Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
14
Добавлен:
21.03.2016
Размер:
322.61 Кб
Скачать

РАЗРАБОТКИ

МЕТАЛЛУРГИЯ

Автоматизированная система управления реверсивным прокатным станом 400

 

 

 

 

 

Сергей Новицкий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В статье изложен опыт создания АСУ ТП реверсивного прокатного стана 400.

 

 

 

 

 

 

Описаны структура и функции системы, показаны возможности, предоставляемые

 

 

 

 

системой пользователю, рассмотрены отдельные аспекты интеграции средств

 

 

 

 

 

 

разных производителей посредством OPC$сервера.

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

150…140 мм, скорость прокатки до

(давление 6,3 МПа), НАС ГНУ (давле

 

 

Современные прокатные станы не

1 м/с, усилие прокатки 200 тс. Кроме

ние 28 МПа), НАС системы смазки

 

 

могут обойтись без компьютерного уп

клети с валками, в состав стана входят

шестерённой клети и редуктора. Все

 

 

равления

их механическими узлами.

главный электропривод, его трансмис

механические элементы стана контро

 

 

Для того чтобы могли быть реализова

сия, электромеханическое нажимное

лируются системой управления. Об

 

 

ны рассчитанные на основе научно

устройство (ЭНУ), гидравлическое на

щий вид прокатного стана 400 показан

 

 

обоснованных, сложных математичес

жимное устройство (ГНУ), механизм

на рис. 1.

 

 

 

 

ких моделей режимы деформирования

перевалки валков, механизм уравнове

Заготовка вручную укладывается на

 

 

металла при прокатке, нужны также

шивания валков, поворотный стол, ци

проводку перед клетью, подведённую

 

 

датчики, гидравлические и электриче

линдры противоизгиба, цилиндры до

к валкам. После ручного центрирова

 

 

ские исполнительные устройства с

полнительного изгиба, насосно акку

ния заготовки линейками

оператор

 

 

сервоуправлением. Помимо этого сис

муляторные станции (НАС). К НАС

включает толкатель перед клетью на

 

 

тема управления должна иметь совре

относятся следующие насосно аккуму

перемещение к клети, заготовка пере

 

 

менный человеко машинный интер

ляторные станции: НАС механизмов

мещается, захватывается

валками,

 

 

фейс, средства on line архивирования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

массива

технологических параметров

 

 

 

 

 

 

и стандартный интерфейс доступа к

 

 

 

 

 

 

этим параметрам со стороны цеховой

 

 

 

 

 

 

АСУ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Представленная в данной статье сис

 

 

 

 

 

 

тема управления разработана специа

 

 

 

 

 

 

листами отдела ОГК ЭПА фирмы ООО

 

 

 

 

 

 

«Уралмаш Метоборудование»

для

 

 

 

 

 

 

предприятия ФГУП «Электрохимпри

 

 

 

 

 

 

бор». Государственный заказчик — Фе

 

 

 

 

 

 

деральное агентство по атомной энер

 

 

 

 

 

 

гии, контракт № 6 2/2006 1/04 от

 

 

 

 

 

18.01.2006.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОБОРУДОВАНИЕ ПРОКАТНОГО

 

 

 

 

 

 

СТАНА И НАЗНАЧЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

 

 

 

 

 

 

 

Прокатный стан, являющийся объ

 

 

 

 

 

 

ектом управления,

предназначен для

 

 

 

 

 

 

прокатки заготовок из металла VI груп

 

 

 

 

 

 

пы таблицы Менделеева. Заготовка мо

 

 

 

 

 

 

жет иметь следующие максимальные

 

 

 

 

 

 

габариты (для горячей прокатки): тол

 

 

 

 

42

щина 20 мм, ширина 75 мм,

длина

 

 

 

 

139 мм.

