А. В. Светличный, К. А. Кукуй, С. В. Сульников, С. Н. Вахранев (г. Донецк, НПО «ДОНИКС»).
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ НАГРЕВОМ СЛИТКОВ В НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ КОЛОДЦАХ ОБЖИМНОГО СТАНА
Введение
Переход на нагрев слитков с повышенным теплосодержанием (с жидкой сердцевиной) и введение транзитной прокатки в комплексе слябинг — широкополосный стан (ШС) повлекли за собой изменение технологии нагрева слитков в нагревательных колодцах обжимного цеха.
Для реализации ресурсосберегающих режимов нагрева была спроектирована, установлена и запущена в промышленную эксплуатацию в отделении нагревательных колодцев обжимного цеха автоматизированная система управления нагревом слитков (далее АСУ НС).
АСУ НС предназначена для управления технологическим процессом нагрева слитков перед прокаткой на обжимном стане, регистрации и протоколирования необходимых технологических параметров процесса нагрева и аварийных ситуаций. АСУ НС производит автоматизированный нагрев слитков всех типоразмеров и марок сталей, входящих в сортамент предприятия по технологическим картам нагрева с учетом температуры посада.
Аппаратные и программные средства АСУ НС
Нижний уровень представляет собой 14 контроллеров, собранных на базе шасси IPC-610 фирмы Advantech. Каждый контроллер имеет в своем составе процессорную плату PCA-6154L, адаптер сети CAN PCL-841, и две платы ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов PCL-722 и PCL-813В и размещен в шкафу RITTAL, который установлен в помещении КИП группы нагревательных колодцев вблизи вторичных приборов КИПиА (рис. 2). В шкафу также установлены монитор Samsung 14", источник бесперебойного питания Smart-UPS 700 фирмы APC, 5 плат MPB с модулями УСО 70G-IDC5B и 70G-ODC5B фирмы Grayhill и модули УСО ADAM-3014 фирмы Advantech (рис.3).
Контроллер управляет ходом технологического процесса нагрева слитков индивидуально по каждой ячейке, воздействуя на приводы дымового шибера и регулирующих органов расходов газа и воздуха, в соответствии с установленными заданиями. На экран монитора выводится необходимая для нагревальщика технологическая информация по группе или по ячейке (рис. 4 и 5). В память контроллера записываются все регистрируемые технологические параметры, входные сигналы, управляющие воздействия, технологические и аварийные события.
Верхний уровень включает в себя автоматизированное рабочее место (АРМ) старшего нагревальщика и инженерную станцию. Промышленные компьютеры, собраны на базе шасси IPC-6806S фирмы Advantech с процессорными платами PCA-6154L и адаптерами сети CAN PCL-841 и установлены, соответственно, на посту старшего нагревальщика и в помещении АСУ ТП отделения нагревательных колодцев (ОНК). К инженерной станции подключена информационная сеть предприятия для обмена технологическими и отчетными данными.
На экран монитора АРМ старшего нагревальщика выводится общая диспетчерская информация по всем группам и по запросу оператора — технологическая информация индивидуально по любой группе, включая тренды технологических параметров за любой промежуток времени в течение месяца.
Инженерная станция предназначена для внесения изменений в режимы нагрева и в технологические базы данных. Через инженерную станцию осуществляется связь с информационной сетью предприятия.
Программное обеспечение разработано сотрудниками НПО «ДОНИКС» на языке Borland C, в качестве операционных систем выбраны DOS 6.22 и Windows 98. За основу были приняты существующие технологические инструкции, скорректированные для удобства представления временных функций в непрерывной форме. Для обработки файлов с протоколами работы контроллера использовался Matlab-5.3.
Функционирование АСУ НС
АСУ НС имеет четыре основных режима работы:
- автоматический, со связью с верхним уровнем (основной);
- автоматический, без связи с верхним уровнем;
- регулятора;
- отображения и регистрации.
В автоматическом режиме работы (режим 1) АСУ НС позволяет осуществлять нагрев слитков в соответствии с технологическими инструкциями с минимальным вмешательством нагревальщика в процесс нагрева.
Перед доставкой новой плавки в ОНК из стрипперного отделения на АРМ старшего нагревальщика передаются из информационной сети предприятия исходные данные по плавке:
- номер плавки,
- группа марок стали,
- марка стали,
- тип слитка,
- время конца разливки,
- число слитков в плавке.
Эти данные могут быть введены также с пульта управления АРМ старшего нагревальщика. Главное рабочее окно АРМ старшего нагревальщика показано на рис. 6.
