Автоматизация машин загрузки слябов в методические печи ПГП ОАО НЛМК

речь.doc

Производство горячекатаного проката на комбинате осуществляется в листопрокатном цехе №3 (ПГП) на непрерывном широкополосном стане (НШС) 2000.
Производство горячего прока является на данный момент одним из самых оснащёных системами электронно-автоматического управления приводами всех основных механизмов а также системами регулирования и управления технологическим процессом. Этот цех имеет обширную структуру построения локальной вычислительной сети где автоматизирован каждый участок производства и в общей сложности расположено около 300 рабочих станций. В данном проекте мною рассмотрен участок печей. Схема построения локальной вычислительной сети представлена на плакате № 1
К настоящему времени идет переоборудование старых печей находящихся практически в аварийном состоянии. Это связано с существенным старением оборудования работающего около 30 и более лет. А процесс переоборудования является одним из самых трудоёмких и занимает порядка 3-4 лет.
Горячая прокатка начинается с предварительного разогрева слябов в методических нагревательных печах стана до температуры 1150 – 1250°С в течение 3-4 часов. Печи отапливаются смешанным природнококсо-доменным газом. Затем разогретые слябы выдаются на рольганг стана и транспортируются к черновой группе клетей.
Всего на данном участке находятся 5 печей. Методические печи №-1 №-2 №-3 имеют полную изношенность оборудования неудовлетворительную герметичность и как следствие большой удельный расход топлива а 4 и 5 печи являются новыми.
Нагревательная печь № 5 с шагающими балками принята в эксплуатацию в мае 2004 года а печь №4 в марте 2009 и предназначены для нагрева литых слябов из углеродистой низкоуглеродистой низколегированной и электротехнических сталей массой до 36 тонн.
Печи спроектированы на отопление коксо-доменно-природной смесью. В настоящее время в качестве топлива используется смесь доменного и природного газов.
Схема размещения оборудования новых печей их технические характеристики и достоинства представлены на ватмане №2. а упрощённая технологическая схема на ватмане №3
Посад металла в печь осуществляется загрузочной машиной которая перемещает слябы с рольганга подачи на подовые трубы печи.
Продвижение металла по печи осуществляется путем перемещения подвижных балок которое осуществляется в 4 этапа: подъём движение вперёд опускание ниже уровня неподвижных балок движение назад. Скорость движения металла в печи регулируется путем изменения интервалов движения между циклами перемещения подвижных балок и зависит от сортамента нагреваемого металла и количества печей в работе. Выдача слябов из печи осуществляется безударным способом с помощью специальной машины которая перемещает слябы с балок печи на рольганг стана.
Печи оснащены современной АСУ ТП и системой КИП и А которая позволяет производить нагрев металла без непосредственного участия технологического персонала ПГП и осуществляет измерение регулирование контроль и запись всех параметров работы. В новых печах использованы микропроцессорные систем управления технологическими процессами на базе семейства ПЛК фирмы SIEMENS. Такие системы обладают большим быстродействием надежностью имеют малые габаритные размеры. Система проста в эксплуатации и предоставляет пользователю большие возможности в диагностике и наладке системы управления. Имеет средства визуализации и управления высокопроизводительные коммуникационные системы являющиеся наиболее важными для распределённых систем.
Загрузочная машина может управляться в автоматическом и в ручном режимах. Перемещение машины загрузки обеспечивает асинхронный двигатель AКC 315 VX4. Основным является автоматический ручной режим позволяет оператору продолжить загрузку в случае нестандартной ситуации когда управление не может быть осуществлено из программы. Именно с использованием программы загрузочной машины происходит управление заслонок загрузки запрос на блокирование шагающих балок и рольганга во время проведения загрузки.
В ручном режиме оператор сам управляет движениями загрузочной машины с помощью программного продукта на экране монитора. Контроллер выполняет запрашиваемые команды совершает необходимый контроль и блокировки. Алгоритм работы машины загрузки и циркуляция информации представлены на ватмане №4.
Для осуществления автоматизации контроля и управления технологическим процессом в новых печах предусмотрены по четыре контроллера фирмы SIEMENS типа S7-400 [4] на одну печь. Каждый контроллер отвечает за выполнение следующих функций:
Контроллер 1 (нагрев печи): регулирование давления воздуха для горения; контроль температуры воздуха для горения; регулирование давления печи; контроль разбавления и защита рекуператора; контроль нагревательных зон; регулирование температур; регулирование расхода воздух-газ; регулирование длины пламени горелки; наблюдение за атмосферой внутри печи; слежение за газовыми станциями; управление отсекающими клапанами.
Контроллер 2 (водоохлаждение): контроль водяных контуров; управление насосами и дизелем; слежение за расходом и температурой воды в вертикальных и продольных балках; регулирование температуры воды; контроль подачи воды.
Контроллер 3 (транспортировка продукции): управление загрузочной машиной; выполнение циклов балок; управление заслонкой выдачи; управление заслонкой разгрузки; управление разгрузочными машинами; управление гидравликой.
Контроллер 4 (управление рольгангами): управление рольгангами загрузки; контроль сляба на роликах; слежение за продуктом на роликах; позиционирование сляба перед печью; управление рольгангом выдачи; управление лазерами и позиционированием перед печью+измерительный стенд.
Для четырех контроллеров выбрана серия S7-400 исходя из следующих соображений: качественных характеристик микропроцессора; большой емкости памяти; надежности данного типа оборудования; стандартизации оборудования. Стойка контроллера изображена на рисунке 18.
Контроллеры нагрева и охлаждения не рассматриваются ввиду косвенного отношения их работы к теме дипломного проекта.
Проекты PCS7 печей 5 и 4 полностью разделены с точки зрения технических так и программных средств.
В основе лежит принцип реализации печи 4 с помощью версии 6 PCS7 не касаясь во время проектирования и наладки печи 4 оборудования и программного обеспечения существующей печи 5 а также существующего сервера для разработки.
На ватманах 5 и 6 изображена конфигурации технических средств где предусмотрены различных типы сетей использованные в донной автоматизированной системе.
Конфигурация технических средств основана на системе «клиент-сервер».
Интегрированные в систему «клиент-сервер» функциональные особенности W сеть Industrial Ethernet.
Сеть TCPIP (коммуникационная сеть использующая для работы протокол управления передачей с расширением RFC) используется для контроля:
- базовой автоматики (связь между взаиморезервируемыми серверами и клиентами WINCC);
- автоматизацией процесса ( между сервером HP и клиентами WINCC).
Сеть Industrial Ethernet (коммуникационная сеть для работы на уровне локальных сетей и производственных участков с использованием немодулированной передачи данных. Немодулированная передача данных означает что в канале связи (например по шинному кабелю) передаются немодулированные импульсные сигналы.)используется для:
- связи между контроллерами и взаиморезервируемыми серверами (обмен данных процесса);
- связи между контроллерами и сервером HP (обмен уставками нагрева получение значений от печи и др.).
Этот тип конфигурации сетей выбран чтобы разделить обмен данными касающимися системы контроля и программируемых контроллеров.
Сервер WINCC (Redondant Server OS 12)
Это Ethernet TCP -. Industrial Ethernet - Cети PROFIBUS DP связывающие программируемые контроллеры с децентрализованными перифериями ET200M и с частотными преобразователями SIMOVERT должны быть выполнены из опто-волоконного кабеля с резервированием.
Для визуализации и управления технологическим процессом работы с контроллерами датчиками конечными выключателями электроприводами и гидроприводами в качестве операционной системы выбирается Windows XP с управляющим центром WinCC для оперативного управления и мониторинга а также для технологически-ориентированной графической разработки лицевых панелей (экранов WinCC).
Видеокадры показаны на ватманах 7 и 8. Также мной было рассмотрено ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ ПЕЧЕЙ ШАГАЮЩЕГО ТИПА СТАНА 2000 и вопросы ОХРАНА ТРУДА И БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНИДЕЯТЕЛЬНОСТИ на участке печей ПГП. Спасибо завнимание

Аннотация.doc

С.133. Ил.30. Табл.14. Библиограф.: 28.назв.
В данном дипломном проекте представлена автоматизация работы машин загрузки слябов в методические печи на примере двух печей предусматривающая полную замену старого оборудования печей на новое фирмы SIEMENS. Новые печи будут оснащены современными системами автоматического управления процессом загрузкивыгрузки тепловым режимом со слежением заготовки с момента поступления её на загрузочный рольганг перед печью режимом перемещения металла внутри печи в процессе нагрева
и др. Система автоматического управления будет иметь возможность осуществлять измерение регулирование и контроль всех параметров работы.
Структурная схема локальной вычислительной сети ПГП .А1
Схемы размещения оборудования и технические характеристики
нагревательных печей стана «2000» А1
Схемы расположения датчиков печей №4 и № 5 . .А1
Алгоритмы работы печей шагающего типа А1
Схема размещения оборудования печей №4 и № 5 .А1
Схема сети Profibus и оптических модулей печей №4 и № 5 ..А1
Основной видеокадр поста управления загрузки печи .. ..А1
Видеокадр расположение слябов в печи .. .А1
Всего в листах формата А1 .. 8

ОГЛАВЛЕНИЕ.doc

1 Обоснование автоматизации участка нагревательных печей НШС-2000. 7
2 Описание объекта автоматизации. 9
2.1 Описание технологии нагрева в печах с шагающими балками
фирмы «HEURBEL». 14
2.2 Описание работы машины загрузки. 18
3 Требование к электроприводу в системе управления. 24
4 Требования предъявляемые к техническому обеспечению объекта
5 Требования предъявляемые к программному обеспечению объекта
6 Общий принцип работы системы автоматического управления
загрузки. Система наблюдения и визуализации. 27
7 Описание автоматизируемых функций. 49
8 Разработка технического обеспечения. 61
8.1 Выбор комплекса технических средств и описание его особенностей. 64
8.2 Концепция сетей общая конфигурация и циркуляция
8.3 Основные принципы коммутируемых сетей. 80
9 Разработка программного обеспечения. 85
9.1 Выбор операционной системы. Структура и взаимодействие
программных модулей. 85
ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ ПЕЧЕЙ ШАГАЮЩЕГО ТИПА СТАНА 2000
1 Расчет экономической эффективности объекта автоматизации. 95
2 Организация эксплуатации и обслуживания объекта
ОХРАНА ТРУДА И БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНИДЕЯТЕЛЬНОСТИ
1. Анализ опасных и вредных производственных факторов. 109
3. Запыленность и загазованность. 110
4. Производственный шум и вибрации. 111
6. Электромагнитные излучения. 113
7. Электробезопасность. 114
8. Пожарная безопасность. 115
9. Расчет вентиляции участка печей. 116
10. Расчет искусственного освещения участка печей. 120
11. Расчет защитного заземления машины загрузки. 122
Библиографический список. 129

