Пример реализации асу тп доменной плавкой на оао «ммк»
Рассмотрим построение современной автоматизированной системы на примере печи № 10 доменного цеха ОАО ММК, схема которой представлена на рис. 5.9.
Распределённая подсистема контроля и локального управления (РСКУ).
АСУ ТП доменной печи является компонентой интегрированной информационной системой доменного цеха ОАО «ММК», решающей задачи контроля и управления технологическим процессом доменной плавки с целью повышения качества выпускаемой продукции. На каждой доменной печи функционирует несколько АСУ ТП:
АСУ ТП шихтоподачи;
АСУ ТП собственно печи;
АСУ ТП воздухонагревателей;
АСУ ТП БЗУ (на печах, оборудованных безконусным засыпным устройством фирмы Пауль Вьюрт).
В настоящее время, все автоматизированные системы управления технологическим процессом доменной плавки на печах доменного цеха ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» строятся на базе современных технических и программных средств. Широкое применение при проектировании АСУТП получили микропроцессорные контроллеры SIMATIC S7-400 фирмы SIEMENS. Конфигурация систем ввода-вывода SIMATIC S7-400 строится на основе сети PROFIBUS-DP и станций распределенного ввода-вывода ET200M, ET200S c интерфейсными модулями IM153-2 и IM151-1 соответственно. Использование PROFIBUS выбрано неслучайно. По сравнению с обычной реализацией структур автоматизации, уже на первый взгляд видны преимущества применения последовательной полевой шины. Экономия средств здесь образуется благодаря меньшей стоимости кабеля (кабель имеет меньшую длину) и применению полевых приборов.
Для визуализации, управления и контроля технологическим процессом используются автоматизированные рабочие места технологов печи, расположенные на главном посту управления доменной печи (пост А), автоматизированные рабочие места машиниста шихтоподачи (пост Б) и автоматизированное рабочее место, расположенное в помещении АСУ поста Д (ПСУ воздухонагревателей), организованных на базе автоматизированных рабочих мест (АРМ) с применением SCADA системы фирмы SIEMENS WinCC. Для контроля работы технологического и электрического оборудования, фиксации аварийных ситуаций, диагностики технологического и электрического оборудования используются автоматизированные рабочие места, расположенные в электропомещении ЭП1. Для своевременного выявления отказов технических средств реализована система диагностики неисправностей, использующая все возможности, предоставляемые контроллерами. В системе управления выполнено несколько уровней доступа, разграниченных паролями: оператор, технолог, инженер сервисной службы. В зависимости от уровня доступа ограничены возможности по управлению и конфигурированию системы.
Для обмена данными между микропроцессорными контроллерами и автоматизированными рабочими местами используются сервера WinCC. Сервер баз данных служит для регистрации результатов решения функциональных задач Связь контроллеров, АРМ и серверов осуществляется по сети Ethernet через сетевые коммутаторы SIMATIC.Структура управления является распределённой. Информация с органов управления поступает непосредственно в выносные блоки ET 200M, которые объединены между собой и центральным процессором в единую сеть.
Рис. 5.9. Структурная схема комплекса программно-технических средств ДП №10
Для управления электроприводами электровибропитателей, грохотов, затворов и лотков дозаторов, грохотов и затворов центральных воронок, конвейеров подачи железорудного сырья в центральные воронки и конвейеров отсева агломелочи, шиберов предназначены устройства распределенного ввода-вывода SIMATIC ET 200S с силовыми модулями и системы управления и контроля SIMATIC SIMOCODEDP, расположенные в шкафах управления шихтоподачи.
Диспетчерский уровень доменной печи.
Для реализации диспетчерского уровня на доменной печи №10 используются:
система управления технологическим процессом с заменой вторичных приборов на компьютерную систему мониторинга технологических параметров доменной печи;
система мониторинга параметров систем загрузки доменных печей.
система мониторинга параметров работы воздухонагревателей.
Главными функциями этих SCADA-систем являются отображение технологического процесса в виде мнемосхем на экране монитора компьютера, сигнализация об аварийных ситуациях, обеспечение компьютерного общего управления процессом со стороны оператора-технолога, возможность создания архивов аварий, событий и поведения переменных процесса во времени (тренды), а также полное или выборочное хранение параметров процесса через заданные промежутки времени постоянно или по условию и др.
Компьютеры этого уровня решают следующие задачи:
диспетчерского сбора, сигнализации управления и отображения всего технологического процесса или его отдельных подсистем (SCADA-системы), реализованные на операторских станциях;
хранения технологической информации в базе данных;
компьютерной поддержки принятия решений (комплекс математических моделей технологического процесса, интеллектуальная поддержка принятия решений), реализованной на расчетных станциях;
интеграции локальной сети в корпоративную сеть всего предприятия (коммуникационный сервер).