После получения исходных данных по плавке старший нагревальщик указывает номера подготовленных для посадки ячеек, и исходные данные автоматически пересылаются на соответствующий контроллер нижнего уровня. Причем, плавка может быть посажена в ячейки разных групп нагревательных колодцев.
После посадки слитков в ячейку нагревальщику на группе достаточно нажать кнопку «ПУСК» соответствующей ячейки на местном пульте управления и компьютер самостоятельно находит режим нагрева из технологической базы данных и начинает нагрев слитков, в соответствии с этим режимом. После выбора режима нагрева вычисляются и передаются на АРМ старшего нагревальщика следующие данные:
- время окончания посадки,
- время транспортировки,
- расчетное время готовности слитков,
- номер строки технологической таблицы, по которой ведется нагрев.
В процессе нагрева контроллер регулирует температуру в рабочем пространстве ячейки, соотношение расходов воздуха и газа, разрежение перед дымовым шибером в соответствии с выбранной технологической картой нагрева. Каждая ячейка может греться по своему технологическому режиму. На монитор контроллера на группе выводятся текущие значения технологических параметров по всем ячейкам группы.
Со всех 14-ти контроллеров нижнего уровня по локальной вычислительной сети передается информация на АРМ старшего нагревальщика о ходе нагрева на любой ячейке ОНК.
На монитор АРМ старшего нагревальщика выводятся текущие значения параметров нагрева любой ячейки ОНК или тренды изменения этих параметров за любой промежуток времени в течение месяца (рис.5 и 7).
Программное обеспечение инженерной станции позволяет просматривать текущие значения параметров нагрева с любой ячейки ОНК, тренды изменения этих параметров за любой промежуток времени в течение месяца и протоколы работы контроллера с технологическими и аварийными событиями. На рис. 8 представлен фрагмент графика, изображенного на рис. 7 с 18:00 до 24:00 от 22.11.2000г. Здесь виден момент посадки металла в ячейку и начало автоматизированного нагрева. На рис. 9 представлен фрагмент протокола работы ячейки 9-1 соответствующий графикам технологических параметров, изображенных на рис. 8.
Для повышения надежности работы АСУ НС в автоматическом режиме технологическая база с графиками нагрева установлена на каждом контроллере нижнего уровня. При отсутствии связи с верхним уровнем (режим 2), нагревальщик на группе может ввести исходные данные по плавке с локального пульта управления и запустить автоматизированный нагрев отдельно по каждой ячейке.
Роль нагревальщика при работе в автоматизированном режиме сводится к наблюдению за ходом технологического процесса и за работой оборудования группы и АСУ НС.
Ведение транзитной прокатки требует согласованной работы двух станов слябинга и широкополосного стана. Заказы на время выдачи слитков из колодцев обжимного цеха формирует диспетчер ШС. Особенностью автоматического режима является способность АСУ НС выбирать режим нагрева слитков в зависимости от времени их заказа и текущей температуры в ячейке. Кроме этого, при переносе времени выдачи слитков какой-либо плавки, автоматически пересчитывается время выдачи слитков всех последующих плавок в очереди.
Режим регулирования (режим 3) не предусматривает автоматизированный нагрев слитков. В этом режиме нагревальщик самостоятельно следит за изменениями технологических параметров и продолжительностью участков графика, вводит с местного пульта управления необходимые задания на температуру в ячейке, соотношение расходов воздуха и газа, разрежение перед дымовым шибером. Система лишь поддерживает указанные параметры в рамках заданного диапазона.
В режиме отображения и регистрации (режим 4) управление исполнительными механизмами от АСУ НС отключено. На экран монитора выводятся технологические параметры, в память компьютера записываются протоколы и отчеты.
Оценка качества нагрева слитка производится по показаниям пирометров, установленных по линии прокатки, а также по энергозатратам на передел слиток/сляб на слябинге. Определение энергозатрат производится с помощью контрольно-измерительной системы параметров работы главных приводов слябинга, разработанной и внедренной специалистами НПО «ДОНИКС».
Результаты работы АСУ НС
Внедрение АСУ НС позволило реализовать ресурсосберегающие режимы нагрева слитков в ОНК обжимного цеха с экономическим эффектом от снижения удельного расхода условного топлива 2-3 кг у.т./т нагретого металла и от снижения угара металла за счет сокращения времени пребывания металла в зоне высоких температур коло 1 кг /т нагретого металла.