6 чертёж Сеть рольгангов 5-4 печей.dwg

Основная часть.doc

Производство горячекатаного проката на комбинате осуществляется в листопрокатном цехе №3 (ПГП) на непрерывном широкополосном стане (НШС) 2000. Это одно из крупнейших сооружений НЛМК. Площадь занимаемая агрегатами стана составляет более 120 тыс. квадратных метров. Длина технологической линии производства стального горячекатаного листа – 12 километра.
Горячая прокатка начинается с предварительного разогрева слябов в методических нагревательных печах стана до температуры 1150 – 1250°С в течение 3-4 часов. Печи отапливаются смешанным природнококсо-доменным газом. Затем разогретые слябы выдаются на рольганг стана и транспортируются к черновой группе клетей.
К настоящему времени идет переоборудование старых печей находящихся практически в аварийном состоянии. Это связано с существенным старением оборудования работающего около 30 и более лет. Основные узлы старых печей испытывают усталостные напряжения и приближаются к полному износу. Количество аварийных ремонтов печей и их оборудования за последние годы достигает четырёх-пяти в год. Сейчас основной задачей остается техническое перевооружение участка печей. Особое значение имеет реконструкция прокатного производства поскольку из-за его определяющего влияния на качество готовой продукции именно здесь должны всегда использоваться самые передовые решения и технологии.
Таким образом одним из основных направлений технического перевооружения в ближайшей перспективе должна стать модернизация действующего оборудования прокатного производства и широкое внедрение современных систем управления на базе вычислительных комплексов.
При производстве горячего проката на участке нагрева металла в печах имеет место брак обусловленный низкими или высокими температурами в зонах непрогретой монолитной подины после длительной остановки печи недостаточной выдержкой металла в томильной зоне чрезмерным подсосом воздуха через окно выдачи не отрегулированными горелками нижних зон чрезмерным перекосом температур по ширине печи продолжительным пребыванием металла в печи при высоких температурах очень высокими температурами в сварочных и томильной зонах нагревом при чрезмерно окисленной атмосфере и др. что может непоправимым образом снизить качество металла.
На сегодняшний день существуют технологии с системами контроля позволяющие избежать большинство выше перечисленных видов недостатков. В подтверждение этому успешно работающая печь фирмы «HEURBEL». Наиболее эффективным решением в сложившейся обстановке может быть поэтапная реконструкция участка печей НШС - 2000 без остановки производства и потери производительности.
В настоящем проекте рассмотрен один из вариантов решения существующей проблемы автоматизация работ машин загрузки слябов в методических печах с применением современных систем слежения и контроля за металлом с полной заменой старого оборудования печей при максимально возможном сохранении существующих фундаментов отходящих каналов и дымовой трубы на примере печей фирмы «HEURBEL».
1Обоснование автоматизации участка нагревательных печей
Производство горячего прока является на данный момент одним из самых оснащёных системами электронно-автоматического управления приводами всех основных механизмов а также системами регулирования и управления технологическим процессом. Этот цех имеет обширную структуру построения локальной вычислительной сети где автоматизирован каждый участок производства. В данном проекте мною рассмотрен участок печей. Схема построения локальной вычислительной сети представлена на рисунке 1.
Методические печи №-1 №-2 №-3 имеют полную изношенность оборудования неудовлетворительную герметичность и как следствие большой удельный расход топлива (80-100 кг условного топлива на тонну готовой продукции у.т.т) повышенный угар металла (около 18 % от веса сляба) и некачественный нагрев трансформаторной стали. Техническое состояние печей не позволяет эффективно использовать ресурсосберегающую технологию горячего посада слябов (значительные теплопотери через корпус отсутствие возможности эффективного регулирования коэффициента избытка воздуха низкий КПД и т.д.). В результате чего не обеспечиваются современные требования к качеству нагрева металла что в значительной степени негативно сказывается на качестве металла при дальнейшей обработке.
Организация оптимальной работы печного пролета является многокритериальной задачей зависящей от работы всего технологического оборудования и систем автоматизации всех процессов поэтому предлагается полная замена оборудования печей с применением современной АСУ ТП и КИП и А.
Рис.1. Структурная схема локальной вычислительной сети ПГП.
Целью дипломного проекта является обоснование эффективности автоматизации машин загрузки слябов в методические печи НШС - 2000 с использованием микропроцессорных систем управления технологическими процессами на базе семейства ПЛК фирмы SIEMENS. Такие системы обладают
большим быстродействием надежностью имеют малые габаритные размеры. Система проста в эксплуатации и предоставляет пользователю большие возможности в диагностике и наладке системы управления. Имеет средства визуализации и управления высокопроизводительные коммуникационные системы являющиеся наиболее важными для распределённых систем.
Применение распределенной периферии существенно сократит время и стоимость проводимых работ. Посредством PI серверов обработки и диагностики имеющего перечень аналоговых и дискретных сигналов которые они считывают с контроллера один раз в секунду можно будет записать и вывести на печать графики зависимости любого сигнала во времени. Данные в сервере могут храниться в течении двух недель.
Все это говорит об актуальности рассматриваемой в данном проекте темы и применении её на практике при более детальном и глубоком рассмотрении.
2 Описание объекта автоматизации.
Нагревательная печь № 5 с шагающими балками принята в эксплуатацию в мае 2004 года а печь №4 в марте 2009 и предназначены для нагрева литых слябов из углеродистой низкоуглеродистой низколегированной и электротехнических сталей массой до 36 тонн. Тип печи – методическая с шагающими балками рекуперативная многозонная двухрядная с двухсторонним нагревом торцевым посадом и выдачей. Схема размещения оборудования печей представлена на рисунке 2.
Печи спроектированы на отопление коксо-доменно-природной смесью. В настоящее время в качестве топлива используется смесь доменного и природного газов. Воздух подогревается в металлическом рекуператоре расположенном в отдельном помещении. Продукты сгорания проходят между трубами а воздух – по трубам рекуператора. Воздух с помощью дутьевого вентилятора подается в рекуператор и по теплоизолированным воздухопроводам транспортируется к горелкам. Газ и воздух из общих трубопроводов подводятся к каждой зоне по зонным коллекторам на которых установлены приборы измерения расхода и исполнительные механизмы регуляторов расходов.
Каждая печь имеет 11 тепловых зон: 6 верхних и 5 нижних. На печи установлено 133 горелки фирмы Bloom из них – 107 сводовых излучающих горелок в верхних зонах и 26 боковых горелок В нижних зонах нагрева 1 и 2 установлены горелки с регулируемой длиной факела. Образовавшиеся при сжигании газа в сводовых горелках верхних зон продукты сгорания нагревают металл. Так же продукты сгорания разогревают горелочные блоки свод и стены печи которые в свою очередь посредством косвенного радиационного теплообмена обогревают слябы в печи. Оптимальное сочетание расположения горелок на своде и расстояния между сводом и уровнем слябов обеспечивает интенсивный и равномерный нагрев слябов сверху. Факелы образующиеся при сжигании топлива в горелках нижних зон прямым лучистым теплообменом нагревают металл снизу и разогревают под и стены печи которые в свою очередь посредством косвенного радиационного теплообмена так же нагревают металл.
Схема взаимного движения продуктов сгорания и металла – противоточная. Продукты сгорания по трубопроводу подводятся к рекуператору где нагревают воздух затем по дымопроводу подаются в дымовую трубу высотой 120 м и выбрасываются в атмосферу. Футеровка рабочего пространства печи выполнена многослойной в которой выделены рабочий промежуточный и изоляционный слои.
Футеровка пода имеет общую толщину 580 мм и состоит из 7 слоев: огнеупорный бетон 2 слоя из кирпичей содержащих Al2O3 огнеупорно-теплоизоляционный кирпич теплоизоляционный кирпич теплоизоляционный бетон и теплоизоляционные панели.
Боковые стены толщиной 470 мм содержат 4 слоя: утрамбованная смесь содержащая Al2O3 теплоизоляционный кирпич и 2 слоя теплоизоляционных панелей. Горелочные блоки и амбразуры боковых горелок изготовлены из высокоогнеупорного материала.
Футеровка свода состоит из плит заводского изготовления. Устья сводовых горелок изготовлены из высокоогнеупорного материала и составляют одно целое с горелкой.
Сдвоенные горизонтальные трубы. теплоизолированы волокнистыми модулями заводского изготовления. Трубы в зоне рекуперации изолированы модулями из керамического волокна в зоне горелок модули двухслойные далее теплоизоляция двухслойная. Рабочий слой изготовлен из огнеупорного бетона изоляционный – из керамического волокна. Теплоизоляция подвижных и неподвижных вертикальных балок изготовлена по тому же принципу что и для подовых труб. Теплоизоляция печного коллектора горячего воздуха выполнена из теплоизоляционного бетона. Остальные воздуховоды изолированы снаружи минеральным волокном защищенным оцинкованной сталью.
Охлаждение подовых труб осуществляется химически очищенной водой которая циркулирует по замкнутому контуру. Для отвода тепла от охлаждающей воды используется сухая вентиляторная градирня максимальная тепловая мощность которой 13 Гкалчас. В аварийных ситуациях предусмотрено резервное охлаждение труб технической водой.
Посад металла в печь осуществляется загрузочной машиной которая перемещает слябы с рольганга подачи на подовые трубы печи.
Продвижение металла по печи осуществляется путем перемещения подвижных балок которое осуществляется в 4 этапа: подъём движение вперёд опускание ниже уровня неподвижных балок движение назад. Скорость движения металла в печи регулируется путем изменения интервалов движения между циклами перемещения подвижных балок и зависит от сортамента нагреваемого металла и количества печей в работе. Выдача слябов из печи осуществляется безударным способом с помощью специальной машины которая перемещает слябы с балок печи на рольганг стана.
Печи оснащены современной АСУ ТП и системой КИП и А которая позволяет производить нагрев металла без непосредственного участия технологического персонала ПГП и осуществляет измерение регулирование контроль и запись всех параметров работы.
Практически все недостатки присущие старым толкательным печам и печам предыдущих поколений устранены в конструкции нагревательных печей №4 и №5 НШС-2000.
Интересным отличием нагревательных печей №4 и №5 от старых печей является конструкция подовых труб которая приведена на рисунке 3.
Рис. 3. Конструкция подовых труб.
Такая конструкция совместно с применением двухслойной изоляции обеспечивает снижение темных пятен которые образуются в местах контакта подовых труб со слябом что существенно повышает качество продукции и снижает потери тепла через подовые трубы.
При проведении испытаний нагревательные печи обеспечили проектную производительность на уровне 320 тчас углеродистой стали при холодном посаде металла и низкий уровень окалинообразования не превышающий 7 кгт. Удельное потребление топлива составило 428 кг у.т.тгорячего проката что соответствует одному из лучших показателей работы современных нагревательных печей в мире и самому низкому удельному расходу топлива на нагревательных печах металлургических комбинатов России.
Технология горячей прокатки металла на НШС-2000 с использованием новых нагревательных печей №4 №5 обеспечивает получение готового проката с гарантированным уровнем потребительских свойств при более низких энергозатратах на нагрев металла по сравнению с другими печами.
2.1 Описание технологии нагрева металла в печах
с шагающими балками фирмы «HEURBEL».
Тип печи – с шагающими балками рекуперативная одиннадцатизонная двухрядная с двухсторонним нагревом со сводовыми горелками вверху и боковыми внизу торцевым посадом и выдачей. На данной печи имеется возможность нагревать углеродистую и трансформаторную сталь. Характеристики углеродистых слябов: длина – 4200 10500 мм толщина 200 250 мм ширина – 920 1850 мм вес – до 36000 кг. Характеристики слябов электротехнической анизотропной стали: длина – 4500 9600 мм толщина – 240 250 мм ширина – 1100 1180 мм вес – до 22656 кг химический состав – С = 003 005%; S Mn = 01 025%.
Максимальная производительность печи при холодном посаде 320 тчас при горячем посаде 450 тчас при нагреве анизотропной стали 180 тчас.
Среднее время нагрева: 2 часа 45 мин. – углеродистая сталь; 4 часа – анизотропная. Среднемассовая температура нагрева углеродистой стали до 1250°С трансформаторной стали до 1290°С. Максимальная температура поверхности сляба в печи 1340°С. Угар металла на углеродистой стали не более 07% от веса сляба на анизотропной 14 21% от веса сляба.
Температура в печи у окна загрузки 700–900°С в зонах нагрева 1100–1380°С в зоне выравнивания до 1380°С перед рекуператором 870°С за рекуператором 490°С перед дымовой трубой до 400 °С.
Температура химочищенной воды в системе водяного охлаждения 70°С – на входе в печь; -75°С – на выходе (максимальная температура - 85°С).
Основные размеры рабочего пространства печи в свету: длина полная – 408 м длина активная – 40 м ширина полная – 1145 м ширина активная – 105 м высота – 435 м. Площадь: по внутреннему габариту полная – 467 м активная – 420 м. Печь разделена на 5 зон по длине. Каждая зона является автономной с точки зрения регулирования мощности нагрева. Горелками определенной зоны (или точнее расположенных в различных зонах фаз нагрева) можно управлять независимо от горелок других зон. Зоны нагрева от заслонок загрузки до заслонок разгрузки расположены в следующем порядке: 1-зона рекуперации (длина 135м); 2-зона предварительного нагрева (84м); 3-нагревательная зона №1 (63м); 4-нагревательная зона №2 (63м); 5-зона выравнивания (63м). В зоне рекуперации нет горелок. Задачей зоны рекуперации является улучшение теплового к.п.д. печи. Она позволяет отвести на нагрев металла максимум тепловой энергии из отходящих газов выходящих из печи. Зоны предварительного нагрева нагрева 1 и нагрева 2 обеспечивают постепенный нагрев слябов начатый в зоне рекуперации. В конце зоны нагрева 2 слябы уже получили почти всю необходимую для достижения необходимой температуры тепловую энергию. В зоне выравнивания осуществляется перераспределение тепла от верхней и нижней поверхностей сляба к середине (выравнивание температуры по сечению сляба). Процесс протекает при температуре в зоне близкой к температуре металла готового к прокатке повышения температуры поверхности не происходит.
Тип воздушного рекуператора: конвективный стальной перекрёстно–противоточный с проходом воздуха по вертикальным трубам и дыма по горизонтальному каналу. Площадь поверхности теплообмена стального рекуператора 435 м.
Перемещение металла по печи осуществляется с помощью подвижных (шагающих) подовых балок из которых до зоны 2–го нагрева – 10в зонах 2–го нагрева и выравнивания – 11Подовые балки охлаждаются замкнутой системой водяного охлаждения. На случай аварийного отсутствия химочищенной воды предусмотрено переключение на техническую воду системы охлаждения печи. Темп выдачи очередного сляба из печи – от 47 мин. Минимальное время перемещения садки на один шаг – 50 сек время подъема – 15 сек время перемещения вперед – 10 сек время опускания – 15 сек время перемещения назад – 10 сек.
В гидравлическое оборудование печи входит контур фильтрации который предназначен для обеспечения фильтрации и равномерного охлаждения масла в системе гидравлики; контур управления позволяющий управлять насосами подъёма и перемещения и клапанами цилиндров подъёма и перемещения; контур подъёма осуществляющий подъём и опускание рамы подъёма подовых балок; контур перемещения позволяет осуществлять горизонтальное перемещение рамы перемещения подовых балок вдоль печи; контур заслонок обеспечивающий открытие и закрытие заслонок окон загрузки и выгрузки; контур загрузочной и разгрузочной машин обеспечивает движение подъёма и опускания штанг загрузочной и разгрузочной машин.
Загрузочная машина применяется для загрузки металла в печь. Она имеет возможность выровнять сляб на загрузочном рольганге. Толкать его до пересечения лучами лазера сигналы которых позволят установить сляб в заданном положении до его загрузки. Поднять сляб посредством 4 гидравлических цилиндров. При необходимости вернуться вместе с ним в крайнее заднее положение с тем чтобы он не мешал прохождению слябов к другим печам по рольгангу загрузки. Далее довести сляб до окна загрузки и опустить его на подовые трубы печи. Схема укладки слябов в новой печи с шагающими балками приведена на рисунке 4.
Длина хода машины загрузки составляет 2215 мм. Скорость перемещения нормальная 08 мсек низкая 008 мсек; скорость толкания перед центрированием 01 мсек; скорость при центровке и отъезде в заднее положение с поднятым слябом 01мсек; скорость обратного хода после толкания 01 мсек; ускорение(замедление) 053 мсек; статический момент при транспортировке сляба 500 Нм; статический момент при выравнивании сляба 1780 Нм; статический момент холостого хода 300 Нм. Горизонтальное перемещение машины загрузки обеспечивает асинхронный двигатель AКC 315 VX4 номинальная мощность 95 кВт напряжение питания 380 В номинальный
ток 181 А номинальная скорость вращения 1495 класс изоляции Н (160). Режим работы двигателя – повторно– кратковременный реверсивный.
2.2 Описание работы машины загрузки.
Загрузочная машина (укладчик слябов) предназначена для загрузки слябов с загрузочного рольганга в печь №4 и №5 в нужное место. Применяется векторное управление асинхронного привода с импульсным датчиком скорости что позволяет регулировать независимо ток намагничивания и активный ток демонстрируя высокие показатели регулирования скорости и момента с высокой динамикой стабильностью линейностью и большим диапазоном регулирования. Общий вид загрузочной машины электропривод и механизмы гидравлики представлены на рисунке 5 аб.
Загрузочная машина может управляться в автоматическом и в ручном режимах. Основным является автоматический ручной режим позволяет оператору продолжить загрузку в случае нестандартной ситуации когда управление не может быть осуществлено из программы. Именно с использованием программы загрузочной машины происходит управление заслонок загрузки запрос на блокирование шагающих балок и рольганга во время проведения загрузки.
В ручном режиме оператор сам управляет движениями загрузочной машины с помощью программного продукта на экране монитора. Контроллер выполняет запрашиваемые команды совершает необходимый контроль и блокировки. Для поступательного движения загрузочной машины оператор
располагает соответствующей командой на пульту позволяющей перемещение загрузочной машины с двумя различными скоростями. Условия перемещения с помощью пульта или экрана одинаковы. Так же в этом режиме возможно управление подъемом обеих пар штанг путем выбора той пары штанг которую мы желаем переместить (поднять или опустить). Полу слябы загружаются в печь один за другим или одновременно.
Чтобы загрузить сляб в печь загрузочная машина (из заднего положения) перемещается на передних колесах (поз.1 рис.5а) по двум рельсам (поз.2 рис.5аб) прикрепленным к полу и задних закладных колесах (поз.3 рис.5 Б) по двум рамам (поз.4рис.5аб) закрепленным к фундаменту.
Перемещение осуществляется к загрузочному рольгангу перед печью. Два скребка расположенные перед передними колесами (поз.5 рис.5а) предохраняют их от налипания окалины. По мере приближения к слябу на рольганге скорость перемещения уменьшается. Машина загрузки подталкивает сляб в зону действия лазеров для точного позиционирования его перед печью. Это возможно благодаря наличию четырех штанг (пальцев загрузочной машины) (поз.6 рис.5аб) соединенных по две посредством двух синхронизирующих валов (поз.7 рис.5Б). В этот момент происходит также выравнивание сляба с помощью четырех конечных выключателей помещенных на уровне бортов пальцев загрузочной машины (поз.8рис.8а). Затем загрузочная машина отъезжает назад на расстояние которое рассчитано с учетом потерь на окалину сляба находящегося над рабочей поверхностью штанг. Горизонтальное перемещение машины осуществляется с помощью асинхронного двигателя (поз.9рис.5Б) ARC 315 М4 (мощность 95 кВт скорость вращения 1495 обмин) соединенного дисковой муфтой GV и дисковым тормозом Zange-645 (поз.10рис.5Б) (ПВ=100%; U=380 В М= 700 Нм) с редуктором КЦ2-850 (поз.11рис.5Б) (крутящий момент на тихоходном валу М= 60000 Нм скорость вращения быстроходного вала n= 1490 передаточное число 36268). На выходе из редуктора два карданных вала (поз.12рис.5аб) соединяются с двумя узлами зубчатых колес (поз.13рис5а) каждый из которых приводит в движение одну зубчатую рейку модуля 22 (поз.14рис.5а). Зубчатые рейки расположены с левой и с правой стороны на нижней поверхности рамы перемещения (поз.15 рис.5аб) машины загрузки.
По окончании хода назад загрузочная машина получает команду на подъем сляба. Движение подъема и опускания слябов на загрузочной машине осуществляется благодаря четырем гидроцилиндрам (поз.16рис5аб) по два на каждую пару штанг (пальцев). Пока штанги загрузочной машины находятся в верхнем положении шагающие балки печи остановлены в положении покоя а заслонка полностью открыта дается команда продвижения загрузочной машины в печь в заданное место. По окончании поступательного движения вперед дается команда опускания штанг загрузочной машины для посада сляба. Как только штанги загрузочной машины находятся в низком положении (ниже уровня сляба) система слежения за продуктом САУ печи получает информацию о том что сляб загружен в печь. Дается команда заднего хода загрузочной машины в исходное положение и неполного закрытия заслонок. После выхода загрузочной машины из печи дается команда полного закрытия заслонок. Алгоритм работы машины загрузки представлен на рисунке 6.
Питание приводного двигателя загрузочной машины осуществляется от преобразователя частоты фирмы Siemens Simovert Masterdrive
Вх. пост. напряжение 510 – 650 В; ток 607 А ;
Вых. 3перем.: напряжение от 0 до 380 480 В ; частота от 0 до 300 Гц ;
Мax вых. ток : 510 А (выдерживает 130% нагрузки в течении 1 мин.)
Питается преобразователь частоты от автоматизированной системы фирмы «Heurbel» по шине Profibus DP. Управление двигателем и тормозом осуществляется от контроллера «Simatic». Блокирующий тормоз управляется автоматом и запитывается от отдельного электропривода.
Привод укладчика (загрузочной машины) имеет блокировки с рольгангом загрузки от ручного привода и «аварийного стопа».
Насосы гидроцилиндров подъемаопускания являются насосами с изменяемым расходом. Из трех установленных насосов два используются при нормальном функционировании а третий резервный. Включенные двигатели работают постоянно но их нагрузка изменяется.
Шкафы местного управления предусмотрены для всех двигателей. Эти шкафы предусмотрены для техобслуживания и являются операционными только после поступления специального разрешения из помещения контроллеров (теплового щита). Они оборудованы выключателем с ключом позволяющим переходить в режим местного контроля а также кнопкой пуска и кнопкой останова.
Рис. 6. Алгоритм работы машины загрузки.
3 Требования к электроприводу и системе управления.
Система управления основана на комплексе программируемых контроллеров фирмы Siemens типа PLC Simatic S7-400 в котором не только контроллер транспорта относится к машине загрузке но и остальные три: нагрева охлаждения и рольгангов связаны с машиной загрузки посредством различных блокировок.
