Модернизация автоматизированной системы регулирования горелками дожигания шахтной печи

· предложение единого интерфейса оператора для работы с разными компонентами данных и приложений, использование в этом интерфейсе средств, повышающих простоту поиска информации и обращения к конкретным прикладным функциям.

· применение методов компонентного проектирования предметных БД как для операционных БД, так и для исторических БД хранилищ данных, архивов документов, иных данных;

· динамическое администрирование фрагментами распределенной БД при изменении частоты их использования, при модификации их структуры и при изменении их размещения.

База данных для разработанной системы автоматизированного управления построена на основе технологии Microsoft SQL Server 2000 и содержит:

· значения расхода природного газа;

· значения расхода воздуха;

· значения температуры отходящих газов.

Хранение данных величин необходимо для архивирования, дальнейшего их использования при анализе работы системы, в случае сбоя или аварии. Так же фиксируемые значения передаются на уровень планирования производства в связи с этим база данных играет не последнюю роль для облегчения этой задачи.

Microsoft SQL Server 2000 является высокопроизводительной и надежной системой управления базами данных, представляющей собой удобную платформу для бизнес-приложений и хранилищ данных. Microsoft SQL Server в настоящее время занимает лидирующие позиции как в списке лучших результатов по абсолютной производительности, так и в списке лучших результатов по соотношению «цена/производительность».

Помимо собственно СУБД, Microsoft SQL Server 2000 содержит средства поддержки языка XML, средства масштабирования и обеспечения надежности, средства создания и отладки серверного кода. Особо следует отметить наличие в составе этого продукта аналитических служб (Analysis Services), позволяющих создавать и использовать OLAP1-кубы и обращаться к ним через Internet, а также производить интеллектуальный анализ данных и поиск закономерностей (Data Mining). Продукты подобного назначения других производителей обычно не входят в состав их СУБД и поставляются отдельно, имея при этом довольно высокую стоимость.

Microsoft SQL Server 2000 интегрирован с Microsoft Windows 2000, что упрощает развертывание системы и управление данными масштаба предприятия, а также повышает эффективность обработки и анализа данных. В частности, SQL Server 2000 использует встроенные в Windows 2000 службы Active Directory как единый репозитарий данных, относящихся к конфигурации и местонахождению баз данных, а также сведений, необходимых для их обслуживания. Это во многом упрощает администрирование баз данных, управление репликациями данных, развертывание и обновление серверов.

4.2 Требование и характеристика используемого программного обеспечение инструментальных средств разработки, отладки и документирования

4.2.1 Требование и характеристика используемых средств настройки базового ПО, диагностики и самодиагностики работоспособности ПЛК

Для координации работы автоматизированной системы регулирования горелками дожигания используется контроллер SIMATIC S7 316-2 DP. Программируемые контроллеры Siemens SIMATIC S7-300 поддерживают широкий набор функций, позволяющих в максимальной степени упростить процесс разработки программы, ее отладки, снизить затраты на выполнение монтажных и пуско-наладочных работ, а также на обслуживание контроллера в процессе его эксплуатации: быстрое выполнение команд; поддержка математики с плавающей запятой; удобный интерфейс настройки параметров; человеко-машинный интерфейс (HMI), функции обслуживания человеко-машинного интерфейса встроены в операционную систему контроллера S7-300; диагностические функции, центральные процессоры оснащены интеллектуальной системой диагностирования, обеспечивающей постоянный контроль и регистрацию отказов и специфичных событий (ошибки таймеров, отказы модулей и т.д.); парольная защита обеспечивает эффективную защиту программ пользователя от несанкционированного доступа, попыток копирования или модификации программы. Полная техническая характеристика контроллера представлена в пункте 2.5.4.

SIMATIC программное обеспечение Siemens. Промышленное программное обеспечение SIMATIC - это система тесно связанных инструментальных средств для программирования и обслуживания систем автоматизации SIMATIC S7/C7, а также систем компьютерного управления SIMATIC WinAC. Эти инструментальные средства содержат исчерпывающий набор функций, необходимых для всех этапов разработки и эксплуатации систем автоматического управления:

· планирование, проектирование, конфигурирование и настройка параметров аппаратуры и систем связи;

· разработка программы пользователя;

· документирование;

· тестирование и отладка;

· обслуживание;

· управление процессом;

· архивация данных.

