Донецкий Национальный Технический Университет | |||||||
Мурашов Евгений Александрович
ФКИТА группа АТ-01а |
Тема магистерской работы: "Координирующая SCADA-система управления МНЛЗ" |
Руководитель:
доц. Суков Сергей Феликсович |
|||||
|
|
АвторефератСодержание
ВведениеРазвитие автоматизации в народном хозяйстве и во всех сферах людской деятельности идет по пути постепенного увеличения комплекса машин и агрегатов, связанных одной или несколькими взаимозависимыми системами управления. В основе любой системы управления лежат информационные процессы, связанные со сбором информации, ее первичной обработкой, передачей на разные уровни системы, хранением, распределением и отображением, а также выполнение команд управления. Создание информационной системы контроля и управления МНЛЗ, позволяет: увеличить производительность установки, повысить выход годного металла, улучшить качество слитка, уменьшить число аварийных режимов работы и повысить работоспособность всего объекта. Критической точкой системы непрерывной разливки является зона кристаллизатора. Дело в том, что жидкая сталь должна сформировать прочную оболочку, прежде чем она поступит в МНЛЗ. Во время формирования оболочки могут возникнуть такие проблемы, как прилипание к стенке кристаллизатора или возникновение воздушной прослойки, что приводит к прорыву жидкой стали при выходе дефектной части из зоны кристаллизатора. Последствием является остановка производства и дорогостоящие ремонты. С помощью системы прогнозирования прорыва можно избежать этих проблем, так как система своевременно обнаруживает прилипание и воздушные включения, обеспечивая снижение скорости разливки и восстановление дефектной зоны. Описание технологического объекта1. Технологическая схема объектаТехнологическая схема объекта представлена на рисунке 1. Рисунок 1 Технологическая схема объекта Принцип работы МНЛЗ состоит в следующем: Сталеразливочный ковш емкостью 140 тонн подается на МНЛЗ. Разлив осуществляется через промежуточный ковш, предварительно разогретый до температуры 1000-1100 градусов цельсия в кристаллизатор. Перед началом разливания в полость кристаллизатора вводится сложенная затравка. Затравка представляет собой пустую коробку, из листовой стали, поперечный разрез которой соответствует профилю кристаллизатора. В начале процесса литья затравка образует дно кристаллизатора. Нижний конец кристаллизатора находиться в роликах тянущей клети. Поступающий металл, затвердевает у стенок кристаллизатора и затравки. При достижении установленного уровня металла в кристаллизаторе, происходит включение тянущей клети, которая вытягивает затравку вместе со слитком, который кристаллизуется. Вышедший из кристаллизатора слиток имеет вязкую, практически жидкую сердцевину, поэтому слиток помещается в зону вторичного охлаждения (ЗВО). Для устранения возможного налипания и обрыва застывшего металла на рабочую поверхность кристаллизатора подается смазка (шлакообразующие смеси), а сам кристаллизатор приводиться в движение. После зоны ЗВО, сляб который остыл по всему параметру, перемещается к газовому резаку. Порезанные слябы принимаются подхватами и передаются на рольганг. 2. Управление МНЛЗ
Система управления МНЛЗ распределена на 6 подсистем управления. Краткая характеристика каждой:
Информационные потоки при управлении МНЛЗ1. Состав задач управленияСостав задач для управления и контроля МНЛЗ разделяется на две группы: информационные задачи и задачи управления. Задачи управления делятся на задачи управления установкой в нормальном режиме и в аварийном режиме. Управление в нормальном режиме подразумевает: пуск установки, остановка установки, поддержание работы установки в заданном режиме, регулирование параметров, коррекция параметров, прогнозирование ситуаций, управление исполнительными механизмами. Управление в аварийном режиме включает в себя: устранение аварийной ситуации, аварийная остановка, переключение исполнительных механизмов.
Информационные задачи можно разделить на три подгруппы:
Основные функции управления АСУТП непрерывного литья заготовок:
Управление величинами
2. Информационные и управляющие функции
Для управления технологическим процессом непрерывного литья заготовок необходимо предусмотреть возможность переключения режимов управления в зависимости от ситуации, а именно: автоматический режим и ручной режим. При автоматическом режиме ходом процесса управляет промышленный контроллер в соответствии с алгоритмом, который в нем запрограммирован. В ручном режиме процессом управляет оператор с операторского пульта с использованием SCADA - системы. Для управления установкой необходима информация о состоянии объекта. При этом между первым уровнем управления и верхним циркулируют такие потоки информации:
Рассмотрение существующих SCADA системПри создании информационной системы объединяются в один функциональный узел большое количество локальных подсистем, которые зачастую имеют различные программные интерфейсы. Это значительно усложняет задачу согласования таких подсистем и уменьшает быстродействие системы в целом. Поэтому целесообразно подсоединение локальных функциональных узлов с одинаковой программной платформой. SCADA – система реализует этот подход, поэтому ее применение в настоящее время повсеместно и актуально. Также разрабатывается аппаратная часть непосредственно для программного пакета, что позволяет создать информационную систему более дешево и с минимальными затратами времени. На сегодняшнем рынке программного обеспечения представлено большое количество SCADA – систем. Наиболее популярные из них представлены в таблице.