) Обеспечение заданного значения положения укладчика как перед началом так и во время цикла загрузки реализовано посредством вариатора скорости VVVF фирмы S
)Плавное ускорение (замедление) за минимально короткое время (т.е. обеспечение необходимого быстродействия для соблюдения технологии данного участка в технологическом процессе нагрева металла) реализовано благодаря использованию преобразователей частоты S
)Широкий диапазон изменения скорости (1:5) обеспечивается использованием векторного управления с импульсным датчиком скорости;
)Поддержание точности позиционирования в установившихся режимах соблюдается благодаря точной и оптимальной настройке преобразователя частоты от которого питается машина загрузки методом параметрирования и эффективному расположению лазерных и фотодатчиков.
Таким образом рассматриваемый привод регулируется в широких пределах с высоким быстродействием и точным позиционированием так как от этих показателей зависит качество продукции на данном этапе её производства.
4 Требования предъявляемые к техническому обеспечению
объекта автоматизации.
Автоматизация работы машин загрузки слябов в печи в данном проекте подразумевает полную замену оборудования печей поэтапно по одной печи за этап чтобы не останавливать производство. Более полным было бы оговорить требования предъявляемые к оборудованию всей печи но далее речь пойдет только об оборудовании непосредственно участвующем в автоматизации работы машин загрузки слябов в печи. Это обусловлено достаточно объемным материалом в большей степени поясняющим о современных технологиях нагрева металла расчетах математической модели температуры сляба конца фазы технологического процесса и других параметров которые косвенно связанны с автоматизацией работы машин загрузки.
Для полного и достаточного представления об автоматизации работы машин загрузки будет рассмотрено оборудование: машины загрузки заслонки загрузки с механизмами подъема и опускания рольганги загрузки контроллеры рольгангов и транспорта датчики периферийные устройства специальные информационные кабели. Частично оборудование системы шагания печи. Компьютерное и программное обеспечение систем автоматизации будет рассмотрено в части касающееся темы проекта.
Загрузочная машина должна обеспечивать безударную загрузку металла в нагревательную печь в наиболее комфортном режиме для всего оборудования печи. Заслонки загрузки с механизмом подъема и опускания должны создавать оптимальную герметичность печи. Рольганг загрузки будет снабжен специальными приборами для измерения характеристик сляба точного его позицианирования перед посадом в печь. Система шагания печи должна исключить недостатки выявленные у старой печи с шагающими балками и будет оснащена специальным оборудованием для контроля её работы посредством программного обеспечения. Замена автоматики должна быть реализована на базе самых современных технологий оборудования одной из ведущих фирм которое отвечает таким требованиям как
- простота и безопасность использования;
- практичность при выполнении операций и выводе информации;
- мощность быстрота и унификация;
- возможность интегрирования различных сетей.
Компьютеры должны обеспечивать визуальное отображение и управление основного производственного процесса обработку необходимого объема функций для оптимальной работы системы автоматизации. Методы и критерии оптимизации системы в дипломном проекте не приводятся так как система многокритериальная и многопараметрическая. Это говорит о большом объеме материала для диссертации и задачей данной работы не является. Базовая конфигурация должна предусматривать наличие необходимого и достаточного с точки зрения технологии данного участка количества контроллеров датчиков устройств периферии (для облегчения соединения оборудования) специальных информационных кабелей кабелей связи датчиков контрольного и другого оборудования.
Предъявленные требования к техническому обеспечению рассматриваемой системы автоматизации обеспечат наиболее эффективное использование оборудования сократят время остановок на текущий ремонт наладку и диагностику дадут возможность техническому персоналу повысить свою квалификацию создадут предпосылки к улучшению качества нагреваемого металла и следовательно к повышению производительности печи.
5 Требования предъявляемые к программному обеспечению
Программное обеспечение должно поставляться фирмой обеспечивающей поставку основного оборудования. Технический персонал должен быть знаком с языком программного обеспечения либо поставщик должен обеспечить обучение.
Программное обеспечение которое должно включать программы для работы с контроллерами датчиками конечными выключателями электроприводами гидроприводами будет рассмотрено более подробно.
Программное обеспечение которое должно контролировать оптимальный режим нагрева и максимальное использование производительности печи (географическое слежение за продуктом; тепловое слежение; задание значение нагрева; архивирование данных о слябе; сбор данных по изменению температуры давления расхода в различных зонах; составление отчетов о продукции расчете балансов за определенный период и управление аварийными сигналами и т.д.) будет рассмотрено в части касающемся только ознакомительно.
6 Общий принцип работы системы автоматического управления
машин загрузки. Система наблюдения и визуализации.
До того как система автоматического управления машины загрузки получит информацию о слябах соблюдается определенный порядок работ. Это обусловлено функционированием информационной системы слежения за металлом (ССМ) на НШС-2000 ПГП. Именно благодаря этой системе возможна поэтапная реконструкция печного пролета. Благодаря ей достигается:
- обеспечение гарантий соответствия стандарту качества ISO-9002 что позволит увеличить портфель заказов в том числе на дорогостоящую продукцию;
- улучшение организации горячего посада и повышение его доли в общем объеме проката;
- повышение качества произведенной продукции за счет:
сокращения субъективных факторов управления;
анализа предистории технологии обработки продукции (сляба) и
принятия своевременных мер;
идентификация первых и последних слябов плавки что позволит:
- уменьшить поперечную и продольную разнотолщинность полосы;
- повысить достоверность оценки соответствия металлопроката заказустандарту при отборе проб;
- предупредить необоснованное снижение сортности металла;
- приведение к минимизации складских запасов для уменьшения величины связанного капитала;
- возможность внедрения оперативного контроля выполнения заказов по горячекатаной продукции;
- слежение за ходом производственного процесса;
- регистрация параметров технологических операций;
- создание базы данных истории обработки металла;
- создание информационной и организационной основы для решения задач производственного учета и планирования производства.
Все перечисленные достоинства отвечают высоким требованиям предъявляемым к технологии нагрева и производства металла а функционирование системы слежения решает большинство проблем рассматриваемого участка.
В данном разделе дипломного проекта приводится краткое описание порядка работы персонала склада слябов и участка загрузки печей в условиях функционирования системы слежения за металлом совместно с системой автоматического управления машин загрузки печи №4 и № 5. Их совместная работа облегчает поэтапность модернизации печного пролета так как ведется повременной учет и слежение за всеми технологическими операциями даже на печах толкательного типа не имеющих современных систем автоматизации загрузки.
При поступлении слябов из КЦ-1 2 на склад слябов в ССМ из системы учета слябов (СУС) КЦ-1 2 осуществляется загрузка сертификатов на передаваемые слябы. Штабелировщик проверяет правильность оформления сертификатов в КЦ-1 2 и определяет места хранения слябов. Пример принимаемого сертификата представлен на рис.9.
Инженер-фабрикатор по загрузке стана «2000» составляет СГП на каждые сутки на основании: портфеля заказов и с учетом прокатанного ранее металла по заказу производства на агрегатах резки и обработки рулонов на тупике 1А отгрузки готовой продукции а также заявок на подкат из ЛПЦ-5 и ЛПП наличия на складе слябов и графика передачи слябов из ККЦ-12.
Суточный график состоит из нескольких монтажных партий содержащих несколько строк. Готовые для работы монтажные партии переводятся в состояние «готовы для работы» и после этого становятся доступны для операторов постов линии стана и прочим пользователям системы имеющим к нему доступ.
Упрощенная технологическая схема участка печей приведена на рис.7. Рольганг K1 – это переходный рольганг между существующей системой слежения (ССМ) и системой управления и контроля с помощью САУ печи. Слежение за работой этого рольганга производиться не только ССМ но и САУ печи которая имеет возможность управлять и контролировать его роботу.
Благодаря наличию в автоматизированной системе управления печи функции слежения за продуктом посредством которой осуществляется информационный обмен сообщениями файлами или прямой связи между базами данных; между планировщиком программы прокатки существующей системы контроля; компьютером контроллерами и системой наблюдения сляб заносится в таблицу буфера прогнозирования и данные о нем проходят проверку на подтверждение нагрева в одной из печей. Существующая система слежения совместно с САУ печи предлагает место в каждой печи куда можно поместить сляб.
Посадчик ПУ-2 имеет возможность видеть посад плавок по печам расположение слябов на столах перед печами планируемый посад слябов и
расположение слябов на рольганге (рис.8) а также как загружены печи с учетом реальных размеров слябов (рис.9). Одинаковым цветом выделяются слябы имеющие одинаковый номер плавки и назначенные на одну и ту же строку СГП.
Два раза подряд из одной печи выдача не производится и слябы выдаются строго по порядку начиная с пятой печи что является самым главным требованием технологии данного участка. Эту работу выполняет посадчик а не система автоматического управления так как нет автоматизации на участке склада слябов и только на пятой печи участка печей она есть. Человеческий фактор в настоящее время решает немалое количество нештатных ситуаций возникающих в процессе технологии производства на участке склада слябов и участке печей которые достаточно тесно взаимосвязаны между собой. Данная задача существенно облегчится если на участке печей будет работать хотя бы
четыре печи с современной системой автоматического управления загрузкой на примере пятой печи фирмы «HEURBEL» что и предложено в данном проекте.
Затем САУ печи принимает сляб в свою систему автоматического управления. Как только сляб попадает на рольганг К1 САУ печи определяет для нагрева в какой печи он предназначен по тем параметрам которые ей становятся известны. Далее на рольганге К2 включающем в себя измерительный стенд проводится измерение реальных характеристик изделия. Только лишь после проведения сравнительного анализа заранее рассчитанных характеристик и измеренных значений программа определяет характеристики которые принимаются в расчет и оператор подтверждает прием сляба. На рольганге K2 производится разделение слябов. Один за другим слябы поступают на рольганг K1 а иногда и два вместе. Когда сляб поступает на рольганг K1 программа обработки уже извещена о его предполагаемой длине. Таким образом контроллер осуществляющий управление рольгангами может уже получить информацию о предполагаемой длине сляба поступающего на рольганг K1. Для реализации функции разделения слябов контроллер начинает отсчет импульсов поступающих от импульсных генераторов (датчиков) в момент прохождения сляба перед входным датчиком рольганга К2. Когда количество зарегистрированных импульсов соответствует 70% предполагаемой длины сляба контроллер останавливает рольганг K1. Рольганг K2 начинает вращаться в момент обнаружения текущего сляба входным датчиком.
Оператор весов находящийся на ПУ-2 осуществляет работу по регистрации веса слябов в ССМ. Оператор имеет возможность выбрать режим работы с весами. Пуль поста управления можно увидеть на рисунке 10.
В режиме «по сообщениям HEURBEL» ССМ осуществляет обработку сообщений от HEURBEL о перемещениях слябов в районе весов и о значениях измеренных параметров слябов. В этом режиме блокированы элементы управления формы ССМ которые позволяют оператору менять порядок расположения слябов перемещать слябы с рольганга перед весами на весы и с весов на рольганг перед печами подтверждать измеренный вес сляба. Все это происходит автоматически и оператор лишь контролирует правильность обработки.
Рис. 10. Пуль поста управления.
В режиме «в ручную» на оператора возлагается обязанность поддержки системы слежения на участке весов. В этом режиме все элементы управления формы ССМ заблокированные в предыдущем режиме активны. Оператор перемещает сляб с рольганга перед весами К1 на весы. После провески сляба на весах совместно от ССМ и САУ печи поступает вес и температура поверхности сляба измеренная пирометром. После провески сляба на весах ССМ передает в ССМ ПГП вес сляба измеренную температуру поверхности сляба. Далее в ССМ ПГП производится привязка веса и температуры к стоящему на весах слябу. Затем перемещают следующий сляб с рольганга К1 на весы который выталкивает сляб с весов на рольганг К3.
Рольганг K3 - это еще один переходный рольганг имеющий полное автоматическое управление и принимающий короткий сляб в ожидании загрузки. Следующий рольганг K4 разделен на две части - K4.1 и K4.2 (рис.7) которые полностью автоматизированы и осуществляют позиционирование слябов перед печью до начала загрузки. Обе части имеют отдельные системы управления при позиционировании коротких слябов.
После того как сляб спозицианирован на рольганге перед пятой печью рольганги К1 К2 К3 блокируются и загрузочная машина (из заднего положения) продвигается вперед подталкивая сляб либо в зону действия лазеров либо до срабатывания трех конечных выключателей из четырех расположенных на уровне бортов штанг (пальцев) загрузочной машины и сляб автоматически точно позиционируется и выравнивается.
Затем загрузочная машина отступает на расстояние которое рассчитано с учетом потерь на окалину сляба находящегося над её штангами. По окончании хода назад загрузочная машина получает команду на подъем сляба. Если в печи есть свободное место для загрузки сляба загрузочная машина требует блокировки шагающих балок печи и полного открытия всех заслонок.
Если свободного места нет и есть лишь один сляб который приходит на рольганг для другой печи загрузочная машина дает задний ход и остается в положении ожидания со слябом. Это положение позволяет освободить рольганг для перемещения слябов к другим печам.
Если в печи нет свободного места и нет сляба предназначенного для другой печи загрузочная машина остается в положении ожидания со слябом над рольгангом. Пока штанги загрузочной машины находится в верхнем положении шагающие балки печи останавливаются и заслонки полностью открываются после чего дается команда продвижения загрузочной машины в печь в заданное положение. По окончании поступательного движения вперед дается команда опускания штанг загрузочной машины для посада сляба. Как только штанги загрузочной машины находятся в низком положении (ниже уровня сляба) САУ печи информирует систему слежения за продуктом о том что сляб загружен в печь и дает команду заднего хода загрузочной машины в исходное положение и неполного опускания заслонок.
После выхода загрузочной машины из печи дается команда полного закрытия заслонки. По достижении загрузочной машины положения покоя (исходного положения) дается команда на разблокировку рольганга и готовности к возобновлению цикла.
Когда загрузочная машина находится в положении ожидания и удерживает сляб над рольгангом или вовсе находится в исходном положении слябы передвигаются по рольгангам К4.1 К4.2 к рольгангу К5 (рис.7). Этот рольганг переходной и способен принять любой сляб в ожидании его загрузки в одну из следующих печей. Передвижение сляба на K5 производится автоматически. После остановки последнего сляб принимается САУ следующей печи и так далее.
В системе наблюдения и визуализации помимо указанных выше экранов системы слежения за металлом (ССМ) операторы используют экраны WinCC на которых хотелось бы остановиться подробней [3]. WinCC - это пакет программного обеспечения SIMATIC PCS 7 используемого в САУ печи для визуализации и управления технологическим процессом. Основным является видеокадр которым пользуется оператор поста управления загрузки пятой печи (рис.11). Позиции с I по VIII это кнопки переключения в режим контроля и управления I- процессом охлаждения II- процессом загрузки (сейчас активна) III- отображения сигнализации IV- процессом нагрева V- процессом выгрузки VI- процессом слежения VII- отображения контуров гидравлики VIII- диагностики оборудования. В процессе работы оператор имеет возможность контролировать и управлять перемещением слябов по рольгангам обозначенным К1 К2 К3 К4.1 К4.2 и К5.
- Поз.1- рольганг К0 выделен отдельно т.к. не входит в САУ загрузкой печи. Показывает режим работы этого рольганга (А-автоматический М-ручной) который должен совпадать с режимом работы рольганга К1. В автоматическом режиме получает задание от рольганга К1 в ручном - от ключа оператора;
- Поз.2- ролики рольгангов (белого цвета - рольганг занят серого цвета – рольганг свободен);
- Поз.3- джойстик ручного управления рольгангами;
- Поз.4- включение автоматического режима работы рольгангов;
- Поз.5- включение ручного режима работы рольгангов;
- Поз.6- имитация шагания печи;
- Поз.7- фотодатчики на рольгангах. Полностью зеленого цвета треугольники – активные датчики. Если зеленым цветом только контур – датчики
неактивны. Зеленым цветом поле между фотодатчиками – это готовность рольгангов в автоматическом режиме (в ручном - красным цветом). Направление вращения отображается стрелками зеленого цвета на рольгангах. Стрелки показанные зеленым контуром – это задание на вращение рольгангов. Задание на скорость в процентном соотношении можно видеть в зеленом поле между стрелками задания на вращение рольгангов;
- Поз.8- обозначение автоматического режима работы рольгангов;
- Поз.9- «светофор» запретразрешение прохождения слябов по рольгангам;
- Поз.10- визуализация взвешивания и измерения температуры сляба на рольганге К2;
- Поз.11- идентифицированный сляб;
- Поз.12- визуализация машины загрузки;
- Поз.13- индикация состояния электрических параметров работы машины загрузки (рис. 12.):
А 1 - устройство управления дисковым тормозом и
датчиком температуры;
тормоза наложены на двигатель перемещения
КМ 3 - контактор тормоза;
контакт “двигатель ручное” перемещения
КМ 1 - выходной контактор инвертора машины
К 2 - готовность схемы;
QF5 QF6 - готовность схемы тормозов двигателя
перемещения машины загрузки.
Рис. 12. Индикация состояния электрических параметров работы машины загрузки:
- Поз.14- индикация положения штанг машины загрузки (подъемопускание);
- Поз.15- индикация положения машины загрузки относительно нулевой калибровки (исходного заднего положения);
- Поз.1617- эти панели отображают сляб(ы) если машина загрузки подняла его(их) с рольганга и находится в режиме ожидания;
- Поз.18- окно переключения режима работы загрузочной машины;
- Поз.19- автоматический режим работы загрузочной машины;
- Поз.20- ручной режим работы загрузочной машины;
- Поз.21- визуализация шагания печи;
- Поз.22- джойстик ручного управления загрузочной машины;
- Поз.23- визуализация того какой сляб (длинный или короткий) взат на штанги загрузочной машины и какой парой штанг;
- Поз.24- кнопка очистки ошибок программы работы загрузочной машины;
- Поз.25- кнопка сброса программы работы загрузочной машины и инициализации работы заново;
- Поз.26- первые два ряда загрузки в печи;
- Поз.27- два длинных сляба лежащих на первых двух рядах в печи;
- Поз.28- лазерные датчики уточняющие положение слябов перед загрузкой относительно стен печи;
- Поз.29- визуализация передачи слябов с рольганга К5 на К6 следующей печи;
- Поз.30- окно контроля работы механизма шагания печи;
- Поз.3132- перемещение шагающих балок печи в сторону выгрузки (вперед) и в сторону загрузки (назад);
- Поз.3334- подъемопускание шагающих балок печи4
- Поз.35- расстояние от передней кромки сляба до заслонок выгрузки;
- Поз.36- расстояние от передней кромки сляба до заслонок загрузки;
- Поз.37- текущее время цикла шагания – верхняя цифра заданное максимальное время цикла – нижняя цифра;
- Поз.38- текущее время подъема;
- Поз.39- текущее время перемещения в сторону выгрузки (вперед);
- Поз.40- текущее время опускания;
- Поз.41- текущее время перемещения в сторону загрузки (назад);
- Поз.42- датчики на просвет печи на выдаче. Зеленым цветом - есть место чтобы загрузить очередной сляб и выгрузить нагретый. Красным цветом – это условие еще не выполнено;
- Поз.43- окно переключения режима работы шагания печи;
- Поз.44- полуавтоматический режим. После каждого шага останавливается (т.е. режим подшагивания);
- Поз.45- автоматический режим шагания печи;
- Поз.46- ручной режим шагания печи;
- Поз.47- визуализация шагания печи;
- Поз.48- подробно визуализация шагания печи;
- Поз.49- кнопка остановки автоматического режима шагания печи переход на ручной режим;
- Поз.50- первое окно измерительного стенда рольганга К2 отображает в момент позиционирования сляба перед печью какую ширину принять;
- Поз.51- значение ширины сляба измеренное на весах рольганга К2;
- Поз.52- значение ширины сляба по факту принятое по системе слежения из ККЦ;
- Поз.53- значение ширины сляба принятое для нагрева в печи;
- Поз.54- запрет на принятие значения ширины сляба измеренного на весах для нагрева в печи;
- Поз.55- разрешение на принятие значения ширины сляба принятое по факту по системе слежения из ККЦ;
- Поз.56- сигнализация факта того что слаб находится не в зоне разрешения загрузки. Пока на экране есть изображение позиции 56 оператору нельзя нажимать на кнопку позиции 57;
- Поз.57- разрешение загрузки в автоматическом режиме (сляб должен быть обязательно позиционирован чтобы при автоматической загрузке не разрушить стенки печи);
- Поз.58- второе окно измерительного стенда рольганга К2;
- Поз.59- номера печей в одну из которых необходимо загрузить сляб для нагрева. Номер печи определяется автоматически при появлении сляба на рольганге К2;
- Поз.60- фактические данные о слябе принятые по системе слежения из ККЦ при появлении сляба на рольганге К1;
- Поз.60а- данные о слябе с измерительного стенда рольганга К2;
- Поз.60б- подтверждение принятия данных о слябе по факту либо измеренных на стенде рольганга К2 САУ печи;
- Поз.61- окно визуализации работы заслонок загрузки;
- Поз.62- расстояние свободного пространства печи со стороны загрузки равное расстоянию поз.36;
- Поз.63- расстояние между слябами при загрузке;
- Поз.64- визуализация шагания печи;
- Поз.65- текущее время цикла шагания равное времени поз.37;
- Поз.66- визуализация управления и состояния заслонок загрузки;
- Поз.67- автоматический режим работы заслонок загрузки;
- Поз.68- ручной режим работы заслонок загрузки;
- Поз.69- визуализация шагания печи;
- Поз.70- фактическое значение расстояния от нижнего края заслонок до уровня стола загрузки печи;
- Поз.71- заданное значение расстояния от нижнего края заслонок до уровня стола загрузки печи;
- Поз.72- кнопка остановки подъема опускания заслонок загрузки;
- Поз.73- окно «привязки» слябов с сервера HP из ССМ;
