|
|
  |
Главная страница / Архитектура отрасли АСУ узла мерного реза стальной полосыПо мере повышения вычислительной мощности компьютеров при построении автоматизированных систем управления на контроллер стали возлагать все больше функций оператора. Однако при возникновении задач по комплексной автоматизации предприятий и с учетом территориального удаления производственных единиц друг от друга двухуровневая структура перестала справляться с поставленными перед ней задачами. Следующим решением АСУ стали распределенные системы управления производством, которые были связаны уже единой сетью.Для цехов металлургических предприятий, отличающихся по виду и объему производственной деятельности, процессы, требующие автоматизации, также имеют существенные различия. Только задумайтесь, насколько разными должны быть системы управления конвейером и доменными печами, системы вентиляции и системы пожаротушения, системы связи и системы учета электроэнергии, системы метрологической поверки и системы документооборота. Для решения задач документооборота и управления ресурсами предприятия (MES- и ERP-систем) обычно достаточно локальных компьютерных сетей, при выполнении других без АСУ ТП на современном предприятии уже не обойтись. Причем это повышает требования ко всем локальным сетям: появляется необходимость функционирования в режиме реального времени, работа с объектом управления приобретает приоритет и надежность протоколов связи. Для получения более точной информации о технологичес-ком процессе на основе цеховых данных может быть построена математическая модель. С этой целью осуществляются эмуляция подачи сигналов от датчиков и сравнение получаемой и ожидаемой реакции, что позволяет: во-первых, сократить время на пуск и переналадку, во-вторых, оптимизировать использование человеческих ресурсов и, следовательно, повысить производительность. Возможность компьютерного моделирования наряду со специализированными САПР (AutoCAD, MathCad, Verisa и др.) часто предоставляют и сами SCADA-пакеты. Схема организации процесса моделирования представлена на рис. 2. Можно выделить следующие этапы процесса: первый – определение объекта, второй – построение модели и отбор данных, непосредственно характеризующих объект, третий – разработка алгоритма и программы, четвертый – вычислительный эксперимент (проверка этапов эксперимента), пятый – оценка корректности модели (определение способа проведения каждого из этапов), шестой – интерпретация полученных данных и последний, седьмой – документирование всего процесса (при необходимости повторения). В настоящее время наиболее популярны единые комплексные среды разработки автоматизации для задач металлургии, с поддержкой интерфейсов OPC, OLE и DCOM. Данные средства позволяют решить проблемы аппаратно-программной стыковки различных устройств системы, обеспечить доступ с любого АРМ к любой информации, имеющейся в системе, а также дополнять функции продуктами сторонних разработчиков, к примеру, через ActiveX. С учетом высокого уровня магистральных помех и наводок от приводов, ВЧ-установок и любого другого промышленного оборудования, как никогда остро встает вопрос об обеспечении систем автоматизации высоконадежной сетью для обмена данных и передачи управляющих воздействий. При передаче данных используются следующие типы интерфейса: Ethernet локальный и внешний, Modbus/Profibus локальный и внешний и RS-485/RS-232. Для передачи данных на расстояние до 100 м допустимо применение интерфейса Ethernet/ Modbus с витой парой. Для расстояний между объектами (цехами) более 100 м, как правило, используется оптическая линия, VDSL или радио-Ethernet. Таким образом, промышленные сети на физическом уровне должны отвечать следующим основным требованиям: наличие гальванической развязки между узлами сети и резервирование линий связи. В качестве программного обеспечения (ПО) для АСУ ТП успешно применяются пакеты SCADA/HMI (Supervisory Control and Data Acquisition – диспетчерское управление и сбор данных с человеко-машинным интерфейсом) и SoftLogic-программ. Эти программы позволяют обеспечить контроль аварийных ситуаций, двухсторонний обмен с объектом автоматизации (управления), организацию удаленного доступа, визуализацию информации, сохранение и обработку данных. SCADA-пакеты поддерживают: распределенную архитектуру и резервируемость, тем самым повышая гибкость системы, возможность разработки собственных драйверов, специализированные языки программирования (язык функциональных блоков FBD и др.), а также нестандартные алгоритмы управления (ПИД-регулирование). Немаловажным при построении АСУ ТП является и выбор контроллерного оборудования. Все больше разработчиков используют промышленные