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

330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / 2СУ_ИзготЭлектродов

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
21.03.2016
Размер:
441.62 Кб
Скачать

РАЗРАБОТКИ

МЕТАЛЛУРГИЯ

Автоматизированная система управления процессом изготовления медных анодов на Алмалыкском ГМК

Алексей Никитин, Аскар Халимов, Андрей Трифонов, Герман Заманов, Дмитрий Скрипчак

В статье рассматриваются проблемы и опыт создания автоматизированной системы управления процессами разлива и взвешивания при изготовлении медных анодов. Система оснащена современными датчиками параметров процесса и высоконадёжным программируемым контроллером. Рассматривается задача минимизации отклонения веса анода от нормы и пути её решения.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

печами ёмкостью по 200 т и двумя раз!

вводят в ванну аналогичным способом.

 

Медь относится к числу тяжёлых

ливочными машинами карусельного

По готовности металла, устанавливае!

 

цветных

металлов. Благодаря своим

типа диаметром 10 м. Печи имеют диа!

мой с помощью специального анализа,

 

весьма ценным свойствам она является

метр 3,9 м и длину 9,2 м. Для поворота

начинается разлив меди в аноды. Для

 

одним из наиболее широко используе!

печи установлен привод переменного

выпуска рафинированной меди с боко!

 

мых металлов после железа.

тока. Внешний вид анодной печи пока!

вой стороны печи, обращённой к раз!

 

На медеплавильном заводе Алма!

зан на рис. 1.

ливочной машине, установлена шпу!

 

лыкского ГМК высококачественную

В печь помимо черновой меди загру!

ровая лётка диаметром 50 мм. Перво!

 

катодную медь получают из медного

жают анодные остатки из цеха электро!

начально металл из печи вытекал из

 

концентрата обогатительной фабрики

лиза, брак, скраб и изложницы, кото!

лётки в жёлоб и затем в разливочный

 

в четыре этапа: кислородно!факельная

рые подвергают плавлению. По окон!

ковш, выпускной носок которого уста!

 

печь, конвертер, анодная печь, элек!

чании расплавления шихты проводят в

навливался над очередной изложницей

 

тролиз.

 

 

 

 

течение 2!3 часов операцию окисления

карусельной машины. Привод ковша

 

В ходе конвертерного передела полу!

меди для удаления примесей. Окисле!

осуществлялся электролебёдкой. Ма!

 

чают черновую медь. Жидкую черно!

ние производится сжатым воздухом

шинист разлива при помощи командо!

 

вую медь доставляют от конвертеров в

путём введения его в ванну с жидким

контроллера производил налив меди из

 

анодный передел и заливают в анодные

расплавом через стальные трубки. Вос!

ковша в изложницы.

 

печи для пирометаллургического ра!

становление меди осуществляется с

При ручном управлении разливоч!

 

финирования. В процессе рафиниро!

помощью природного газа, который

ным ковшом скорость разлива, толщи!

 

вания черновой меди удаляют

 

 

 

на полотна анодов, а также

 

 

 

 

 

примеси

и

из полученной

 

 

 

брак литья во многом зависели

 

анодной меди отливают ано!

 

 

 

от опыта и квалификации ма!

 

ды. В дальнейшем методом

 

 

 

шиниста. Во время разлива,

 

электролиза из медных анодов

 

 

 

продолжающегося в течение

 

получают

высококачествен!

 

 

 

4!6 часов, получали 700!900 ано!

 

ную катодную медь.

 

 

 

 

дов. Даже опытный машинист

 

Объектом

рассмотрения в

 

 

 

разлива не мог такое долгое

 

настоящей

статье

являются

 

 

 

время работать сосредоточен!

 

анодная печь, карусельная ма!

 

 

 

но, что приводило к отклоне!

 

шина и система желобов, по

 

 

 

нию толщины полотна и веса

 

которым

жидкая

анодная

 

 

 

анодов от требуемых значений.

 

медь из печи транспортирует!

 

 

 

Как известно, вес является

 

ся к изложницам карусельной

 

 

 

немаловажным фактором при

 

машины.

 

 

 

 

 

 

переработке анодов в цехе

48

Анодный передел оборудо!

 

 

 

электролиза меди. Поэтому с

ван двумя наклоняющимися Рис. 1. Внешний вид анодной печи

 

целью получения анодов уста!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 ТА Л Л У Р Г И Я

 

 

 

АРМ разливщика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АП 1

 

 

 

 

 

Not AUS

 

Рабочая станция

 

 

 

 

 

 

 

 

AWS 8259

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TCP/IP

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сетевой коммутатор

 

M

 

 

 

Пульт

Вкл./откл.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Промежуточный

 

 

разливщика

маслостанции

 

 

 

 

 

ковш

 

 

 

 

 

 

 

TCP/IP

 

 

 

Разлив

Печь

Разлив

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дозировочный

 

в автомате

Авт./руч

Авт./руч.

