Донецький Національний Технічний Університет
Мурашов Євген Олександрович

ФКІТА група АТ-01а

e-mail: falling__angel@mail.ru

Тема магістерської роботи:

"Координуюча SCADA-система керування МБЛЗ"

Науковий керівник:

доц. Суков Сергій Феліксович

Перегляд сайту українською мовою Перегляд сайту  англійською мовою Перегляд сайту російською мовою
Автобіографія Бібліотека Посилання Пошук Індивідуальне завдання
.
.
Відвідати сайт ДонНТУ
Портал магістрів ДонНТУ
Пошукова система ДонНТУ

Автореферат

Зміст

Введення

Розвиток автоматизації в народному господарстві й у всіх сферах людської діяльності йде по шляху поступового збільшення комплексу машин й агрегатів, зв'язаних однієї або декількома взаємозалежними системами керування. В основі будь-якої системи керування лежать інформаційні процеси, зв'язані з інформацією, її первинною обробкою, передачею на різні рівні системи, зберіганням, розподілом і відображенням, а також виконання команд керування. Створення інформаційної системи контролю й керування МБЛЗ, дозволяє: збільшити продуктивність установки, підвищити вихід придатного металу, поліпшити якість злитка, зменшити число аварійних режимів роботи й підвищити працездатність усього об'єкта.

Критичною крапкою системи безперервного розливання є зона кристалізатора. Справа в тому, що рідка сталь повинна сформувати міцну оболонку, перш ніж вона надійде в МБЛЗ. Під час формування оболонки можуть виникнути такі проблеми, як налипання до стінки кристалізатора або виникнення повітряного прошарку, що приводить до прориву рідкої сталі при виході дефектної частини із зони кристалізатора. Наслідком є зупинка виробництва й дорогі ремонти. За допомогою системи прогнозування прориву можна уникнути цих проблем, тому що система вчасно виявляє налипання й повітряні включення, забезпечуючи зниження швидкості розливання і відновлення дефектної зони.

Опис технологічного об'єкта

1. Технологічна схема об'єкта

Технологічна схема об'єкта представлена на малюнку 1.

мал1 Технологічна схема об
Малюнок 1 Технологічна схема об'єкта

Принцип роботи МБЛЗ полягає в наступному:

Сталерозлівний ківш ємністю 140 тонн подається на МБЛЗ. Розлив здійснюється через проміжний ківш, попередньо розігрітий до температури 1000-1100 градусів цельсия в кристалізатор. Перед початком розливання в порожнину кристалізатора уводиться складений запал. Запал являє собою порожню коробку, з листової сталі, поперечний розріз якої відповідає профілю кристалізатора. На початку процесу лиття запал утворить дно кристалізатора. Нижній кінець кристалізатора перебувати в роликах тягнучої кліті. Метал, що надійшов твердіє у стінок кристалізатора й запалу. При досягненні встановленого рівня металу в кристалізаторе, відбувається включення тягнучої кліті, що витягає запал разом зі злитком, що кристалізується. Вийшов із кристалізатора злиток має грузлу, практично рідку серцевину, тому злиток міститься в зону вторинного охолодження (ЗВО). Для усунення можливого налипання й обриву застиглого металу на робочу поверхню кристалізатора подається змащення (шлакові суміші), а сам кристалізатор приводитися в рух. Після зони ЗВО, сляб який охолонув по всьому параметрі, переміщається до газового різака. Порізані сляби приймаються подхватами й передаються на рольганг.

2. Керування МБЛЗ

Система керування МБЛЗ розподілена на 6 підсистем керування. Коротка характеристика кожної:

  1. Регулювання рівня металу в проміжному ковші. Керування зводитися до управління стопором на сталерозлівному ковші.
  2. Регулювання рівня металу в кристалізаторі й теплового режиму кристалізатора. Для керування охолодженням використається співвідношення " перепад температури - витрата води".
  3. Система хитання кристалізатора.
  4. Керування тепловим режимом секцій зони вторинного охолодження.
  5. Регулювання швидкості тягнучої кліті.
  6. Регулювання витрати газу для системи розподілу злитка на мірні довжини.