STEP 7 базовый пакет программ, включающий в свой состав весь спектр инструментальных средств, необходимых для программирования и эксплуатации систем управления, построенных на основе программируемых контроллеров SIMATIC S7/C7, а также систем компьютерного управления SIMATIC WinAC. STEP 7 поставляется в трех вариантах:

· STEP 7 Lite - облегченная версия программного обеспечения Sienens, используемая для программирования только SIMATIC S7-300 и SIMATIC C7;

· STEP 7 - полная версия для приложений, связанных с применением всех систем автоматизации SIMATIC;

· STEP 7 Professional - это пакет программ. В состав пакета входят STEP 7, S7-SCL, S7-GRAPH и S7-PLCSIM.

Отличительной особенностью пакета STEP 7 является возможность разработки комплексных проектов автоматизации, базирующихся на использовании множества программируемых контроллеров, промышленных компьютеров, устройств и систем человеко-машинного интерфейса, устройств распределенного ввода-вывода, сетевых структур промышленной связи. Ограничения на разработку таких проектов накладываются только функциональными возможностями программаторов или компьютеров, на которых установлен STEP 7.

Инструментальные средства проектирования - это проблемно ориентированное программное обеспечение, используемое дополнительно к стандартным инструментальным средствам.

Инструментальные средства проектирования снижают затраты на проектирование и повышают удобство выполнения проектных работ. Они включают в свой состав:

· языки программирования высокого уровня;

· графические языки для специалистов в области технологии;

· сопутствующее программное обеспечение для диагностирования, имитации, дистанционного обслуживания, разработки заводской документации и т.д.

Они включают в свой состав набор языков высокого уровня и технологически ориентированных языков, позволяющих существенно сократить время проектирования системы автоматизации. Это программное обеспечение Siemens позволяет выполнять разработку проектов систем автоматизации наиболее оптимальным образом, объединяя для решения поставленных задач функциональные возможности C, SCL, STL и LAD.

Программное обеспечение Runtime позволяет использовать при разработке проектов заранее созданные программные блоки, выполняющие стандартные функции автоматического управления. Эти программные блоки могут вызываться из программы пользователя и требуют для своего использования только предварительной настройки параметров.

Существует два вида программного обеспечения Runtime:

аппаратно зависимое:

· программное обеспечение для поддержки конкретных видов аппаратуры. Например, функциональные блоки (FB) для функциональных модулей (FM);

· аппаратно независимое: программное обеспечение для работы с широким спектром аппаратуры.

Программное обеспечение Runtime включает в свой состав:

· пакеты стандартного и модульного ПИД-регулирования, fuzzy управления и другие;

· пакет PID Self Tuner для разработки самонастраивающихся ПИ и ПИД-регуляторов на базе существующих ПИД-регуляторов;

· инструментарий для связи систем автоматизации с приложениями Windows;

· инструментарий для организации программного дублирования SW-Redundancy;

· загружаемые драйверы предназначены для использования в коммуникационных процессорах CP 341 и CP 441-2 и обеспечивают поддержку последовательной передачи данных в соответствии с протоколами передачи других производителей;

· пакет Easy Motion Control для построения систем позиционирования на основе стандартных компонентов SIMATIC S7/ C7/ WinAC, стандартных приводов, инкрементальных датчиков позиционирования и датчиков абсолютного перемещения.

5. Требования и характеристика используемого прикладного программного обеспечения

5.1 Требования и характеристика используемого прикладного программного обеспечения

SIMATIC STEP 7 и S7-PLCSIM - стандартные инструментальные средства. STEP 7 - это базовый пакет программ, включающий в свой состав весь спектр инструментальных средств, необходимых для конфигурирования аппаратуры и промышленных сетей, настройки параметров, программирования, диагностики и обслуживания систем управления, построенных на основе программируемых контроллеров SIMATIC S7-300/S7-400/C7/WinAC. Отличительной особенностью пакета STEP 7 является возможность разработки комплексных проектов автоматизации, базирующихся на использовании множества программируемых контроллеров, промышленных компьютеров, устройств и систем человеко-машинного интерфейса, устройств распределенного ввода-вывода, сетевых структур промышленной связи. Ограничения на разработку таких проектов накладываются только функциональными возможностями программаторов или компьютеров.