 

 

 

печи

 

Изложница

 

 

 

 

 

Промышленный контроллер

 

ковш

 

 

 

 

 

Датчикположения

 

 

 

Старт

Стоп

 

 

 

 

 

 

Гидротолкатели

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вверх

Карусель

 

 

 

 

 

 

Печь

Ковш1

2

 

 

 

 

Весы

 

Ковш

 

 

 

 

 

232RS

 

 

Маслостанция

положенияизложницы

Вниз

 

Модули ввода вывода

Р, t, L

Up/Dw

 

 

 

(УСО)

 

Вкл./откл.

 

4520ADАМ

 

 

 

 

 

 

 

маслостанции

 

RS 485

 

 

 

 

 

 

 

 

Цифровые

 

 

 

Датчик

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

измерительные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

преобразователи

 

ШСУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Частотный преобразователь управления печью

 

 

 

 

 

 

 

 

Частотный преобразователь управления каруселью

 

Рис. 2. Структурная схема системы

В состав системы входит перечисляе!

сетевой коммутатор RS2!TX ком!

 

 

 

мое далее оборудование и программное

пании Hirschmann, предназначен!

новленного веса, а также улучшения

обеспечение.

 

 

 

 

ный для сетевых подключений по

условий труда и повышения культуры

Пультовой

конструктив

(фирма

протоколу TCP/IP;

 

 

 

производства фирма «ASU Technology»

Rittal), на базе которого организова!

блок питания Octagon Systems 7155

разработала и внедрила автоматизиро!

но АРМ оператора,

использующее

для контроллера (5 В), источник

ванную установку весового дозирова!

промышленную рабочую

станцию

питания компании XP Power серии

ния (УВД). В состав этой установки

AWS!8259 (процессор

Celeron, 15"

SMC

для

«сухих»

контактов

входят

два ковша: промежуточный

ЖК!дисплей) фирмы

Advantech и

(90...264 В переменного тока, вы!

ковш (ПК) и дозировочный ковш

пульт управления с необходимым на!

ходная мощность 600 Вт, монтаж

(ДК). Металл из печи направляется в

бором пускателей, переключателей,

на шасси), источник бесперебой!

ПК, а из него – в ДК; из ДК металл

кнопок

управления

и

аварийного

ного питания (1000 Вт, время авто!

сливается в изложницу. Каждый ковш

отключения; в нижней части пульто!

номной работы 20 минут).

установлен на своей платформе, снаб!

вого конструктива (в шкафу) разме!

Система

гидропривода

ковшей

жённой тензометрическим весоизме!

щены:

 

 

 

 

 

ГСПП5!8!250, состоящая из масло!

рителем. Ковши могут изменять свой

микропроцессорный промышлен!

станции и гидротолкателей.

наклон с помощью управляемых гид!

ный

контроллер

производства

Весоизмерительные устройства фир!

роцилиндров. Работой УВД управляет

фирмы Fastwel с модулем цент!

мы Scaime серии F60X на 5 т и 2 т для

автоматизированная система.

рального процессора CPU686E,

промежуточного и

дозировочного

 

 

 

предназначенный для приёма сиг!

ковшей соответственно (каждое уст!

ОПИСАНИЕ

 

налов с датчиков, их последующей

ройство

содержит 4

тензодатчика,

АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ

обработки и выдачи управляющих

соединённых в мостовую схему).

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ УВД

сигналов на объекты управления;

Частотный преобразователь управле!

Рассматриваемая система является

входные и выходные модули УСО

ния печью АП!1.

 

 

 

трёхуровневой. Первый уровень вклю!

фирмы Grayhill серий 70L (дис!

Частотный преобразователь управле!

чает в себя приборы контроля, измере!

кретные) и 73L (аналоговые), уста!

ния каруселью (частотные преобра!

ния и

исполнительные механизмы.

новленные

на клеммной плате

зователи размещены в шкафу ШСУ).

Второй – микропроцессорный конт!

TBI!24LC (Fastwel), и плата гальва!

Программное обеспечение контрол!

роллер с модулями ввода!вывода сиг!

нической изоляции каналов дис!

лера.

 

 

 

 

 

налов, обрабатывающий полученную

кретного вывода TBI!0/24C (Fast!