- Поз.74- кнопка обновления слежения с сервера HP. Если по каким-то причинам не пришла «привязка» слябов необходимо нажать кнопку обновление слежения и данные о слябе будут запрашиваться у сервера HP. В автоматическом режиме все слябы автоматически проходят по системе слежения печи. В ручном режиме слежение на рольгангах не работает и кнопкой поз.75 активируется зеленым цветом поле поз.76 сигнализирующее о том что слябы прошли по системе слежения и появляется «привязка» к печи в окне поз.73. Чтобы узнать для загрузки на какую конкретно печь поступают слябы сигнализирует цифровой индикатор поз.77. При нажатии на кнопку поз.78 которая активна в ручном режиме работы цифровой индикатор покажет номер печи в которую сляб направлен для нагрева а поле поз.79 становится зеленого цвета.
На рис.13 представлен видеокадр сборки схем приводов: машин загрузки поз.1 рольганга К5 – поз.2 рольганга К4 – поз.3. На остальных рольгангах К1 К2 К3 сборки схем приводов аналогичны К5.
- Поз.4- визуализация привода загрузочной машины;
- Поз.5- визуализация привода рольганга К5;
- Поз.6- визуализация привода рольганга К4.1;
- Поз.7- визуализация привода рольганга К4.2;
- Поз.8- направление вращение двигателя привода загрузочной машины;
- Поз.9- режим работы привода загрузочной машины;
- Поз.10- поля аварийных и системных сообщений;
- Поз.11- включениевыключение частотного преобразователя машины загрузки. Аналогичные на визуализации сборки схем приводов рольгангов;
- Поз. 12- визуализация состояния всех автоматов и контакторов электрической схемы привода загрузочной машины. Аналогичные на визуализации сборки схем приводов рольгангов (зеленый цвет – включен красный – выключен);
- Поз.13- визуализация включенного или выключенного тормоза машины загрузки;
- Поз.14- токи двигателей привода рольганга К5;
- Поз.15- данная визуализация позволяет при неисправности какого – либо фотодатчика рольгангов либо конечных выключателей штанг машины загрузки вывести их из работы чтобы они не мешал работе системы в автоматическом режиме.
Если навести курсор «мыши» на визуализацию привода загрузочной машины поз.4 рисунок 13 и сделать щелчок правой кнопкой «мыши» на экране появится визуализация параметров работы привода поз.1 рисунок 14.
- Поз.2- кнопка позволяющая «развернуть» более подробный экран параметров привода загрузочной машины;
- Поз.3- столбиковые диаграммы параметров привода загрузочной машины:
PV – фактическая величина скорости привода;
CPV А – фактическая величина тока привода;
TPV Н·м – фактическая величина вращающего момента привода;
SP – задание на скорость привода (уставка).
- Поз.4- режим управления приводом загрузочной машины;
- Поз.5- остановка работы привода загрузочной машины;
- Поз.6- значения процесса работы привода;
- Поз.7- системные сообщения (допускаемые от контроллера);
- Поз.8- сообщения по контроллеру (нет ошибок от контроллера);
- Поз.9- сообщения по приводу (нет ошибок по приводу);
- Поз.10- Уставка работы привода по скорости (внешняя – задана оператором внутренняя – задана программой);
- Поз.11- журнал описания ошибок работы привода (короткие замыкания программные ошибки и т.д.);
- Поз.12- визуализация пределов работы привода (bar range – заданные и range – измеренные mon
- Поз.13- журнал учета сообщений (сигнализаций) привода;
- Поз.14- графики зависимости тока и скорости во времени привода загрузочной машины;
- Поз.15- панель ручного управления приводом.
Более подробно графики представлены на рис.15 аб.
Графики зависимости тока и скорости во времени привода
– график тока I = f (t)
– график скорости n = f (t)
Рис. 15 а. Графики зависимости тока и скорости во времени привода
загрузочной машины: позиционирование и отход со слябом.
) Разгон из исходного положения до рабочей (для данного режима) скорости;
) Установившийся режим движения к остановленному слябу;
) Позиционирование (выравнивание) сляба небольшой (технологический) отъезд назад;
) Небольшой (технологический) подъезд вперед и захват сляба;
) Отход со слябом (разгон);
) Установившаяся рабочая (для данного режима) скорость со слябом;
) Остановка со слябом;
) Удерживание сляба на весу для возможности прохождения слябов по рольгангу к другим печам.
Рис. 15 б. Графики зависимости тока и скорости во времени привода
загрузочной машины: загрузка сляба в печь и отход в исходное состояние.
) Разгон со слябом из положения удержания до рабочей (для данного режима) скорости.
) Установившийся режим движения к печи для загрузки сляба.
) Остановка перед загрузкой сляба.
) Отход без сляба (разгон).
) Установившаяся рабочая (для данного режима) скорость без сляба.
) Остановка в исходном положении без сляба.
) Ожидание нового цикла.
Данные тахограммы и нагрузочные диаграммы были получены благодаря применению функции Nime Synchronisation (предусмотренной производителем в опционной разработке WinCC ) которая позволяет создавать синхронизацию со временем. С помощью и конечно при поддержке инженерно-технического персонала участка это было реализовано на базе «программатора» - ПК для разработки входящего в комплект поставки привода.
Интересным является видеокадр системы сообщений о неисправностях рис.16. Желтым цветом выводятся на экран предупредительные сообщения. Красным – сообщения об аварии при котором система принимает решение об отключении.
Черным цветом отображаются системные сообщения различные связи. При появлении одного из сообщений любого цвета оператор принимает меры по устранению причины вызвавшей её появление и квитирует его т.е. удаляет чтобы система продолжала работать в автоматическом режиме.
На рисунке 17 представлен видеокадр расположения слябов в пятой печи. Левая сторона видеокадра – это загрузка (посад слябов) правая – это выгрузка печи. Разным цветом слябы показаны для разделения по плавкам. На каждом слябе поз.1 можно увидеть необходимые сведения о нём: номер плавки номер указания марка выплавки размеры сляба и номер заказазаявки. Для измерения температуры в разных зонах печи установлены датчики показаны желтым
цветом поз.2. Значения температур выведены на дополнительных окнах поз.3. Зеленым цветом поз.4 показаны датчики работающие на просвет печи. Если в зону действия этих датчиков попадает сляб – это говорит о том что в печи освободилось место для загрузки очередного сляба на посаде и соответственно на выдаче необходимо забирать нагретый сляб.
- Поз.5- количество слябов в печи;
- Поз.6- общий вес слябов в печи;
- Поз.7- общая площадь нагреваемых слябов в печи;
- Поз.8- удельный вес слябов в печи;
- Поз.9- коэффициент покрытия пода печи.
Опционная разработка WinCC позволяет операторам выводить на экран ещё некоторые видеокадры САУ пятой печи для контроля и управления технологическим процессом но они имеют косвенное отношение к теме диплома поэтому не представлены.
7 Описание автоматизируемых функций.
Для осуществления автоматизации контроля и управления технологическим процессом в новых печах предусмотрены по четыре контроллера фирмы SIEMENS типа S7-400 [4] на одну печь. Каждый контроллер отвечает за выполнение следующих функций:
Контроллер 1 (нагрев печи): регулирование давления воздуха для горения; контроль температуры воздуха для горения; регулирование давления печи; контроль разбавления и защита рекуператора; контроль нагревательных зон; регулирование температур; регулирование расхода воздух-газ; регулирование длины пламени горелки; наблюдение за атмосферой внутри печи; слежение за газовыми станциями; управление отсекающими клапанами.
Контроллер 2 (водоохлаждение): контроль водяных контуров; управление насосами и дизелем; слежение за расходом и температурой воды в вертикальных и продольных балках; регулирование температуры воды; контроль подачи воды.
Контроллер 3 (транспортировка продукции): управление загрузочной машиной; выполнение циклов балок; управление заслонкой выдачи; управление заслонкой разгрузки; управление разгрузочными машинами; управление гидравликой.
Контроллер 4 (управление рольгангами): управление рольгангами загрузки; контроль сляба на роликах; слежение за продуктом на роликах; позиционирование сляба перед печью; управление рольгангом выдачи; управление лазерами и позиционированием перед печью+измерительный стенд.
Для четырех контроллеров выбрана серия S7-400 исходя из следующих соображений: качественных характеристик микропроцессора; большой емкости памяти; надежности данного типа оборудования; стандартизации оборудования. Стойка контроллера изображена на рисунке 18.
К контроллеру отвечающему за нагрев подключены 4 децентрализованных клеммных блока типа ЕТ200М [5] (зона предварительного нагрева зона нагрева 1 зона нагрева 2 и зона выравнивания). Эти 4 децентрализованных клеммных блока размещены в зоне печи на отметке +20 м (относительно уровня пола цеха). К контроллеру охлаждения подключены 2 децентрализованных клеммных блока ЕТ200М расположенных 1 в помещении водонасосной и 1 в зоне под печью на отметке – 80 м. К контроллеру отвечающему за транспортировку продукции подключены 3 децентрализованых клеммных блока ЕТ200М находящихся 1 в помещении гидравлики 1 в машинном зале загрузки и 1 в машинном зале выгрузки. К контроллеру рольгангов подключены 2 децентрализованных клеммных блока ЕТ200М расположенных 1 в машинном зале загрузки и 1 в машинном зале выгрузки.
Рис. 18. Стойка контроллера
В данном разделе дипломного проекта рассмотрены функции только контроллеров рольгангов и транспорта в части касающейся автоматизации загрузки и ознакомительно функции серверов САУ печей.
Контроллер рольгангов.
Функция автоматического управление рольгангами загрузки осуществляется с рольганга К1 до рольганга К5. Эти рольганги могут работатьв ручном и в автоматическом режиме.
Ручной режим работы оператор использует при возникновении нештатных ситуаций когда по каким – либо причинам невозможна автоматическая работа рольгангов. Оператор с помощью программного продукта на экране может отключить питание преобразователя рольгангов что приведет к переходу в ручной режим работы после чего дать команды переднего или заднего хода рольгангов с двумя различными скоростями. Каждым рольгангом можно управлять отдельно. Автоматический режим работы является основным. Рольганги управляются из программы контроллера. В автоматике рольганги K1 K2 K3 и K5 управляются только при движении вперед. Функция контроля сляба на рольганге обеспечивается благодаря тому что каждый участок рольганга оборудован датчиками различного типа позволяющими обнаруживать сляб (рис.29). На участках рольгангов K1 K2 K3 и K5 установлены датчики фирмы Sick тип WL-24 для определения сляба на рольганге. Датчик посылают луч который отражается от зеркала если нет отражения - сляб на рольганге. На рольганге К1 два датчика расположены на входе в участок рольганга и два датчика на выходе с участка рольганга. На рольганге К2 расположен измерительный стенд под рольгангом весы. На измерительном стенде находятся два лазерных датчика фирмы DELTA (Франция) тип DISLAS FT (для измерения толщины и ширины слябов) направленных вниз. Два пирометра фирмы DELTA тип ОРТ (для определения начальной температуры сляба при взвешивании) направленных тоже вниз. Для измерения ширины сляба слева и справа от рольганга К2 установлено ещё три лазерных датчика фирмы DELTA тип DISLAS FT. Для точной остановки сляба над весами в средней части рольганга К2 установлено три датчика фирмы Sick тип WL-24. Эти же датчики стоят по два на входе в участок рольганга и на выходе так же как на рольганге К1 для определения сляба на рольганге. На двух двигателях рольганга К2 установлены импульсные датчики фирмы LEONORD+BAUER (Германия) тип GEL208 (для определения длинны сляба). Рольганг К3 оборудован датчиками по аналогии с К1.
Участки рольгангов K4.1 и K4.2 оборудованы семьюультразвуковыми датчики Паули фирмы Fotoelektrik Pauly тип JV103RFZ-2900 (диапазон действия 3 метра для определения прохождения металла и на оси вдоль стен печей). Эти датчики сообщают что посад слябов невозможен поскольку он неправильно позиционирован относительно стен печи. Рольганг К5 оборудован датчиками так же как рольганги К3 и К1.
Функция слежение за слябом находящимся на роликах рольгангов основана на данных от датчиков расположенных в начале и в конце каждого рольганга. Если оператор замечает разницу между реальным расположением слябов на рольганге и тем что он видит на графическом изображении монитора он может корректировать отображение слежения за продуктом таким образом чтобы оно соответствовало реальности. Слежение за продуктом основывается на знании положения сляба на протяжении всей траектории его передвижения. Перемещение слежения за продуктом может быть осуществлено в автоматическом и в ручном режиме.
В автоматическом режиме все перемещения функции слежения производятся из программы. В ручном внесение изменения в функцию слежения возможны при работе и загрузочной машины и рольгангов загрузки тоже в ручном режиме.
При перемещениях слябов по загрузочному рольгангу внутри печи и т.д. информация о принятии внесенных изменений передается в компьютер оборудованный программным пакетом WinCC (для визуального контроля). Отмена слежения за слябом осуществляется при сбросе данных о работе рольганга.
Ошибки при обнаружении которых происходит сброс: неправильная ширина неправильная длина неправильная толщина неправильный вес ошибка идентификации гнутый сляб отверстия в слябе и ошибка температуры.
Функция позиционирования сляба перед печью осуществляется в две фазы:
-фаза предварительного позиционирования;
-окончательного позиционирования.
Предварительное позиционирование сляба перед печью осуществляется с помощью двух импульсных датчиков фирмы HUBNER (германия) тип HOG16. Один соединен с двигателем рольганга К 4.1 другой с двигателем рольганга К4.2. И семи ультразвуковых датчиков Паули о которых говорилось ранее для обнаружения сляба на рольганге К4.
Оба импульсных датчика подключены к плате подсчета импульсов. Учитывая количество импульсов на один оборот двигателя и диаметр роликов можно исходя из количества импульсов узнать расстояние. Таким образом при активировании датчиков установленных при входе в рольганг К4 можно начать подсчет импульсов что позволит определить месторасположение сляба на рольганге К4. (скольжение сляба также принимается в расчет). Окончательное позиционирование перед печью осуществляется с целью уменьшения потерь на окалину на неподвижных и подвижных подовых балках и осуществления оптимальной схемы загрузки слябов в печь. Для реализации этого позиционирования с обеих сторон перед печью установлены два лазерных датчика фирмы DELTA тип DISLAS FT позволяющих измерять точную длину сляба и определять точное положение сляба. Оператор поста загрузки пятой печи осуществлять контроль за тем чтобы не загрузить сляб в печь задевая ее стенки или помещая полу-слябы слишком близко к центральной балке. Эту задачу выполняют те же ультразвуковые датчики Паули. Три из которых размещены по центральной оси печи и по два по оси стен печи.
Расчет уставки предварительного позиционирования идентичен расчету уставок конечного позиционирования. Различна лишь базовая величина (длина сляба). Для расчета уставки предварительного позиционирования используется измеренная на стенде длина тогда как для расчета уставки окончательного позиционирования используется длина сляба измеренная перед печью после перемещения сляба по рольгангу.
Контроллер транспорта.
Загрузочная машина получает необходимую информацию о слябах предназначенных для загрузки. Работа загрузочной машины блокируется работой рольганга шагающих балок и заслонками загрузки.
На загрузочной машине используются различные типы блокировок такие как
-контроль открытия заслонки во время продвижения загрузочной машины посредством срабатывания конечного выключателя;
-разрешение на загрузку при отсутствии сигнала срабатывания ультразвуковых датчиков защиты стенок печи;
-конечные выключатели крайних положений хода вперед и назад установленное для защиты оборудования;
-система защиты загрузочной машины от столкновения со слябом с заслонками загрузки предусмотреная для всех режимов работы.
Загрузочная машина состоит из четырех штанг попарно перемещающихся в вертикальном направлении и из рамы перемещения обеспечивающей поступательное движение вперед назад.
Подъем слябов с помощью загрузочных машин обеспечивается с помощью гидроцилиндров тогда как поступательное движение – с помощью электродвигателя управляемого преобразователем частоты вращения.
Для группы оборудования гидравлики загрузочной машины предусмотрены абсолютные кодовые датчики фирмы SIEMENS тип DP-Class2 (для контроля подъемаопускания штанг так как обладают свойством не терять позицию при отключении питания). Для электродвигателя обеспечивающего поступательное движение загрузочной машины предусмотрены тоже абсолютные кодовые датчики фирмы SIEMENS тип DP-Class2 (для контроля перемещения по той же причине).
Функция калибровки загрузочной машины заключается в том чтобы во время её работы обеспечить соблюдение следующих условий:
) Если ширина сляба меньше длины рабочей поверхности штанг сляб поднимается так чтобы его выступ составил 100 мм (это минимальный выступ сляба на штанге);
) Если отсутствует свободное пространство для загрузки сляба в печь которое зависит от положения заднего борта предыдущего сляба и ширины сляба блокируется загрузка. При появлении свободного места машина загрузки помещает сляб в печь так чтобы соблюдался 40 миллиметровый зазор между слябами по ширине;
) Зная значение кодового датчика о перемещении в момент контакта выравнивания ширину позиционируемого сляба длину штанг загрузочной машины и минимальное значение выступа сляба на штанге в программе рассчитывается уставка заднего хода для захвата сляба.
Функция управления заслонками загрузки позволяет уменьшить теплопотери. Заслонка загрузки состоят из двух полу-заслонок с центральной системой обеспечивающей герметичность. Управление заслонкой происходит следующим образом: она открывается как можно позже и закрывается как можно раньше. Конечный выключатель частичного положения представляет собой защиту заслонки то есть положение за пределами которого заслонка должна быть открыта.
Для группы оборудования гидравлики заслонок предусмотрены абсолютные кодовые датчики фирмы SIEMENS тип DP-C
Заслонка загрузки может занимать 3 позиции:
-нижнее положение (положение ожидания);
-промежуточное положение (частичное положение);
-верхнее положение (позиция полного открывания).
Абсолютный кодовый датчик определяет реальное положение заслонки. Положения ожидания заслонки загрузки - в низком положении соответствует полному закрытию заслонки. Заслонками загрузки можно управлять в ручном и в автоматическом режиме.
В ручном режиме оператор с помощью графического изображения технологического процесса на экране управляет движением заслонок загрузки.
В автоматическом режиме управление заслонками исходит от программы и запрашивается загрузочным устройством. В этом режиме в последовательности работы заслонок учитываются блокировки с загрузочным устройством и шагающими балками печи.
Полный цикл заслонок загрузки включает открытие заслонки от нижней позиции до верхней позиции закрытие заслонки от верхней позиции до промежуточной позиции и закрытие заслонки от промежуточной позиции до нижней позиции.
Основные функции серверов системы автоматического управления заключается в оптимизации нагрева и в максимальном использовании производительности печи. Для разработки функций описанных далее и в качестве системы обработки базы данных предусмотрено использование программы Oracle и в данном проекте рассматривается ознакомительно поскольку имеет косвенное отношение к раскрываемой теме.
Функция географического слежения за продуктом позволяет в любой момент времени знать точное положение различных типов слябов находящихся в печи. В печи постоянно обновляется список продуктов в зависимости от каждой загрузки выгрузки и продвижения шагающих балок. Эта функция позволяет также управлять обменом информацией и данными относящимися к каждому типу продукта. Это основная функция автоматики процесса печи.
Тепловое слежение - функция периодически определяет тепловое состояние слябов. Эта функция основывается на обмене информацией об измерении температур каждой зоны и таким образом позволяет иметь представление о тепловом состоянии продуктов находящихся в печи.
Задание значение нагрева - функция посредством обмена информацией периодически определяет заданные значения температуры зоны. При каждой загрузке сляба рассчитываются целевые значения этого сляба в конце зоны чтобы получить целевые значения разгрузки данного сляба. Эти целевые значения рассчитываются в зависимости от размеров сляба типа стали (углеродистая сталь кремнистая сталь и др.) времени нахождения сляба в печи и целевых параметров разгрузки.
Таким образом расчет заданных значений определяет заданные значения температуры для каждой зоны с целью максимального соблюдения целевых параметров для каждого продукта в каждой зоне. Эти различия передаются в контроллер нагрева для регулирования температуры.
Архив - функция предназначена для сбора информации по каждому слябу и ее архивирования чтобы потом иметь возможность восстановить всю хронологию. Хронологическая функция позволяет проследить временную эволюцию каждого изделия в процессе его разогрева а также позволяет воспроизводить окружающие условия которые повлияли на нагрев данного сляба. Все данные получаемые через равные промежутки времени хранятся в таблицах базы данных. К концу процесса разогрева все данные относящиеся к каждому конкретному продукту передаются в базу данных архива для последующего анализа.
Сбор данных - в задачу данной функции входит пополнение специальной базы данных содержащей информацию получаемую с установки как например: измерения температуры давления расхода топлива и др. в различных зонах. Она также осуществляет контроль и проверку правильности данных.
Составление отчетов - эта функция заключается в составлении отчетов о продукции расчете балансов за определенные периоды (час пауза день месяц ). Она основывается на различных базах данных системы для расчета балансов и редактирования отдельных данных. Отчеты могут быть распечатаны разными принтерами включенными в конфигурацию системы.
Управление аварийными сигналами - функция позволяет записывать в память информацию об аварийных ситуациях возникающих в ходе технологического процесса. Если возникла аварийная ситуация она может быть распечатана либо отображена на экране. Система самостоятельно архивирует ее в базе данных либо в отдельном файле.
Отображение неисправностей - целая система контроля-управления информацией распознает неисправности исходящие из контроллеров и записывает их в хронологическом порядке. Имеется возможность отображать неисправности в отдельном окне в форме различных списков. Перечень неисправностей всегда содержит набор всех распознанных неисправностей. Имеется 3 типа сигналов неисправностей:
) Неисправности процесса - данные неисправности являются сигналами процесса автоматизации. Они являются частью системы регулирования порогов и системы рабочих сигналов;
) Неисправности контроля-управления - это сигналы о неисправностях выявленных составляющими системы SIMATIC PCS. Сигналы повреждения одного из компонентов (обрыв сигнального провода) являются сигналами неисправностей данного вида;
) Сигналы неисправностей системы - сигналы неисправностей появившихся в результате неправильного регулирования величин процесса.
Данные сигналы генерируются системой Win CC.
Неисправности появляются на экране в соответствующих окнах. Они всегда имеют форму таблицы уже имеющихся сигналов. Фильтры позволяющие легкое конфигурирование позволяют осуществлять адаптацию окон неисправностей к элементам процесса. Архив неисправностей позволяет архивирование на длительное время сигналов неисправностей на жестком диске для последующего анализа.
