Реєстрація Логін: Пароль: Запам'ятати меня Забули пароль?

 

Презентація про підприємство

Наша адреса:
вул. Новобудов, 5
Запоріжжя
69076, Україна

Телефон:
+38(061) 220-4811
+38(061) 220-4813

Факс:
+38(061) 220-4812

Адміністративно-виробнича будівля ЗАТ Плутон

Карта проїзду (1,23 МБ)

Партнери:



Курсы валют

Курсы валют

Курсы валют

 



АСУ ТП та перетворювачі частоти електроприводу рольганга на ВАТ “Запоріжсталь"

(Спільна робота німецької фірми “transresch Antriebssysteme Berlin GmbH” та ЗАТ “Плутон” (Запоріжжя)
Автори – Iгнатенко В. М., Купец І., Міщенко А. В., Овсянікер Д. Ю., Цимбал П. П.

Телефони: (061) 220-48-11, 220-48-40, 220-48-27. E-mail: deo@pluton.zp.ua

Стаття присвячена створенню автоматизованого електроприводу змінного струму і АСУ відвідного рольганга безперервного стану гарячого прокатування тонкого листа на ВАТ “Запоріжсталь”
Описуються перетворювачі частоти електроприводу рольганга і автоматизована система управління процесом транспортування прокатаної стрічки.

Вступ

В процесі загальної модернізації НТЛС 1680 – безперервного стану гарячого прокатування тонкого листа, одного з основних станів ВАТ “Запоріжсталь”, було піднято питання про модернізацію електроприводів відвідного рольганга і створення автоматизованої системи управління процесу транспортування прокатаної стрічки від останньої чистової кліті до моталок, згортальних машин або до летючих ножиць. 

Конструктивно рольганг складається з 6 груп, в кожній з яких від 28 до 36 роликів, розбитих на непарну і парну підгрупи. Надалі, після заміни механічного обладнання, в кожній групі планується встановити від 48 до 50 роликів. 

По управлінню шість груп рольганга об'єднано в дві секції: перша – з першої по другу групи і друга – з третьої по шосту. 

Кожен ролик забезпечений приводним асинхронним двигуном з короткозамкненим ротором потужністю 2,5 кВт. Ролики з першої по п'яту групи приєднані до двигунів через редуктор з передавальним числом 1,4; ролики шостої групи – безпосередньо. Двигуни декількох типів відрізняються за характеристиками з розкидом до 10 % номінального значення, окрім номінальної частоти обертання, що становить 635 об/мін при синхронній частоті обертання 750 об/мін. 

Раніше живлення двигунів рольганга здійснювалося через індивідуальні автоматичні вимикачі від електромашинних перетворювачів (по два на кожну групу), які за допомогою зміни вихідних напруги і частоти змінювали частоту обертання двигунів і відповідно швидкість транспортування стрічки.

Режим роботи електромашинних перетворювачів і стан автоматичних вимикачів контролювалися черговим машинного залу візуально по щитових стрілочних приладах, роботу рольганга контролював оператор прямим спостереженням за рухом стрічки і за обертанням роликів. Швидкість транспортування стрічки задавалася вручну, окремо на кожну секцію, фактична швидкість транспортування не контролювалася.

Таке управління, як правило, приводило до появи складок на стрічці під час транспортування, особливо при відключенні декількох автоматичних вимикачів в одній групі рольганга. Крім того робочий ресурс електромашинних перетворювачів давно закінчився, часто виникали відмови в роботі генераторів, а отже простої і значні витрати на ремонт обладнання.

Необхідність модернізації електроприводів рольганга із застосуванням перетворювачів частоти (ПЧ) і створення автоматизованої системи управління була очевидною.