SCADA-система WinCC является одной из лучших и надежных на сегодняшний день систем такого класса. Но, как любое программное обеспечение, данная SCADA-система не лишена недостатков, Для решения вопросов интеграции между подсистемами, реализованными на базе SCADA-системы WinCC и системами корпоративного уровня, чтобы организовать просмотр технологических параметров с любого компьютера корпоративной сети и обеспечить возможность внедрения математических моделей технологических процессов, а также для обеспечения прозрачности механизма передачи и получения данных, а для потребителя универсального механизма получения информации была применена технология OPC.
На рис. 5.10 представлена структурная схема, иллюстрирующая область применения технологии OPC при разработке интеграционного комплекса АСУТП ДП №9 и ДП №10 в корпоративную систему.
Данная система основана на создании единого информационно-технологического и управляющего пространства, предоставляющего субъектам управления эффективное информационное окружение для принятия своевременных и качественных решений по управлению технологическим процессом и производством, а также интегрированную производственно-технологическую информацию на корпоративный уровень для руководства ОАО «ММК».
Рис. 5.10. Применение технологии OPC при интеграции комплекса АСУТП ДП №9 и ДП №10 в корпоративную систему комбината
По уровням иерархии на ней можно выделить:
уровень 1 – АСУТП агрегата;
уровень 2 – уровень интеграции;
уровень 3 – АСУП (MES система).
Взаимодействие уровня 1 и 2 происходит на уровне информационных потоков и представляет собой синхронную передачу между базами данных реального времени и OPC серверами.
Взаимодействие между 2 и 3 уровнем основано на интеграции OPC серверов с использованием синхронной (для оперативного мониторинга состояния агрегатов) и асинхронной (исторические данные) передаче данных в пакетном режиме, с целью учета и управления производством на MES-уровне. Как синхронный, так и асинхронный методы взаимодействия содержат диагностическую информацию по состоянию информационного канала и качестве передаваемых данных
АСУТП (уровень 1) обеспечивает сбор, предварительную обработку и передачу в АСУП цеха (уровень 3) данных, событий и параметров, характеризующих состояние объекта управления:
параметры, на основе которых определяется состояние доменной печи (работа, останов, тихий ход, низкое давление);
характер протекания технологического процесса, основные параметры технологического процесса, отклонения от заданных параметров;
расходы энергоресурсов, сырья и материалов.
Уровень интеграции (уровень 2) используется как связующее звено между АСУТП (уровень 1) и АСУП цеха (уровень 3). Основное его предназначение - распределение собранной на первом уровне информации по различным потребителям, обеспечение записи собранной информации в базы данных на серверах сети предприятия, предоставление собранной информации заинтересованному персоналу в оперативном режиме.
Результатом данного подхода стала возможность предоставления информации не только о ходе технологического процесса, но и о ее истории (тренда), начиная от технологического персонала доменного цеха и заканчивая диспетчером комбината и руководителем любого ранга в любой точке корпоративной сети комбината, а при наличии определённого доступа и в любой точке мира.
Задачи,
решаемые в области управления
технологическим режимом доменной
плавки, относятся к классу плохо
структурированных задач, поэтому
осуществление управления технологией
даже при высоком уровне компьютеризации
и математического моделирования без
участия человека невозможно. В связи с
этим перспективным является использование
информационных технологий поддержки
принятия решений. В системах поддержки
принятия решений, основу которых
составляет целый комплекс (база)
математических моделей, решающих
различные задачи, пользователь имеет
возможность получить недостающую ему
информацию для принятия решения путем
установления диалога с математической
моделью.
Комплекс математических моделей и пакетов прикладных программ позволяет решать ряд задач в области доменной плавки. Остановимся только на некоторых из них.
Интегрированный пакет «Автоматизированное рабочее место газовщика доменной печи»
Пакет позволяет решать задачи ввода и редактирования информации:
о выпуске чугуна и шлака – просмотреть и отредактировать информацию о постановках ковшей и миксеров под печь, а также информацию о выпуске жидких продуктов плавки;
шихтоподаче – просмотреть и отредактировать информацию о количестве подач в смену;
системах загрузки доменной печи – просмотреть и отредактировать информацию о системе загрузки, а также информацию о расходах железорудных материалов, кокса и флюсов в подаче.