База данных прогнозирования - функция позволяет содержать в базе данных эквивалент данных о 24 часах технологического процесса. В этой базе данных продукт идентифицируется единым способом: номер программы номер последовательности данной программы и номер сляба. Благодаря этому способу система автоматизации всегда осведомлена о порядке загрузки и порядке проката. Кроме набора опознавания изделия клиентские станции предоставляют следующие данные: номер плавки время проведения плавки название стали код марки стали (идентификация стали) расчетная длина расчетная ширина расчетная толщина расчетный вес минимальное время выдержки максимальное время выдержки температура необходимая при загрузке температура необходимая при разгрузке максимальное значение гетерогенности необходимое на разгрузке максимальная температура поверхности время прокатки в черновой группе время прокатки в чистовой группе температура необходимая для черновой группы.
Последовательность операций выгрузки - функция слежения за продуктом отправляет данные в таблицу FIFO последовательности операций разгрузки. В этой таблице прописывается идентификация продукта в порядке его выгрузки с номерами соответствующих печейрядов.
Общая база данных для печи и процесса - база данных содержит информацию необходимую для технологического процесса. В нее входит информация касающаяся характеристик печи (размеры положение различных датчиков) а также специфические данные касающиеся тепловой модели (выбросы физические константы и др.). Эти данные используются функцией слежения за температурной функцией выдачи уставок.
База данных продукта - это таблица которая обновляться при помощи функций слежения за продуктом заданных значений теплового слежения настройки что позволяет создать архив (хронологию) каждого продукта. Кроме этого здесь можно найти различную температуру продукта различные заданные значения и др. Схема информационного обмена и временного архивирования представлена на рисунке 19.
Рис. 19 Схема информационного обмена и временного архивирования.
База данных временного архивирования - функция временного архивирования периодически собирает значения измерений имеющих отношение к процессу (расходы температура воды охлаждения и др.). Эти данные служат для составления периодических балансов и отчетов.
Обмен сообщениями - функция для проведения правильного слежения и оптимального нагрева. Система слежения (ССМ) проводит информационный обмен через коммуникационную шину между различными системами автоматизации рассматриваемого участка. Обмен производится либо трансакциями либо сообщениями в зависимости от участвующих в обмене
систем и функций. Производятся обмены между следующими системами: компьютером HP и системой планирования клиента; компьютером НР и системой наблюдения прокатного стана; компьютером HP и системой контроллеров; компьютером НР и системой наблюдения WINCC.
8. Разработка технического обеспечения элементов системы автоматизации
В результате анализа технологического процесса загрузки слябов на участке печей выбираются следующие элементы системы автоматического управления: датчики импульсные фирмы LEONORD+BAUER (германия) тип GEL208 и фирмы HUBNER (германия) тип датчики абсолютные кодовые фирмы SIEMENS тип DP-C датчики лазерные фирмы DELTA (Франция) тип DISLAS инфракрасные датчики фирмы DELTA тип HMD (в качестве детектора горячего металла на выдаче); фотодатчики фирмы S ультразвуковые датчики Паули фирмы Fotoelektr бесконтактные конечные выключатели фирмы TURK (германия) тип Bi-20 (для дополнительного контроля подъемаопускания на штангах машины загрузки перемещение машины загрузки подъем и перемещение шагающих балок печи). Схема расположения датчиков печей приведена на рисунке 20.
Для питания приводов рольгангов до печей выбираются преобразователи частоты фирмы S Для контроля и управления режимами нагрева охлаждения транспорта и рольгангов выбираются контроллеры фирмы Siemens PLC S7-400. Преимуществами серии S7-400 являются разбитая на ранги платформа CPU вложенные модули имеют прочную конструкцию удобная терминальная система для сигнальных модулей оптимальная возможность коммуникации и объединения в сеть удобное включение систем интерфейса с оператором параметры для всех модулей назначаются с помощью программного обеспечения. Контроллеры нагрева и охлаждения не рассматриваются ввиду косвенного отношения их работы к теме дипломного проекта.
8.1 Выбор комплекса технических средств и описание его особенностей.
Описание технических средств печи №5
К контроллеру транспортировки продукции подключены 3 децентрализованных клемника ET200M для загрузки выгрузки и гидравлики.
- ET200M: гидравлика
Контроллер рольгангов. Предусмотрено два децентрализованных клемника ET200M (рольганг загрузки рольганг выгрузки) которые имеют аналогичную комплектацию как у контроллера транспорта.
Для хранения организации и последующего обмена информацией в рассматриваемой системе автоматизации печи № 5 используются серверы.
Сервер HP 9000 L-class серия 1000- основной сервер обеспечивает хранение организацию в реляционные таблицы а также предоставление всей необходимой информации которая касается работы печи и обрабатываемой в ней продукции:
В целях обеспечения безопасной работы в промышленной среде сервер и его вспомогательное оборудование смонтированы в стойку.
Модель L-1000 рассчитана максимум на 2 процессора. В начале планируется использовать только один процессор но данное оборудование может использоваться и с 2 процессорами что дает дополнительный резерв.
Центральная память вычислительной машины на 1 ГБ или на 2 модуля по 512 МБ. Но ее можно расширить до 8 ГБ.
Предусмотрена такая конфигурация жестких дисков которая позволяет максимально избегать повреждений в случае выхода из строя одного из дисков сервера.
Для системы эксплуатации планируется установить 2 диска по 18 ГБ по принципу mirroring либо расширить используемый объем памяти до 18 ГБ. Принцип mirroring заключается в копировании изображения на диск «зеркало». В случае повреждения диска система не останавливает свою работу и продалжает обрабатывать данные на диске «зеркало».
Что касается данных то предусмотрены 4 диска по 9 ГБ в технологии RAID 5. Принцип повышения безопасности RAID 5 позволяет также продолжать работу в случае возникновения проблем на 1 из 4 дисков. Объем памяти составит - 3 x 9 ГБ или 27 ГБ данных.
Для сохранения данных предусмотрено считывающее устройство DAT DDS-3 с объемом памяти 12 ГБ и 24 ГБ в сжатом виде.
Сервер будет снабжён 2 разъемами для подключения к Ethernet 10100 MБ для связи с 2 уровнями сети.
Консоль управления сервера является терминалом и будет использоваться только для технического обслуживания сервера и для получения возможных сообщений.
Чтобы обеспечить максимальную безопасность блока питания в сервере предусмотрена конфигурация состоящая из 2 блоков питания чтобы сервер не прекращал работу в случае выхода из строя основного источника питания.
Redondant Server OS 12 – два взаиморезервируемых вспомогательных сервера
визуализации и управления обменом информации с контроллерами и станциями наблюдения.
При отказе одного сервера другой берет функции визуализации и управления обменом информацией на себя без остановки организации и хранения необходимых данных для работы системы автоматизации.
Development Server – сервер проектировщик (инженерная станция)
Предназначен для модификации программного обеспечения без остановки печи: смена функций управления смена параметров изменения программы и т.д.
PI Server – отдельно выделенный специальный сервер обработки который хранит пять тысяч переменных (TAG) для работы с языком программирования баз данных ORACLE.
Этот сервер содержит службу RDBMS PI (управления обменом информации реляционной базой данных Oracle) которая позволяет считывать значения из баз данных Oracle не архивируемых на базе и хранить их у себя.
PC CLIENT – станция наблюдения расположена на всех постах участка печей щите нагревальщиков и в комнате мастера участка печей.
Станции наблюдения оснащены программным обеспечением фирмы Siemens PCS 7 которое позволяет управлять печью и следить за ее работой.
Development PC (laptop) - два портативных ПК для разработки (программатор).
Программатор позволяет оперативно и безошибочно подключатся к контрольным точкам в системе управления предусмотренными при проектировании и разработке данной системы для отслеживания уровня настроенных параметров необходимых для работы оборудования в заданных системой автоматизации режимах. Также позволяет снимать зависимости одних параметров от других с целью выявления сбоев в работе оборудования которые невидны при обычном поиске неисправности.
Описание технических средств печи №4
Система управления построена на базе 4 программируемых контроллеров марки Siemens тип S7-400.
Каждый контроллер отвечает за реализацию следующих функций:
контроллер 1: нагрев печи;
контроллер 2: водоохлаждение;
контроллер 3: транспорт продукции на рольганге;
контроллер 4: электромеханическая часть;
контроллер 5: экология.
К контроллеру нагрева подключены 5 децентрализованных клеммника ET200M предварительного нагрева нагрева 1 нагрева 2 выравнивания и рекуператора.
- ET200M: предварительный нагрев
- ET200M: выравнивание
- ET200M: рекуператор
Контроллер системы водоохлаждения :
- 1 стойка S7-400 UR1
- 1 блок питания PS407 10 A
- 1 плата связи Industrial Ethernet CP443-1 (100Mгц)
- 1 соединительная плата PROFIBUS DP IM 467
К контроллеру системы водоохлаждения подключены 3 децентрализованных клеммника ET200M.
- ET200M: помещение насосной водоохлаждения
- ET200M: Зона под печью:
- ET200M: система охлаждения КИП:
Существующий контроллер управления рольгангами и измерительным стендом
К контроллеру системы управления рольгангом подключены 2 новых децентрализованных блока ET200M.
- ET200M: зона загузки печи №4
- ET200M: зона выдачи печи №4
Контроллер: экология
- 1 опорный профиль S7-400 UR1
- 1 блок питания PS407 10A
- 1 плата связи Industrial Ethernet CP443-1 (100Mгерц)
- 1 соединительная плата PROFIBUS DP IM 467
Электромеханический контроллер:
К электромеханическому контроллеру подключены 3 децентрализованных клеммника ET200M загрузки выдачи и гидравлики.
Интерфейс цифровых входов и выходов осуществляется при помощи съемных реле. Применяемый тип реле: Finder 24В 55.32.
На ЕТ200 применяются герметичные кабельные вводы на входе кабелей в шкафы (герметичные кабельные вводы).
Степень защиты всех шкафов и коробов IP54: все шкафы автоматизации оборудуются одной или несколькими шинами позволяющими крепление контрольных кабелей.
Все автоматические выключатели для защиты датчиков будут индивидуальными но сгруппированы по несколько штук чтобы обеспечить максимальную надежность.
- Два датчика с резервированием будут иметь индивидуальную защиту
- Фотодатчики на каждой секции рольганга будут иметь защиту с учетом 4 фотодатчиков на каждый автоматический выключатель.
- Общая концепция обеспечит максимальную защиту при возникновении электрической неисправности.
Время прохождения сигнала между контроллерами S7 – ET200 ≤ 200 мс.
Время прохождения сигнала между контроллерами S7 – SIMOREG и SIMOVERT ≤ 50 мс.
Время прохождения сигнала между контроллерами S7 ≤ 200 мс.
Время прохождения сигнала между контроллерами S7 - наблюдение ≤ 1 с.
Время прохождения сигнала между контроллерами S7 - H.P. ≥ 400 переменныхсек. Время опроса конфигурируется в среднем на 100 мс.
Конфигурация оборудования печей №4 и №5.
Оборудование уровня 2
Для возможности использования "high availability kit" сервера HP будет установлен Quorum PC для управления кластером. Quorum PC будет оборудован резервированием дисков (зеркалированием) и будет подключен к кластеру при помощи отдельного сетевого соединения. На рисунке 18 представлена схема конфигурация оборудования печей №4 и №5.
Конфигурация и обмен информацией после ввода в эксплуатацию печи №4
Проекты PCS7 печей 5 и 4 полностью разделены с точки зрения технических так и программных средств.
В основе лежит принцип реализации печи 4 с помощью версии 6 PCS7 не касаясь во время проектирования и наладки печи 4 оборудования и программного обеспечения существующей печи 5 а также существующего сервера для разработки.
- За основу прикладного программного обеспечения печи 4 взята последняя версия программного обеспечения печи 5 с переходом на версию 6 PCS7.
- Что касается разработки общей системы ’PLC Rolling’’ для двух печей то написана новая программа для всех секций рольганга загрузки печи 4 и 5.
В ходе монтажа и наладки
- установлено все оборудование печи 4
- произведено всe необходимое тестирование
- произведена наладка печи 4.
- Стадия наладки является переходной. В ходе наладки использовались дополнительный PLC для управления секциями рольганга печи 4 (K6 K7 W6 и W7) и программатор печи 4 использовался в качестве сервера для разработки при обновлении проекта серверов с резервированием печи 4.
- При работе печи 4 в режиме производства проведены работы по переводу системы печи 5 на версию 6 PCS7. При реализации данного этапа будет приозведена установка версии 6 PCS7 на 5 существующих клиентских станциях 2 существующих серверах с резервированием 1 существующем сервере разработки 4 существующих программаторах для разработки и 4 существующих PLC.
- Программное обеспечение сервера P.I. обновилось на начальном этапе наладки печи 4. Сервер был остановлен для проведения работ с техническими средствами.
- Произведено контрольное обновление прикладных программ печи 5 с переходом на версию 6 PCS7 и тестирование. После преобразования прикладные программы устанавлены на каждом из PLC.
-2 ET200M частотные преобразователи (simovert и simoreg) подключенные к ’PLC rolling’’ печи 5 перенесены в проект ’PLC Rolling’’ печи 4. Новый PLC Rolling печи 4 используется для управления секциями рольганга и измерительного стенда и серверами с резервирвоанием печи 4 для осуществления визуализации функций рольганга.
- Кроме того проект PCS7 печи 4 перенесен в программатор для разработки в сервер для разработки в обновленной программой и используется для двух печей.
Конфигурация hardware основана на системе Client-Serveur.
Функции интегрированные в систему Client-Serveur WinCC позволяют нескольким пользователям получать доступ к одним и тем же данным проекта.
К этой системе клиент-сервер относятся две сети:
- сеть Industrial Ethernet.
Рисунок 21. Схема конфигурация оборудования печей №4 и №5
На рисунке 21 показана схема конфигурации оборудования печей №4 и №5
Сеть TCPIP используется для наблюдения за:
- базовыми функциями автоматизации (связь между серверами с резервированиями и клиентами WINCC);
- системой автоматизации процесса (связь меэжу сервером HP и клиентами WINCC).
Сеть Industrial Ethernet используется для:
- связи между контроллерами и серверами с резервированием (распределение данных о процессе);
- связь между контроллерами и сервером HP (отсылка уставок нагрева получение данных приходящих от других печей ).
Мы выбрали именно этот тип конфигурации сетей с тем чтобы разграничить данные
- системы наблюдения
- программируемых контроллером
8.2 Концепция сетей общая конфигурация и циркуляция
В конфигурации технических средств предусмотрены три различных типа сетей: Ethernet Industrial Ethernet.
Ethernet TCPIP (Transmission Control ProtocolInternet Protocol-протокол управления передачеймежсетевой протокол) - коммуникационная сеть использующая для работы протокол управления передачей с расширением RFC 1006 соответствующему 4 уровню модели ISO. RFC 1006 расширяет протокол TCP возможностью передачи блоков данных (сообщений). Передача особенно надежна благодаря автоматическому повторению и дополнительному механизму проверки блоков. Коммуникационный партнер подтверждает прием данных а передающий принимает значение по интерфейсу.
Industrial Ethernet - коммуникационная сеть для работы на уровне локальных сетей и производственных участков с использованием
немодулированной передачи данных. Немодулированная передача данных означает что в канале связи (например по шинному кабелю) передаются
немодулированные импульсные сигналы. Среда распространения сигнала формирует единый канал связи ресурсы которого должны использоваться одновременно всеми подключенными терминальными устройствами. Все подключенные терминальные устройства принимают передаваемую информацию одновременно. В любое время правом на передачу данных обладает лишь одно терминальное устройство. Если несколько терминальных устройств передают данные одновременно в канале связи возникает коллизия (столкновение передаваемых данных). Сигналы терминальных устройств пытающихся передавать данные одновременно подавляют друг друга. Возникает необходимость в координировании доступа к среде передачи используемой совместно. Для решения этой проблемы используется протокол CSMACD (множественный доступ с опросом несущей и обнаружением коллизий) также известен как протокол LWT (Listen While Talk – «говори слушая»). Если терминальное устройство собирается передавать данные оно сначало «слушает» не передаются ли по каналу связи данные другими терминальными устройствами. Если нет оно начинает передачу. Если же терминальное устройство обнаружило что среда передачи уже используется другим терминальным устройством оно ждет освобождения канала связи. Все терминальные устройства «слышат» передаваемые данные. Информация об адресе назначения содержащаяся в данных позволяет терминальному устройству распознать должно оно принимать данные или нет. Если несколько терминальных устройств обнаруживают что канал связи свободен они начинают передачу. Через короткое время произойдет «столкновение» данных. На такой случай терминальные устройства снабжены механизмом благодаря которому передача будет повторятся до тех пор пока один из терминалов не добьется успешной передачи по случайному закону. Другие терминалы ожидают освобождения канала связи. Техника доступа CSMACD функционирует без ошибок в сети Industrial Ethernet и корректно на протяженности сети до 4520 м.
Сеть Industrial Ethernet может работать при скорости передачи данных 10 Мбитс (Fast Industrial Ethernet 100 Мбитс) с использованием триаксиального кабеля стеклянного волоконно-оптического кабеля или промышленной экранированной витой пары.
Стеклянный волоконно-оптический кабель – это кабель в котором в качестве среды передачи данных используются высококачественные стеклянные волокна типа 625125 мкм или 50125 мкм (для многомодовых кабелей) и 10125 мкм (для одномодовых кабелей). Данные передаются путём модулирования электромагнитных волн частота которых лежит в диапазоне видимого и невидимого света. По сравнению с электрическими кабелями волоконно-оптические кабели имеют следующие преимущества: электрическая развязка узлов и сегментов; отсутствуют проблемы связанные с заземлением; отсутствуют токи экранов; тракт передачи устойчив к воздействию внешних помех; не требуется молниезащита; тракт передачи не излучает помехи; имеют легкий вес и в зависимости от типа волокна даже на больших скоростях передачи могут использоваться кабели длиною в несколько километров.
При передаче данных на скорости 10 Мбитс (с длительностью импульса т.е бита 100 мс) в сетях Industrial Ethernet для усиления принимаемых сигналов и дальнейшей передачи используются оптические модули связи (OLM). При передаче данных на скорости 100 Мбитс (с длительностью импульса т.е. бита 10 мс) для той же функции – используются оптические коммутирующие модули (OSM).
Промышленная экранированная витая пара (ITP-Idustrial Twisted Pair) – кабель для передачи данных содержащий перевитые между собой медные витые пары. Свивание витых пар позволяет свести к минимуму электромагнитные помехи оказываемые парами друг на друга. Кабель характеризуется волновым сопротивлением 100 Ом и имеет защитное экранирование. Длина канала связывающая терминальное устройство и сетевой компонент не может превышать 100 м. Также как и у волоконно-оптического кабеля при передаче данных на скорости 10 Мбитс (с длительностью импульса т.е бита 100 мс) для усиления принимаемых сигналов и дальнейшей передачи используются оптические модули связи (OLM). При передаче данных на скорости 100 Мбитс (с длительностью импульса т.е. бита 10 мс) для той же функции – используются оптические коммутирующие модули (OSM).
Конфигурация технических средств основана на системе «клиент-сервер».
Интегрированные в систему «клиент-сервер» функциональные особенности W сеть Industrial Ethernet.
Сеть TCPIP используется для контроля:
- базовой автоматики (связь между взаиморезервируемыми серверами и клиентами WINCC);
- автоматизацией процесса ( между сервером HP и клиентами WINCC).
- связи между контроллерами и взаиморезервируемыми серверами (обмен данных процесса);
- связи между контроллерами и сервером HP (обмен уставками нагрева получение значений от печи и др.).
Этот тип конфигурации сетей выбран чтобы разделить обмен данными касающимися системы контроля и программируемых контроллеров.
Сервер WINCC (Redondant Server OS 12)
Во время выполнения программы (runtime-время выполнения) сервер WinCC играет центральную роль в связи между программируемыми контроллерами подключенными к процессу. Обмен данными с процессом обеспечивается пилотами связи. Сервер распределяет данные процесса между архивами и системой сигнализации или направляет их к клиентам WinCC для визуализации. Последние отображают эти данные процесса. Серверы WINCC связаны с сетью TCPIP и Industrial Ethernet. Клиенты же WINCC связаны только с сетью TCPIP. Клиенты WinCC обращаются к серверу WinCC для получения необходимых данных о процессе. Сервер WinCC циклично отсылает клиентам запрошенные данные согласно продолжительности цикла сконфигурированной на станциях клиента. Однако обмен данными происходит только тогда когда значение переменной было изменено по отношению к значению предыдущей переменной.
- серверы репартируют отображения процесса и сигналы о неисправностях составляющих процесса автоматизации;
- для получения данных серверы подключаются к контроллерам через сеть Industr
- серверы предоставляют данные о процессе в распоряжение клиентов и следят за их обработкой.
На рисунке 21 приведена упрощенная структура принципа построения системы автоматического управления используемого для печи № 5.
клиент 1 клиент 2 клиент 3 клиент 4 клиент 5 клиент 6
Industrial Ethernet
PLC-охлажд. PLC-нагрев PLC-транспорт PLC-рольганги
Рис. 21. Упрощенная структура принципа построения САУ печи № 5
- станции клиентов обеспечивают контроль-управление процессом автоматизации в целом;
- клиенты получают обратно на разных серверах состояния которые были моментально затребованы через сеть Ethernet
- клиенты – функционально равноценны и имеют равные права (рассматриваемая сеть имеет возможность установить до 32 клиентов).
В нормальном режиме работы серверы получают данные о процессе и работают параллельно с программой runtime (время выполнения) У каждой станции сервера свое собственное подключение к процессу и собственные архивы данных. Данные о процессе переданные контроллерами отправляются к 2 серверам WinCC (Redondant Server OS 12) для обработки.
Во время работы програмы runtime серверы осуществляют контроль друг за другом для обнаружения неисправности партнёра и передачи сообщения контроля - управления. Таким образом реализована функция резервирования серверов WinCC что значительно повышает возможности осуществления наблюдения и в общем и за самим процессом. В случае выхода из строя одного из серверов клиенты автоматически переключаются с неисправного сервера на рабочий сервер. Переключение происходит при
- подключении сети к поврежденному серверу;
- повреждении сервера.
Следовательно все клиенты всё время остаются под наблюдением и участвуют в управлении процессом. Пока длится неисправность действующий сервер продолжает регистрировать все предупреждения о неисправностях а также данные о процессе.
При возобновлении работы сервера содержание архива с сигналами о неисправностях архива значений процесса и архива пользователя в него автоматически копируются. Пробелы в архиве неисправного сервера будут заполнены путем восстановления недостающих данных. Оба сервера – автономные равноправные и находятся оба в распоряжении пользователя.
