Модернизация АСУ ТП Обжига окатышей АО «ОЭМК» с использованием современных технических средств на базе программируемых микроконтроллеров и персональных компьтеров

Автоматизация технологических процессов является одним из основных направлений повышения эффективности производства, создания высокотехнологичной, конкурентоспособной продукции.

Основой современных АСУ ТП являются различные микропроцессорные средства сбора и обработки информации, объединенные в вычислительную сеть, а также так называемые SCADA (Supervisory Control And Date Acquisition – диспетчерское управление и представление данных) системы, решающие типовые задачи сбора, первичной обработки, визуализации, контроля и архивирования технологической информации.

Для поддержания на должном уровне технико-экономических показателей производства требуется своевременное техническое перевооружение производства путем модернизации на более эффективное оборудование, отвечающее современным требованиям, в этом заключается актуальность выбранной мною темы.

Модернизация автоматизированной системы управления температурой обжиговой машины позволит поддерживать заданную температуру внутреннего пространства обжиговой машины в зависимости от процентного содержания серы в зонах обжиговой машины, уменьшить количество брака, повысить надежность системы управления, увеличить качество протекания технологического процесса и позволит экономить ресурсы производства.

Целью исследования  является анализ автоматизированной системы управления температурой обжиговой машины ЦОиМ АО «ОЭМК».

Задачи исследования:

• дать краткую характеристику АО «ОЭМК»;
• описать технологический процесс производства окисленных окатышей и обжиговую машину;
• проанализировать существующий уровень автоматизации;
• выявить недостатки существующей системы управления и определить задачи для модернизации системы управления температурой обжиговой машины ЦОиМ АО «ОЭМК»;
• выбрать и обосновать техническое и программное обеспечение.

 Объектом исследования  является цех окомкования и металлизации АО «ОЭМК».

 Предметом исследования является автоматизированная система управления обжиговой машины ЦОиМ АО «ОЭМК».

Упрочняющий окислительный обжиг окатышей  на АО «ОЭМК» в цехе окомкования и металлизации проводят на конвей­ерной обжиговой машине ОК - 480 фирмы «LURGI». [3]

Основными параметрами, характеризующими процесс обжига, являются:

• температура поверхности слоя окатышей;
• скорость обжига;
• высота слоя окатышей на обжиговой машине;
• температура в зоне обжига;
• скорость движения обжиговой машины;
• степень завершенности технологического процесса обжига окатышей. [2]

На сегодняшний день в системах регулирования АСУТП отделения окомкования ЦОиМ  используется аналоговая модульная система фирмы «SIEMENS» «TELEPERM-С», которая в эксплуатации с ноября 1982 г. Система автоматизации представляет собой набор не связанных подсистем регулирования технологических параметров. С помощью модулей производится оптимальное согласование регулятора с объектом регулирования, компенсация возмущающих воздействий и построение аналоговых вычислительных схем.

Контроль и управление технологическим процессом производства окатышей осуществляется с пульта отделения обжига. Системы оптимизации термодинамического режима обжига нет.  [6]

На данный момент в центральном операторском пункте визуализация, архивирование данных и составление технологических отчетов, части наиболее важных технологических параметров, ведется в системе параллельно созданной с «TELEPERM-С», реализованной  в контроллере «ЭМИКОН-2000» и SCADA Trace Mode v6.0.

Все основные технологические операции получения обожженных окатышей на обжиговой машине полностью или частично автоматизированы.

Уровень автоматизации представлен двумя видами систем:

- системой автоматического контроля и сигнализации;

- системой автоматического регулирования.

Задачей системы регулирования обжиговой машины является слежение за отклонением температуры, давления и расхода вследствие изменения нагрузки или характеристик материала. Выполнять коррекцию температуры, в зависимости от процентного содержания серы в окатыше.

Для управления и контроля технологическим процессом используются датчики и исполнительные механизмы.  [4]

Среди основных датчиков и исполнительных механизмов необходимо выделить следующие:

1) Информационные датчики – приборы, используемые подсистемой автоматического регулирования непосредственно для управления технологическим процессом:

-  термопары PtRhPt ,NiCrNi предназначенные для передачи на регулятор значения текущей температуры по всем зонам ;

- измерительный преобразователь давления М56450-Е1121, предназначенный для передачи на регулятор значения давления природного газа и воздуха  по всем зонам;

-  манометр ОБМ-1-100-16, предназначенный для измерения давления природного газа и воздуха в системе;

- диафанометр ДНЭР-М Р-4000, предназначенный для измерения расхода природного газа и воздуха подаваемых по всем зонам;

- самописец 7ND1122, предназначен для записи параметров на бумажную ленту. [2]

2) Исполнительные механизмы – устройства, посредством которых осуществляется требуемое воздействие на технологический процесс:

-   односедельный регулировочный клапан серии 300 с трехфланцевым корпусом, для регулирования расхода природного газа по всем зонам;

- электрический сервопривод поступательного движения для приведения в действие односедельного регулировочного клапана.