 прокат

Мета модернізації

Метою модернізації було:

  • максимально автоматизувати процес управління електроприводами рольганга;
  • виключити появу браку прокату за рахунок транспортування;
  • забезпечити автоматичний і ручний режими управління рольгангом, спільне і роздільне управління групами і секціями рольганга;
  • забезпечити автоматичний і ручний режим завдання швидкості транспортування стрічки, можливість завдання індивідуальної швидкості для кожної групи;
  • забезпечити можливість управління приводом рольгангу і контролю з трьох операторських постів і можливість контролю режимів роботи обладнання черговим машинного залу;
  • значно поліпшити динаміку роботи електроприводу, з метою підвищення продуктивності і скорочення простоїв;
  • забезпечити всебічний автоматичний контроль роботи всіх ланок АСУ ТП і електроприводу з візуалізацією даних і архівацією відхилень в роботі;
  • забезпечити інтеграцію системи управління рольгангом в автоматизовану систему управління прокатного стану;
  • зменшити витрату електроенергії і пікові струмові навантаження живлячого трансформатора в динамічних режимах роботи;
  • виключити вживання реактивної потужності приводом рольганга.

Це завдання довелося вирішувати на працюючому стані в короткий термін співробітникам німецької фірми “transresch Antriebssysteme Berlin GmbH” і запорізького ЗАТ “Плутон”.

Електропривод

Для управління двигунами рольганга німецькою фірмою “transresch Antriebssysteme Berlin GmbH” були виготовлені і поставлені перетворювачі частоти, що володіють всіма якостями найсучасніших перетворювальних пристроїв:

  • шафового виконання, готові до підключення, з вбудованими силовими запобіжниками, роз’єднувачем, вхідним реактором, фільтром радіоперешкод, вихідним синусоїдальним фільтром; 
  • з можливістю реалізації однодвигунних і багатодвигунних асинхронних електроприводів;
  • що забезпечують стійкий без перекидання руховий і генераторний режими роботи, гальмування з рекуперацією енергії в живильну мережу;
  • що мають синусоїдальний вхідний струм з можливістю регулювання коефіцієнта потужності від мінус 0,8 до + 0,8;
  • з управлінням і обміном інформацією за допомогою послідовного інтерфейсу Profibus DP; 
  • з високою динамікою, реверс моменту менш ніж за 2 мс, з повноцінним забезпеченням всіх характеристик приводу в 4-х квадрантах; 
  • з повною діагностикою всіх систем, із запам'ятовуванням нештатних ситуацій, аварійний слід, зі всіма необхідними для перетворювача і двигуна захистами. 

линейка шкафов 

Перетворювачі частоти виконані у вигляді двох шаф однобічного обслуговування. Силова частина і система управління мають модульну конструкцію, що дуже зручно при наладці, обслуговуванні, ремонті, визначенні і усуненні несправностей. Мережевий і машинний перетворювачі виконані на IGBT-модулях, кожен забезпечений власною МПСУ, що мають однакову схему і конструкцію і що відрізняються програмним забезпеченням. Кола управління IGBT-модулями виконані оптоволоконним кабелем, чим досягається висока перешкодостійкість і надійність управління.  

Для управління двигунами кожної групи рольганга передбачено три перетворювачі частоти: два робочі для непарної і парної підгрупи і один резервний. Резервний перетворювач постійно підключений до системи і шляхом простого перемикання силових вихідних кіл може бути введений в роботу.

Система автоматичного управління рольгангом

Функції  

Основним призначенням системи, що розробляється, було формування і розподіл сигналів завдання (корекції) швидкості по перетворювачах частоти кожної групи відвідного рольганга, управління секціями рольгангу при транспортуванні стрічки в різних режимах і сигналізація про стан обладнання.