Інформаційні потоки при керуванні МБЛЗ

1. Склад завдань керування

Склад завдань для керування й контролю МБЛЗ розділяється на дві групи: інформаційні завдання й завдання керування.

Завдання керування діляться на завдання керування установкою в нормальному режимі й в аварійному режимі. Керування в нормальному режимі має на увазі: пуск установки, зупинка установки, підтримка роботи установки в заданому режимі, регулювання параметрів, корекція параметрів, прогнозування ситуацій, керування виконавчими механізмами. Керування в аварійному режимі містить у собі: усунення аварійної ситуації, аварійна зупинка, перемикання виконавчих механізмів.

Інформаційні завдання можна розділити на три підгрупи:

  • завдання, які забезпечують інформацією алгоритми керування технологічною установкою;
  • завдання, які забезпечують інформацією оператора установки, диспетчера й алгоритми верхнього рівня системи керування;
  • завдання, які забезпечують функціонування комплексу технічних засобів.

Основні функції керування АСУТП безперервного лиття заготівель:

Керування величинами

Керування процесами
  • пусковим режимом МБЛЗ;
  • режимом вторинного охолодження злитка;
  • приводом тягнучої кліті;
  • розподілу злитка на мірні довжини;
  • оптимальним режимом закінчення розливання з метою зменшення відходів.

2. Інформаційні й керуючі функції

Для керування технологічним процесом безперервного лиття заготівель необхідно передбачити можливість перемикання режимів керування залежно від ситуації, а саме: автоматичний режим і ручний режим. При автоматичному режимі ходом процесу управляє промисловий контролер відповідно до алгоритму, що у ньому запрограмований. У ручному режимі процесом управляє оператор з операторського пульта з використанням SCADA - системи. Для керування установкою необхідна інформація про стан об'єкта. При цьому між першим рівнем керування й верхнім циркулюють такі потоки інформації:

  • температура рідкої сталі в сталерозлівному ковші;
  • температура рідкої сталі в проміжному ковші;
  • маса сталі в проміжному ковші;
  • масса сталі в сталерозлівоному ковші;
  • рівень металу в кристалізаторі;
  • зусилля витягування злитка із кристалізатора;
  • швидкість витягування злитка;
  • витрата й тиск холодної води на кристалізатор;
  • перепад температур холодної води на кристалізаторі;
  • витрата технологічного змащення на кристалізаторі;
  • витрата й тиск води на секції вторинного охолодження;
  • температура поверхні злитка.

Розгляд існуючих SCADA систем

SCADA-система – це система супервизорного керування й збору інформації (Supervіsory Control And Data Acquіsіtіon). Це сукупність пристроїв керування й моніторингу, а також спосіб взаємодії з технологічним об'єктом. На сьогоднішній день під цим терміном розуміють набір програмних й апаратних засобів, для реалізації операторських робочих місць.

При створенні інформаційної системи поєднуються в один функціональний вузол велика кількість локальних підсистем, які найчастіше мають різні програмні інтерфейси. Це значно ускладнює завдання узгодження таких підсистем й зменшує швидкодія системи в цілому. Тому доцільно приєднання локальних функціональних вузлів з однакової програмною платформою. SCADA - система реалізує цей підхід, тому її застосування в цей час повсюдне й актуально. Також розробляється апаратна частина безпосередньо для програмного пакета, що дозволяє створити інформаційну систему більш дешево й з мінімальними витратами часу.

На сьогоднішньому ринку програмного забезпечення представлена велика кількість SCADA - систем. Найбільш популярні з них представлені в таблиці.

SCADA- системи Фірма виробник Страна
LabVIEW National Instruments США
WinCC Siemens Германія
Trace Mode AdAstra Росія
RSView Rockwell Software Inc США

Будь-яка SCADA - система повинна тією або іншою мірою забезпечувати ряд функціональних можливостей. Перелічимо основні можливості й засоби, які властиві всім системам і відрізняються тільки технічними особливостями реалізації:

  • Автоматична розробка, що дає можливість створення програмного забезпечення без реального програмування;
  • Засоби збору первинної інформації від пристроїв нижнього рівня;
  • Засоби керування й реєстрації сигналів про аварійні ситуації;
  • Засоби зберігання інформації з можливістю її наступної обробки;
  • Засоби обробки первинної інформації;
  • Засоби візуалізації процесів.

