Модернизация системы автоматического регулирования температуры методической печи стана 250 СПЦ

· высокая степень надежности сетевых топологий с резервированием.

TCP/IP (TransmissionControlProtocol/InternetProtocol) - набор сетевых протоколов, служащий для обмена данных между двумя узлами. Он обеспечивает приемлемую скорость передачи данных. Однако в последнее время протокол TCP/IP стал использоваться в качестве транспортного протокола для обмена информацией между узлами гибридных систем автоматизированного управления технологическими процессами.

PROFIBUS (IEC 61158/EN 50170) - международный стандарт построения сетей полевого уровня. Она объединяет технологические и функциональные особенности последовательной связи полевого уровня, а также позволяет объединять разрозненные устройства автоматизации в единую систему на уровне датчиков и приводов.

PROFIBUS DP - протокол, ориентированный на обеспечение скоростного обмена данными между системами автоматизации (ведущими DP-устройствами) и устройствами распределённого ввода-вывода (ведомыми DP-устройствами). Протокол характеризуется минимальным временем реакции и высокой стойкостью к воздействию внешних электромагнитных полей, оптимизирован для высокоскоростных и недорогих систем. Эта версия сети была спроектирована специально для связи между автоматизированными системами управления и распределенной периферией.

Интеллектуальные Ethernet-коммутаторы Cisco позволяют реализовать расширенные сервисы в локальных сетях крупных и средних предприятий. Представители этого семейства автономных коммутаторов с фиксированной конфигурацией обеспечивают подключение рабочих мест на скоростях 10/100 Fast Ethernet и 10/100/1000 Gigabit Ethernet.

Возможности моделей серии:

· Подключение: подключения Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в конфигурациях с 8, 24 и 48 портами

· Питание устройств по витой паре: конфигурации с 24 портами с полной поддержкой PoE и 24 портами (с поддержкой PoE на 8 портах)

· Интегрированные функции безопасности, включая контроль доступа в сеть (NAC)

Требование и характеристика используемой системы управления локальными и распределенными базами данных.

Требования к базе данных (БД):

· обеспечение средств доступа ко всем необходимым данным с использованием распределенных БД, средств репликации данных, управления событиями в данных и процессах обработки транзакций;

· предложение единого интерфейса оператора для работы с разными 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 регулирования построена на основе технологии Microsoft SQL Server 2005 и содержит:

· значения расхода газа;

· значения расхода воздуха;

· значения температуры;

Microsoft SQL Server 2005 является высокопроизводительной и надежной системой управления базами данных, представляющей собой удобную платформу для бизнес-приложений и хранилищ данных. Помимо собственно СУБД, Microsoft SQL Server 2005 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).

Microsoft SQL Server 2005 интегрирован с Microsoft Windows XP, что упрощает развертывание системы и управление данными масштаба предприятия, а также повышает эффективность обработки и анализа данных. В частности, SQL Server 2005 использует встроенные в Windows XP службы Active Directory как единый депозитарий 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.

Требование и характеристика используемого программного обеспечения инструментальных средств разработки, отладки и документирования.

В данной системе используется система визуализации InTouch.

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.

Основные задачи, решаемые с помощью InTouch:

· Сбор сигналов (определяющих состояние производственного процесса в текущий момент времени - температура, давление, положение и т.д.) с промышленной аппаратуры (контроллеры, датчики 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.).

· 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.

· Разработка и выполнение (автоматическое или по команде оператора) алгоритмов управления производственным процессом. Сложность алгоритмов не ограничена и может представлять собой любую комбинацию из математических, логических и других операций.

· Контроль над действиями оператора путем регистрации его в системе с помощью имени и пароля, и назначения ему определенных прав доступа, ограничивающих возможности оператора (если это необходимо) 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 др.

Преимущества, которые дает использование InTouch:

· Повышение эффективности работы производства. Сюда можно отнести как увеличение объема выпуска продукции, повышения качества, производственной дисциплины, так и косвенные расходы - сокращение стоимости обучения персонала, автоматическая генерация отчетов для руководящего состава, упрощение процедур планирования и расчета технико-экономических показателей. Среднее повышение экономической эффективности составляет от 30 до 70%.

· Малые сроки внедрения благодаря простоте освоения и использования средств разработки.

· Простота технического сопровождения (исчерпывающая документация, программы специальной поддержки, стандартные курсы обучения).