Відповідно до поставленого завдання система управління повинна забезпечувати:

  • постійний обмін даними між PLC СУ; 
  • збір, обробку і аналіз інформації про стан рольгангу і СУ;
  • вироблення керівних впливів;
  • передачу керівних впливів (сигналів, команд) на виконання;
  • контроль виконання керівних впливів;
  • технологічну сигналізацію;
  • відображення необхідних параметрів і коефіцієнтів;
  • оперативне введення і зміна швидкісних параметрів;
  • оперативна зміна параметрів налаштування системи;
  • контроль за дотриманням технології операторами СУ з необхідними блокуваннями і обмеженнями;
  • захист від некоректних дій персоналу, що приводять до аварійного стану рольгангу і СУ;
  • захист від випадкових змін і руйнування інформації і програм, а також від несанкціонованого втручання;
  • налаштування СУ без переривання технологічного процесу, захист від випадкових або помилкових змін;
  • алгоритми управління в різних режимах роботи, у тому числі алгоритми «розгону», «зупинки», «клину швидкостей», «пригальмовування»;
  • діагностування, із вказанням місця, вигляду і причини виникнення порушень правильності функціонування рольгангу та СУ;
  • квитування попереджувальних і аварійних повідомлень;
  • ведення журналу роботи системи;
  • реєстрацію і зберігання інформації про передаварійний стан СУ і ПЧ, що беруть участь в роботі («аварійний слід»);
  • захист від помилок при введенні і обробці інформації, що забезпечує задану якість виконання функцій СУ;
  • безумовне виконання функцій за наявності лише необхідних для цього даних (відсутність окремих даних не позначається на виконанні функцій, при реалізації яких ці дані не використовуються);
  • зрозумілий графічний інтерфейс;
  • підтримка єдиного часу у всій системі.

Структура і апаратні засоби системи

Управління приводами здійснюють контролерні частини системи управління і перетворювачів частоти (PLC СУ і ПЧ). Управління приводами груп рольгангу є паралельним і незалежним, тобто PLC СУ одночасно виробляє керівні сигнали і взаємодіє зі всіма РLС ПЧ, що беруть участь в роботі. PLC СУ побудована на основі контролерів B&R SYSTEM 2003 і 2005. До складу PLC СУ входить дві шафи управління (ШУ), одна з них резервна, три пульти (ПУ) і шість шаф з контролерами збору інформації про стани віддалених входів (PLC RIO).  

 

 шкаф

пульт 

 

Кожен ШУ укомплектований керівним контролером (PLC) і контролером з панеллю візуалізації (PLC ПВ). Резервний ШУ знаходиться в гарячому резерві, автоматично перебудовується на режим роботи основного ШУ і у будь-який момент може вступити в роботу замість нього без будь-яких додаткових налаштувань. 

Три операторські пульти управління (ПУ) розосереджено уздовж прокатного стану. ПУ знаходяться на постах управління. Відстань між постами управління складає від 100 до 200 метрів. Кожен з трьох ПУ укомплектований PLC ПВ, що дозволяє здійснювати повнофункціональне управління з будь-якого з постів управління.

Шість PLC RIO розосереджені уздовж рольгангу, безпосередньо біля шаф з автоматичними вимикачами двигунів груп рольгангу. Відстань між PLC RIO складає від 100 до 200 метрів. З шести PLC RIO один MASTER і п'ять SLAVE. Усі 6 PLC RIO з’єднані між собою за допомогою мережі CAN.
Керівні PLC, що знаходяться в ШУ, (один з яких є «MASTER» мережі) за допомогою промислової мережі Profibus DP, з’єднані з PLC ПЧ, які є «SLAVE» (всього 18 (12+6) «SLAVE», але може бути збільшено до 32). Керівні PLC ШУ, з’єднані з трьома PLC ПВ постів управління по мережі CAN. У цю ж мережу CAN підключений PLC RIO MASTER рівня видалених входів. Окрім цього кожен керівний PLC ШУ з’єднаний по окремому CAN зі своїм PLC ПВ. Отже, кожен керівний PLC ШУ входить в мережу Profibus DP і дві мережі CAN. Також передбачено з'єднання керівних PLC з системою рівня АСУ прокатного стану за допомогою мережі Modbus.

