вался MatLab!5.3.

 

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ

 

АСУ НС

 

АСУ НС имеет четыре основных ре!

 

жима работы:

 

1)автоматический со связью с верхним

 

уровнем (основной);

 

2)автоматический без связи с верхним

 

уровнем;

 

3)регулятора;

 

4)отображения и регистрации.

 

В автоматическом режиме работы

 

(режим 1) АСУ НС позволяет осуще!

 

ствлять нагрев слитков в соответствии

 

с технологическими инструкциями с

 

минимальным вмешательством нагре!

 

вальщика в процесс нагрева.

 

Перед доставкой новой плавки в

 

ОНК из стрипперного отделения на

 

АРМ старшего нагревальщика переда!

 

ются из информационной сети пред!

31

приятия исходные данные по плавке:

СТА 3/2001

www.cta.ru

© 2001, CTA Тел.: (095) 234 0635 Факс: (095) 232 1653 http://www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /М Е ТА Л Л У Р Г И Я

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 9. Главное рабочее окно АРМ старшего нагревальщика

 

 

 

 

ранстве ячейки, соотношение расходa

токолы работы контроллера с техноло!

 

 

 

 

воздуха и газа, разрежение перед дымо!

гическими и аварийными событиями.

 

 

 

 

вым шибером в соответствии с выбран!

На рис. 11 представлен фрагмент гра!

 

 

 

 

ной технологической картой нагрева.

фика суточного отчёта системы о рабо!

 

 

 

 

Каждая ячейка может греться по свое!

те первой ячейки девятой группы ко!

 

 

Рис. 8. Рабочее место старшего

 

 

 

нагревальщика

 

му технологическому режиму. На мо!

лодцев с 18:50 до 24:00 от 22.11.2000.

 

 

 

 

нитор контроллера в группе выводятся

Здесь виден момент посадки металла в

 

 

! номер плавки,

 

текущие значения технологических па!

ячейку, первый нагрев и нагрев на

 

 

! группа марок стали,

 

раметров по всем ячейкам группы.

заказ. На рис. 12 представлен фрагмент

 

 

! марка стали,

 

Со всех 14 контроллеров нижнего

протокола работы ячейки 9!1, соответ!

 

 

! тип слитка,

 

уровня по локальной вычислительной

ствующий графику технологических

 

 

! время конца разливки,

 

сети передается информация на АРМ

параметров, изображенному на рис. 11.

 

 

! число слитков в плавке.

 

старшего нагревальщика о ходе нагрева

Для повышения надежности работы

 

 

Эти данные могут быть введены так!

 

на любой ячейке ОНК.

АСУ НС в автоматическом режиме тех!

 

 

же с пульта управления АРМ старшего

 

На монитор АРМ старшего нагре!

нологическая база с профилями нагре!

 

 

нагревальщика. Главное рабочее окно

 

вальщика выводятся текущие значения

ва установлена на каждом контроллере

 

 

АРМ старшего нагревальщика показа!

 

параметров нагрева любой ячейки

нижнего уровня. При отсутствии связи

 

 

но на рис. 9.

 

ОНК или тренды изменения этих пара!

с верхним уровнем (режим 2) нагре!

 

 

После получения исходных данных

 

метров за любой промежуток времени

вальщик в группе может ввести исход!

 

 

по плавке старший нагревальщик ука!

 

в течение месяца.

ные данные по плавке с локального

 

 

зывает номера подготовленных для по!

 

Программное обеспечение инженер!

пульта управления и запустить автома!

 

 

садки ячеек, и исходные данные авто!

 

ной станции позволяет просматривать

тизированный нагрев отдельно по каж!

 

 

матически пересылаются на соответст!

 

текущие значения параметров нагрева

дой ячейке.

 

 

вующий контроллер нижнего уровня.

 

с любой ячейки ОНК, тренды измене!

Роль нагревальщика при работе в ав!

 

 

Причем плавка может быть посажена в

 

ния этих параметров за любой проме!

томатизированном режиме сводится к

 

 

ячейки разных групп нагревательных

 

жуток времени в течение месяца и про!

наблюдению за ходом технологическо!

 

 

колодцев. Процесс посадки слитков в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

колодец иллюстрирует рис. 10.

 

 

 

 

 

 

После посадки слитков в ячейку на!

 

 

 

 

 

 

гревальщику на группе достаточно на!

 

 

 

 

 

 

жать кнопку «Пуск» соответствующей

 

 

 

 

 

 

ячейки на местном пульте управления,

 

 

 

 

 

 

и компьютер самостоятельно находит

 

 

 

 

 

 

режим нагрева из технологической ба!