Программное

обеспечение АРМ

информацию и задающий логическую

wel);

 

 

 

 

 

оператора.

 

 

 

 

цепь

управления

технологическим

цифровые измерительные преоб!

 

 

 

 

 

 

процессом. Третий

уровень образуют

разователи

сигналов

тензодатчи!

ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ

 

 

сервер базы данных и автоматизиро!

ков DMJ (Scaime) с интерфейсом

СИСТЕМЫ

 

 

 

 

ванное рабочее место (АРМ) оператора

RS!485 (мод.);

 

 

 

Контроль параметров маслосисте!

(разливщика).

 

преобразователь интерфейсов (RS!

мы гидропривода:

температуры,

Структурная схема системы пред!

232/RS!485) ADAM!4520

(Advan!

давления, уровня и загрязнённости

ставлена на рис. 2.

 

tech);

 

 

 

 

 

масла.

 

 

 

49

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 ТА Л Л У Р Г И Я

Рис. 3. Заполнение медью дозировочного ковша

Рис. 4. Так отливается анод (заполнение изложницы медью)

Автоматическое и дистанционное управление поднятием и опусканием ковшей, поворотом карусели, пово! ротом анодной печи, подачей извес! ти в изложницы.

Автоматическое измерение и регист! рация массы меди в ПК и ДК, прог! нозирование веса наливаемой в из!

ложницу меди, определение и реги! страция количества отлитых медных анодов в автоматическом и ручном режимах.

Сигнализация и контроль аварийных режимов: повышение или понижение температуры и давления в маслостан! ции, предельное загрязнение масла, минимальный уровень масла в баке.

Архивирование регистрируемых по! казателей.

Визуализация технологического процесса.

РАБОТА

АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ

СИСТЕМЫ

При повороте печи медь через жёлоб попадает в промежуточный ковш, на фундаменте которого установлено ве! соизмерительное устройство для опре! деления веса меди в процессе налива. При достижении заданного значения веса меди в ПК контроллер выдаёт сиг! нал подъёма на гидроцилиндр ПК и перелива меди в дозировочный ковш.

Отслеживая заполнение ДК, конт! роллер формирует сигнал на частотно! регулируемый привод карусели, подво! дя изложницу под дозировочный ковш. В момент полной остановки изложни! цы под ДК контроллер выдаёт сигнал на опускание ПК. При полном опуска! нии ПК происходит регистрация зна! чения веса меди в ДК. Измерение веса меди в ДК производится четырьмя тен! зодатчиками, соединёнными в мосто! вую схему для уменьшения погрешнос! ти измерения. Далее контроллер даёт команду на подъём ДК, при этом конт! ролируя вес наливаемой в изложницу меди. Когда количество вылитой меди достигнет заданного значения, подаёт! ся команда на опускание ДК. При пол! ном опускании ДК регистрируется ос! таток веса меди в ковше.

На рис. 3 показано заполнение медью дозировочного ковша, а на рис. 4 – за! полнение изложницы медью.

После полного опускания ДК пода! ётся сигнал подъёма на гидроцилиндр ПК и цикл повторяется.

Изложницы с отлитыми анодами при пошаговом вращении карусели по! падают в зону водяного охлаждения, а затем подходят к пневматическому анодосъёму. Специальным штырём анод поднимается из изложницы, сни! мается анодосъёмом и устанавливается

внакопительную ванну. Из ванны с по! мощью мостового крана грузоподъем! ностью 10 т аноды перемещаются на вагонетки. Каждая вагонетка взвеши! вается до и после загрузки анодами. Путём деления веса анодов на их число

ввагонетке (35 шт.) определяют сред! ний вес анода.

На рис. 5 показана карусель с излож! ницами, а на рис. 6 – готовые аноды, которые направляются в цех электро! лиза.

Одновременно с управлением разли! вом меди производится контроль пара! метров системы гидропривода, конт! роль частотного привода поворота ка! русели и количества изготовленных медных анодов.

Все полученные данные отобража! ются на экране АРМ и архивируются.

РЕЖИМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Выбор режима управления ковшами и каруселью при разливе меди произ! водится переключателем «Разлив». При положении переключателя «Руч.» в режиме разлива происходят передача сигналов с кнопок управления на дис! кретные входы контроллера, их про! граммная обработка и выдача на ис! полнительные механизмы через дис! кретный выход контроллера. При пе! реводе переключателя «Разлив» в поло!