контроллеры на базе открытых и ставших уже де-факто систем, поддерживающих «горячую» замену, таких как CompactPCI от Сontron Modular Computers и VME от РЕР Modular Computers. Данные контроллеры отличаются следующими характеристиками: мезонинная технология; встроенная операционная система реального времени Unix или OS9, предназначенная именно для промышленных контроллеров; стандартный сетевой интерфейс типа Modbus, Profibus или Ehternet; унифицированный конструктив; широкий выбор альтернативных взаимозаменяемых модулей УСО. В то же время наблюдается перевод части функций контроллеров по первичной обработке на нижние звенья АСУ, к примеру, интеллектуальные датчики (энкодеры приращений, датчики температуры и давления, счетчики), контроллеры GSM-связи. При автоматизации разработчик должен не только решить проблему выбора структуры, оборудования, ПО, но и выполнить две основные задачи – надежный запуск и автономность. Надежный запуск системы – первичная аппаратная инициализация парольного ключа HASP, в связи с чем появилась необходимость задержки запуска SCADA/HMI TRACE MODE на временной интервал инициализации. Для этих целей автором статьи была разработана универсальная утилита запуска приложений на WinAPI. На автономность АСУ влияет тот факт, что каждый час система может создавать новый архив – это обусловлено необходимостью повышения скорости просмотра и удобства эксплуатации локальной и удаленной АРМ. Таким образом, если не принять мер по ограничению и контролю свободного места, рано или поздно носитель архивов (винчестер, какого бы объема он ни был) с установленной инструментальной средой переполнится, что сделает невозможным работу всей системы. В то же время архив за какое-то количество недель (месяцев) должен оставаться для последующего анализа персоналом цеха и обновляться (сдвигаться) по мере создания системой новых архивов. Для решения задачи автоматизации дополнительно была разработана утилита синхронизации и контроля объема каталога архивов на локальной и удаленной АРМ. Работа металлургического предприятия является энергоемким производством с непрерывным технологическим циклом, следовательно, структура АСУ на предприятии должна обеспечивать высокую надежность и производительность производства, управления и контроля, а также исключать любые простои, например отказы электрооборудования. Для этого АСУ проектируется с учетом, во-первых, обеспечения надежности и качества, удобства эксплуатации и мобильности, во-вторых, экономических факторов, в-третьих, опыта эксплуатации подобных систем и трудоемкости обслуживания. Как правило, система строится из трех логических уровней, связанных между собой сетями Ethernet, ModBus, Profibus, CAN или RS-485. На первом осуществляется сбор данных, предназначенных для передачи на уровень обработки и архивирования. На втором происходит прием данных по каналам связи от оборудования уровня сбора данных. Система на уровне обработки и архивирования визуализирует ход технологического процесса, анализ текущего состояния электрооборудования в реальном времени, процесс архивирования и ведения протокола работы, сигнализации и формирования отчетной документации. Третий логический уровень предназначен для удаленного анализа архивов, их долговременного хранения, распечатки отчетной документации – статистических данных и данных из архивов в виде графиков (функционирует на АРМ руководителя). При запуске АСУ ТП ведущим становится контроллер, включившийся в работу первым. При обнаружении отказа триггер переключает управление на резервный контроллер, который постоянно включен. Отказавший контроллер, как правило, подвергается перезагрузке и становится резервным либо передается в ремонт. Следует отметить, что со стороны верхних уровней необходим постоянный контроль и коррекция ошибок оператора. В свою очередь, управляющие модули нижнего уровня должны обладать определенной автономностью, что уменьшит обмен информацией и разгрузит сеть. Для АСУ ТП рекомендуется использовать схемы резервирования со 100%-ным «горячим» резервом (рис. 3). Выше мы сформулировали основные принципы построения АСУ ТП, такую систему далее будем называть типовой. Рассмотрим обобщенную структуру АСУ ТП узла мерного реза стальной полосы ПГА 1-4x400-1500 на Запорожском металлургическом комбинате ОАО «Запорожсталь» (рис. 4–6). Профилегибочный агрегат ПГА 1-4x400-1500 работает по поштучному процессу профилирования. Материал – рулонная сталь. Сортамент стана включа-ет гнутый профиль различной конфигурации: равнополочные швеллеры, корытные профили, С-образные профили, специальные профили, гофрированные листовые профили. Узел мерного реза входит в технологическую цепочку агрегата ПГА 