 

 

 

 

 

 

зы данных и начинает нагрев слитков в

 

 

 

 

 

 

соответствии с этим режимом. После

 

 

 

 

 

 

выбора режима нагрева вычисляются и

 

 

 

 

 

 

передаются на АРМ старшего нагре!

 

 

 

 

 

 

вальщика следующие данные:

 

 

 

 

 

 

! время окончания посадки,

 

 

 

 

 

 

! время транспортировки,

 

 

 

 

 

 

! расчетное время готовности слитков,

 

 

 

 

 

 

! номер строки технологической таб!

 

 

 

 

 

 

лицы, по которой ведется нагрев.

 

 

 

 

32

 

В процессе нагрева контроллер регу!

 

 

 

 

 

лирует температуру в рабочем прост!

 

Рис. 10. Посадка слитков в ячейку

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

www.cta.ru

 

 

СТА 3/2001

© 2001, CTA Тел.: (095) 234 0635 Факс: (095) 232 1653 http://www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /М Е ТА Л Л У Р Г И Я

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 12. Фрагмент протокола работы ячейки

 

 

 

 

 

9;1 с 18:50 до 24:00 22.11.2000

 

 

 

 

 

нагрева слитков в ОНК обжимного це!

 

 

 

 

 

ха с экономическим эффектом от сни!

 

 

 

 

 

 

Рис. 11. Тренды технологических параметров нагрева ячейки 9;1 с 18:50 до 24:00 22.11.2000

 

жения удельного расхода условного

 

 

 

 

 

топлива 2!3 кг у.т./т нагретого металла

 

 

го процесса и за работой оборудования

слиток/сляб на слябинге. Определение

 

и от снижения угара металла за счет со!

 

 

группы и АСУ НС.

энергозатрат производится с помощью

 

кращения времени пребывания метал!

 

 

Ведение транзитной прокатки требу!

контрольно!измерительной системы

 

ла в зоне высоких температур около

 

 

ет согласованной работы двух станов —

параметров работы главных приводов

 

1 кг/т нагретого металла.

 

 

слябинга и ШСГП. Заказы на время

слябинга.

 

 

 

 

 

выдачи слитков из колодцев обжимно!

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

 

Авторы — сотрудники НПО

 

 

го цеха формирует диспетчер ШСГП.

 

«ДОНИКС»

 

 

Особенностью автоматического режи!

АСУ НС

 

Телефон: (0622) 99.9982,

 

 

ма является способность АСУ НС вы!

Внедрение АСУ НС позволило реа!

(062) 334.1151

 

 

 

бирать режим нагрева слитков в зави!

лизовать ресурсосберегающие режимы

 

Факс: (062) 334.1751

 

 

симости от времени их заказа и теку!

 

 

 

 

 

 

щей температуры в ячейке. Кроме это!

 

 

 

 

 

 

го, при переносе времени выдачи слит!

 

 

 

 

 

 

ков какой!либо плавки автоматически

 

 

 

 

 

 

пересчитывается время выдачи слит!

 

 

 

 

 

 

ков всех последующих плавок в очере!

 

 

 

 

 

 

ди.

 

 

 

 

 

 

Режим регулирования (режим 3) не

 

 

 

 

 

 

предусматривает автоматизированного

 

 

 

 

 

 

нагрева слитков. В этом режиме нагре!

 

 

 

 

 

 

вальщик самостоятельно следит за из!

 

 

 

 

 

 

менениями технологических парамет!

 

 

 

 

 

 

ров и продолжительностью участков

 

 

 

 

 

 

графика, вводит с местного пульта уп!

 

 

 

 

 

 

равления необходимые задания на тем!

 

 

 

 

 

 

пературу в ячейке, соотношение расхо!

 

 

 

 

 

 

да воздуха и газа, разрежение перед ды!

 

 

 

 

 

 

мовым шибером. Система лишь под!

 

 

 

 

 

 

держивает указанные параметры в рам!

 

 

 

 

 

 

ках заданного диапазона.

 

 

 

 

 

 

В режиме отображения и регистра!

 

 

 

 

 

 

ции (режим 4) управление исполни!

 

 

 

 

 

 

тельными механизмами от АСУ НС от!

 

 

 

 

 

 

ключено. На экран монитора выводят!

 

 

 

 

 

 

ся технологические параметры, в па!

 

 

 

 

 

 

мять компьютера записываются прото!

 

 

 

 

 

 

колы и отчеты.

 

 

 

 

 

 

Оценка качества нагрева слитка про!

 

 

 

 

 

 

изводится по показаниям пирометров,

 

 

 

 

 

 

установленных по линии прокатки, а

 

 

 

 

33

 

также по энергозатратам на передел

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СТА 3/2001

 

 

www.cta.ru

© 2001, CTA Тел.: (095) 234 0635 Факс: (095) 232 1653 http://www.cta.ru