  В процессе анализа существующей системы управления выявлены следующие недостатки:

- пробы окатышей и их анализ осуществляется при помощи лаборатории, дорогостоящими и занимающими длительное время, лабораторными методами;

- лабораторный метод определения процентного содержания серы обладает низкой оперативностью получения результатов и высокой стоимостью затраченной на проведение проб;

- частично используется физически и морально устаревшая вычислительная техника, что влечет за собой трудности в эксплуатации этого оборудования, т.к. дальнейшее ее функционирование становится все менее эффективным:

- оборудование системы (ЭВМ) выработало свой ресурс и требует замены, из-за чего становится невозможным обеспечить устойчивую и непрерывную работу системы. Ремонт и обслуживание этого оборудования вызывает трудности и повышенные затраты так как запчасти к нему уже не производится, а цены на поставки со склада искусственно завышаются.

- эксплуатационные расходы на поддержание работы системы вызываются крайне низкой надежностью оборудования из-за физического старения, и заложенными в систему принципами построения.

Модернизация АСУ ТП – это процесс изменения существующей системы в соответствии с новейшими современными требованиями и нормами. Модернизировать, значит использовать  все новейшие достижений локальной автоматики, вычислительной техники и систем централизованного контроля. Всё это необходимо, для того, чтобы информация, участвующая  в протекании технологического процесса не только управляла этим процессом, но и преобразовывалась в форму, пригодную для использования на выше стоящих уровнях управления, но и для решения оперативных и организационно-экономических задач.  [1]

Для устранения вышеописанных недостатков существующей системы управления необходимо произвести модернизацию АСУ ТП обжига окатышей  АО «ОЭМК» с использованием современных технических средств на базе программируемых микроконтроллеров и персональных компьютеров.

Разрабатываемая система должна обеспечить выполнение следующих целей:

- поддерживать заданную температуру внутреннего пространства обжиговой машины в зависимости от процентного содержания серы в зонах обжиговой машины;

- уменьшить количество брака;

- повысить надежность системы управления;

- увеличить качество протекания технологического процесса;

- позволить экономить ресурсы производства.

Разрабатываемая система управления состоит из следующих контуров регулирования: контур регулирования расхода газа, контур регулирования расхода воздуха.

Для реализации проекта необходимо выбрать следующее техническое обеспечение:

-анализатор, необходимый для анализа окатышей, на предмет содержания серы,

-датчики расхода, для определения расхода природного газа и воздуха в системе,

-датчики температуры, необходимые для определения температуры в зонах обжиговой машины,

-датчики давления, необходимые для определения давления в трубопроводах и рабочих зонах обжиговой машины,

- пневматический регулируемый клапан с позиционером, для дистанционного управления потоками газа и воздуха в трубопроводе.

Поэтому для модернизации автоматизированной системы управления температурой обжиговой машины: предлагается выбрать контроллер Simatic S7-400 CPU 412-1, анализатор Nitron XLt 800 для анализа окатышей, на предмет содержания серы, датчик расхода ABB FXE4000 для измерения расхода газа, датчик давления ABB Sensy Temp TSP121, пневматический клапан с сервоприводом и позиционером SAMSON тип 3277, контроллер SIMATIC S7-400 CPU 412-1 и программное обеспечение с языком программирования STEP 7.

Модернизация автоматизированной системы управления температурой обжиговой машины позволит поддерживать заданную температуру внутреннего пространства обжиговой машины в зависимости от процентного содержания серы в зонах обжиговой машины, уменьшить количество брака, повысить надежность системы управления, увеличить качество протекания технологического процесса и позволит экономить ресурсы производства.

Список использованных источников

1. Бессекерский В.А., Попов Е.П. Теория автоматического управления / В.А. Бессекерский, Е.П. Попов М.: Наука, 2015. – 768 с.
2. Дьяконов В., Круглов В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справочник. – СПб.: Питер, 2014 – 488 с.
3. Каганов В.Ю., Блинов О.М., Беленький А.М. Автоматизация управления металлургическими процессами. М.: Металлургия, 2015 - 416с.
4. Клюев А.С. Автоматизация настройки систем управления / А.С. Клюев, В.Я. Ротач, В.Ф. Кузищин, 2015. - 213 c.
5. Кривандин В.А., Марков Б.Л. Металлургические печи. М.: Металлургия, 2014. - 464с.
6. Глинков Г.М. / Проектирование систем контроля и автоматического регулирования металлургических процессов. Под общей редакцией профессора, доктора технических наук Г.М. Глинкова М.: «Металлургия» 2014. – 150с.

Оригинал работы:

Модернизация АСУ ТП Обжига окатышей АО «ОЭМК» с использованием современных технических средств на базе программируемых микроконтроллеров и персональных компьтеров