Кроме двух взаиморезервируемых серверов предусмотрен один сервер для разработки (PI-сервер) для осуществления управления обмена информацией базовой автоматики программы печи. К этому серверу подключены 4 рабочих станции для разработки позволяющих 4 людям автономно производить разработку одной части программы. Взаиморезервируемые серверы и 4 рабочих станции для разработки связаны с сетями TCPIP и Industrial Ethernet.
Рабочие станции клиентов распределены следующим образом:
- 2 станции клиента – на посту загрузки (ПУ-2);
- 3 станции клиента – на посту выгрузки (ПУ-6);
- 1 станция клиента – в помещении мастера участка печей.
Это распределение рабочих станций является идеальным для управления как загрузкой так и работой всей печи в целом.
Контроль управления печи осуществляется четырьмя контроллерами Siemens типа S7-400 к которым подключена децентрализованная периферия расположенная в важных стратегических местах печи. (чертеж 4: функциональная структура элементов системы автоматизации печи).
Для контроллера нагрева предусмотрено четыре децентрализованных модуля ET200M подключенных к одной сети PROFIBUS DP и установленные на уровне боковых горелок печи. Эти децентрализованные модули позволят сбор всей логической и аналоговой информации о зонах нагрева печи.
Для контроллера транспортировки продукции предусмотрены три децентрализованных модуля ET200M подключенные к одной сети PROFIBUS DP и установленные соответственно в помещении гидравлики в зоне загрузки (на плите загрузки ) в зоне выгрузки (на плите разгрузки).
Этот децентрализованный модуль позволит сбор всей логической и аналоговой информации о системе гидравлики в целом. Децентрализованный модуль зоны загрузки позволит сбор информации о загрузочной машине. Децентрализованный модуль зоны выдачи позволит собирать информацию о разгрузочной машине. На рисунке 22 изображен участок сети с контроллером рольгангов.
PLC-рольганги 2ЭМП 3ЭМП
Рис.22. Участок сети с контроллером рольгангов.
Для контроллера водоохлаждения предусмотрены два децентрализованных модуля ET200M подключенных к одной сети PROFIBUS DPи установленных соответственно в помещении водонасосной в зоне под печью.
Децентрализованный модуль в помещении водонасосной позволит сбор всей логической и аналоговой информации о системе циркуляционных насосов аккумулятора резервных насосов дизельном двигателе. Децентрализованный модуль в зоне под печью сделает возможным сбор всей логической и аналоговой информации о контурах охлаждения вертикальных балок и глиссажных труб.
Для контроллера рольгангов предусмотрены два децентрализованных модуля ET200M подключенных к одной сети PROFIBUS DPи установленных соответственно в зоне рольганга загрузки в зоне рольганга выдачи.
Децентрализованный модуль в зоне рольганга загрузки позволит сбор логической и аналоговой информации относящейся к рольгангу загрузки и измерительному стенду. Децентрализованный модуль в зоне рольганга выдачи позволит сбор логической и аналоговой информации касающейся рольганга выдачи.
Принтеры установленные в кабине загрузки могут использоваться для распечатки: ежедневных рапортов сменных рапортов месячных рапортов сигналов о неисправностях тепловых балансов температурных кривых и др.
8.3 Основные принципы коммутируемых сетей
Технология коммутирования заключается в направлении пакетов данных от входного порта напрямую к выходному порту на основе информации об адресе передаваемой с пакетом данных. Переключение позволяет установить прямое соединение.
Технология коммутирования выполняет следующие основные функции:
- Объединение доменов (мест) обнаружения коллизий подсетей;
Поскольку функционирование OLM (повторителей) и HUB (звездообразных разветвителей) протекает на физическом уровне их использование ограничено протяжённостью места обнаружения коллизий (столкновений передаваемых данных). Технология коммутирования позволяет объединить места обнаружения коллизий. Таким образом использование OSM (коммутаторов) не ограничено максимальной протяжённостью сетей с повторителями. Коммутаторы позволяют реализовать очень протяжённые сети охватывающие расстояния до 150 км.
- Защита от перегрузки;
За счёт фильтрации данных в основе которой лежат адреса Ethernet (MAC) локальные данные остаются локальными. В отличие от повторителей или хабов которые транслируют данные на все порты узлы сети не выполняя фильтрации коммутаторы осуществляют селекцию данных. Данные поступившие на входной порт фильтруются и на соответствующий выходной порт коммутатора поступают только те данные которые предназначены узлам в других подсетях подключенных к данному порту.
Это становится возможным в результате создания таблицы назначения адресов Ethernet (MAC) выходным портам. Таблица создаётся коммутатором в режиме “обучения”.
- Нераспространение ошибок за пределы поврежденного сегмента сети;
Выполняя проверку достоверности пакета данных базирующуюся на контрольной сумме содержащейся в каждом пакете данных коммутатор предотвращает дальнейшую передачу повреждённых пакетов данных. Коллизии имеющие место в одном сегменте сети не распространяются в другие сегменты
- Параллельный обмен данными.
Одним из свойств коммутаторов является их способность манипулировать несколькими пакетами данных передаваемыми между различными сегментами сети или узла одновременно. В зависимости от количества портов имеющихся у коммутатора он устанавливает несколько временных и динамических соединений между различными парами сегментов терминальных устройств сети. В результате наблюдается существенное увеличение пропускной способности сети Industrial Ethernet и значительное повышение её производительности.
Profibus DP – коммуникационная сеть полевого уровня и уровня отдельных производственных участков использующая гибридный метод доступа к шине (маркерное кольцо между активными узлами и «ведущий-ведомый» между активными и пассивными узлами). Средой передачи данных являться витая пара (с волновым сопротивлением 150 Ом) волоконно-оптический кабель или беспроводная среда (ИК-технологии). Принцип гибридного доступа к шине приведен на рисунке 23.
Рис.23. Принцип гибридного доступа к шине в сетях Profibus DP
Все активные узлы (ведущие) формируют логическое маркерное кольцо имеющее фиксированный порядок при этом каждый активный узел "знает" другие активные узлы и их порядок в логическом кольце (порядок не зависит от топологии расположения активных узлов на шине).
Право доступа к каналу передачи данных так называемый “маркер” передаётся от активного узла к активному узлу в порядке определяемом логическим кольцом. Если узел получил маркер (адресованный именно ему) он может передавать пакеты. Время отпущенное ему на передачу пакетов определяется временем удержания маркера. Как только это время истекает узлу разрешается передать только одно сообщение высокого приоритета. Если такое сообщение у узла отсутствует он передаёт маркер следующему узлу в логическом кольце. Маркерные таймеры по которым рассчитывается максимальное время удержания маркера конфигурируются для всех активных узлов. Если активный узел обладает маркером и если для него сконфигурированы соединения с пассивными узлами (соединения "ведущее устройство-ведомое устройство") производится опрос пассивных узлов (например считывание значений) или передача данных на эти устройства (например передача уставок). Пассивные узлы никогда не принимают маркер.
Описанная технология доступа поддерживает вход и выход узлов из логического кольца во время работы. Используемая технология передачи данных (RS-485 которая усиливает сигналы данных в шинных кабелях) соответствует сбалансированной передаче данных описываемой стандартом PROFIBUS. использование этой технологии является обязательным для передачи данных по витой паре. На обоих концах к кабелю подключаются нагрузочные сопротивления с номиналом равным волновому сопротивлению кабеля. Такой отрезок кабеля с подключенной с обеих сторон оконечной нагрузкой называют сегментом. Сегмент может содержать не более 32 узлов. Узел подключается к шине либо с помощью шинного терминала с соединительным кабелем (ответвлением) либо с помощью шинного штекера. Отдельные сегменты можно соединять друг с другом с помощью повторителей (OLM). Максимальная длина сегмента зависит от скорости передачи данных и типа используемого кабеля.
Преимущества Prof исключительно пассивная передача сигналов которая обеспечивает отключение узлов без оказания влияния на сеть (за исключением узлов питающих нагрузочные сопротивления); простота прокладки и подключения шинного кабеля не требующая специального
Обе сети Industrial Ethernet и Profibus DP в данном проекте полностью независимы. Для связи контроллеров с серверами управления выбор сделан в пользу промышленной сети Industrial Ethernet. Ниже приводится сравнительная таблица 2 этих двух сетей.
Таблица 1. Сравнительные характеристики сетей Profibus DP и Industrial Ethernet.
Подключаемая система
Simatic S7 S5 PGPC рабочая станция компьютер
Количество подключений
Размер данных на сообщение
Электросеть: > 96 км
Оптическая сеть: > 90 км
Электросеть: > 15 км
Оптическая сеть: > 200 км
Cети PROFIBUS DP связывающие программируемые контроллеры с децентрализованными перифериями ET200M и с частотными преобразователями SIMOVERT должны быть выполнены из опто-волоконного кабеля с резервированием.
Любой кабель PROFIBUS DP (медный) выходящий из контроллера подключен к медному опто-волоконному преобразователю (OLM S4). 2 пары волокон выходят из этого преобразователя (OLM S4) чтобы связаться с другим преобразователем (OLM S4) расположенным вблизи от децентрализованной периферии. Таким образом медный кабель связывает этот преобразователь назначения (OLM S4) с децентрализованной периферией ET200M и с преобразователями частоты SIMOVERT и представлен на рис 24.
Рис 24. Подключение модулей
Преобразователь (OLM S4) позволяет иметь 2 пары волокон для реализации функции резервирования сети PROFIBUS DP.
Этот преобразователь (OLM S4) может сам осуществлять резервирование оптоволоконного кабеля за счет его упрощенной конфигурации. Внешний вид преобразователь представлен на рисунке 25.
Рис 25. Преобразователь OLM S4
9 Разработка программного обеспечения
9.1 Выбор операционной системы структура и взаимодействие
программных компонентов модулей.
Для визуализации и управления технологическим процессом работы с контроллерами датчиками конечными выключателями электроприводами и гидроприводами в качестве операционной системы выбирается Windows XP с управляющим центром WinCC для оперативного управления и мониторинга а также для технологически-ориентированной графической разработки лицевых панелей (экранов WinCC).
За основу взято программное обеспечение SIMATIC PCS7 (Process Control System 7 версия 6.1) – система проектирования ES (Engineering System) систем управления процессом для комплексной автоматизации c языком программирования S7 [8].
Windows XP обеспечивает многозадачность с приоритетным выполнением что гарантирует быструю реакцию на различные события процесса и высокую степень защиты от потери данных.
ПО SIMATIC PCS7 разработано с помощью самых современных объектно-ориентированных технологий программирования. Модульная архитектура SIMATIC PCS7 базируется на специально подобранном оборудовании и компонентах программного обеспечения из стандартного набора SIMATIC-программ. Система управления процессом SIMATIC PCS7 встроена в информационную сеть используя интерфейсы основанные на международных индустриальных стандартах для обмена данными: Ethernet TCPIPОРС и Profibus DP.
К компонентам системы проектирования ES (Engineering System) относятся следующие программные пакеты:
Включает в себя утилиту SIMATIC Manager которая является платформой для всех ES-компонентов и обеспечивает централизованное управление этими компонентами. Кроме того утилита SIMATIC Manager представляет собой так называемый пользовательский графический интерфейс работающий под Windows и используемый для управления проектами STEP7.
- Утилита "Hardware Conf
С помощью утилиты HW Conf другими словами можно настраивать параметры стоек модулей и интерфейсы модулей.
На рисунке 26 показана конфигурация оборудования контроллера транспорта а на рисунке 27 конфигурация оборудования контроллера рольгангов.
И на одном и на другом рисунке показаны центральные стойки UR1 контроллера транспорта и контроллера рольгангов укомплектованные модулями питания PS 407 10A контроллерами CPU 416 – 3DP интерфейсными модулями расширения IM 467 и коммуникационными процессорами
CP 443 – 1. От стойки контроллера транспорта отходят три независимых интерфейса PROFIBUS DP. Они разделены по функциональному назначению. Можно было объединить в одну сеть но для увеличения быстродействия разделили на три независимых. В одной сети станции децентрализованной
периферии ET200M машины загрузки выгрузки гидравлики. В другой привод машины загрузки (основной и резервный) и привод машины выгрузки (основной и резервный). В третьей сети PROFIBUS DP датчики. С помощью коммуникационных процессоров CP 443 – 1 устанавливается соединение с сетью Industrial Ethernet для получения данных от контроллеров. В связи с тем что сеть с датчиками имеет существенную длину для удобства её подключили через модуль расширения IM 467.
У стойки контроллера рольгангов использован один интерфейс DP для станций ET200M рольгангов загрузки выгрузки и один модуль расширения IM 467 для приводов рольгангов.
- PH (Plant Hierarchy - иерархическая система установки) IEA
(ImportExport Assistant - программа для операций импортаэкспорта) и
PO (process object v
PH" и "IEA" - это программные пакеты PCS7 которые не являются самостоятельными приложениями а являются расширениями для утилиты SIMATIC Manager. Можно активировать данные функции используя опции меню. PH и IEA обеспечивают поддержку конфигурации процессов заложенных в установку в целом а также поддержку промышленных установок (с точки зрения создания массивов данных) на протяжении нескольких фаз развития их конфигурации.
CFC - это программный пакет с помощью которого можно конфигурировать (с точки зрения установки) задачи автоматизации с использованием графических средств. Для создания программы применяется принцип объектно – последовательного управления посредством которого создаются законченные структуры программного обеспечения из готовых для использования и создаваемых программистом для решения какой – либо задачи блоков. Эти блоки организованны в соответствии с функциональным назначением и сгруппированы в библиотеки.
Можно вставлять требуемые для задачи блоки в CFC-схемы (chart) перетаскивая их с помощью манипулятора "мышь" методом drag&drop из соответствующих библиотек.
На рисунке 28 представлена часть структуры программного обеспечения машины загрузки в виде CFC-схемы (chart).
Главный блок MAIN – основной модуль программы отвечающий за
Вспомогательные блоки программы:
Три блока ZT 507 – модули обработки сигналов кодовых датчиков: два обрабатывают сигналы с абсолютных кодовых датчиков подъема опускания штанг загрузочной машины и один обрабатывает сигналы с абсолютных кодовых датчиков и конечных выключателей перемещения загрузочной машины. Это связано с тем что по технологии работа машины загрузки может осуществляться как с конечными выключателями и абсолютными кодовыми датчиками одновременно так и только с абсолютными кодовыми датчиками и только с конечными выключателями.
Блок JOYST – модуль обработки сигналов джойстика: все положения джойстика (вперед назад поднять опустить штанги); разные скорости перемещения машины загрузки; блокировки джойстика и защиты из блока MAIN которые могут блокировать работу от джойстика.
Блок LIFTI – модуль обработки сигналов от механизмов гидравлики подъема штанг загрузочной машины: отвечает за логику подъема штанг и синхронизацию между парами штанг по девятому и десятому рядами. Это связано с тем что по две отдельные гидравлические системы работают на каждую пару штанг и их необходимо синхронизировать для одновременного подъема например длинных слябов.
Блок TRANC – модуль обработки сигналов от механизмов перемещения машины загрузки: логика сборки схем привода цепи сигнализации контакторов автоматов и др. а также отдельный блок управления приводом (SIMO_MD) через который имеется связь по сети PROFIBUS с частотным преобразователем. Именно посредством блока SIMO_MD осуществляется управление приводом машины загрузки.
Таким образом данная структура (chart) в виде CFC-схемы решает достаточно объемную многокритериальную задачу которую невозможно представить привычной последовательной логикой в виде блоков ввода переменных блоков расчета необходимых параметров блока какого – нибудь цикла и блока вывода результатов. Преимуществом использования объектного программирования является возможность решать более сложные задачи автоматизации управлять базовыми функциями автоматики путем изменения состояния их отдельная обработка и т.д.
- WinCC (Windows Control Center - "Центр управления на платформе
операционной системы W
WinCC - это программный пакет с помощью которого можно конфигурировать операторские станции (OS) в PCS7 которые используются для операторского мониторинга и управления процессом (установкой).
С помощью данного программного обеспечения при конфигурировании операторских станций можно создавать графические изображения процесса (process pictures) и отчеты (reports) а также можно конфигурировать системы сообщений (message system) и архивирования (archive) данных процесса.
- SCL (Structured Control Language - "Структурированный язык
SCL - это язык программирования имеющий сходство с языком Pasca он требуется также для компиляции CFCSFC-схем (charts).
Помимо SCL для решения менее сложных задач программы контроллеров могут отображаться в трех видах представления:
- лестничная логика (в виде релейно-контакторных схем) (LAD);
- функциональные блоки (в виде логических элементов) (FBD);
- язык инструкций (в виде машинного языка) (STL).
Утилита SIMATIC Manager и все другие приложения связаны друг с другом. При открытии SIMATIC Manager можно видеть например все блоки которые вставили в CFC-схему (CFC chart) с помощью CFC-редактора. Кроме того значительный выигрыш от такой связи приложений становится очевидным когда конфигурируется операторская станция (OS). Можно обратиться к любым данным которые создали посредством SIMATIC Manager и другим приложениям например можно просто и быстро визуализировать переменную процесса (process tag) из CFC-схемы (chart) во время конфигурирования операторской станции (OS).
Графический интерфейс пользователя утилиты SIMATIC Manager представляет собой окно состоящее из двух панелей аналогичное окну "Проводника" (Explorer) в ОС Windows:
- левая панель содержит структуру "дерево" (tree structure) содержание
которой зависит от выбранного представления (v
- правая панель окна раскрывает содержание объекта выбранного в левой
панели окна в иерархической структуре "дерево";
Утилита SIMATIC Manager представляет для использования три различных представления (view). Эти три представления обладают одной важной особенностью которая состоит в том что объекты которые они содержат в реальности существующие в единственном экземпляре могут быть отображены и подвергнуты обработке в трех разных представлениях (views). Все эти представления в основном имеют одинаковую структуру:
-в левой панели Вы можете видеть структуру вида "дерево" (tree structure);
-в правой панели - отображение содержимого объекта выбранного в
иерархической структуре левой панели.
Каждое представление дает свои собственные преимущества в зависимости от имеющейся задачи:
- "представление компонентов" - "Component v
- "представление установки" - "Plant v
- "представление объектов процесса" - "Process object view" – это вид в SIMATIC Manager является центральным видом для системы ES для утилиты для конфигурирования оборудования HW Config и для данных OS-станции. Он используется если интересуют точки измерения или CFC-схемы если необходимо отредактировать их атрибуты и виды в частности если нужно сконфигурировать параметры комментарии или взаимные соединения для большого числа объектов одинаковым способом.
В режиме "представления объектов процесса" (process object view) все особенности объектов могут быть отредактированы и документированы непосредственно без необходимости смены используемой утилиты.
Все что делается в SIMATIC Manager автоматически сохраняется системой PCS7.
Проектирование на базе выше описанного программного обеспечения имеет следующие преимущества:
- работа ведется с объектами имеющими технологическое функциональное назначение (блоки модули функции и т.д.) которые обладают независимостью в режиме "представления компонентов" (component v
- компонуются объекты в иерархической системе и следовательно создается структура установки в соответствии с известными технологическими аспектами.
- уникальность имен объектов обеспечивается во всем проекте с использованием высокоуровневой идентификации (HID - h
- данные полученные на предшествующих этапах планирования и конфигурирования могут быть также учтены и в дальнейшем обработаны (многоэтапная разработка с использованием программы для операций импортаэкспорта IEA с импортированием данных).
Для приведения документации автоматизированной установки в соответствие с текущим состоянием проекта данные могут быть возвращены в соответствующие утилиты используемые для проектирования и конфигурирования (с использованием программы для операций импортаэкспорта IEA).
В качестве операционной системы для сервера проектировщика позволяющего модифицировать программное обеспечение: смена функций управления смена параметров изменения программы и т.д. выбрана Windows XP а для сервера HP-9000 бельгийская фирма HEURBEL предоставила HP-UX версии 11.0 (компоненты которой также работают и на сервере обработки и на сервере проектировщике) [9].
Операционная система HP-UX версии 11.0 подразделяется на
) Программное обеспечение управления реляционной базой данных Orac Сконфигурированное фирмой Heurbel данное программное обеспечение RDBMS обеспечивает хранение организацию в реляционные таблицы всей необходимой информации (для сервера HP-9000 и сервера обработки).
Реляционная база данных - это набор связанных между собой таблиц. Oracle - это система управления реляционными базами данных в которой интерфейс с пользователем осуществляется на структурном языке запросов SQL. Под понятием «реляционный» подразумевается способ хранения информации – относительный который имеет большие возможности приспосабливаться к конкретным проблемным ситуациям. База данных в данном случае это набор справочных таблиц и таблиц пользовательских данных которые воспринимаются как одно целое. Система баз может состоять из большого количества отдельных баз данных каждая из которых имеет свое имя. Под таблицами необходимо понимать именованную строку заголовков и столбцов с одной или более строками значений данных под этим заголовком. Не требуется чтобы все её применения были установлены до ввода данных.
) Программное обеспечение разработанное фирмой Heurbel.
Это программное обеспечение написанное на языке CC++(для всех серверов САУ печи) реализует следующие задачи:
обеспечивает связь базы данных Oracle с различными компонентами системы управления печи а именно:
- программируемыми контроллерами S системой нагрева печи (PLC Heat рольгангами напротив печи (PLC Ro
- станциями наблюдения с PC оснащенными программным обеспечением S
- системой PI в PC которая обеспечивает архивирование различных параметров печи во времени.
выполняет различные обработки и расчеты необходимые для оптимальной работы печи:
- определение тепловой атмосферы в печи;
- определение уставок нагрева для каждой зоны печи;
- слежение за продукцией находящейся в печи и рядом с ней.

