330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / 2ПроизвАлюминий

Особенности поставленной

задачи

Задача автоматизации состоит в раз

работке, изготовлении и внедрении

оборудования и программного обеспе

чения для управления процессом про

изводства алюминия электрохимичес

ким способом.

Производство алюминия является

многоступенчатым процессом, включа

ющим в себя производство сырья, полу

чение алюминия электролизом криоли

то глиноземного расплава и литье заго

товок для дальнейшей переработки. Нас

интересует

производство алюминия

в процессе

электролиза. Электролиз

алюминия происходит в специальной

ванне, называемой электролизёром Общий вид объекта автоматизации. Цех электролиза

4/97

СИСТЕМНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ

МЕТАЛЛУРГИЯ

от 3×6×2 до

нозёмом (АПГ). Система АПГ предна

(примерные размеры

ния пробойников и дозаторов. В совре

5×12×4 м). В каждом корпусе алюминие

значена для подачи сырья (глинозема)

менных системах один блок управляет

вого завода в среднем находится 80 100

в область электролиза. Подача осуще

двумя электролизёрами.

ванн,

включенных последовательно

ствляется парами «пробойник + доза

Главной отличительной особеннос

в цепь постоянного тока. На Саянском

тор». При срабатывании пробойник

тью системы автоматизации электро

алюминиевом заводе (СаАЗ), стояла за

пробивает корку над жидким элект

лиза алюминия является наличие мно

дача

автоматизировать

два корпуса,

ролитом и дозатор, установленный

жества однотипных объектов управле

в каждом из которых находится 98 эле

в нижней части бункера с глиноземом

ния. В рассматриваемой системе нали

ктролизёров.

, засыпает в ванну фиксированное ко

чие 196 электролизёров привело к не

С точки зрения автоматизации, элект

личество (3 8 кг) сырья. Таким образом,

обходимости

изготовить ровно 100

ролизёр представляет

собой объект,

управление режимом работы электро

блоков управления. Количество блоков

с которого снимается

информация

лизёра осуществляется следующими

управления даже в рамках одного про

о его состоянии и выдаются сигналы

двумя путями.

екта приближается к серийному, и со

для управления оборудованием, уста

1. Изменение положения анода, то есть

ответственно возрастают требования

новленным на нем. Анализируемая ин

его высоты над расплавленным алю

к цене, надежности и удобству эксплуа

формация включает в себя текущее на

минием . Это так называемое

тации. Кроме того, к системе предъяв

пряжение на ванне (обычно 4 5 В, дохо

межполюсное расстояние (МПР) вли

ляется ряд особых требований, связан

дит до 80 В) и силу тока (порядка

яет на сопротивление электролита.

ных с условиями её эксплуатации,

172000 А). Учитывая, что все 196 элект

2. Изменение интервала между подача

а именно:

ролизёров включены последовательно,

ми доз глинозема (обычно порядка 2

● наличие сильного постоянного маг

достаточно измерять ток в одном месте.

3 минут), что, в свою очередь, влияет

нитного поля (БУ работает в непо

Совокупность соединенных последова

на концентрацию глинозема в элект

средственной близости от проводни

тельно электролизёров часто называют

ролите.

ка тока на 100 300 кА);

серией.

Основной задачей системы является

● работа в широком температурном ди

Конструктивно электролизёр (рис. 1)

расчет и поддержание оптимальных

апазоне (на сибирских заводах, к ко

представляет собой ванну электролиза

значений этих параметров. Для управ

торым относится СаАЗ, диапазон ра

с неподвижным катодом и подвиж

ления электролизёром рядом с ним ус

бочих температур БУ составляет от

ным анодом , приводимым в движе

танавливается блок управления (БУ),

40 до +55°C);