При необходимости STEP 7 может дополняться инструментальными средствами проектирования, значительно упрощающими разработку сложных проектов. STEP 7 входит в комплект поставки программатора SIMATIC Field PG. Он может поставляться в виде самостоятельного пакета программ для персональных компьютеров, работающих под управлением операционных систем Windows 2000 Professional/XP Professional. Для подключения программируемых контроллеров компьютер должен быть оснащен MPI картой (CP5611 или CP 5512), PC/MPI или USB/MPI адаптером и соединительным кабелем. STEP 7 содержит полный спектр инструментальных средств, необходимых для выполнения всех этапов разработки проекта, а также последующей эксплуатации системы управления:

* SIMATIC Manager - ядро пакета STEP 7, позволяющий выполнять управление всеми составными частями проекта, осуществлять быстрый поиск необходимых компонентов, производить запуск необходимых инструментальных средств;

* Symbol Editor - программа задания символьных имен, типов данных, ввода комментариев для глобальных переменных. Символьные имена доступны во всех приложениях;

* Hardware Configuration - для программного конфигурирования аппаратуры системы автоматизации и настройки параметров всех модулей. Выполняется автоматическая проверка корректности всех вводимых данных;

* Communication - для задания управляемой по времени циклической передачи данных между компонентами автоматизации через MPI или для событийно управляемой передачи данных через MPI, PROFIBUS или Industrial Ethernet;

* System diagnosis - предоставляет пользователю обзор состояния контроллера;

* Information functions - для быстрого обзора данных CPU и поведения написанной пользователем программы;

* документирование - предоставляет пользователю функции документирования всего проекта.

Редактор программ STEP 7 позволяет выполнять разработку программ на языках:

· Statement List (STL - список команд);

· Ladder Diagram (LAD - релейно-контактный план);

· Function Block Diagram(FBD - функциональный план).

Более того, для специальных задач могут использоваться дополнительные языки программирования высокого уровня или технологически ориентированные языки. STEP 7 объединяет все файлы программ пользователя и все файлы данных в блоки. В пределах одного блока могут быть использованы другие блоки. Механизм их вызова напоминает вызов подпрограмм. Это позволяет улучшать структуру программы пользователя, повышать их наглядность, обеспечить удобство их модификации, перенос готовых блоков из одной программы в другую. Программа STEP 7 может содержать организационные блоки(OB), функциональные блоки (FB), функции (FC), блоки данных(DB), а также блоки, встроенные в операционную систему CPU: системные функциональные блоки (SFB), системные функции(SFC) и системные блоки данных (SDB).STEP 7 поддерживает мощную систему команд, позволяющую выполнять множество логических и математических операций с фиксированной и плавающей точкой, управление ходом выполнения программы, обслуживать таймеры и счетчики, пересылать и преобразовывать форматы данных и т.д.

STEP 7 Lite - это недорогое программное обеспечение для реализации простых, автономных систем на базе контроллеров SIMATICS7-300/C7, а также станций ЕТ200S/ET200X с интеллектуальными интерфейсными модулями, работающих без связи с сетью PROFIBUS. Пакет прост и функционален за счет дружественного графического и интуитивно-понятного интерфейса для конфигурирования, программирования и диагностики контроллера. Программы, созданные в STEP 7 Lite, могут быть обработаны в STEP7. Пакет S7-PLCSIM позволяет эмулировать работу программируемых контроллеров SIMATIC S7-300/S7-400/C7/WinAC на программаторе компьютере и предназначен для отладки программ пользователя без наличия реальной аппаратуры управления. Это позволяет обнаруживать программные ошибки на ранних стадиях реализации проекта, повышать качество программ, ускорять и удешевить выполнение пуско-наладочных работ. S7-PLCSIM позволяет выполнять отладку программ, написанных вSTEP 7 (STL, LAD, FBD), S7-GRAPH, S7-HiGraph, S7-SCL.

S7-PLCSIM имитирует работу S7-CPU, взаимодействующего с областью отображением процесса. Для выполнения отладки тестируемая программа загружается в эмулируемый контроллер. S7-PLCSIM интегрируется в STEP 7 и обеспечивает поддержку множества функций:

* непрерывное выполнение программы, выполнение одного или заданного количества циклов;

* отображение содержимого аккумуляторов и регистров;

* отображение и модификация состояний входов, выходов, флагов, таймеров, данных и т.п.

После завершения разработки проекта возникает необходимость в подготовке технической документации. Хорошо подготовленная документация облегчает эксплуатацию системы, а также подготовку решений по дальнейшему развитию системы.

Пакет DOCPRO позволяет готовить и обрабатывать заводскую документацию, систематизировать данные проекта, оформлять их в виде связанных описаний и руководств, и распечатывать в виде стандартных форм. Пакет DOCPRO работает со всеми пакетами для инструментальной разработки.