Диаметр

 

рабочих

валков

 

 

 

 

 

Рис. 1. Общий вид прокатного стана

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

www.cta.ru

 

 

 

 

 

 

СТА 3/2008

© 2008, CTA Тел.: (495) 234-0635 Факс: (495) 232-1653 http://www.cta.ru

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

происходит прокатка в первом пропус

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ке. Оператор включает механизм пере

 

 

 

 

 

 

 

АРМ оператора

 

 

мещения толкателя, он отводится от

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

клети с остановкой от конечного вы

 

 

 

 

 

Принтер

Industrial Ethernet

 

 

 

ключателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перед подачей заготовки в клеть в

 

 

 

 

 

 

 

Simoreg

Simoreg

Simoreg

 

систему управления станом вводятся

 

Пульт D2

 

Пульт D1

 

DC Master

DC Master

DC Master

 

 

 

 

D480/450

D420/15

D420/15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

требуемые режимы и уставки для про

 

ЕТ 200М

Панель

 

 

 

 

 

 

 

катки в первом пропуске. Автоматиче

 

 

оператора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЕТ 200М

 

 

 

ски поддерживаются следующие пара

 

 

ЕТ 200М

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

метры:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

заданная скорость прокатки;

 

 

 

 

 

 

 

ЕТ 200М

 

 

 

заданные параметры ГНУ;

 

 

 

 

 

 

 

ДПТ

ДПТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

заданное давление в цилиндрах про

 

 

 

 

 

 

 

ДПТ

привода

привода

 

 

 

 

 

 

 

 

ЭНУ

ЭНУ

 

 

 

 

 

 

 

 

привода

 

тивоизгиба или дополнительного из

 

 

 

 

 

 

 

валков

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гиба (в зависимости от режима).

Условные обозначения: ДПТ – двигатель постоянного тока; ЭНУ – электромеханическое нажимное

 

Затем стан

перестраивается для

 

устройство.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

прокатки во втором пропуске. В сис

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тему управления станом вводятся со

Рис. 2. Структурная схема АСУ ТП прокатного стана 400

 

 

 

ответствующие требуемые режимы и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

изменённые уставки автоматического

системе управления цилиндрами ис

разным периодом и по разным услови

 

поддержания

параметров. Система

пользованы пропорциональные кла

ям. Отчётные формы Excel берут дан

 

управления поддерживает до 12 про

паны (сервоклапаны) фирмы Duplo

ные непосредственно из базы данных

 

пусков.

 

 

matic с интерфейсом 4...20 мА. Для

MS SQL Server 2000.

 

 

 

После прокатки заготовки стан ос

размещения

аппаратуры

выбраны

 

В ходе работы стана при подаче но

 

танавливается, и при получении про

шкафы и пульты управления фирмы

вой заготовки на прокатку с панели

 

катанной заготовки с требуемыми па

Rittal. Структурная схема АСУ ТП про

оператора вводится информация о её

 

раметрами программа прокатки зано

катного стана 400 представлена на

параметрах, которая

передаётся на

 

сится в библиотеку программ базы

рис. 2.

 

 

 

 

 

АРМ для поиска соответствующей

 

данных для дальнейшего использова

Состав программных средств АСУ

программы в базе данных; если тако

 

ния при прокатке заготовок того же

ТП таков: контроллер программирует

вой не нашлось, оператор вручную ус

 

сортамента. При наличии в базе дан

ся с использованием языка STL пакета

танавливает параметры пропусков, и

 

ных программы прокатки, соответ

STEP7, а панель оператора — с исполь

в случае успешной прокатки новая

 

ствующей текущему заданию по вве

зованием программного обеспечения

программа отсылается для запомина

 

дённым в систему управления данным

(ПО) WinCC Flexible; на компьютере

ния в библиотеку программ базы дан

 

о сортаменте заготовки и её темпера

АРМ

установлено

ОС

Windows

ных АРМ. Эти операции требуют ин

 

туре, ввод уставок производится авто

2000 Pro, OPC сервер Siemens, являю

терфейса обмена между панелью опе

 

матически.

 

 

щийся

компонентом

ПО

SIMATIC

ратора и АРМ, но если посмотреть на

 

 

 

 

NET, SCADA GeniDAQ 4.25 фирмы

схему АСУ ТП (рис. 2), то прямой

 

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ

Advantech, MS SQL Server 2000, Excel

связи между ними не прослеживается.

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ

2003 для генерации отчётных форм.

В этом особенность данного проекта.

 

И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА

Выбор SCADA GeniDAQ 4.25 обуслов

Вообще говоря, был смысл организо

 

АСУ ТП

 

 

лен требованием уменьшения стоимо

вать такую прямую связь по Ethernet с

 

Аппаратная часть АСУ ТП прокат

сти проекта.