· Гарантированное сопряжение с любыми аппаратными средствами, имеющимися на предприятии, благодаря большому числу имеющихся серверов ввода-вывода (более 600), 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.).

Процесс регулирования температуры методической печи отображается на персональном компьютере, находящемся на АРМ оператора.

Требования и характеристика используемых средств настройки базового ПО, диагностики и самодиагностики работоспособности ПЛК.

Инструментальные средства проектирования - это проблемно ориентированное программное обеспечение, используемое дополнительно к стандартным инструментальным средствам. Они позволяют проектировщику сосредоточиться на решении поставленной задачи и решать ее в наиболее удобной форме. Инструментальные средства проектирования снижают затраты на проектирование и повышают удобство выполнения проектных работ. Они включают в свой состав:

· Графические языки для специалистов в области технологии.

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

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:

· 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.

автоматизированный программный температура печь

2.7 Требования и характеристика используемого прикладного программного обеспечения

Для подготовки технической документации целесообразно использовать пакет DOCPRO, который 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. Хорошо подготовленная документация облегчает эксплуатацию системы, а также подготовку решений по дальнейшему развитию системы.

Функции пакета:

· Разработка технических руководств и составление их перечня.

· Централизованная разработка, обслуживание и управление титульными блоками данных.

· Разработка собственных шаблонов и форм на базе имеющихся заготовок.

· Ручная или автоматическая нумерация рисунков по заданным критериям.

· Автоматическая подготовка перечня документации и печать документации.

· Печать списка рабочих мест и необходимых для них технических руководств. Перечень работ и рабочих мест выводятся на печать в заданном порядке. Оператор может получать отчет о подготовленной документации.

Для надежной работы ПЭВМ инженерной и рабочей станции, а также бесперебойности работы всей системы, необходимо использовать антивирусную защиту, примером которой может быть антивирус Касперского 6.0.

Основными преимуществами этого пакета являются:

· обеспечение защиты от вирусов на основе анализа процессов и поведения приложений на компьютере пользователя, а также позволяют полностью восстановить систему после вредоносного воздействия.

· Простота и удобство использования.

3. Организация производства и труда

3.1 Монтаж датчиков

Монтаж датчиков расхода воздуха и газа Метран-100 ДД.

Сужающие устройства (диафрагмы) устанавливают на вертикальном, горизонтальном или наклонном трубопроводах. Перед монтажом диафрагму очищают от антикоррозийной смазки и проверяют:

· Внутренний диаметр трубопровода и место установки диафрагмы

· Трубопровод (отсутствие грязи, сварочных швов и т.п.)

· Направление потока измеряемой среды

· Марку материала диафрагмы

Диафрагму устанавливают на прямолинейном участке трубопровода, чтобы ее торец был перпендикулярен оси трубопровода; оси трубопровода и диафрагмы совпадали. Ее устанавливают между приваренными встык фланцами, внутренний диаметр которых должен быть равен внутреннему диаметру трубопровода. Между кольцевыми камерами и фланцами устанавливают уплотнительные прокладки. На рисунке 8.1. показан пример установки камерной диафрагмы.

К горизонтальному участку трубопровода параллельно друг другу, перпендикулярно оси трубопровода приварены 2 фланца, стянутые по окружности болтами с гайками. Между фланцами установлена диафрагма, по обе стороны которой смонтированы четыре пары отборных патрубков.

После установки сужающего устройства затягивают фланцевые болты, контролируя при этом правильность центровки диафрагмы. Диаметрально противоположно затягивать болты.



Диафрагма

Точность измерения давления зависит от правильной установки датчика и соединительных трубок от места отбора давления до датчика. Соединительные трубки должны быть проложены по кратчайшему расстоянию. Отбор давления рекомендуется производить в местах, где скорость движения среды наименьшая.

Температура измеряемой среды в рабочей полости датчика не должна превышать допускаемой температуры окружающего воздуха. Для снижения температуры измеряемой среды на входе в рабочую полость датчик устанавливают на соединительной линии, длина которой для датчика Метран-100-ДД рекомендуется не менее 3 м. Соединительные линии должны иметь односторонний уклон (не менее 1:10) от места отбора давления, вверх к датчику.

В соединительных линиях от места отбора давления к датчику давления рекомендуется установить два вентиля или трехходовой кран для отключения датчика от линии и соединения его с атмосферой.