Разом, в PLC СУ входять 26 повнофункціональних PLC і 5 PLC для збору даних від віддалених входів. Побудована структура зв'язку, дозволила підвищити реактивність системи, тобто мінімізувати час опитування вхідних параметрів і видачу керівних дій. Не дивлячись на таку кількість PLC і не просту структуру мережі, весь комплекс працює як єдиний механізм, надійно виконуючи покладені на нього завдання.На посту управління і в шафі управління встановлені PLC ПВ. Це дозволило забезпечити надійне управління системою і дало ряд сервісних можливостей властивих системам, що використовують РС-сумісні індустріальні комп'ютери.

Наприклад, не перериваючи технологічний процес (ТП), знаходячись біля будь-якого вузла системи, можна спостерігати за ТП, а також провести діагностику апаратури, роботи мережі, змінити різні коефіцієнти (за наявності відповідного рівня доступу), попрацювати з різними архівами.

Завдяки наявності PLC ПВ на посту управління є можливість відображення для оперативного персоналу всіх необхідних параметрів технологічного процесу. Введення завдання швидкості оперативно можна здійснити як за допомогою перемикачів «більш/менш», так і за допомогою кнопок клавіатури. В разі некоректних дій, передаварійних і аварійних ситуацій не лише засвічується відповідна сигнальна лампа, але відразу в текстовому вигляді пояснюються причини включення технологічної сигналізації. Весь хід роботи протоколюється і архівується. 

Або, наприклад, при виході з ладу одного з двигунів (або відключенні з іншої причини автоматичного вимикача), відразу з'являється сигналізація. На панелі візуалізації з'являється пояснювальний текст і за допомогою відповідного вікна точно визначається номер і місце розташування двигуна, що вийшов з ладу.

Контролери трьох пультів управління взаємодіють з контролерами ШУ, при цьому основний ШУ приймає інформацію, обробляє її і направляє керівні і інші відповідні команди. Резервний ШУ працює на прийом, відображення і запам'ятовування інформації, що поступає; керівні і відповідні команди по мережі він не передає. У разі потреби основний і резервний ШУ міняються функціями: основний стає резервним, а резервний основним. Резервний ШУ може бути виведений з роботи без всяких ускладнень для проведення ремонту, доопрацювання, перевірки та інше, після чого знову включений в роботу.  

Необхідність здійснювати управління рольгангом одним з трьох операторських постів вирішується установкою на цих постах (по одному на кожному) трьох однакових пультів управління, що містять свій контролер, засоби відображення, сигналізації і управління. Один з трьох ПУ є робочим, а два інших працюють в черговому режимі на відображення і запам'ятовування інформації. З робочого пульта здійснюються все регулювання і управління, при цьому все регулювання запам'ятовуються в ШУ і при передачі управління на інший ПУ вони зберігаються. Можливості і межі різних регулювань, які здійснюються з ПУ, задаються в ШУ. На будь-якій ПУ у будь-який момент, на вимогу оператора, з ШУ може бути передана повна інформація про стан роботи всього комплексу. Будь-які порушення в роботі, спроба неправомірних дій або помилок персоналу одразу відображуються і запам'ятовуються на трьох ПУ і обох ШУ з фіксацією часу.

Об'єднані інтерфейсною мережею CAN три ПУ, два ШУ і один PLC RIO «MASTER» знаходяться на території в 0,04 кв. км, загальна протяжність мережі більш 800 м.

Засоби програмування

Для створення програмного забезпечення (ПЗ) використовувалася B&R Automation Studio 2.10 (AS). AS дозволяє створювати інтелектуальні системи збору і обробки інформації.

AS – це інтегроване середовище розробки, яке дозволяє програмувати PLC на будь-якій з шести мов: Basic, C, Instruction list, Ladder Diagramm, Sequential function chart, Structed text. Пакет надає в розпорядження розробника потужні засоби для написання і налаштування програм (виявлення, локалізація і усунення помилок). AS допускає завантаження і перевірку програм по частинах і дозволяє виробляти заміну одних програм без корекції інших.

Для розробки програм системи управління застосована мова “C” (потужність і лаконічність якої всім відомі).