50

 

 

 

 

 

 

Рис. 5. Карусель с изложницами

 

Рис. 6. Готовые аноды направляются в цех электролиза

 

 

 

 

 

 

 

 

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 ТА Л Л У Р Г И Я

жение «Авт.» управление ковшами и

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

каруселью переходит на программное

КОНТРОЛЛЕРА

управление от контроллера. Активация

Программное

обеспечение (ПО)

программного управления произво!

контроллера разработано с помощью

дится нажатием кнопки «Старт» груп!

пакета UltraLogik 1.04.026 на языке

пы кнопок «Разлив в автомате».

Turbo Pasсal 7.0 для операционной сис!

Выбор режима управления печью

темы MS!DOS 6.22 или FDOS.

производится переключателем «Печь».

Для обеспечения взаимодействия с

В положении «Руч.» (ручной режим уп!

программой верхнего уровня, испол!

равления печью) происходит передача

няемой на рабочей станции, установ!

сигналов от кнопок управления груп!

лено ПО клиента сетевой операцион!

пы «Печь» с нарисованными стрелка!

ной системы Nowell 4.11, а на самой ра!

ми вверх или вниз. Через промежуточ!

бочей станции установлен и сконфигу!

ное реле пульта сигналы поступают в

рирован PLCNet OPC Server 3.05 фир!

схему управления частотного преобра!

мы Fastwel.

 

зователя привода печи, которая реали!

Разработанное ПО состоит из двух

зует локальное управление поворотом

исполняемых

файлов Resid.exe и

печи. В положении «Авт.» управление

Uvd_92h.exe, а также группы служеб!

печью переходит в автоматический ре!

ных файлов. Программа Resid.exe на!

жим, то есть в режим программного уп!

писана на языке Turbo Pasсal 7.0 и явля!

равления от контроллера.

ется резидентной. Основная програм!

Программа контроллера реализует

ма Uvd_92h.exe использует средства

алгоритмы, укрупнённые блок!схемы

UltraLogik, после загрузки она обраща!

которых представлены на рис. 7 и 8.

ется к подпрограммам резидента. Это

АРМ оператора с пультом управле!

вызвано соображениями удобства раз!

ния и рабочей станцией показано на

работки. Для запуска используется па!

рис. 9.

кетный файл Start.bat, вызов которого

 

Вход

 

 

Определение веса

 

 

в дозировочном ковше (Wд)

 

 

Нет

Подъём промежуточного ковша

 

Wд = Wуст

 

Да

Промежуточный ковш – вниз

 

 

Подъём дозировочного ковша

 

Нет

Wотл = Wан

 

 

 

 

Да

 

 

Дозировочный ковш –

Замер веса Wд

 

вниз

 

 

 

Поворот карусели

 

Да

Очередная

 

 

изложница

 

 

готова

 

Условные обозначения: Wуст – заданный вес меди в дозировочном ковше; Wотл – вес отливки;

Wан – заданный вес анода; Wд – вес меди в дозировочном ковше.

Рис. 7. Укрупнённая блок+схема алгоритма разлива анодов (основной цикл)

51

 

 

 

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 ТА Л Л У Р Г И Я

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

помещён в файл автозапуска MS!DOS

чала опускания ДК регистрируются

Далее процесс повторяется с подъё!

 

autoexec.bat.

 

 

 

 

 

вес, расход и изменение расхода).

ма ПК.

 

 

 

 

 

 

 

Основной цикл работы программы

Опускание ДК производится не пол!

При нажатии кнопки «Стоп» разлив

 

состоит из следующих шагов:

 

ностью, а на заданную длину штока

меди из ДК в изложницу не прекра!

 

считывание

состояния

входных

гидроцилиндра; в процессе движе!

щается до установки заданного веса

 

дискретных и аналоговых сигналов;

ния ДК ожидается момент стабили!

анода.

 

 

 

 

 

 

 

логическая обработка;

 

 

 

зации его веса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

выдача выходных сигналов.

 

Регистрируется конечный вес меди в

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 

 

 

 

Привязка входных и выходных сиг!

ДК, рассчитывается вес отливки и вес

Разработанная ООО «ASU Teсhno!

 

налов к каналам плат УСО осуществле!

меди, налитой в изложницу в процес!

logy» автоматизированная система уп!

 

на средствами пакета UltraLogik. Связь

се опускания; этот добавленный вес

равления

процессом

изготовления

 

с весоизмерительными устройствами

вместе с зарегистрированным в мо!

медных анодов на Алмалыкском ГМК

 

фирмы Scaime поддерживается по про!

мент начала опускания расходом и

прошла промышленные испытания и

 

токолу Modbus RTU через порт СОМ2

изменением расхода служат для рас!

передана в эксплуатацию металлурги!

