330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / 1СУдозированияШихты

Станислав Сошкин, Владимир Фокин, Александр Антонян, Николай Сорокин

Создание описываемой в статье системы производилось в условиях действующего

производства. Её внедрение позволило за счёт применения современных средств

автоматизации, частотного управления приводами и конструкционных доработок

значительно повысить точность дозирования и производительность, а также

существенно улучшить информационное обеспечение технологического процесса

и его управляемость.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

действующего дозировочного оборудо

ка» шихтовой смеси и доставка её к сме

Технологические

процессы дозиро

вания за счёт более эффективного ре

сильному агрегату выполняется при по

вания и смешивания сухой шихты и

шения вопросов контроля и управле

мощи дозировочной тележки, управля

пека лежат в основе производства

ния.

емой оператором дозировщиком.

«зелёных» заготовок, используемых в

Объектом управления является дози

До внедрения описываемой АСУ ТП

дальнейшем для получения электрод

ровочная линия ОАО «Новочеркасский

управление дозированием шихты и ре

ной продукции. Из [1] известно, что

электродный завод», представляющая

гистрация веса отсыпанных доз выпол

качество коксо пековой композиции,

собой типовую систему периодического

нялись

при

помощи

самописцев

полученной в результате смешивания,

дозирования и имеющая типовую тех

КСП 4, снабжённых блоками элект

существенным образом влияет на хара

нологическую

схему приготовления

ронных

компараторов. Преобразова

ктеристики конечных изделий, а с

композиции определённого состава и

ние сигнала от тензодатчиков взвеши

учётом большого времени производст

реологических свойств. Исходное сырьё

вающих

устройств выполнялось при

венного цикла и огромных энергетиче

для составления шихтовых композиций

помощи электронных блоков ПА 1А.

ских затрат – на эффективность элект

по заданным рецептам располагается в

Общая погрешность системы задания

родного производства в целом.

29 сортовых бункерах запаса. В качестве

рецепта и измерения веса отсыпанных

В данной работе рассмотрен опыт

исходных могут использоваться следу

доз составляла не менее 10 кг на фрак

создания АСУ ТП дозирования сухой

ющие материалы: кокс

различных

цию.

шихты. Внедрение такой системы поз

фракций,

технический

графит,

воляет повысить качество приготовля

«зелёный» бой, пылевые фракции и

ОСНОВНЫЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

емых смесей и производительность до

специальные

добавки. При помощи

СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ

зировочных линий с использованием

шнековых и тарельчатых питателей ис

При модернизации дозировочной

ходные материалы по

линии и разработке новой системы уп

даются из

сортовых

равления предполагалось решить сле

бункеров в дозирово

дующие задачи, возникшие за счёт

чные

бункеры,

ужесточения

требований

к качеству

снабжённые взвеши

электродной продукции, предъявляе

вающими устройства

мых в условиях современного рынка:

ми. Каждый дозиро

● повышение эффективности работы

вочный бункер пред

заготовительного передела смесиль

назначен для состав

но прессового производства в усло

ления той или иной

виях ограниченных ресурсов управ

части рецепта, опре

ления;

деляемой набором со

● повышение точности дозирования;

единённых с ним сор

● синхронизация работы агрегатов до

50

товых

бункеров.

зировочной линии и ускорение про

Общий вид смесильно прессового цеха

Окончательная «сбор

цессов дозирования;

www.cta.ru

СТА 4/2005

Р А З Р А Б О Т К И /М Е ТА Л Л У Р Г И Я

АРМ оператора

технолога

Ethernet

Контроллер на базе шасси IPC 623

Шина ISA (объединительная плата PCA 6120P4)

АЦП

DI

DI

DO

DO

DO

DI/O

CPU

PCL 818

PCL 733

PCL 733

PCL 734

PCL 734

PCL 734

PCL 730

PCA 6003A

ADAM

ADAM

ADAM

ADAM

ИРБИ

3016

3937

3937

3937

Табло

в отделении

M

размола

Сигналы

Сигналы

Сигналы

Управление

тензодатчиков

датчиков реле

датчиков

дозаторами

уровня

положения

Сигнализаторы

Датчики

Управление

материала

шиберов

(светофоры)

положения

дозировочной

в сортовых

на сортовых

состояния

дозировочной

тележкой

бункерах

бункерах

дозаторов

тележки

(проект)

Рис. 1. Структура комплекса технических средств АСУ ТП дозирования сухой шихты

Нижний уровень системы

Нижний уровень системы – уровень

● повышение степени воспроизводи

● постоянный мониторинг технологи

полевой автоматики и средств измере

мости качественных показателей

ческого процесса в режиме реаль

ний. Он предназначен для сбора и пре

электродной массы перед прессова

ного времени;

образования информации, поступаю

нием.

● автоматическая диагностика обору

щей с датчиков, а также для передачи

Учитывая, что создание и внедрение

дования линии и своевременное

управляющих воздействий на испол

АСУ ТП дозирования сухой шихты не

формирование отчётных документов

нительные механизмы (приводы шне

обходимо выполнять в условиях дейст

по дозированию шихты.