Программный пакет STEP 7 Lite STEP 7. Целевые системы SIMATIC S7-300 / C7 / ET200S/ET200XSIMATIC S7-300 / -400/ C7 /WinAC / ET200. Поддержка функциональных и коммуникационных модулей нет. Есть использование инструментальных средств проектирования Только S7-PLCSIM и TeleService Все пакеты. Проектирование коммуникационных соединений. Операционная система Windows 2000 Pro / XP Pro / 2003 Server. Объём ОЗУ PG/PC, МБ, не менее 128 512. Объём, занимаемый на винчестере, МБ 90 300-600.

5.2 Требование и характеристика средств создания и отладки прикладного ПО

Для программирования систем автоматизации SIMATIC S7/C7/WinAC может быть использовано три языка: STL, LAD и FBD.

Язык STL (Statement List) позволяет создавать наиболее компактные программы, обладающие наиболее высоким быстродействием. Язык поддерживает выполнение следующих функций:

· любая точка программы может быть быстро найдена по указанию символьного имени, оператора и т.д.;

· возможность ввода данных в пошаговом или свободном текстовом режиме.

Программа может вводиться с проверкой синтаксиса каждой строки или набираться в текстовом редакторе с последующим преобразованием.

Классические языки программирования контроллеров LAD (Ladder Diagram - LAD) и FBD (Function Block Diagram) позволяют создавать программы, отвечающие требованиям DINEN 6.1131-3. Редакторы стандартных языков LAD и FBD обеспечивают полную графическую поддержку программирования со следующими характеристиками:

· простое и интуитивное использование, наглядный интерфейс, использование стандартные механизмы работы с Windows;

· библиотеки заранее подготовленных сложных функций (например, ПИД регулирования) и разработанных пользователем решений.

В разработанной системе использована SCADA-системы InTuch рисунок 4.

Рисунок 18 - Визуализация шахтной печи

InTouch - это приложение-генератор человеко-машинного интерфейса (HMI) для систем SCADA и других систем автоматизации производства. InTouch дает возможность пользователям создавать операторские интерфейсы под Windows, которые тесно взаимодействует с другими компонентами программного обеспечения фирмы Wonderware, например FactorySuite (интегрированный пакет программного обеспечения для полной автоматизации производства) и стандартными приложениями Microsoft Office. InTouch это программный пакет для быстрой и эффективной разработки и внедрения систем управления производственным процессом.

Wonderware InTouch - это приложение-генератор графического операторского интерфейса (HMI) для систем SCADA и других систем автоматизации производства. InTouch позволяет пользователям создавать операторские интерфейсы под Windows, которые тесно взаимодействует с другими компонентами Factory Suite.

Дополнительные модули Статистического Контроля Процессов (SPC), Управления рецептами (Recipe) и Структурированного Языка Запросов (SQL) помогают пользователям удовлетворить разнообразные потребности в производственной отчетности. Версия 7.0 поддерживает установку корпорации Wonderware на то, что приложения InTouch будут всегда работать на будущих версиях программ.

Программный пакет InTouch состоит из двух основных компонентов - среды разработки и среды исполнения. В среде разработки создаются мнемосхемы, определяются и привязываются к аппаратным средствам входные и выходные сигналы и параметры, разрабатываются алгоритмы управления и назначаются права операторов. Созданное таким образом приложение функционирует в среде исполнения. Такое разграничение позволяет предотвратить несанкционированное изменение приложения, не определенное логикой его работы. Для того, чтобы приложение могло обмениваться данными с аппаратурой, необходимо использование третьего компонента - отдельной программы, называемой сервером ввода-вывода. Как правило, сервер ввода-вывода ориентирован на использование с конкретным видом оборудования, таким как промышленные контроллеры. Вместе с тем, используются также сервера ввода-вывода, рассчитанные на обмен данными согласно определенным промышленным стандартам, и которые могут работать со всеми контроллерами удовлетворяющими этому стандарту (например Modbus, ProfiBus, DeviceNet и др.). Преимущества использования InTouch этоп повышение эффективности работы производства, малые сроки внедрения благодаря простоте освоения и использования средств разработки. Простота технического сопровождения.

Гарантированное сопряжение с любыми аппаратными средствами, имеющимися на предприятии, благодаря большому числу имеющихся серверов ввода-вывода, использованию стандартных протоколов обмена и наличию средств разработки собственных драйверов. Ориентация на перспективные и популярные компьютерные стандарты и платформы ( Windows NT, DCOM, OPC, ActiveX и др.).