Любая SCADA – система должна той или иной мерой обеспечивать ряд функциональных возможностей. Перечислим основные возможности и средства, которые присущи всем системам и отличаются только техническими особенностями реализации:
Перечисленные возможности таких систем в значительной степени определяют стоимость и термины создания программного обеспечения, а также сроки окупаемости. Одним из факторов, который влияет на выбор подобной системы - это программно – аппаратная платформа, на которой реализована SCADA – система. Анализ перечисления таких платформ необходим, потому что от него зависит ответ на вопрос распространения SCADA – систем на существующие численные средства. Это означает, что прикладная программа, разработанная в одной операционной среде, может выполняться в любой другой операционной среде, которая поддерживает данный SCADA – пакет. Значительное большинство SCADA – систем реализованы на платформе Microsoft Windows. Такая система должна иметь средства сетевой поддержки. Очевидно, что для эффективного функционирования в разной промышленной среде SCADA – система должна обеспечивать высокий уровень сетевого сервиса, то есть она должна поддерживать работу в стандартных сетях (Ethernet, ArcNet) и протоколах (TCP/IP, NETBIOS). Для проектирования систем автоматизации немаловажны возможности графического интерфейса. В каждой такой системе есть графический объектно–ориентированный редактор с набором анимационных функций. Одним из факторов определяющих выбор SCADA-системы есть техническая поддержка фирмы производителя. На сегодняшний день ведущие фирмы производители данных систем обеспечивают достаточно разнообразную поддержку своих пользователей. Она состоит в проведении регулярных учебных курсов, обеспечение сервисного обслуживания, организация “горячей” линии и помощь в решении проблем, связанных с индивидуальными требованиями заказчика системы, а также информационная поддержка с помощью глобальной сети Internet. Самые популярные SCADA – системы владеют перечисленными функциональными возможностями. Технология программирования близка к интуитивному пониманию автоматизируемого процесса, что делает эти продукты легкими в освоении и доступными для широкого круга пользователей. Все системы можно считать открытыми, которые имеют открытый протокол для разработки собственных драйверов. Все они имеют развитую сетевую поддержку, возможность включения Active-X объектов. Также следует отметить, что построение системы на основе SCADA – пакета резко уменьшает набор необходимых знаний в области классического программирования, позволяя концентрировать усилия по освоению знаний в прикладной области. Таким образом, выбор такой системы производится из критерия качества технической поддержки, качества обучения пользователей и качества дополнительных услуг по освоению и внедрению конечной системы управления. Выбор SCADA - пакета
К SCADA – системе выдвигаются следующие требования:
Так как актуальной проблемой является разработка АСУТП МНЛЗ на отечественной аппаратной базе, то была выбрана SCADA – система российской фирмы AdAstra Trace Mode. Реализация информационной системы на базе Trace Mode позволяет снизить затраты средств по проектированию, сборке и диагностике системы. Этот пакет отвечает выше перечисленным требованиям и имеет ряд удобных функциональных возможностей. Выбор топологии и интерфейса сетиДля проектируемой информационной системы необходимо выбрать топологию и интерфейс сети. Так как необходимо получать информацию с любого информационного узла в любой момент времени, то выбрана магистраль с сетью Ethernet. На рисунке 2 представлена структура сети. Рисунок 2 Структура сети Скорость передачи выбранного интерфейса 10 мб/с. Так как работа сети в агрессивной среде, то в качестве соединительных кабелей на нижнем уровне управления выбирается экранированная витая пара. На втором и выше уровнях управления можно применить простую витую пару. Система прогнозирования прорывовСамой большой проблемой в кристаллизаторе является прилипание, обусловленное локальным повышенным трения между поверхностью ручья и стенкой кристаллизатора. Оболочка сляба прилипает к медной стенке кристаллизатора и в процессе вытягивания заготовки разрушается, вследствие чего жидкая сталь выливается на стенку. Еще одной причиной прорыва могут стать воздушные прослойки (разрывы) между оболочкой заготовки и стенкой кристаллизатора, которые часто возникают у стенки в разрыве между узкой и широкой частью ручья. Из-за низкой теплопроводности воздуха оболочка охлаждается там недостаточно и остается слишком тонкой. На анимированном рисунке 3 ( разработал магистр ДонНТУ ­ Мурашов Е.А., 15 кадров, 110кб) представлен процесс прорыва жидкого металла на стенку кристаллизатора и соответствующее ему динамика изменения температуры. Рисунок 3 Аварийная ситуация прорыва жидкого металла
Оценка температурных кривых и прогнозирование прорывов выполняется современным ПЛК, использующим открытую систему визуализации. Термопары измеряют температуры в верхней части кристаллизатора и передают их значения в систему прогнозирования, которая создает температурные кривые как для прилипаний, так и для воздушных включений. Значения температуры и их изменения для каждого датчика служат основой для оценки нечеткой логикой возможности прорыва.
Простой интеллектуальный алгоритм обеспечивает при этом очень короткое время реакции системы. В силу того, что система должна выявлять прорывы с высокой степенью надежности, избегая дорогостоящие ложные тревоги, она имеет следующие ограничения:
ЗаключениеПроведено ознакомление с объектом управления и спроектирована информационная система контроля и управления МНЛЗ. Для разработанной системы определен состав задач контроля и управления, структура информационных потоков. Проведен анализ существующих SCADA – систем и выбрана Trace Mode, так как она имеет все необходимые функциональные возможности и значительно дешевле в реализации и диагностике чем зарубежные аналоги. Ряду поставленных к ней требований она успешно отвечает. Спроектирована локальная сеть для АСУ ТП МНЛЗ. Топология сети представляет собой магистраль, что более эффективно и надежно, так как опрос датчиков может проводиться в случайные моменты времени. В качестве интерфейса сети выбран Ethernet со скоростью передачи 10 Мб/с. Для разработки программного обеспечения системы необходимо получить математическую модель объекта. После этого будет проведено имитационное моделирование. Список литературы
|