Для інтеграції керівних PLC в мережу Profibus DP застосований B&R Fieldbus Configurator.

Впровадження системи повинно було здійснюватися на постійно працюючому об'єкті - рольганг надавався для наладки на 15-20 хвилин 1-2 рази на день.

Тому особлива вимога пред'являлася до якості написаного нами коду.

В деяких випадках, для налаштування особливо складних алгоритмів, були розроблені моделі з використанням пакету Borland C++builder 5. Налаштування особливо складних алгоритмів виконувалося спочатку на ПК без використання апаратури B&R, потім на дослідних і комплексних стендах ЗАТ «Плутон».

Програмне забезпечення

ПЗ забезпечує виконання всіх функцій, покладених на нього системою управління і має засоби організації всіх необхідних процесів.

ПЗ дозволяє виконувати в реальному масштабі часу всі автоматизовані функції у всіх регламентованих режимах функціонування системи.

При побудові ПЗ були дотримані наступні принципи:  

  • функціональна достатність (повнота); 
  • надійність і достовірність (відповідність заданому алгоритму роботи, контроль і фільтрація вхідної інформації, відсутність помилкових дій); 
  • модульність побудови та інкапсуляція (ПЗ розбито на завдання, кожне завдання працює лише зі своїми даними);
  • багатозадачність (одночасне виконання декількох програм);
  • ієрархічність (різні пріоритети програм);
  • адаптивність і гнучкість (можливість швидкої конфігурації і можливість швидкої перебудови алгоритмів управління); 
  • можливість модифікацій (можливість модифікації і розширення, модернізації, розвитку і нарощуванню); 
  • зручність експлуатації і супроводу. 

Структура та специфічні особливості ПЗ

Всю PLC СУ (лише її контролерну частину) логічно можна розділити на структуру з наступними рівнями:

  • рівень керівного PLC: на ньому здійснюється управління вісімнадцятьма PLС ПЧ відповідно до команд, прийнятих з PLC ПУ, блокування несанкціонованого включення, передача даних на ПУ, в систему входять два керівних контролера, будь-який з них може виступати в ролі основного і резервного;
  • рівень ПУ: з будь-якого з трьох здійснюється централізоване управління рольгангом в цілому;
  • рівень інтуїтивно зрозумілого графічного інтерфейсу (ІЗГІ). На ньому два PLC ПВ. Кожен PLC ПВ з’єднаний з одним керівником PLC;
  • рівень віддалених входів.

До системи управління входять 26 повнофункціональних PLC. Для повноцінної роботи системи, не обов'язково мають бути включені усі PLC. Не задіяне в ТП в даний момент обладнання, безболісно може бути вимкнено, наприклад на профілактику, а потім знову включено. Система лише запротоколює цей факт, не порушуючи своєї роботи.

Загальна кількість сигналів системи склала 696 (дискретність опиту 100 мс). З них дискретних входів – 473, дискретних виходів – 83, аналогових входів – 3, аналогових виходів – 3, цифрових входів – 79, цифрових виходів - 55.

Оптимально розподіливши на етапі проектування функції між PLC СУ, нам вдалося все прикладне ПЗ запрограмувати в 4 проектах AS. Наприклад, не дивлячись на деякі відмінності у функціях управління і у вікнах відображення, в кожен з 3-х PLC рівня ДП завантажена однакова програма. При старті, прикладна програма сама налаштовується на роботу в конкретному місці СУ.

Кожен проект був розділений на завдання. Це збільшило модульність і спростило супровід проекту.

Для всіх завдань оптимально підібраний час такту їх виконання. Наприклад, всі алгоритми управління системи працюють з тактом 100 мс, а деякі завдання візуалізації з тактом 500 мс.  

Хочеться особливо відзначити ряд сервісних функцій системи для діагностики стану обладнання системи.Обслуговуючий персонал вже повною мірою оцінив ці можливості. 
Окрім детальної діагностики і детальної візуалізації ПЗ враховує людський фактор оперативного персоналу, що управляє рольгангом. Наприклад, оперативно змінювати швидкість рольганга можна як за допомогою перемикачів (традиційно), так і за допомогою клавіатури.