ковых питателей и шиберов пылевых

вующего производства, было решено

Все перечисленные задачи решены в

заслонок). Оборудование

нижнего

использовать существующую схему до

АСУ ТП дозирования сухой шихты,

уровня скомпоновано в виде блоков

зирования со следующими доработка

разработанной специалистами НПК

местного управления (БМУ) и шкафов

ми системы управления:

«Югцветметавтоматика» и управления

управления приводами шнековых пи

● автоматическое измерение уровня

автоматизации Новочеркасского элек

тателей.

загрузки сортовых бункеров и фор

тродного завода.

мирование сигналов для отделения

размола и загрузки;

ОПИСАНИЕ АППАРАТНОГО

● увеличение точности дозирования за

ОБЕСПЕЧЕНИЯ

счёт применения на шнековых пита

Для построения комплекса техниче

телях электроприводов с частотным

ских средств системы управления ре

регулированием скорости вращения;

шено было использовать оборудование

● применение современных тензомет

фирмы Advantech, хорошо зарекомен

рических взвешивающих устройств и

довавшее себя при реализации систем

совершенствование схемы силопере

автоматизации, уже существовавших

дачи на дозировочных бункерах с це

на заводе к моменту начала работ над

лью повышения точности взвешива

описываемым проектом.

ния и максимального исключения

Структура комплекса технических

влияния механической погрешности;

средств АСУ ТП дозирования сухой

● ведение базы рецептов дозирования,

шихты показана на рис. 1. Система по

автоматизация выбора рецепта;

строена по магистрально модульному

● автоматизация настройки дозиро

принципу и имеет трёхуровневую ие

Рис. 2. Внешний вид блока местного

вочного оборудования;

рархическую структуру.

управления (БМУ)

51

СТА 4/2005

www.cta.ru

Таблица 1

Сигналы управления АСУ ТП дозирования сухой шихты

Наименование групп сигналов

Типы сигналов

Количество

сигналов в группах

Сигналы положения заслонок пылевых бункеров

DI

7

Сигналы управления скоростью вращения шнеков

DO

58

питателей

Сигналы состояния станций частотного

DI

58

регулирования приводов (ИРБИ)

Сигналы управления светофорами

DO

11

Показания весовых дозаторов

AI

11

Положение дозировочной тележки

DI

11

Сигналы предельных уровней материала в сортовых

DI

58

бункерах

Управление элементами индикации на табло

DO

87

в отделении размола

Внешний вид БМУ показан на рис. 2.

значительно

повысить

точ

В нём размещена измерительная часть

ность исполнения рецепта.

системы. Она представлена преобразо

Оборудование нижнего уров

Рис. 3. Внешний вид шкафа управления с центральным

вателями ADAM 3016, нормирующими

ня также представлено бескон

контроллером, реализованным на базе промышленного

сигналы датчиков веса Тензо М типа

тактными датчиками положе

шасси IPC 623

К2, на которых подвешены дозировоч

ния задвижек шиберов на пыле

ные бункеры. Кроме того, в БМУ уста

вых бункерах и датчиками положения

о работе дозатора в автоматическом ре

новлены блоки развязывающих реле и

дозировочной тележки. Применение

жиме, а красный означает возникнове

блоки питания полевого оборудования.

последних связано с необходимостью

ние нештатной ситуации, требующей

Для управления двигателями шнеко

контроля работы оператора дозиров

вмешательства персонала.

вых питателей использованы станции

щика при составлении рецепта на не

Сортовые бункеры тоже оснащены

частотного регулирования

скорости

скольких дозировочных бункерах. Для

устройствами полевой автоматики. На

вращения ИРБИ8 D(i). Применение

этих же целей предназначены трёхцвет

них установлены датчики реле макси

частотно регулируемых приводов даёт

ные светофоры, установленные в непо

мального и минимального уровней ма

возможность варьировать

скорость

средственной

близости

от дозаторов:

териала, поступающего после рассева

вращения шнеков в процессе дозиро

зелёный цвет означает готовность доза

из отделения размола. Срабатывание

вания, что в свою очередь позволяет

тора к выгрузке, жёлтый сигнализирует

датчиков минимального уровня мате

риала приводит к блокировке работы

того или иного питателя. Одновремен

но с этим на пульт управления поточ

но транспортной системой (ПТС) от

деления размола подаются световой и

звуковой сигналы о необходимости

срочного заполнения сортового бунке

ра. Сигнализация о достижении мак

симального уровня позволяет избежать

пересыпания материала в сортовых

бункерах и предупреждает аварии обо

рудования ПТС.

Средний уровень системы

Средний уровень системы предна

значен непосредственно для реализа

ции логики управления. Эта задача ре

шается центральным контроллером

АСУ ТП дозирования, который ос

нащён необходимым комплектом уст

ройств связи с объектом (УСО), вклю

чающим модули цифрового ввода и вы

вода, а также модуль аналогового ввода.