При монтаже для прокладки линии связи рекомендуется применять кабели с резиновой изоляцией, кабели для сигнализации и блокировки - с полиэтиленовой изоляцией.

На рисунке приведена схема соединительных линий датчика расхода газа (воздуха) Метран-100 ДД. Угол наклона импульсных линий

Схема соединительных линий датчика

Монтаж термопары ТППТ конструктивной модификации 01.20.

1) Нанесение разметки для монтажа отборов.

2) Вырезание участка трубопровода установленной длины

3) Приварка фланцев параллельно друг другу

4) Установка диафрагмы через прокладку и стягивание ее болтами

5) Установка в бобышку через прокладку защитной гильзы, заливка в нее трансформаторного масла и установка в нее ТППТ.

3.2 Маркировка труб и кабелей

Для передачи сигнала от термопар к преобразователю используется кабель типа ПТВП с ПВХ изоляцией в экране.

Для передачи сигнала от датчиков давления Метран-100 ДД до модуля аналогового ввода контроллера. От модуля дискретного вывода до исполнительного механизма используется кабель КВВГЭ.

Позиция 1.1-в-импульсные линии от диафрагмы до Метран-100 ДД

Позиция 1.2-в-импульсные линии от диафрагмы до Метран-100 ДД

Позиция 1.3-в-импульсные линии от диафрагмы до Метран-100 ДД

Позиция 1.4-в-импульсные линии от диафрагмы до Метран-100 ДД

Позиция 1.1 - кабель от ТППТ до ИП-Т10И 2х1мм²

Позиция 1.2 - кабель от ТППТ до ИП-Т10И 2х1мм²

Позиция 1.3 - кабель от ТППТ до ИП-Т10И 2х1мм²

Позиция 1.4 - кабель от ТППТ до ИП-Т10И 2х1мм²

Позиция 2.1 - кабель от Метран-100 ДД до SM 331 (1) 2х2х0,5 мм²

Позиция 2.2 - кабель от Метран-100 ДД до SM 331 (1) 2х2х0,5 мм²

Позиция 2.3 - кабель от Метран-100 ДД до SM 331 (1) 2х2х0,5 мм²

Позиция 2.4 - кабель от Метран-100 ДД до SM 331 (1) 2х2х0,5 мм²

Позиция 3.1 - кабель от ПЛК SIMATIC S7-300 до МЭО-100 2х2х0,5 мм²

Позиция 3.2 - кабель от ПЛК SIMATIC S7-300 до МЭО-100 2х2х0,5 мм²

Позиция 3.3 - кабель от ПЛК SIMATIC S7-300 до МЭО-250 2х2х0,5 мм²

Позиция 3.4 - кабель от ПЛК SIMATIC S7-300 до МЭО-250 2х2х0,5 мм²

Позиция 4.1 - кабель от блока датчиков МЭО 100 до SM 331 (2) 2x2x0,5 мм²

Позиция 4.2 - кабель от блока датчиков МЭО 100 до SM 331 (2) 2x2x0,5 мм²

Позиция 4.3 - кабель от блока датчиков МЭО 250 до SM 331 (2) 2x2x0,5 мм²

Позиция 4.4 - кабель от блока датчиков МЭО 250 до SM 331 (2) 2x2x0,5 мм².

3.3 Монтаж щитов и пультов

Шкафы предназначены для установки на них средств контроля и управления технологическим процессом (ТП), а именно контрольно измерительные приборы (КИП). Они изготовляются на заводах электромонтажных изделий. Несущей основой их является каркас из швелера, на который закрепляют винтовыми и болтовыми соединениями панели, стенки, двери т.д.

· Щиты и пульты устанавливаются в производственных помещениях, например в ЦПУ.

· Для установки датчиков на улице, шкафные щиты оборудуются отопительной электросистемой. Стены с термодатчикам уплотняются теплоизоляцией из пенопласта. В местах установки щитов с вибрацией их оборудовают амортизаторами.

· Многоканальные щитовые сборки собирают строго по отвесу и уровню, что бы лицевые панели их находилсь в одной плоскости, а так же в поле зрения оператора технолога.

· Зазоры стыков между щитами должны быть не более 2 мм. А крепления щитов между собой, а так же и к полу (фундаменту) должно быть разъёмным (болтовым).

· Плоские панельные щиты, для увелечения жёсткости, кроме того, крепят вверху к стене специальными регелями.