ние двумя электродвигателями трех

который измеряет напряжение ванны,

● отсутствие

возможности заземле

фазного тока мощностью 3 кВт. Кроме

получает значение текущего тока и уп

ния – каждая ванна фактически «ви

того, на электролизёрах установлены

равляет двигателями привода анода

сит в воздухе», и напряжение между

системы автоматического питания гли

и пневматическими клапанами включе

ванной и землей доходит до 800

Рис. 2. Структурная схема АСУ ТП электролизного цеха

СИСТЕМНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ

МЕТАЛЛУРГИЯ

дискретных входов и 6 дискретных вы

ходов. Следует отметить, что характерис

тики контроллера на порядок превосхо

дят аналогичные параметры других сис

тем, где типичный контроллер имеет бы

стродействие 16 разрядного процессора

с тактовой частотой 10 16 МГц при памя

ти в 16 64 кбайт. Избыточная же мощ

ность контроллера MicroPC позволила

реализовать

некоторые

алгоритмы,

принципиально невозможные в других

системах. Блоки поставляются с ориги

нальным программным обеспечением,

соответствующим реальному оборудова

нию завода (оперативная доработка ба

зового ПО в соответствии с ТЗ заказчи

ка). Программное обеспечение контрол

лера является открытым. Добавление но

вых или изменение существующих алго

ритмов возможно не только при постав

ке специалистами АО ТоксСофт, но и за

Рис. 4. Верхний отсек блока управления ТРОЛЛЬ с открытой дверцей

водскими программистами в процессе

эксплуатации.

и выходы блока управления имеют галь

Над панелью размещены лампы ин

Разработанные для системы алгорит

ваническую развязку. В верхней же час

дикации 3 фазного напряжения двига

мы были проверены и отработаны на

ти находятся модули термостатирова

телей и аварийной сигнализации.

Саянском алюминиевом заводе в тече

ния БУ, в том числе нагреватели и вен

В состав контроллера блока управле

ние двух лет. В процессе отработки не

тиляторы, обеспечивающие постоян

ния входят (рис. 5) процессорная плата

было ни одного сбоя в работе алгорит

ную положительную температуру внут

5025A (процессор – i386SX 25 МГц; опе

мов и была подтверждена эффектив

ри блока.

ративная память – 1 Мбайт; энергонеза

ность их работы с различными типами

На дверце верхней части расположе

висимая память – 512 кбайт; флэш

электролизёров.

на панель индикации и управления бло

диск – 512 кбайт; операционная систе

ком, состоящая из двух светодиодных

ма – ROM DOS 6.22), две платы ввода вы

Контроллер тока и напряжения

дисплеев индикации параметров рабо

вода 5648 и сетевая плата Arcnet 5560.

ты

электролизёров,

совмещенных

Контроллер получает сигналы с 2 анало

серии (КТНС)

с мембранными клавиатурами управле

говых и 25 дискретных входов и управля

Контроллер тока и напряжения серии

ния электролизёрами. Посередине рас

ет 22 дискретными выходами (все вхо

установлен на Кремниевой Преобразу

положена мембранная клавиатура вы

ды/выходы с

оптической развязкой

ющей Подстанции (КПП) серии. Конст

бора режима индикации. Панель, управ

1,5÷4 кВ). Дополнительно может быть ус

руктивно КТНС

представляет собой

ляемая отдельным микроконтролле

тановлено до 14 аналоговых входов, 34

шкаф в исполнении IP54, в котором ус

ром, позволяет:

Контроллер MicroPC

● отображать до 64 различных параме

MPB68

тров работы электролизёров и блока

Плата УСО

MPB16PC MPB16PC

IDC5 NP IAC5 A IAC5 A

OAC5 A OAC5 A

Контроль расцепителя

Верхний концевик анодной рамы

управления;

5648

Электролизера I

Нижний концевик анодной рамы

● задавать уставочные значения пара

Отстрел расцепителя

Лампа «Авария»

метров управления электролизёрами;

MPB624

● осуществлять переключение между

Напряжение ванны

Электролизера II

MPB24 MPB24 IV10

IAC5 A IAC5 A 5IDCNP 5IDCNP

Контроль фазы А двигателя 1

ными режимами управления;

Перекос фаз на двигателе 2

ручным, автоматическим и специаль

Контроль фазы В двигателя 2

Плата УСО

Перекос фаз на двигателе 1

● управлять в ручном режиме двигате

5648

Контроль левого пробойника

5IAC 5IAC 5IAC 5IAC 5OAC 5OAC 5OAC 5OAC ODC ODC ODC ODC

Контроль левого дозатора

лями анода и системами автоматичес

Контроль правого пробойника

кой подачи глинозема.