Перераховані можливості таких систем у значній мірі визначають вартість і терміни створення програмного забезпечення, а також строки окупності.

Одним з факторів, що впливає на вибір подібної системи - це програмно - апаратна платформа, на якій реалізована SCADA - система. Аналіз перерахування таких платформ необхідний, тому що від нього залежить відповідь на питання поширення SCADA - систем на існуючі чисельні засоби. Це означає, що прикладна програма, розроблена в одній операційної середовищу, може виконуватися в будь-який іншому операційному середовищі, що підтримує даний SCADA - пакет. Значне більшість SCADA - систем реалізовані на платформі Mіcrosoft Wіndows.

Така система повинна мати засобу мережної підтримки. Очевидно, що для ефективного функціонування в різному промисловому середовищі SCADA - система повинна забезпечувати високий рівень мережного сервісу, тобто вона повинна підтримувати роботу в стандартних мережах (Ethernet, ArcNet) і протоколах (TCP/ІP, NETBІOS).

Для проектування систем автоматизації немаловажні можливості графічного інтерфейсу. У кожній такій системі є графічний об'ектно-орієнтований редактор з набором анімаційних функцій.

Одним з факторів визначального вибіру SCADA-системи є технічна підтримка фірми виробника. На сьогоднішній день провідні фірми виробники даних систем забезпечують досить різноманітну підтримку своїх користувачів. Вона складається у проведенні регулярних навчальних курсів, забезпечення сервісного обслуговування, організація "гарячої" лінії й допомога в рішенні проблем, пов'язаних з індивідуальними вимогами замовника системи, а також інформаційна підтримка за допомогою глобальної мережі Іnternet.

Самі популярні SCADA - системи володіють перерахованими функціональними можливостями. Технологія програмування близька до інтуїтивного розуміння автоматизируемого процесу, що робить ці продукти легкими в освоєнні й доступними для широкого кола користувачів. Всі системи можна вважати відкритими, які мають відкритий протокол для розробки власних драйверів. Всі вони мають розвинену мережну підтримку, можливість включення Actіve-X об'єктів.

Також слід зазначити, що побудова системи на основі SCADA - пакета різко зменшує набір необхідних знань в області класичного програмування, дозволяючи концентрувати зусилля по освоєнню знань у прикладній області. Таким чином, вибір такої системи виробляється із критерію якості технічної підтримки, якості навчання користувачів й якості додаткових послуг з освоєння й впровадження кінцевої системи керування.

Вибір SCADA - пакета

До SCADA - системи висуваються наступні вимоги:

  • Якість документації;
  • Технічна підтримка;
  • Масштабність - можливість створення проектів різного масштабу;
  • Відкритість систем - можливість узгодження даної системи з апаратурами інших фірм виробників;
  • Повна функціональність і надійність;
  • Ефективність системи. Це означає, що функції вводу-виводу, архивирования й візуалізації повинні мати необхідну функціональність і швидкість;
  • Ціна.

Тому як актуальною проблемою є розробка АСУТП МНЛЗ на вітчизняній апаратній базі, то була обрана SCADA - система російської фірми AdAstra Trace Mode. Реалізація інформаційної системи на базі Trace Mode дозволяє знизити витрати засобів по проектуванню, зборці й діагностиці системи. Цей пакет відповідає вище перерахованим вимогам і має ряд зручних функціональних можливостей.

Вибір топології й інтерфейсу мережі

Для проектованої інформаційної системи необхідно вибрати топологію й інтерфейс мережі. Тому як необхідно одержувати інформацію з будь-якого інформаційного вузла в будь-який момент часу, то обрана магістраль із мережею Ethernet. На малюнку 2 представлено структуру мережі.