Рисунок 19 - График изменения температуры

С помощью InTouch в разработанной системе решаются следующие задачи. Сбор сигналов с пирометра а так же с датчиков расхода Prowirl 77 (рисунок 18) определяющих состояние производственного процесса в текущий момент времени. Значения температуры и расхода отображаются как в виде числовых значений так и в виде различных графиков (рисунок 19), шкал и т.д. Графическое отображение собранных данных на экране компьютера в удобной для оператора форме на мнемосхемах, индикаторах, сигнальных элементах, в виде текстовых сообщений и т.д. Кнопка «Графики» - при нажатии на нее открывается окно отображающее изменяющиеся во времени значения температуры. С помощью кнопок навигации можно перемещаться между окнами мнемосхем отражающих технологический процесс либо функционирование различных агрегатов. Цветовые индикаторы (рисунок 20) отображают статус горелок дожигания. Зелёным цветом светятся индикаторы объектов готовых к работе или уже находящихся в работе например: горелка включена, воздуходувка 1. Индикаторы не функционирующих объектов отмечены серым цветом: воздуходувка 2. Красным цветом отображается ошибка: неисправность горелки. Цифровые значения - динамически изменяются в зависимости от изменения присвоенной им величины. На рисунке 20 отображается расход газа и воздуха за плавку. При двойном щелчке на какой либо агрегат появляется более подробное его отображение с большим количеством характеризующих параметров.

Рисунок 20 - Информация о состоянии горелок дожигания

Автоматический контроль за состоянием контролируемых параметров и генерация сигналов тревоги, и выдача сообщений оператору в графической и текстовой форме в случае выхода их за пределы заданного диапазона. Контроль за действиями оператора путем регистрации его в системе с помощью имени и пароля, и назначения ему определенных прав доступа, ограничивающих возможности оператора по управлению производственным процессом. Вывод (автоматически или по команде оператора) управляющих воздействий в промышленные контроллеры и исполнительные механизмы для регулировки непрерывных или дискретных процессов, а также подача сообщений персоналу на информационное табло и пр.

Автоматическое ведение журнала событий, в котором регистрируется изменение производственных параметров с возможностью просмотра в графическом виде записанных данных, а также ведение журнала аварийных сообщений. Соблюдение регламента производственного процесса путем динамической загрузки (автоматически или по команде оператора) набора параметров из заготовленных шаблонов (рецептур) в технологическое оборудование. Генерация отчетов и оперативных сводок.

Вывод

В данном курсовом проекте рассматривалась модернизация автоматизированной системы регулирования горелками дожигания MAPECO шахтной печи №1 ЭСПЦ сталеплавильного производства ЧерМК ОАО «Северсталь».

Перед началом работы была поставлена задача усовершенствовать автоматизированную систему регулирования и обеспечить высокую стабильность требуемых технологических условий в частности поддержание необходимого температурного режима горелок дожигания в течении определенного промежутка времени. Эта задача была решена в первую очередь за счет замены морально и физически устаревшего контроллера Ремиконт 130 на современный SIMATIC S7-300, так же были заменены измерительно-преобразовательные элементы (датчики) и исполнительный механизм. Была разработана принципиально новая функциональная схема автоматизированной системы регулирования. Всё это позволит достигнуть поставленной цели и обеспечить стабильность технологического процесса.

Литература

1. Беленький А.М. Автоматическое управление металлургическими процессами. М.: Металлургия, 1989. - 384 с.

2. Техническая документация на горелки дожигания с ЭСПЦ ОАО «Северсталь»

3. Оформление пояснительной записки курсовых и дипломных проектов в соответствии с требованиями ГОСТ 2.105 - 95. Череповецкий металлургический колледж, 1999.

4. Тюриков С.П. Методические рекомендации и расчеты по курсовому проектированию для студентов 3 и 4 курсов. Череповец 2006 год.

5. Металлургические печи. - В.А. Кривандин, Б.Л. Марков. - М.: Металлургия, 1977.

6. Липухин Ю.В., Булатов Ю.И. Автоматизация металлургических агрегатов. М.: Металлургия, 1992.

7. Котов К.И., Шершевер М.А. Средства измерения, контроля и автоматизации технологических процессов. Вычислительная и микропроцессорная техника. М: Металлургия, 1989.

8. Статья из Internet: Описание ПЛК SIMATIC S7-300. Сайт: simatic.nm.ru.

9. Бунин В.К., Анопренко В.А. SCADA-системы: проблема выбора. Современные технологии автоматизации, М:1999.

Размещено на Allbest.ru