Контроль правого дозатора

A A A A A A A A 5 5 5 5

Подача левого пробойника

Следует отметить, что все сигналы

Подача левого дозатора

Плата

Сеть ArcNet

Подача правого пробойника

ручного управления

проходят через

Подача правого дозатора

Archnet

корпуса

Левый двигатель ВВЕРХ

контроллер MicroPC. Надежность канала

5560

электролиза

Левый двигатель ВНИЗ

(клавиатура→контроллер MicroPC→мо

Правый двигатель ВВЕРХ

Правый двигатель ВНИЗ

дули опторазвязки→оборудование) не

MPB616РС

уступает применяемым обычно для это

Контроль входной фазы А блока

Контроль входной фазы В блока

го релейным схемам, при этом контрол

Процессорная

MPB16PC 5IACA 5IACA 5IACA NP5IDC 5IACA 5IACA

5OACA 5OACA

Контроль входной фазы С блока

лер «знает» о ручных воздействиях, про

плата

Контроль наличия +24 В

5025A

Дверца верхнего отсека БУ

токолирует их и учитывает при дальней

Дверца нижнего отсека БУ

Отстрел Главного Контактора

шем автоматическом управлении, а так

К панели индикации и управления

Подача сигнала об анодном эффекте

же может ограничивать или запрещать

их при определенных условиях, исправ

Рис. 5. Структурная схема контроллера блока управления ТРОЛЛЬ. Показаны сигналы для

ляя грубые ошибки персонала.

одного из двух обслуживаемых блоком электролизёров

4/97

большую часть работы

персонала,

уменьшая возможность ошибок и не

точностей в работе операторов. Про

граммное обеспечение АРМ оператора

реализовано в среде DOS/ DPMI32 с ис

пользованием библиотеки графическо

го интерфейса GWM разработки Токс

Софт. АРМ оператора выполняет следу

ющие основные функции:

● одновременно показывает на экране

состояние всех ванн в корпусе

(рис. 6) и/или подробные характери

стики и параметры работы подсистем

одной ванны (рис. 7);

● звуковым сигналом и сообщением на

экране предупреждает оператора о

возникновении нештатных ситуаций;

● в большинстве нештатных ситуаций

производит голосовое оповещение

в корпусе об их возникновении;

● дает оператору возможность изменять

уставки, управлять движением анода,

работой АПГ и других подсистем;

● проводит самодиагностику и провер

Рис. 6. Программа АРМ оператора корпуса в режиме просмотра всех ванн в корпусе

ку работоспособности

аппаратуры

и программ нижнего уровня.

тановлен контроллер MicroPC фирмы

печивает устойчивую работу сети

Octagon и аналоговые модули ввода.

Arcnet.

АРМ технолога

На вводы подаются токовые сигналы

К этому же концентратору оптоволо

с датчиков тока серии и напряжения

конным кабелем подключены АРМ опе

Компьютеры операторов корпусов

корпусов. КТНС включен в единую ло

ратора корпуса и контроллер тока/на

соединены по сети Ethernet с АРМ тех

кальную сеть с БУ корпуса.

пряжения серии. При этом в КТНС уста

нолога (компьютером базы данных),

новлены четыре сетевые платы, благо

предназначенным для накопления дан

Технологическая сеть Arcnet

даря чему один КТНС включен в две не

ных, печати сводок и анализа работы

зависимые сети корпусов.

серии. Программа АРМ технолога, раз

БУ объединены в общую для каждого

работанная на базе Borland Delphi, ра

корпуса сеть Arcnet. Сеть реализована

АРМ оператора

ботая в автономном режиме, автомати

по совмещенной схеме «звезда» и «ши

чески составляет и распечатывает свод

на». В каждом корпусе стоит концентра

АРМ оператора корпуса включено

ки. При этом оператор и технолог могут

тор, к которому оптоволоконным кабе

в сеть Arcnet корпуса. Оно берет на себя

в любой момент получить доступ к дан

лем подключены 8 групп БУ. В тех БУ,

к которым подходит оптический ка

бель, установлены трансиверы, преоб

разующие оптический сигнал в сигнал

для коаксиального кабеля. Шина между

блоками внутри группы реализована на

коаксиальном кабеле с оптоволоконны

ми перемычками. Такое решение архи

тектуры сети обеспечивает