3. БЖД.doc

3. ОХРАНА ТРУДА И БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНИДЕЯТЕЛЬНОСТИ
1 Анализ опасных и вредных производственных факторов.
Участок нагревательных печей НШС - 2000 ПГП – это сложный производственный комплекс оснащенный разнообразными механическими химическими электрическими и подъемно-транспортными агрегатами обслуживание которого требует четкого соблюдения правил техники безопасности и норм производственной санитарии.
В соответствии с технологическим процессом на участке нагревательных печей имеются различные вредные и опасные факторы которые могут привести к производственному травматизму.
Метеорологические условия на производстве определяются следующими параметрами: температура воздуха в помещении °С относительная влажность % подвижность воздуха мс инфракрасное (тепловое) излучение Втм.
Оптимальные значения микроклимата приведены в таблице 6.
Таблица 6. Параметры микроклимата.
Параметры микроклимата
Оптимальное значение
Фактическое значение
Холодный и переходный t+10
Таким образом участок нагревательных печей НШС - 2000 имеет метеорологические условия труда которые могут оказывать существенное вредное воздействие на организм человека.
3 Запыленность и загазованность.
Промышленная пыль на участке печей неорганического происхождения в основном железо а из-за того что по технологии нагрева в качестве футеровки на внутренней поверхности печей применяется легковесный шамотный и диатомовый кирпичи в воздухе содержатся примеси содержащиеся в этих кирпичах. Так же в воздухе участка НШС-2000 содержатся следующие газы: природно-доменная смесь коксовый и водород.
Параметры вредных веществ в воздухе рабочей зоны приведены в таблице 7.
Таблица 7. Параметры вредных веществ в воздухе рабочей зоны.
Название вредного вещества
Фактическое содержание веществ С мгм
Шамотные и диатомовые
Природно-доменная смесь газа
При одновременном содержании в воздухе рабочей зоны нескольких вредных веществ сумма отношений фактических концентраций каждого из них (С С С) в воздухе участка к их ПДК (ПДК ПДК ПДК) не должна превышать единицы:
Делаем вывод что содержимое вредных веществ выше предельно допустимого поэтому для снижения концентрации вредных веществ в воздухе участка печей применяют естественную вентиляцию.
4 Производственный шум и вибрации.
Уровень звука на участке НШС - 2000 ПГП лежит в диапазоне от 68 до 95 дБ при предельно допустимом уровне 80 дБ по [13]. Характеристики параметров производственного шума по [13] приведены в табл. 8.
Таблица 8. Характеристики параметров производственного шума.
Уровни звукового давления ДБ в октавных полосах Гц
Фактичес-кое значение
Вывод: уровень шума превышает ПДУ поэтому для защиты от шума посты операторов изолируются шумопоглощающими материалами а в качестве индивидуальных мер защиты используются специальные наушники и вкладыши в ушную раковину согласно [14].
Уровень общей и локальной вибрации существенно превышает ПДУ в связи с этим в дипломном проекте предложено изменить методику загрузки слябов в нагревательные печи полностью исключающий вибрации такого характера.
Величины показателей вибрации рабочего места оператора представлены в таблице 9.
Таблица 9. Величины показателей вибрации рабочего места оператора.
Место проведения замера
Уровни колебательной скорости в дБ и октавных полосах со среднегеометрическими частотами в Гц
Корректированные уровни дВА
Для искусственного освещения применяют лампы ДРЛ (освещение участка печей НШС – 2000 так как температура окружающего воздуха в отделении в теплый период года выше +25°С) и ЛБЦ (освещение машинных залов помещений персонала и др.). Параметры освещённости приведены в соответствии с [17] в таблице 10.
Таблица 10. Параметры освещенности.
Нормативные значения
Фактические значения
Коэффициент естественной освещённости
Освещённость газоразрядными лампами
Точность зрительной работы соответствует V разряду (ПДК 200 лк) и VI разряду (ПДК 150 лк) размер объекта различения равен от 1мм до 5 мм и более контраст объекта и фон средние.
Таблица 11. Величины показателей освещенности рабочего места оператора
Разряд зрительной работы
Допустимая по нормам
Вывод: минимально допустимый уровень искусственного освещения соответствует нормам в соответствии с [17].
Далее в таблице 12 представлены нормы и фактические значения освещенности печи.
Таблица 12. Нормы освещенности.
Печи (посад металла)
Печи (выгрузка металла)
Фактические значения соответствуют представленным нормам что обеспечивает высокую производительность участка печей уменьшение утомляемости персонала и улучшение качества работы.
6 Электромагнитные излучения
Нормы пребывания человека в электрическом поле электроустановок промышленной частоты в течение одних суток на участке печей приведены в таблице 13.
Таблица 13. Электроустановок промышленной частоты в течение одних суток.
Напряженность электрического поля кВм
Допустимое время пребывания человека в поле
7 Электробезопасность.
На участке печей НШС - 2000 ПГП большая часть оборудования работает при напряжении до 1000 В от сети постоянного тока и переменного тока частотой 50Гц но применяются и высокие напряжения - 10 кВ.
Потенциальные источники поражения электрическим током представлены в таблице 14.
Таблица 14. Источники поражения электрическим током.
Технические средства защиты
Силовой трансформатор
Тиристорный преобразователь
Для исключения случайного прикосновения человека к голым токоведущим частям на участке печей установлены ограждения и токоведущие части расположены на определенной высоте. Чтобы обеспечить безопасность людей работающих на установках напряжением до 1000 В и выше предусмотрены заземляющие устройства и заземление металлических частей электрического оборудования и электроустановок. Заземляющие устройства участка печей удовлетворяют требованиям обусловленным режимом работы сетей и защиты от перенапряжения согласно [19].
8 Пожарная безопасность
Согласно [20] степень огнестойкости здания цеха ПГП в котором одним из участков является участок нагревательных печей определена - II. По пожарной опасности участок печей относится к категории В. В соответствии с [19] производственное помещение можно отнести к пожарному классу П II.
В цехе имеются следующие пожароопасные места:
- Кабельные полуэтажи и кабельные туннели;
- Маслотоннели и маслоподвалы;
- Помещение гидравлических аккумуляторов;
- Материальный склад цеха и склад лакокрасочных материалов;
- Кладовые помещение;
- Электромашинные помещения (ЭМП);
- Гаражи для электрокаров;
- Кабины электромостовых кранов;
- Помещения электротрансформаторов.
Для организации безопасной эксплуатации агрегатов и устройств согласно [21] соблюдаются противопожарные меры; производится квалифицированный надзор и контроль; своевременно производятся профилактические работы; поддерживается в рабочем состоянии пожарно-измерительная аппаратура газоанализаторы блокировки и предупредительная сигнализация; разрабатываются мероприятия по локализации и быстрой ликвидации пожаров; устанавливаются объемные автоматические средства пожаротушения кабельных полуэтажей и туннелей а так же автоматическая пожарная сигнализация.
9 Расчет вентиляции.
На участке печей нормируемые параметры воздушной среды обеспечиваются за счет использования гравитационного или ветрового напора а наружный воздух не требует предварительной обработки (очистки подогрева охлаждения увлажнения и т.п.) поэтому применяется система вентиляции с естественным побуждением движения воздуха (аэрация).
Количество воздуха подаваемого на участок для обеспечения требуемых условий воздушной среды в рабочих или обслуживаемых зонах определяется по следующим формулам:
при расчете с избытком явного тепла:
где Q - избытки явного (с учётом потерь тепла) в помещении МВт;
Q = 6978 МВт - тепловыделение одной печи в час;
= 05 – коэффициент определяющий долю теплоты выделяемой в цех;
n = 4 – количество работающих печей на участке;
Q = 6978 · 05 · 4 = 13956 МВт
- температура воздуха удаляемого из помещения за пределами рабочей или обслуживаемой зоны 0С. При удалении воздуха из верхней зоны помещения определяется с учетом градиента температуры t по формуле
где h - высота расположения над полом вытяжных проемов для удаления воздуха м: h = 8 м;
Δt - значение градиента температуры по высоте помещения с большими тепловыделениями принимается от 1 до 50См в зависимости от количества и характера распределения тепловыделений. Для помещений с небольшими тепловыделениями 050См а так как участок печей характеризуется выделением большого количества тепла то Δt принимаем 5°См:
t - температура воздуха подаваемого в помещение 0С - при расчете вентиляции по избыточным тепловыделениям принимается средняя температура самого жаркого месяца в 13 часов для данного географического района [12]: t = 244 °С
Количество воздуха при тепловыделении печей по формуле (1):
при расчете по количеству выделяющихся вредных веществ:
где G – количество вредных веществ поступающих в воздух помещения мгч;
С – концентрация вредных веществ в удаляемом воздухе – также может быть принята равной ПДК;
С – концентрация вредных веществ в воздухе подаваемом в помещение – не должна превышать 30% ПДК.
Количество воздуха при выделении водорода по формуле (2):
Количество воздуха при выделении природно-доменной смеси газа:
Количество воздуха при выделении коксового газа:
Дальнейший расчет будем вести по максимально необходимому количеству воздуха то есть L = 747643 мч
Аэрация (естественная регулируемая вентиляция) осуществляется под действием гравитационного ветрового и теплового напоров возникающих вследствие разности высот давлений и температуры наружного воздуха и воздуха участка печей.
Для притока наружного воздуха в стенах участка предусмотрены проемы низ которых располагается на высоте от пола:
- 03-18 м – в теплый период года;
- не менее 4 м так как цех высотой более 6 м в переходный и холодный периоды года.
Для удаления воздуха с участка печей устраиваются не задуваемые фонари или шахты. Допускается использовать для удаления воздуха не задуваемые аэрационные проемы в верхней части наружных стен.
Располагаем нижний уровень приточных проемов на высоте 5 м а верхний уровень вытяжных фонарей на высоте 10 м от пола. Вытяжной фонарь имеет П-образную форму ветрозащищенные панели. Принимаем в расчетах что створки приточных проемов и вытяжных фонарей открыты на 45 градусов.
Площадь приточных проемов:
Площадь вытяжных проемов:
где - необходимый воздухообмен;
- потери давления на проход воздуха через приточные проемы. Для обеспечения относительно высокой скорости поступления воздуха на участок и устойчивости восходящих конвективных потоков рекомендуется принимать
=14 кгм2 - плотность воздуха соответствующая температуре наружного воздуха;
=12 кгм2 - плотность воздуха соответствующая средней температуре воздуха участка печей
м - высота от уровня нижних приточных проемов до уровня верхних вытяжных проемов;
= 981 - 294 = 687 - потери давления на проход воздуха через вытяжные проемы фонаря;
= 37 - коэффициент местного сопротивления приточных проемов;
= 92 - коэффициент местного сопротивления вытяжных проемов фонаря.
Найдем площадь приточных проемов по формуле (3):
Площадь вытяжных фонарей по формуле (4):
Вытяжные и приточные проемы располагаются по периметру участка. Как видно из расчета их вполне достаточно для вентиляции. Для защиты персонала от воздействия повышенных температур на участке печей используются специальная одежда в соответствии с [23] термостойкая обувь в соответствии с [24]. Для защиты от пыли и газов индивидуальные средства защиты (очки с герметичной оправой согласно [25] респираторы согласно [26]).
10 Расчет искусственного освещения участка печей
Участок печей НШС - 2000 имеет следующие размеры: длина 120 м ширина 60 м высота 12 м. Для освещения участка выбираем общее равномерное освещение. Температура окружающего воздуха в отделении в теплый период года выше +25°С (над печами достигает +45°С) - применяем ртутные лампы высокого давления ДРЛ подвешивая их на высоте свыше шести метров над рабочей поверхностью печей. Размещение светильников в разрезе помещения участка определяется следующими размерами:
высота помещения Н = 12 м;
расстояние светильников от перекрытия hc =2 м;
высота расчетной поверхности над полом hp = 12 м ;
высота светильников над полом hп = Н – hc = 12 - 2 = 10 м ;
расчетная высота h = hп – hp = 12 – 12 = 108 м .
Выбираем светильник типа С34ДРЛ (исполнение – незащищенне светораспределение – прямое; защитный угол - 15°; КПД – 76%)
Светильники располагаем так чтобы экономичнее обеспечить требуемую освещенность: в шесть рядов параллельно длинной стороне помещения участка печей. Крайние ряды светильников освещают проходы поэтому светильники расположим на расстоянии l.
где L- расстояние между соседними рядами светильников.
Нормируемая освещенность определяется согласно [17]. При отсутствии в помещении естественного света (ночная смена) и непостоянном пребывании работающих VI разряду зрительной работы при общем освещении соответствует освещенность 200 лк.
Расчет освещения участка печей НШС - 2000 ведем по методу коэффициента использования светового потока [27].
Определим индекс помещения.
где А В- стороны помещения м; h- расчетная высота м.
Необходимый световой поток лампы определяем по формуле:
где F- световой поток лампы лм; E- освещенность лк; К- коэффициент запаса; S- площадь помещения ; N- количество светильников; Z- коэффициент минимальной освещенности при освещении лампами ДРЛ Z=115; h- КПД лампы. Площадь помещения:
С учетом запыленности помещения принимаем коэффициент запаса К=18. Коэффициент использования светового потока h определяем в зависимости от типа светильника коэффициентов потолка стен и индекса помещения. Для =50% =30% i =37 h =076.
Определим необходимый световой поток одного ряда приняв в формуле (5) значение числа светильников N=6
Световой поток Fсв светильника с одной лампой типа ДРЛ мощностью 400Вт составляет 23500 лк. Определим число светильников в ряду
Таким образом имеем 6 рядов по 28 светильников а фактическая освещенность расчетной поверхности
Погрешность освещенности
Расстояние между светильниками L по сторонам А и В:
LА = 60 => LА = 10000 м ; 28 LВ = 120 => LВ = 4286 м
Расстояние между светильниками и стенами l по формуле (4):
lА = 05 LА = 5 м lВ = 05 LВ = 2143 м
Схема расположения светильников в плане представлена на рисунке 29.
Рис. 29. Расположение светильников
Вывод: выбранный тип светильника и схема их расположения обеспечивает необходимую освещенность с учетом норм и разряда зрительной работы участка печей НШС – 2000.
11 Расчет защитного заземления машины загрузки.
Разработаем заземляющие устройство для машины загрузки слябов нагревательной печи №4. На остальные четыре загрузочные машины расчет ведется аналогично. Привод загрузочной машины питается от преобразователя частоты выходное напряжение которого 380 В переменного тока с изолированной нейтралью следовательно сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 10 Ом в соответствии с [19]. Заземлим данную установку по периметру соответственно получаем площадь заземления 125 х 125 м. Используем групповой заземлитель состоящий из полосового стального заземлителя шириной 70 мм толщиной 6 мм и общей длинной 50 м и вертикальных заземлителей в виде угловой стали с полкой 70 мм и длинной 25 м установленных через каждые 25 метра полосы (всего 20 вертикальных заземлителей). Глубина залегания полосы 07 м.
Схематическое изображение контура заземления загрузочной машины представлено на рисунке 30.
Рис. 30. Схематическое изображение контура заземления
Определим расчётное значение удельного сопротивления грунта в месте устройства заземления с учетом климатического коэффициента [28]:
где - удельное сопротивление грунта Омм; - коэффициент сезонности для вертикальных электродов длинной 25 м.
Грунт - суглинок значение удельного сопротивления которого равно = 100 Ом×м =16 (т.к. II климатическая зона длина вертикального заземлителя 25 м и нормальная влажность земли согласно [28]) тогда по формуле (3): Ом м.
Определим сопротивление одиночных заземлителей из угловой стали. При стороне уголка d = 70 мм длиной l = 250 см и расстоянием t = 70 см от уровня земли до верха заземлителя оно определяется по формуле:
где глубина центра заземлителя см.
Количество одиночных заземлителей при размещении по квадратному контуру 125 × 125 м и расстоянием между уголками равным 25 метра (250 см) равно 20Коэффициент использования вертикальных стержней hу = 047. Коэффициент использования соединительной полосы выбираем hп = 027 согласно [28].
Определим сопротивление растеканию соединительных полос:
где ρ= ρ· ; - коэффициент сезонности для горизонтальных
электродов длинной 10 м. (= 35 согласно [9]):
ρ= 100 · 35 = 35 · 10 Ом м
b = 7 см – ширина полосы; tП = 70 см – расстояние от уровня земли до полосы.
Тогда по формуле (5): Ом.
Общее сопротивление полос с учётом коэффициента использования П равно:
С учётом коэффициента использования У сопротивление одиночного заземлителя из угловой стали равно: Ом.
Эквивалентное сопротивление всех стержней: Ом.
Эквивалентное сопротивление всех соединительных полос:
Общее сопротивление искусственного заземления:
Ом Rи.з. = 3589 10 Ом
Что соответствует нормам для данного типа электроустановок согласно [19].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.doc

В основной части дипломного проекта рассмотрена автоматизация системы загрузки слябов в методические печи на примере печей фирмы «HEURBEL». Описана технология нагрева в печах и произведён анализ системы загрузки в результате которого применение АСУ загрузкой на примере укладчика слябов новой печи её технического и программного обеспечения содержащего большой диапазон решаемых функций обеспечивает наибольшую надежность и гибкость при настройке преобразователя универсальность управления и высокую степень безопасности в работе. Главным её достоинством является отсутствие ударных нагрузок и резонансных явлений возникающих при загрузке на печах старого типа.
Представлены требования к техническому и программному обеспечению объекта автоматизации. Рассмотрен общий принцип работы системы автоматического управления процессом загрузки на новых печах фирмы «HEURBEL» на основе оборудования и программного обеспечения фирмы SIEMENS благодаря существующей на стане «2000» и практически на всем комбинате системе слежения за металлом (ССМ). Описаны автоматизируемые функции с применением систем наблюдения и визуализации. Разработано техническое и программное обеспечение сделан выбор комплекса технических средств с описанием его особенностей и выбор операционной системы с описанием структуры и взаимодействия программных модулей. Представлена концепция сетей общая конфигурация оборудования и циркуляция информации.
Применение предложенной системы автоматизации для загрузки слябов на всем участке печей по примеру одной фирмы «HEURBEL» исключает практически все недостатки присущие технологии загрузки и нагрева на старых печах. Оборудование фирмы SIEMENS повышает точность выполнения технологических операций следовательно улучшает качество реализации поставленной задачи на данном участке. Преимуществами контроллеров серии S7 – 400 являются разбитая на ранги платформа CPU вложенные модули имеют прочную конструкцию достаточно удобная терминальная система для сигнальных модулей с оптимальной возможностью коммуникации и объединения в сеть удобное включение систем интерфейса с оператором а параметры для всех модулей назначаются с помощью программного обеспечения. Использование (переносных) программаторов для диагностики контроллеров и других элементов САУ позволяет оперативно и безошибочно находить неисправности проверять уровни настроенных параметров и соответственно снижать время ремонтов. Система WinCC позволяет операторам визуально наблюдать и управлять технологией данного участка своевременно вмешиваться в процесс производства для исключения аварийных ситуаций приводящих к травмам или простоям. Приложение Oracle Forms (ССМ) дает возможность операторам печей не имеющих рассматриваемую САУ виртуально осуществлять загрузку слябов в печи тем самым вести учет нагреваемого металла и контролировать время его прохождения через данный участок.
Перечисленные достоинства отвечают высоким требованиям к технологии загрузки и нагрева металла способствуют улучшению организации работы и повышению качества произведенной продукции.
В организационно – экономической части дипломного проекта произведен расчет экономической эффективности как одной так и еще трех нагревательных печей фирмы «HEURBEL». Рассмотрен вопрос эксплуатации и обслуживания САУ печей. Срок окупаемости 35 года. Все это является ещё одним положительным критерием в пользу обоснования эффективности использования рассматриваемой системы автоматизации загрузки действующей в составе комплекса САУ новых печей.
В разделе безопасности жизнедеятельности проведен анализ опасных и вредных производственных факторов участка печей. Представлены расчеты вентиляции искусственного освещения участка и расчет защитного заземления машины загрузки слябов.
В результате анализа особенностей технологии участка печей хотелось бы отметить что автоматизация загрузки принесла бы больший эффект при серьезной модернизации и автоматизации участка склада слябов где человеческий фактор в работе пока преобладает и существенно снижает эффективность и безопасность работы.