мал 2 Структура мережі
Малюнок 2 Структура мережі

Швидкість передачі обраного інтерфейсу 10 мб/с. Тому що робота мережі в агресивному середовищі, то сполучні кабелі на нижньому рівні керування вибирається як екранована кручена пари. На другому й вище рівнях керування можна застосувати просту кручену пару.

Система прогнозування проривів

Найбільшою проблемою в кристалізаторі є налипання, обумовлене локальним підвищеним тертя між поверхнею струмка й стінкою кристалізатора. Оболонка сляба прилипає до мідної стінки кристалізатора й у процесі витягування заготівлі руйнується, внаслідок чого рідка сталь виливається на стінку. Ще однією причиною прориву можуть стати повітряні прошарки (розриви) між оболонкою заготівлі й стінкою кристалізатора, які часто виникають у стінки в розриві між вузькою й широкою частиною струмка. Через низьку теплопровідність повітря оболонка прохолоджується там недостатньо й залишається занадто тонкої. На анімаційному малюнку 3 ( розробив магістр ДонНТУ ­ Мурашов Є.О., 15 кадрів, 110кб) представлений процес прориву рідкого металу на стінку кристалізатора й відповідне йому динаміка зміни температури.

мал 3 Аварійна ситуація прориву рідкого металу
Малюнок 3 Аварійна ситуація прориву рідкого металу

Оцінка температурних кривих і прогнозування проривів виконується сучасним ПЛК, що використає відкриту систему візуалізації. Термопари вимірюють температури у верхній частині кристалізатора й передають їхнього значення в систему прогнозування, що створює температурні криві як для прилипаний, так і для повітряних включень. Значення температури і їхні зміни для кожного датчика є основою для оцінки нечіткою логікою можливості прориву. Простий інтелектуальний алгоритм забезпечує при цьому дуже короткий час реакції системи. У силу того, що система повинна виявляти прориви з високим ступенем надійності, уникаючи дорогі фіктивні тривоги, вона має наступні обмеження:

  • Точне регулювання швидкості розливання;
  • Рівень металу в кристалізаторі;
  • Автоматичне відключення дефектних термопар без впливу на оцінку.

Висновок

Проведено ознайомлення з об'єктом керування й спроектована інформаційна система контролю й керування МБЛЗ. Для розробленої системи визначений склад завдань контролю й керування, структура інформаційних потоків. Проведено аналіз існуючих SCADA - систем й обрана Trace Mode, тому що вона має всі необхідні функціональні можливості й значно дешевше в реалізації й діагностиці чим закордонні аналоги. Ряду поставлених до неї вимог вона успішно відповідає. Спроектовано локальну мережу для АСУ ТП МБЛЗ. Топологія мережі являє собою магістраль, що більш ефективно і надійно, тому що опитування датчиків може проводитися у випадкові моменти часу. Як інтерфейс мережі обраний Ethernet з швидкістю передачі 10 Мб/с. Для розробки програмного забезпечення системи необхідно одержати математичну модель об'єкта. Після цього буде проведене імітаційне моделювання.

Список літератури

  1. Анюхин М.Н., Полюляшный А.С., Новиков О.И., Яршин Ю.В. Журнал "Сталь". Автоматическое поддержание уровня металла в кристаллизаторе МНЛЗ. № 9, 1995 г., стр. 24-25.
  2. Каганов В.Ю. Машина непрерывного литья заготовок. М., 1990 г., 250 стр.
  3. Нисковских В.М., Карлинский С.Е., Беренов А.Д. Машины непрерывного литья слябовых заготовок. М., 1991 г., 271 стр.
  4. Чумаков С.М., Делекторский Б.А., Сорокин А.Н., Евтеев А.П. Журнал "Сталь". Возможности автоматического предупреждения о прорывах на выходе кристаллизатора. № 5, 1998 г., стр. 22-26.
  5. Haers Ir. F., Thornton S.G. The application of mould thermal monitoring in the two-strand slab caster at Sidmar, Belgium// Steelmaking conference proceedings, 1993. p 425-436.

на початок до змісту

автобіографія автореферат звіт про пошук посилання

індивідуальне завдання