Завдяки великій кількості уставок, коректування яких може здійснювати обслуговуючий персонал за допомогою панелей візуалізації, система легко перенастроюється, але дозволить зробити зміни лише користувачам, що знають пароль.

Під час виконання завдань в PLC, прикладні програми управляються операційною системою (ОС).

ОС даного сімейства PLC добре адаптована для використання в області автоматизації управління і є детермінованою багатозадачною системою, що дозволяє працювати в масштабі жорсткого реального часу.

В межах даної статті важко детально описати всі особливості розроблених прикладних програм. Відзначимо лише, що при розробці прикладних програм були використані переваги багатозадачної системи, а саме:

  • детермінована багатозадачність;
  • різноманітні класи задач;
  • регульований час циклу для кожного класу задач;
  • оптимальна загрузка процесора;
  • пріоритети класу задач;
  • гнучке оновлення системи;
  • файл реєстрації помилок;
  • перевірка окремих завдань.

Основні результати

Комплекс в складі ПЧ і САУ електроприводу відвідного рольганга введений в промислову експлуатацію з 1 жовтня 2002 року. 

Введення ПЧ і САУ в експлуатацію показало правильність технічних рішень, прийнятих при створенні системи. Вже невеликий досвід експлуатації показав, що САУ здійснює надійне управління і має простий і зручним інтерфейс. Дозволяє оперативному і обслуговуючому персоналу мати повну інформацію про стан рольганга, оперативно здійснювати потрібні перемикання і профілактику системи. 

Впровадження для електроприводу відвідного рольганга описаних ПЧ і САУ дозволило понизити витрати на обслуговування електроприводу, підвищити надійність і безпеку його роботи, значно поліпшити оперативність і гнучкість управління.

За 7 місяців роботи простоїв, браку або інших нештатних ситуацій з вини ПЧ і САУ ПР не було. На 30% (приблизно на 50000 кВт/г за місяць) зменшився вжиток електроенергії приводом рольганга і в чотири рази зменшилися пікові навантаження на живлячу мережу. Повністю виключена реактивна складова в споживаній потужності електроприводу ВР і частково компенсується реактивна складова інших споживачів. У 2,5 разу покращала динаміка роботи електроприводу ВР, що дає можливість значно скоротити або виключити простої в нештатних ситуаціях. 

Висновок

Результати виконаної роботи показали, що об'єднання зусиль, досвіду і технічних можливостей німецької фірми “transresch Antriebssysteme Berlin GmbH” і запорізького ЗАТ “Плутон” дозволяє в найкоротшій час і на високому технічному рівні створювати автоматизовані електроприводи і АСУ ТП будь-якій складності.

Список скорочень

  1. PLC – програмований логічний контролер
  2. HMI (ІЗГІ) – людино-машинний інтерфейс (інтуїтивно зрозумілий графічний інтерфейс)
  3. ПЧ – перетворювачі частоти
  4. PC (ПК) – персональний комп’ютер
  5. ПЗ – програмне забезпечення
  6. СУ – система управління
  7. PLC СУ – контролер частина системи управління
  8. ШУ - шафа управління
  9. PLC RIO - шафа з контролером збору стану видалених входів
  10. ПУ – пульт управління
  11. PLC ПВ - програмований логічний контролер з панеллю візуалізації
  12. ТП - технологічний процес
  13. АСУП – автоматизована система управління підприємством
  14. AS - B&R Automation Studio
  15. ПК – персональний комп'ютер
  16. ЕП – електропривод
  17. ВР – відвідний рольганг
  18. ПР – привод рольганга
  19. САУ – система автоматичного управління
  20. ОС – операційна система
  21. АСУ ТП – автоматична система управління технологічним процесом
Документи Контакти © Всi права застережено ПЛУТОН 2008-2016