Центральный контроллер вместе с

кроссовыми панелями ADAM 3937 по

мещён в 19 дюймовую стойку – шкаф

управления. Внешний вид шкафа уп

равления показан на рис. 3. Кроме

шкафа управления, в состав оборудо

52

вания среднего уровня входит кроссо

вый шкаф, в котором производятся

www.cta.ru

СТА 4/2005

Р А З Р А Б О Т К И /М Е ТА Л Л У Р Г И Я

нологических ситуаций и протоколи

● ведение отчёта тревог с возможно

рования хода технологического про

стью квитирования сообщений и пе

цесса. Аппаратное

обеспечение этого

чати сменного журнала.

уровня представлено типовым офис

На рис. 5 показан пример рабочего

ным компьютером на базе процессора

экрана Supervisor, предназначенного

Pentium 4 с объёмом ОЗУ 128 Мбайт и

для калибровки устройств весовой под

жёстким диском 80 Гбайт. Для связи с

системы АСУ ТП.

контроллером среднего уровня систе

мы используется

канал

Ethernet

ВЫВОДЫ

100Base T, поддерживаемый встроен

В настоящее время представленная

ными стандартными сетевыми средст

АСУ ТП находится в процессе опытной

вами как со стороны процессорной

эксплуатации, выполняется точная на

платы контроллера, так и со стороны

стройка аппаратной части и оконча

компьютера АРМ оператора технолога.

тельная отработка алгоритмов дозиро

вания. Однако уже сейчас можно кон

ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОГО

статировать следующие результаты:

ОБЕСПЕЧЕНИЯ

● значительно улучшены

управляе

Программное обеспечение верхнего

мость и информативность процесса

Рис. 4. Внешний вид панелей кроссового

и нижнего уровней разработано с ис

дозирования;

шкафа

пользованием SCADA системы Trace

● применение более точных современ

Mode версии 5.09 и запускается под уп

ных тензодатчиков и первичных пре

сбор и распределение всех управляю

равлением

исполнительных

модулей

образователей, а также

устройств

щих сигналов. Внешний вид панелей

(МРВ, МикроМРВ и Supervisor).

цифрового отображения позволило

кроссового шкафа показан на рис. 4.

Программное обеспечение выполня

осуществлять контроль веса отсы

Степень защиты оборудования от воз

ет следующие функции:

панных масс с точностью до 1 кг;

действия внешних факторов – не ме

● считывание значений технологичес

● применение приводов с частотным

нее IP54. Центральный контроллер ре

ких параметров;

управлением наряду с конструктив

ализован на базе промышленного шас

● отображение технологического про

ной доработкой дозаторов создали

си IPC 623 и платы центрального про

цесса на экране монитора АРМ опе

предпосылки для достижения задан

цессора PCA 6003, выполненной в

ратора технолога;

ной точности дозирования ±0,5% на

формате PICMG. Кроме платы цент

● управление технологическим про

рецепт. ●

рального процессора, на объедини

цессом дозирования сухой шихты в

тельной плате промышленного шасси

соответствии с набором технологи

ЛИТЕРАТУРА

установлены следующие модули УСО:

ческих алгоритмов и введённым ре

1. Будзинский А.С., Филимонов В.А., Авра

● дискретного ввода (плата PCL 733),

цептом дозирования;

менко П.Я. Системы дозировки сухой

дискретного вывода (плата PCL 734),

● отображение загрузки и выгрузки до

шихты для электродной промышленно

● дискретного

ввода вывода

(плата

зировочных бункеров в виде времен

сти // Цветная металлургия. 1989. № 12.

PCL 730, предназначенная для диаг

ных трендов с возможностью после

С. 39 41.

ностики положения дозировочной

дующей распечатки;

тележки и анализа состояния шибе

● документирование величины отсы

Авторы – сотрудники НПК

ров на пылевых дозаторах),

панных масс и отклонений от рецеп

«Югцветметавтоматика»,

● аналого цифрового преобразования

та с последующей распечаткой сфор

телефон: (8672) 74$6334

сигналов, поступающих от преобра

мированных отчётов по утверждён

и ОАО «Новочеркасский

зователей

ADAM 3016

(плата

ным шаблонам;

электродный завод»,

PCL 818).

● программная калибровка и тарировка

телефоны: (86352) 33$474, 94$184

Применение IBM PC совместимого

показаний тензодат

контроллера с открытой архитектурой

чиков с последующей

позволило разработчикам оптимально

записью в файл;

скомпоновать оборудование для обслу

● ведение

архива

ре

живания достаточно большого количе

цептов с

указанием

ства сигналов управления, а также рас

информации плано

ширило возможности выбора базового

во производствен

программного обеспечения.

ного характера (дата,

Перечень сигналов управления при

время ввода, смена,

ведён в табл. 1.

фамилия

мастера и

т.д.);

Верхний уровень системы

● диагностика и отра

Верхний уровень системы (АРМ опе

ботка нештатных си

ратора технолога) является админист

туаций в работе обо

ративным и предназначен для пред

рудования и ошибок

ставления процесса дозирования для

в действиях техноло

53

оперативного персонала, анализа тех

гического персонала;

Рис. 5. Пример рабочего экрана системы управления

СТА 4/2005

www.cta.ru