 

 

 

 

применением WinCC Flexible OPC

 

ного стана реализована на базе конт

Взаимодействие SCADA и контрол

сервера, но в силу организационных

 

роллера Siemens S7 300 с модулем цен

лера S7 300 реализуется посредством

обстоятельств к моменту проектного

 

трального процессора CPU 315 2DP и

OPC сервера. В слоте PCI компьютера

решения по сетевой структуре обору

 

четырьмя станциями распределённого

АРМ

установлена

сетевая

плата

дование уже было закуплено и требуе

 

ввода вывода

(децентрализованной

SIMATIC NET CP 1613 A2, используе

мого свободного слота в нём не на

 

периферии) ET 200M, панели операто

мая для построения связи по Industrial

шлось, поэтому пришлось исхитрять

 

ра Siemens ТР177 (5,7"), одного АРМ

Ethernet между этим компьютером, где

ся. Применили «стандартное решение

 

оператора (компьютер с CPU Intel

установлена SCADA, и контроллером.

нестандартной задачи» — передачу

 

Pentium® 4 630 3,0 ГГц). В системе за

Связь между контроллером и панелью

данных через контроллер с помощью

 

действовано три регулируемых элек

оператора

осуществляется

по

флагов (набора тегов OPC сервера

 

тропривода

постоянного тока: для

PROFIBUS DP. Количество программ

для синхронизации обмена информа

 

группового

привода рабочих валков

ных тегов на контроллере — 677, коли

цией между контроллером и SCADA

 

используется электродвигатель с пре

чество тегов OPC — порядка 550.

 

АРМ). Всего потребовалось 7 флагов.

 

образователем

Simoreg DC Master

Основные технологические парамет

Этот проект выполняли два програм

 

D480/450, для привода механизма ус

ры отображаются на видеокадрах пане

миста: один программировал конт

 

тановки валков (ЭНУ) применены два

ли оператора и экрана компьютера

роллер и панель оператора, другой

 

электродвигателя с преобразователями

АРМ. Все технологические параметры

(автор статьи) — компьютер АРМ со

43

Simoreg DC Master D420/15. В гидро

архивируются в базе данных АРМ с

всеми его задачами. На объекте вне

СТА 3/2008

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

www.cta.ru

 

 

 

 

 

© 2008, CTA Тел.: (495) 234-0635

Факс: (495) 232-1653

http://www.cta.ru

 

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

дрения пусконаладка связи и обмена

ка» использованы ключи с самовозвра

Управление режимами работы стана,

данными между контроллером и АРМ

том. Все остальные механизмы управ

задание технологических параметров

была выполнена за 2 дня.

ляются кнопками. При этом использо

(скорость прокатки, натяжение на мо

 

ван принцип наличия постоянной об

талках перед и за станом, усилие про

СРЕДСТВА УПРАВЛЕНИЯ

ратной связи, то есть на каждую ко

катки) осуществляется с панели опера

Управление прокатным станом про

манду оператора следует соответствую

тора ТР177, расположенной на пульте

изводится с двух навесных поворотных

щий световой сигнал от системы уп

D1. Сюда же выводится технологичес

пультов D1 и D2. Пульт управления D1

равления, информирующий оператора:

кая и производственная информация в

расположен на станине клети со сторо

о принятии команды системой;

цифровом виде.

ны входа заготовки в валки при первом

о выполнении команды;

 

пропуске. Управление осуществляется

об отказе при выполнении команды.

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ПАНЕЛИ

устройствами, размещёнными на двери

Сигнализация о работе механизмов

ОПЕРАТОРА

и правом торце пульта; здесь же нахо

осуществляется встроенными в кнопки

Панель оператора ТР177 является

дится панель оператора ТР177. Пульт

управления сигнальными лампочками:

графической панелью с сенсорным эк

управления D2 расположен на станине

после нажатия кнопки при движущем

раном резистивного типа. Она служит

клети со стороны выхода заготовки из

ся механизме встроенная лампочка го

для управления станом посредством

валков. Управление производится уст

рит мигающим светом (частота мига

видеокадров. На рис. 3 показан один

ройствами, размещёнными на двери

ния 2 Гц); при достижении механиз

из них. Переход между видеокадрами

пульта.