В качестве PC автоматизированного рабочего места газовщика применяется персональный компьютер индустриального исполнения Pentium 4 2GHz с оперативной памятью 2 Гбайта и емкостью жесткого диска 250 Гбайт, ОС Windows XP. В качестве средств разработки прикладных программ использован Microsoft Visual C++.
Интегрированный пакет «Автоматизированное рабочее место мастера доменной печи»
Пакет программы решает задачи коррекции:
массы кокса и флюсующих материалов в подаче при изменении соотношения железорудных компонентов, а также состава кокса;
массы железорудных материалов и кокса в подаче для получения шлака заданных свойств;
массы флюсующих материалов и кокса в подаче для получения заданного химического состава чугуна;
массы кокса в подаче при изменении параметров комбинированного дутья (температуры и влажности дутья, расходов природного газа и технологического кислорода);
прогноза изменения показателей доменной печи при изменении параметров плавки (параметров комбинированного дутья, характеристик загружаемого сырья и т.п.).
Экспертная система для диагностики и регулирования хода доменной печи.
Позволяет осуществлять:
диагностику нарушений хода доменной печи;
диагностику нарушений теплового режима.
Система содержит два модуля, которые используются для определения:
причин (факторов), вызывающих соответствующие нарушения хода печи;
причин (факторов), вызывающих соответствующие нарушения теплового режима доменной плавки.
Экспертная система реализована на персональном компьютере индустриального исполнения Pentium 4 2GHz с оперативной памятью 2 Гбайта и емкостью жесткого диска 250 Гбайт, ОС Windows XP, а в качестве средств разработки программ использован Microsoft Visual C++.
Инженерный уровень
Пакет «Решение технологических задач доменной плавки» предназначен для технологического персонала доменного цеха. Он должен включать в себя три функционально связанных модуля, выполняющих:
оценку базового (фактического) состояния доменного процесса;
сопоставительный анализ работы доменных печей в различные периоды;
прогноз изменения показателей доменной печи при изменении параметров плавки.
Пакет «Оптимизация работы доменного цеха»
Этот пакет находится на стадии разработки. Цель его работы – определять оптимальные значения параметров комбинированного дутья: расходы кислорода и природного газа на каждой из печей цеха при остановке отдельных печей цеха, изменении расходов природного газа, кислорода, состава и качества шихтовых материалов, поступающих в цех в различных технологических ситуациях работы цеха (максимум производства чугуна, минимум расхода кокса по цеху и т.п.). В модели учитываются ограничивающие и лимитирующие факторы по газо-гидродинамическим, тепломассообменным процессам на каждой из печей цеха, конъюнктура рынка.
Пакет «Расчет состава агломерата для получения заданных свойств шлака»
Осуществляте расчеты, связанные как с определением объема производимого агломерата на аглофабриках, так и состава этого агломерата, исходя из характеристик имеющихся привозных железорудных материалов при условии получения надлежащих свойств шлака (вязкости, температуры плавления, обессеривающей способности) и обеспечения рациональных технико-экономических показателей доменной плавки.
Подсистема координации и управления информационной системой
В настоящее время с использованием реляционной модели данных сформирована база данных доменного цеха, отражающая работу всех доменных печей по количеству и качеству выпускаемой продукции, количеству и качеству проплавляемых шихтовых материалов, потреблению энергоносителей, основным технологическим параметрам доменной плавки. Для хранения данных о работе доменной печи в этой сети на сервере базы данных установлена система управления базами данных Microsoft SQL Server. В качестве сервера базы данных используется Pentium 4 с оперативной памятью 4 Гбайт и емкостью жесткого диска 2 Тбайта. Это позволило практически полностью решить в доменном цехе проблемы хранения, контроля, защиты, ввода, редактирования и извлечения информации, а также формирования необходимых отчетных данных.
Создание локальных компьютерных сетей для отдельных печей по архитектуре клиент-сервер, объединение их в распределенную компьютерную сеть всего доменного цеха с выходом последней в корпоративную компьютерную сеть ОАО ММК обеспечили единое информационное пространство и взаимосвязь с другими цехами и службами комбината, а также подсистемами цехов и производств. В качестве операционной системы для локальных сетей доменного цеха и отдельных печей хорошо себя зарекомендовала операционная система Microsoft Windows Server 2003, а в качестве физической передающей среды широко используются экранированная витая пара и волоконно-оптический кабель. Следует особо отметить, что в настоящее время даже в локальных, распределенных сетях и корпоративной сети на комбинате широко используется Intranet -технология, что позволило широко использовать надежные, удобные технологии и программное обеспечение глобальной сети Internet.