 

на скорости 19200 бод.

 

 

 

чёта коэффициентов регрессионного

ческому цеху.

 

 

 

 

 

 

Алгоритм работы программы в авто!

уравнения, в расчёте

принимают

Система функционирует в тяжёлых ус!

 

матическом режиме разлива построен

участие последние 10 отливок.

ловиях металлургического производства,

 

в соответствии с приводимой да!

 

 

 

характеризующихся повышенным

 

лее последовательностью опера!

 

 

 

содержанием окислов серы в возду!

 

ций.

 

 

 

 

 

 

 

Вход

 

хе, высокой температурой пироме!

 

Ожидание нажатия на кнопку

 

 

 

таллургических процессов, опас!

 

«Старт».

 

 

 

 

 

 

 

ностью работы с жидким металлом.

 

После

нажатия

на

кнопку

 

Определение расхода меди

 

Благодаря

удачному

выбору

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«Старт»

разрешается

работа

 

в ПК (Fп)

 

технических

средств, отличаю!

 

подпрограммы

регулировки

 

 

 

щихся высокой надёжностью и

 

расхода меди при переливе из

 

 

 

точностью в работе, и эффектив!

 

печи в промежуточный ковш.

 

Да

 

ным алгоритмам управления сис!

 

Медь из ПК наливается в ДК

 

Печь – вверх

тема безотказно выполняет свои

 

 

Fп > Fуст

 

до достижения установленно!

 

 

 

функции в круглосуточном режи!

 

го

значения

начального

веса

 

Нет

 

ме эксплуатации.

 

 

 

 

меди в ДК.

 

 

 

 

 

 

Основной

показатель

работы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ожидание срабатывания дат!

 

 

 

системы

среднеквадратичес!

 

чика установки изложницы.

 

Да

Печь – вниз

кое отклонение

веса анода от

 

Ожидание стабилизации веса

 

Fп < Fуст

нормы – по данным на многие

 

 

 

 

 

ДК (в процессе работы датчи!

 

 

 

тысячи отлитых анодов не превы!

 

ки веса опрашиваются 50 раз в

 

Нет

 

шает 0,5 кг, что является одним из

 

секунду; если в течение по!

 

Печь неподвижна

лучших показателей работы среди

 

следних

40

опросов

разброс

 

 

 

аналогичных систем на медепла!

 

измеренных значений относи!

 

 

 

вильных заводах. По нашему мне!

 

тельно среднего не превышает

Условные обозначения: Fп – вычисленный расход меди в

нию,

этот результат

достигнут

 

для каждого из них заданного

промежуточном ковше; Fуст – заданный расход.

благодаря

тому, что

программы

 

1 кг, то вес считается стабили! Рис. 8. Укрупнённая блок+схема алгоритма управления

управления дозированием в ДК и

 

зированным).

 

 

 

расходом меди из печи

 

в изложницу учитывают динами!

 

Регистрация начально!

 

 

 

 

 

ку выливки, которая зависит

 

го веса ДК, подъём ДК.

 

 

 

 

 

от многих факторов, непре!

 

В

процессе

отливки

 

 

 

 

 

рывно изменяющихся в про!

 

анода постоянно реги!

 

 

 

 

 

цессе разлива. Кроме того, в

 

стрируются

текущий

 

 

 

 

 

процессе разлива использу!

 

вес меди, расход меди,

 

 

 

 

 

ется информация о послед!

 

налитой

в изложницу,

 

 

 

 

 

них 10 отливках, что позво!

 

и изменение этого рас!

 

 

 

 

 

ляет

считать

систему адап!

 

хода; на основе

этих

 

 

 

 

 

тивной, а следовательно, бо!

 

параметров

по коэф!

 

 

 

 

 

лее

точно

выполняющей

 

фициентам

регресси!

 

 

 

 

 

функцию стабилизации веса

 

онного уравнения про!

 

 

 

 

 

отливок.

 

 

 

 

изводятся расчёт поро!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гового веса и определе!

 

 

 

 

 

Авторы – сотрудники

 

ние момента опуска!

 

 

 

 

 

ООО «ASU Teсhnology»

 

ния ДК.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Телефон:

 

 

 

 

Опускание ДК и выда!

 

 

 

 

 

(+9987061) 484 95

 

52

ча команды на поворот

 

 

 

 

 

E mail:

 

 

 

 

карусели (в момент на! Рис. 9. АРМ оператора с пультом управления и рабочей станцией

 

zamdir@asutechnology.uz

 

www.cta.ru

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СТА 3/2008

 

 

 

 

 

 

 

 

 

© 2008, CTA

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