мом крайнего положения соответству

осуществляется с помощью виртуаль

Управление механизмами и режима

ющая лампочка начинает гореть посто

ных кнопок «Вперёд», «Назад». При

ми работы стана осуществляется при

янно; после нажатия кнопки с целью

включении панели появляется основ

помощи ключей с фиксацией, ключей

включения устройства (например на

ной видеокадр «Меню». С него можно

с самовозвратом, кнопок со встроен

соса)

для продолжительной работы

перейти на любой другой видеокадр.

ными в них сигнальными лампочками,

лампочка горит постоянно; при отклю

При вводе новой заготовки можно вы

функциональных кнопок панели опе

чении

механизма соответствующая

брать режим работы: ручной или по

ратора. Для механизмов, требующих

лампочка гаснет; при отказе выполне

программе. При ручном режиме опе

работы в определённых режимах, вы

ния команды лампочка в кнопке, с по

ратор вводит желаемое количество

бор режимов осуществляется ключами

мощью которой подана команда, горит

пропусков и толщину заготовки на

с фиксацией. С целью обеспечения для

«аварийным» мигающим светом (час

каждом пропуске. Устанавливается

отдельных механизмов режима «толч

тота мигания 4 Гц).

выбранный режим работы ГНУ: регу

44

www.cta.ru

СТА 3/2008

© 2008, CTA

Тел.: (495) 234-0635 Факс: (495) 232-1653 http://www.cta.ru

панели оператора
лирование либо по положению, либо по усилию прокатки. Для регулируе мых приводов на видеокадрах отобра жаются заданные и фактические зна чения параметров. Там, где это предус мотрено, выводится информация об ошибках в работе оборудования, о предаварийных ситуациях, а также о готовности подсистем к включению. При возникновении предаварий ной/аварийной ситуации появляется
СТА 3/2008
Рис. 3. Видеокадр «Гидромеханическое нажимное устройство»

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

окно сообщений, которое отобража ется «поверх» ос тальных окон. Журнал аварий от ображается на со ответствующем ви деокадре. Можно просмотреть все аварии или аварии только при теку щей прокатке.

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ АРМ

Компьютер АРМ служит для выпол нения следующих задач:

архивирование всех технологичес ких параметров работы комплекса оборудования прокатного стана 400, полученных от контроллера;

запись в базу данных программ про катки, полученных от панели опера тора;

автоматический поиск и извлечение из базы данных программы прокат ки, соответствующей текущему зада нию, по запросу панели оператора;

визуализация основных технологи ческих параметров на видеокадрах SCADA;

просмотр базы данных с помощью отчётных форм Excel.

Все перечисленные функции, кроме

последней, выполняются средствами SCADA GeniDAQ 4.25. Это очень при влекательный по цене SCADA пакет для малых и средних систем. К его до стоинствам можно отнести большую гибкость в программировании. Так, в данном проекте в программе работают параллельно 6 задач с разным пери одом запуска и разным приоритетом. Внутренний язык программирования – VBScript, хорошо интегрированный в Windows. Например, из него даже мож но редактировать системный реестр. К недостаткам этой SCADA системы можно отнести относительную бед ность встроенных функций оболочки. Так, для работы с SQL базами данных имеются только несколько встроенных функций VBScript, и в нашем случае пришлось писать дополнительные подпрограммы, унифицирующие об мен с SQL Server.

При стыковке аппаратно програм мных средств разных производителей

45

www.cta.ru

© 2008, CTA Тел.: (495) 234-0635 Факс: (495) 232-1653 http://www.cta.ru

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Видеокадр «Электросхема», выводимый на экран компьютера

 

Рис. 5. Видеокадр «Состояние преобразователя», выводимый на экран

 

 

 

АРМ

 

 

 

компьютера АРМ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

редко обходится без проблем. Не стал

заготовку до прокатки, а третий — пос

приводах обеспечили возможность оп

 

 

исключением и описываемый проект:

ле прокатки. По этим трём параметрам

тимизировать режимы прокатки матери

 

 

GeniDAQ в процессе «привязки» тегов

автоматически ищется соответствую

ала. Заданный график подачи заготовки

 

 

к Siemens OPC серверу время от време

щая программа в двух упомянутых таб

реализуется через управляемый главный

 

 

ни по непонятной причине «зависал».