1-4x400-1500 и включает в себя листоправильную машину (ЛПМ) и ножницы с нижним резом (ННР). Листоправильная машина предназначена для окончательной правки полосы, поступающей от разматывателя. ЛПМ расположена в линии профилегибочного агрегата за разматывателем рулонов. После правильной машины полоса поступает к ножницам с нижним резом для обрезки переднего конца горячекатаной полосы и для резки полос на мерные (более 6 м) длины. Одним из основных параметров, влияющих на качество выпускаемого стального листа, является точность отрезания каждой мерной длины. Применение на узле мерного реза – ножниц с нижним резом – определило принцип реза с остановом полосы. Простейший алгоритм точного останова полосы строится обычно по принципу двухступенчатого торможения. На первой ступени полоса плавно тормозится с номинальной скорости до минимальной. Когда полоса входит в зону реза (вторая ступень), происходит торможение с максимальным темпом. Описанная система состоит из следующего оборудования: ШТА-2 (шкаф контроля и диагностики электрооборудования), пульт оператора (промышленная рабочая станция с LCD-дисплеем и клавиатурой AWS-8120, Advantech), панель переключения, АРМ руководителя. Все сигналы ввода-вывода заведены в шкаф технологической автоматики ШТА-2, который расположен в машинном зале и имеет навесное исполнение. В шка-фу сигналы поступают на платы нормализации и гальванической развязки, далее с помощью плат ввода (модули Fastwel) оцифровываются, и полученные значения, программно приведенные к реальным величинам (PCA-6144, Advantech), передаются по информационному каналу связи на промышленную станцию для отображения и архивирования. Кроме того, в соответствии с технологическими алгоритмами формируются управляющие воздействия для ЛПМ (PCL-728, Advantech). Типовая АСУ (основанная на SCADA/HMI TraceMODE от компании «Адастра», Россия) выполняет следующие функции: визуализация текущего состояния оборудования и хода технологического процесса; автоматический раскрой полосы на мерные длины; ручное управление механизмами с полным контролем. В процессе работы на дисплее промышленной станции отображается мнемосхема технологического процесса (рис. 7) со следующими параметрами технологического процесса: режим работы АСУ, заданная и фактическая скорость, заданная длина реза, ошибка реза (в виде диаграммы с цветовой сигнализацией при выходе за пределы нормы), текущее положение ножниц. Сегодня в практике автоматизации все чаще используются системы сбора информации, операторские терминалы и прочие устройства. Информация, получаемая ими, требует упорядочения для оперативного реагирования служб предприятия. С этой целью отечественные АСУ ТП на уровне SCADA все чаще дополняются MES-системами (управления и оптимизации производства), что способствует: контролю над выполнением производственного процесса и текущим состоянием продукции; четкой структуризации получаемой информации о производстве, текущих заказах и осуществлению удобного поиска архивной информации; своевременному получению информации о ситуации в цехах и на предприятии в целом. Самое главное – это позволяет связать воедино все бизнес-процессы предприятия с производственными процессами. Функции, выполняемые MES-системами, могут быть объединены с системами управления предприятием, поставки, продажи, планирования ресурсов, таким как Enterprise Resource Planner (ERP) и Customer Relationships Management(CRM). Основным отличием системы MES от ЕRР является непосредственная связь управления с производством в реальном времени, что позволяет значительно сэкономить время и обеспечивает более оперативную информацию руководству предприятия о состоянии заказов. Эффективность инвестиций в АСУ ТП можно оценивать по экономическим показателям (снижение себестоимости, сокращение затрат на производство), по степени выполнения технических требований (эргономические показатели) и по комплексу конструктивных, эксплуатационных и экономических показателей. Наиболее важной является оценка эффективности по первому критерию, основанному на использовании традиционных способов и методов, связанных с расчетом суммарных затрат на производство и прибыли от продаж, где немаловажную роль играет конкурентоспособность продукции. К достоинствам следует отнести достоверность результатов и относительную простоту вычислений, а к недостаткам тот факт, что при этом не учитываются изменения затрат во времени. Благодаря применению SCADA-, HMI-, MES-пакетов и базовых решений, принятых при разработке АСУ ТП, системы управления в металлургии не являются закрытыми и при необходимос-ти могут быть расширены силами обслуживающего персонала предприятия. Главная страница / Архитектура отрасли |