· При значительной протяжённости щитовых сборок их устанавливают в виде многограника или в виде П-образной или Г-образной формы. Щиты и пульты устанавливаются либо на бетонное основание в двойном полу, либо над кабельным каналом в бетонном основании пола.

· Ввод кабелей под раму щита производится из кабельного канала шита. Щит перед установкой по месту крепится к опорной раме (швелеру) болтовыми соединениями, а в углах этой рамы для большей жёсткости приваривают косынки.

· Малогаборитные шкафы щиты монтируют на стенах, коллонах или на полу на подставке на высоте от пола от 0,8 м до 2 м для показывающих приборов, и от 1 до 1.5 м для самопишущих приборов и вспомогательной аппаратуры (переключатели, ключи, пробки).

· Ширина прохода для обслуживания между стеной и щитом должна быть не менее 0,8 м. Нельзя устанавливать аппараты и приборы с открытыми токоведущими частями на деврях щитов и углом их открытия 90-110^о.

· Шкафы после их установки необходимо обязательно заземлять, а металло свзяь между щитовыми сборками должны быть не более 0,1 Ом.

3.4 Монтаж РО и ИМ

Исполнительные механизмы МЭО предназначены для перестановки регулирующих органов, осуществляющих управляющее воздействие на технологический процесс. Электрические исполнительные механизмы состоят из электродвигателя, редуктора, выходного рычага и различных дополнительных устройств.

Управление МЭО осуществляется с помощью пускателя бесконтактного реверсивного типа ПБР-3А. Пусковые устройства обеспечивают необходимое усиление мощности управляющих сигналов, поступающих от регулирующего устройства.

Механизм допускает установку с любым пространственным расположением выходного вала непосредственно на регулирующем органе или промежуточных конструкциях.

1) Крепление механизма производить четырьмя болтами. Предусмотреть место для обслуживания механизма. Обеспечить доступ к блоку сигнализации положения и ручному приводу.

2) Электрическое подключение механизмов производить через разъем, который расположен в штепсельном вводе гибким кабелем сечением одной жилы от 0,35 до 0,5 мм.

3) Пайку монтажных проводов цепей внешних соединений к контактам розетки разъема производить оловянно-свинцовым припоем с применением бескислотных флюсов. После пайки флюс необходимо удалить путем промывки мест паек спиртом, а затем покрыть бакелитовым лаком или эмалью.

4) Провода, идущие к блоку датчика, должны быть пространственно разделены от силовых цепей и экранированы. Сопротивление каждого про - вода линии связи между механизмом и блоком питания должно быть не более 12 Ом.

5) После окончания монтажа с помощью мегомметра проверить величину сопротивления изоляции, которая должна быть не менее 20 МОм, и сопротивление заземляющего устройства.

Для ввода механизма в действие на месте эксплуатации необходимо произвести его настройку и регулировку в следующей последовательности:

· снять упоры;

· отрегулировать длину тяги, перемещая ручной рычаг механизма на рабочем угле;

· установить упоры в крайних положениях рабочего угла поворота рычага;

· установить регулирующий орган в среде положение.

Выводы

В данном проекте рассматривалась модернизация автоматизированной системы регулирования температуры с коррекцией по соотношению газ-воздух методической печи стана 250 сортопрокатного производства ЧерМК ОАО «Северсталь».

Перед началом работы была поставлена задача усовершенствовать автоматизированную систему регулирования и обеспечить высокую стабильность требуемых технологических условий в частности улучшить технико-экономические показатели работы печи при сокращении удельного расхода топлива, повысить надежность и безопасность работы оборудования, а также улучшить условия труда персонала.

Эти задачи были решены в первую очередь за счет замены морально и физически устаревшего регулятора на современный контроллер SIMATIC S7-300. Была доработана функциональная схема автоматизированной системы регулирования. Для визуализации технологического процесса использовалось SCADA система InTouch, которая помогла повысить эффективность работы производства.

Литература

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

2. Техническая документация по эксплуатации методической печи стана 250 СПЦ ОАО «Северсталь»

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

4. АСУ ТП в черной металлургии. - Г.М. Глинкин, В.А. Маковский - М.: Металлургия, 1999. - 310 с.

5. Руководство по эксплуатации Метран-100, версия 4.6 - 2009. - 152 с.

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

7. Статья из Internet: Руководство по эксплуатации преобразователей термоэлектрических ТППТ. Сайт: www.tesey.com.

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

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

Размещено на Allbest.ru