лицах базы данных. Но точного совпа

привод, вращающий валки. Заданный

 

 

Оказалось, длина строки пути к тегу

дения не бывает, поэтому оператор пе

график деформации заготовки реализу

 

 

OPC сервера в GeniDAQ не должна

ред отправкой запроса с операторской

ется посредством гидравлических серво

 

 

превышать 80 символов. Вообще гово

панели заводит в диалоговом окне

клапанов, работающих на

цилиндры

 

 

ря, GeniDAQ вполне хорош для систем

станции АРМ допустимую область по

гидронажимного устройства. Все основ

 

 

с количеством внешних тегов не более

грешности для каждого из трёх параме

ные операции стана автоматизированы;

 

 

нескольких сотен.

тров. При запуске программы SCADA

управление технологическим процессом

 

 

Структура базы данных в MS SQL

эти погрешности устанавливаются по

обеспечено удобными средствами опе

 

 

Server была разработана с учётом зада

умолчанию. Если по запросу на поиск

раторского интерфейса, в том числе

 

 

чи минимизации скорости нарастания

программы прокатки обнаружено не

средствами отображения разнообразных

 

 

её объёма по ходу технологического

сколько программ,

удовлетворяющих

видеокадров и отчётной формы. Опера

 

 

процесса

и минимизации загрузки

введённым условиям, то на панель опе

тору нет необходимости запоминать или

 

 

процессоров. Поэтому все таблицы ар

ратора отправляется программа с мень

записывать удачные программы прокат

 

 

хивирования технологических параме

шим порядковым номером.

 

ки – они запоминаются в базе данных и

 

 

тров были поделены на два типа: таб

На рис. 4 и 5 приведены примеры ви

легко извлекаются по запросу. Благодаря

 

 

лицы с заданным периодом архивиро

деокадров SCADA, выводимых на эк

полной автоматической архивации тех

 

 

вания (от 600 мс до 1 мин) и таблицы

ран компьютера АРМ.

 

нологических параметров оператор име

 

 

событийного типа (в них архивируют

Для получения разнообразной ста

ет возможность сделать выборку по лю

 

 

ся события по мере их поступления).

тистической и архивной информации

бому заданному критерию.

 

 

 

 

Сохранение данных в таблицах с за

по результатам работы прокатного ста

Внедрение представленной в статье

 

 

данным

периодом архивирования

на используются отчётные формы MS

системы АСУ ТП минимизировало ко

 

 

стартует и останавливается в зависи

Excel. Данные в эти формы загружают

личество забракованных

заготовок,

 

 

мости от возникающих значений оп

ся непосредственно из базы MS SQL

энергопотребление стана, потери вре

 

 

ределённых параметров или их сово

Server посредством встроенных SQL

мени обслуживающего персонала. Ис

 

 

купности.

 

запросов. В частности, создана отчёт

пользуемые в системе средства управ

 

 

Программа прокатки представляет

ная форма с таблицей и графиком тол

ления и отображения признаны обслу

 

 

собой матрицу, где строчки соответ

щины заготовки до и после прокатки

живающим персоналом

заказчика

 

 

ствуют пропускам, а столбцы — пара

по каждой программе прокатки для за

вполне удобными для работы. Основу

 

 

метрам прокатки в каждом пропуске.

данной марки материала

заготовки.

высокой надёжности системы заложи

 

 

Она запоминается в двух таблицах базы

Как только пользователь

изменяет

ли применение технических и про

 

 

данных: «Список_программ» и «Про

значение ячейки «код марки материа

граммных средств ведущих мировых и

 

 

грамма». При появлении новой заго

ла», происходит загрузка соответству

лучших отечественных производите

 

 

товки, подлежащей прокатке на стане,

ющих данных из базы в таблицу и на

лей, а также продуманность и, как ре

 

 

оператор вводит на панели оператора

график листа Excel.

 

 

зультат, корректность разработанного

 

 

три параметра: «Толщина заготовки пе

 

 

 

 

программного обеспечения.

 

 

 

 

ред прокаткой, [мм]», «Температура за

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 

Автоматизированная система управ

 

 

готовки перед прокаткой, [°С]», «Тол

Применение контроллерного про

ления реверсивным прокатным станом

46

 

щина заготовки после прокатки, [мм]».

граммного управления станом и уста

400 успешно эксплуатируется с конца

 

Два первых параметра характеризуют

новка сервосистем на всех основных

2007 года.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

www.cta.ru

 

 

 

 

 

 

СТА 3/2008

© 2008, CTA Тел.: (495) 234-0635 Факс: (495) 232-1653 http://www.cta.ru