Библиографический список.doc

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Исследование влияния скорости проталкивания слябов на вибрацию печей стана 2000 НЛМК (Отчет). ВНИИМЕТМАШ. Гарцман С.Д. Шусторович М.И. 1973. 101с.
Oracle Si Настольная книга администратора. издательство «Лори». Кевин Луни Марлен Терью. 2001. 723 с.
SIMATIC WinCC. Руководство пользователя.
SIMATIC. Программируемые контроллеры S7 – 400. Руководство
SIMATIC. Станции распределенной периферии ET200M. Руководство
SIMATIC NET. Электрические и оптические сети. Техническое руководство.
Сети SIMATIC NET PROFIBUS. Техническое руководство.
SIMATIC S7. Руководство по программированию для PCS7 v.6.1.
Функциональный анализ печи № 5. Компоненты прикладной программы
фирмы «HEURBEL». Руководство.
Экономическая оценка эффективности инвестиций: методические указания
к дипломному проекту. Рязанцева Л.М. Шпиганович А.А. ЛГТУ. Липецк.
Вопросы экономики и организации производства в дипломных проектах.
Туровец О.Г. Билинкис В.Д. М.: Высшая школа. 1988. 174 с.
ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны (с Изменением N 1) «Система стандартов безопасности труда». Сб. ГОСТов. - М.: ИПК Издательство стандартов 2002 год
ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ. Шум. Общие требования безопасности (с Изменением N 1) «Система стандартов безопасности труда». Сб. ГОСТов. - М.: ИПК Издательство стандартов 2002 год
ГОСТ 12.4.051 - 88 ССБТ. Вкладыши. Наушники. - М.: ИПК Издательство стандартов 2002 год
ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования «Система стандартов безопасности труда»: Сб. ГОСТов. - М.: ИПК Издательство стандартов 2001 год
СН 2.2.42.1.8.566-96 Производственная вибрация вибрация в помещениях жилых и общественных зданий. Санитарные нормы Минздрав России - М.: Информационно-издательский центр 1997 год
СНиП 23-05-95 Естественное и искусственное освещение (с Изменением N 1) М.: Госстрой России ГУП ЦПП 2003 год
Карты аттестации рабочих мест персонала участка печей стана «2000» ПГП
по условиям труда 2006 год
Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. - М.:
Издательство НЦ ЭНАС 2003 год
СНиП 21-01-97 Пожарная безопасность зданий и сооружений (с изменениями N 1 2) Госстрой России - М.: ГУП ЦПП 2002 год
ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования (с изменением N 1) «Система стандартов безопасности труда». Сб. ГОСТов. - М.: ИПК Издательство стандартов 2002 год
Справочник по выбору и расчету вентиляции производственных
помещений и отдельных рабочих мест. Белов С.В.М.: Машиностроение. 1985. 448 с.
ГОСТ 12.4.045 – 88 ССБТ. Одежда специальная для защиты от повышенных температур. Мужские костюмы. - М.: ИПК Издательство стандартов 2002 год
ГОСТ 12.4.050 – 88 ССБТ. Обувь специальная для защиты от повышенных температур. - М.: ИПК Издательство стандартов 2002 год
ГОСТ 12.4.003 - 80 ССБТ. Защитные очки. - М.: ИПК Издательство стандартов 2001 год
ГОСТ 12.4.028 – 86 ССБТ. Респираторы. - М.: ИПК Издательство стандартов 2001 год
Методические указания к дипломному проекту по выбору и расчету искусственного освещения производственных помещений. Петляков М.М. ЛГТУ 1984 г.
Методические указания по расчету защитного заземления не токоведущих частей электрооборудования при дипломном проектировании. Поляков В. В. ЛГТУ 1984г.

2. Экономика.doc

2. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ ПЕЧЕЙ ШАГАЮЩЕГО ТИПА СТАНА 2000
1 Расчет экономической эффективности объекта автоматизации
В дипломном проекте система автоматизации загрузки рассматривается в составе неразделимого комплекса системы автоматического управления новых нагревательных печей № 4-5 бельгийской фирмы «HEURBEL». Предлагается автоматизировать загрузку еще трех печей на примере этой с полной заменой оборудования старых печей. Поэтому сначала необходимо рассчитать экономическую эффективность от реконструкции одной нагревательной
Строительство пятой печи осуществлялось с 2001 года в условиях действующего цеха с максимальным использованием существующих фундаментов и без остановки производства. Пуск печи в работу произвели в 2004 году. Строительство четвёртой печи осуществлялось с 2004 года также в условиях действующего цеха с максимальным использованием существующих фундаментов и без остановки производства. Пуск печи в работу произвели в 2008 году. Реконструкция нагревательных печей № 4-5 обеспечила более равномерный нагрев слябов по толщине и ширине; снизилось падение температуры в «метках» от подовых труб; сократился разброс свойств по длине и ширине прокатываемых полос; уменьшилась разнотолщинность готового металла и стабилизировался процесс прокатки на 40 ÷ 50 % снизился удельный расход топлива на нагрев слябов (до 40 ÷ 50 кг у.т.т); более чем в два раза снизилась интенсивность выбросов в атмосферу диоксида азота диоксида серы и оксида углерода; снизился угар металла с 25 до 07 % от веса сляба; увеличился КПД печи на 15 ÷ 20 %. Все это доказывает эффективность работы новых печей. Далее приводится расчет экономической эффективности реконструкции печей на примере печи № 4.
Исходные данные для расчета представлены в таблице 2 и таблице 3
EUR = 282 руб. в текущих ценах на январь 2004г.
EUR = 341 руб. в текущих ценах на январь 2008г.
Таблица 2. Стоимость строительства объектов входящих в состав реконструкции нагревательной печи № 4
Наименование объектов работ и затрат
Сметная стоимость в тыс. EUR.
Основные объекты строительства.
1 Демонтаж печи и примыкающего
оборудования дымопроводов
трубопроводов и оборудования
системы испарительного охлаждения.
2 Строительство печи дымопроводов и
монтаж примыкающего оборудования.
3 Помещение для АСУТП постов
управления №2 №6 (реконструкция).
4 Помещение для рекуператора и
вентиляторов (новое).
5 Циркуляционная насосная
6 Насосная гидропривода печи.
Продолжение таблицы. 2.
9 Венткамера №1 (реконструкция).
10 Демонтаж старой эстакады
11 Электромостовой кран
грузоподъёмностью 10020 тн.
Благоустройство и озеленение
Временные здания и сооружения –312 %
Прочие работы и затраты – 3 %.
Содержание дирекции и авторского
Подготовка эксплуатационных кадров.
Окончание таблицы. 2
Проектные работы (рабочий проект).
Непредвиденные работы и затраты
-Стоимость импортного оборудования
Таблица 3. Показатели технической эффективности
Наименование показателя
Производственная мощность тыс.т.
Удельный расход топлива кг у.т.т.
* - Значения приняты из плановой калькуляции себестоимости исходя из планируемого объема производства 5560 тыс.тонн за 2004 год и планируемого объема производства 5083 тыс.тонн за 2008 год.
Расчет экономической эффективности от реконструкции четвёртой печи.
) Экономия на условно постоянной части расходов по переделу за счет роста
72 × (1450 - 1127) = 7872 × 323 = 2542656 тыс.EUR
где 7872 EURт. – условно постоянные расходы по переделу по плану
50тыс.т. – годовой объем производства после реконструкции пятой печи;
27тыс.т. – уточненная производственная мощность старой печи с шагающими балками;
0 + 320 × (6170 – 833 – 720 – 1334) × 093 = 1127 тыс.т.
где 150 тыс.т. – годовой объем производства трансформаторной стали;
0 т.час – часовая производительность старой печи с шагающими
70 час – годовой фонд рабочего времени стана на 2001 год;
3 час – затраты времени на подогрев трансформаторной стали;
0 час – продолжительность капитального ремонта старой печи;
34 час – продолжительность аварийного ремонта старой печи;
3 - коэффициент загрузки пода печи;
) Увеличение прибыли в результате роста объема производства
993 × 323 – 5887 × 323 × 1047 = 4789867 тыс.EUR
где 20993 EUR – прибыль от реализации 1 тонны горячекатаного проката
на январь 2004 года;
87 EUR – прибыль от реализации 1 тонны слябов на январь 2004 года;
47 – расходный коэффициент слябов на прокат;
) Экономия себестоимости за счет снижения расхода условного топлива
156 × (00908 – 00450) × 1450 = 873689 тыс.EUR
где 13156 EUR – цена 1 тонны условного топлива по плану на 2004 год;
8 кг – удельный расход топлива в 2004 году;
0 кг – удельный расход топлива после реконструкции;
) Экономия себестоимости за счет снижения потерь металла в угар
(87731 × 1047 – 6560) × (00194 – 0007) × 1450 = 85294 × 18 =
где 87731 EUR – себестоимость 1 тонны слябов;
60 EUR – цена 1 тонны окалины;
4 кгт. – угар старой печи с шагающими балками;
кгт. - угар новой печи;
) Увеличение прибыли в результате увеличения выхода годного а
соответственно и реализованного проката
993 × (00194 – 0007) × 1450 = 377874 тыс.EUR
) Экономия себестоимости за счет снижения затрат на ремонт печи
7057 – (497057 (5 × 5)) = 477175 тыс.EUR
где 497057 тыс.EUR – затраты на ремонт печи по отчету за 2004 год;
(5 × 5) – ремонт печи после реконструкции будет производится 1 раз в
лет до реконструкции в год произведено 5–ть ремонтов;
7057 (5 × 5) – сумма затрат на ремонт после реконструкции.
) Удорожание затрат на производство за счет амортизационных отчислений
027654 × 0082 = 2380268 тыс.EUR
где 29027654 тыс.EUR – стоимость реконструкции;
% - норма амортизации на 2004 год.
Экономический эффект
42656 + 4789867 + 873689 + 1535292 + 377874 + 477175 – 2380268 =
Налог на имущество 2 %: 29027654 × 002 = 580553 тыс.EUR
Налог на прибыль 35 %: (8216285 – 580553) × 035 = 2672506 тыс.EUR
Прибыль с учетом амортизации и уплаты налогов
16285 – 580553 – 2672506 + 2380268 = 7343494 тыс.EUR
Срок окупаемости 29027654 7343494 = 395 4 года.
Расчет экономической эффективности показывает что реконструкция нагревательной печи № 5 обеспечивает получение прибыли 7343494 тыс.EUR с учетом амортизационных отчислений и уплаты налогов. Срок окупаемости – 4 года. Результаты расчета сведены в таблице 4.
Таблица 4. Расчет экономической эффективности реконструкции
нагревательной печи № 4
Производственная мощность
Удельный расход топлива
Цена 1 т. условного топлива
Прибыль на 1 т. в ПГП
Прибыль на 1 т. в ККЦ
Себестоимость 1 т. слябов
Затраты на ремонт печи
Продолжение таблицы 4.
Стоимость реконструкции
Удорожание затрат на производство за счет амортизационных отчислений
Прибыль с учетом амортизационных отчислений и уплаты налогов
При работе нагревательные печи стана «2000» тесно взаимосвязаны между собой и поэтому значительная часть технического эффекта от одной реконструированной нагревательной печи незаметна из-за низкой технической оснащенности других нагревательных печей. Так как в дипломном проекте предлагается реконструкция еще трех нагревательных печей то целесообразным является произвести дополнительный расчет экономической эффективности. На основании того что в период с 2004 до 2007 года на участке печей стана «2000» работали три старых печи и одна новая в расчете экономической эффективности будет сравниваться вариант работы трех старых и одной новой печи с четырьмя новыми бельгийской фирмы «HEURBEL». В связи с тем что показатели технической эффективности показатели затрат на строительство и оборудование на 2007 год являются коммерческой тайной в расчете будут использованы данные на январь 2004 года (см. табл.2.12.2) а результат расчета экономическая эффективность и прибыль будут переведены по курсу EUR на 2008 год.
Расчет экономической эффективности реконструкции трех печей.
31 × (5680 - 5566) = 7331 × 114 = 835734 тыс.EUR
где 7331 EURт. – условно постоянные расходы по переделу по плану
80 тыс.т. – годовой объем производства после реконструкции еще
× 1382 + 1420 = 5566 тыс.т. – уточненная производственная
мощность трех старых печей и одной новой;
где 1420 тыс.т. - годовой объем производства одной новой печи;
82 тыс.т. - годовой объем производства одной старой печи;
0 + 260 × (7884 – 1387 – 920 – 1133) × 098 = 1382 тыс.т.
где 250 тыс.т. – годовой объем производства трансформаторной стали;
0 т.час – часовая производительность старой печи;
84 час – годовой фонд рабочего времени стана на 2004 год;
87 час – затраты времени на подогрев трансформаторной стали;
33 час – продолжительность аварийного ремонта старой печи;
8 - коэффициент загрузки пода печи;
3519 × 114 – 81642 × 114 × 1032 = 12456148 тыс.EUR
где 193519 EUR – прибыль от реализации 1 тонны горячекатаного проката
на январь 2008 года;
642 EUR – прибыль от реализации 1 тонны слябов на январь 2008 года;
32 – расходный коэффициент слябов на прокат;
091 × (00882 – 00460) × 5680 = 6972996 тыс.EUR
где 29091 EUR – цена 1 тонны условного топлива по плану на 2008 год;
2 кг – удельный расход топлива в 2008 году;
(151642 × 1032 – 8358) × (00154 – 00078) × 5680 = 148137 × 43168 =
где 151642 EUR – себестоимость 1 тонны слябов на январь 2004г;
58 EUR – цена 1 тонны окалины на январь 2008г;
4 кгт. – угар старой печи;
3519 × (00154 – 00078) × 5680 = 8353828 тыс.EUR
604 – (11604 (5 × 5)) = 1113984 тыс.EUR
где 11604 тыс.EUR – затраты на ремонт трех старых печей и одной новой
по отчету за 2008 год;
604 (5 × 5) – сумма затрат на ремонт после реконструкции.
020764 × 006 = 5761246 тыс.EUR
где 96020764 тыс.EUR – стоимость реконструкции четырех новых печей;
% - норма амортизации на 2008 год.
5734 + 12456148 + 6972996 + 6394758 + 8353828 + 1113984 – 5761246 =
) Налог на имущество 22 %: 96020764 × 0022 = 2112457 тыс.
) Налог на прибыль 24 %: (30366202 – 2112457) × 024 =
366202 – 2112457 – 6780899 + 5761246 = 27234092 тыс.EUR
Срок окупаемости 96020764 27234092 = 352 35 года.
Результаты расчета экономической эффективности реконструкции трех нагревательных печей сведены в таблицу 5.
Таблица 5. Расчет экономической эффективности реконструкции трех
нагревательных печей.
Продолжение таблицы 5.
Пересчитаем прибыль с учетом амортизации и уплаты налогов по курсу 1 EUR = 35018 руб. на май 2008 года:
234092 341 = 798654 тыс.рублей
8654 × 35018 = 27967256 тыс.EUR
Таким образом даже при пересчете по курсу EUR на сегодняшний день прибыль от реконструкции трех печей составляет 27967256 тыс.EUR что подтверждает эффективность реконструкции и является дополнительным критерием в пользу рассматриваемого в дипломном проекте предложения.
2. Организация эксплуатации и обслуживания объекта
В организацию эксплуатации и обслуживания нагревательных печей № 4 и 5 входит достаточно объемный материал не касающийся темы рассматриваемой в данном дипломном проекте. Система автоматизации загрузки печи входит в комплекс системы автоматического управления работы печи поэтому далее будет представлен материал касающийся организации эксплуатации и обслуживания непосредственно САУ печи.
Эксплуатация и обслуживание системы осуществляется в порядке текущей эксплуатации согласно [11]. «Сердцем» системы можно назвать четыре контроллера фирмы Siemens PLC S7-400 расположенных в отдельно стоящих шкафах в специально отведенном проветриваемом помещении с максимальной защитой от воздействия пыли грязи механической и электромагнитной нагрузок. При расположении устройств децентрализованной периферии ET200M были соблюдены необходимые меры по защите от воздействия тех же факторов плюс температуры. Это связано со спецификой производства невозможностью обеспечить достаточную вентиляцию и накладывает на обслуживающий персонал ответственность контролировать отдельные участки установки устройств периферии чаще до 4÷5 раз в смену.
Датчики и конечные выключатели обслуживаются техническим персоналом службы АСУ каждый день в течение смены в порядке текущей эксплуатации. Проводится осмотр очистка от грязи пыли и настройка по необходимости.
Работа по проведению диагностики связей между контроллерами и устройствами децентрализованной периферии ET200M замена неисправных блоков датчиков и коммутационной аппаратуры проводится в периоды текущих ремонтов. На текущий ремонт печь останавливается два раза в год для чистки окалины на 14÷15 суток. В этот же период проводится ремонт и отладка программируемых контроллеров с программным обеспечением инженерно-техническим персоналом службы АСУ. Отладка программ так же ведется в порядке текущей эксплуатации по необходимости. Капитальный ремонт печи проводится один раз в пять лет и с момента пуска печи в 2004 году еще не проводился. Со слов инженерно – технического персонала участка печей и по заключению комиссии о состоянии печи на 2008 год они могут восемь лет работать без капитального ремонта.
В состав обслуживающего персонала службы АСУ входят два электромонтера шестого разряда один инженер - электроник второй категории и один ведущий инженер – программист.
Электромонтеры выполняют ремонт и обслуживание датчиков конечных выключателей устройств децентрализованной периферии и коммутационной аппаратуры.
Инженеры занимаются эксплуатацией и ремонтом программируемых контроллеров с программным обеспечением определяют объем и периодичность контрольно – профилактических работ сроки порядок и последовательность их проведения.
При выполнении работы технический и инженерно – технический персонал службы руководствуется правилами техники эксплуатации (ПТЭ) правилами эксплуатации электроустановок потребителей (ПЭЭП) правилами техники безопасности (ПТБ) межотраслевыми правилами и техническими инструкциями на рабочих местах цеха (участка службы).
Для более точного быстрого и качественного обслуживания вверенного оборудования персонал службы использует помимо встроенных интерфейсов ряд контрольно – измерительных приборов и аппаратуры: мультиметры цифровые осциллографы и программаторы входящие в комплект поставки специального оборудования САУ печи.