Помощь студентам в учебе
Модернизация автоматизированного управления дозировкой в цехе №2 печи №15 АО «ЧЭМК»
|
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ 9
1.1 Описание объекта автоматизации 9
1.2 Принцип работы существующего объекта автоматизации 12
1.3 Цели и задачи выпускной квалификационной работы 13
1.3.1 Недостатки системы дозирования 13
1.3.2 Описание установленного оборудования системы автоматизации 14
1.3.3 Обоснование необходимости совершенствования системы
дозирования 15
1.3.4 Ожидаемые технико-экономические результаты создания системы
автоматизированного дозирования 16
1.4 Цели и задачи автоматизации 17
1.4.1 Предполагаемая система дозирования и ее состав 17
1.4.2 Функции, выполняемые системой в автоматическом режиме 19
1.4.3 Алгоритм работы системы в автоматическом режиме 20
1.4.4 Подсистема ручного дозирования шихты 21
1.4.5 Алгоритм работы системы в режиме ручного управления 22
1.4.6 Преимущества предлагаемой системы дозирования над
существующей 23
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 24
2.1 Разработка функциональной схемы автоматизации системы управления . . 24
2.1.1 Структура построения АСУТП дозировки 24
2.1.2 Взаимодействие с другими подсистемами АСУТП системы 26
2.2 Разработка схемы электрической принципиальной системы управления .. 26
2.2.1 Выбор чувствительных элементов 28
2.2.2 Выбор исполнительных элементов 35
2.2.3 Выбор программируемого логического контроллера 41
2.2.4 Выбор блока питания 54
2.3 Разработка таблицы подключений внешних проводок системы управления
56
2.4 Внешний вид и компоновка электрошкафа 56
3 РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 57
3.1 Разработка алгоритма работы системы управления 57
3.1.1 Назначение и условия применения программного обеспечения 57
3.1.2 Структурная схема программного обеспечения 60
3.1.3 Проект SIMATIC STEP 7 62
3.1.4 Структуры данных проекта 67
3.1.5 Программы чтения и обработки входных данных 69
3.1.6 Управление механизмами дозировки в режиме ДИСТАНЦИЯ 71
3.1.7 Автоматическое управление дозировкой 72
3.1.8 Управление частотными приводами телеги и вибропитателей 74
3.1.9 Учет сдозированного материала 78
3.1.10 Обмен данными контроллера с резервной панелью Siemens MP 377
12» Touch 79
3.2 Разработка приложения оператора 79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 90
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 93
ПРИЛОЖЕНИЕ А Список условных сокращений 95
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Функциональная схема автоматизации 96
ПРИЛОЖЕНИЕ В Рабочие чертежи. Шкаф автоматизированного управления
дозировкой (ШАУД) 98
1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ 9
1.1 Описание объекта автоматизации 9
1.2 Принцип работы существующего объекта автоматизации 12
1.3 Цели и задачи выпускной квалификационной работы 13
1.3.1 Недостатки системы дозирования 13
1.3.2 Описание установленного оборудования системы автоматизации 14
1.3.3 Обоснование необходимости совершенствования системы
дозирования 15
1.3.4 Ожидаемые технико-экономические результаты создания системы
автоматизированного дозирования 16
1.4 Цели и задачи автоматизации 17
1.4.1 Предполагаемая система дозирования и ее состав 17
1.4.2 Функции, выполняемые системой в автоматическом режиме 19
1.4.3 Алгоритм работы системы в автоматическом режиме 20
1.4.4 Подсистема ручного дозирования шихты 21
1.4.5 Алгоритм работы системы в режиме ручного управления 22
1.4.6 Преимущества предлагаемой системы дозирования над
существующей 23
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 24
2.1 Разработка функциональной схемы автоматизации системы управления . . 24
2.1.1 Структура построения АСУТП дозировки 24
2.1.2 Взаимодействие с другими подсистемами АСУТП системы 26
2.2 Разработка схемы электрической принципиальной системы управления .. 26
2.2.1 Выбор чувствительных элементов 28
2.2.2 Выбор исполнительных элементов 35
2.2.3 Выбор программируемого логического контроллера 41
2.2.4 Выбор блока питания 54
2.3 Разработка таблицы подключений внешних проводок системы управления
56
2.4 Внешний вид и компоновка электрошкафа 56
3 РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 57
3.1 Разработка алгоритма работы системы управления 57
3.1.1 Назначение и условия применения программного обеспечения 57
3.1.2 Структурная схема программного обеспечения 60
3.1.3 Проект SIMATIC STEP 7 62
3.1.4 Структуры данных проекта 67
3.1.5 Программы чтения и обработки входных данных 69
3.1.6 Управление механизмами дозировки в режиме ДИСТАНЦИЯ 71
3.1.7 Автоматическое управление дозировкой 72
3.1.8 Управление частотными приводами телеги и вибропитателей 74
3.1.9 Учет сдозированного материала 78
3.1.10 Обмен данными контроллера с резервной панелью Siemens MP 377
12» Touch 79
3.2 Разработка приложения оператора 79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 90
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 93
ПРИЛОЖЕНИЕ А Список условных сокращений 95
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Функциональная схема автоматизации 96
ПРИЛОЖЕНИЕ В Рабочие чертежи. Шкаф автоматизированного управления
дозировкой (ШАУД) 98
Акционерное общество «Челябинский электрометаллургический комбинат» АО «ЧЭМК» - крупнейший производитель ферросплавов в России, способный полностью обеспечить потребности отечественной металлургии [1].
1929 год, 07 ноября заложен фундамент первого ферросплавного завода в Советской России.
1930 год, 07 ноября пущена в работу первая ферросплавная печь, в цехе №1, получены первые тонны феррохрома.
Сегодня ассортимент выпускаемой продукции включает в себя более 120 наименований ферросплавов и лигатур, более 40 изделий электродного производства. На комбинате функционирует 9 цехов, в каждом цехе в среднем работают по 4 плавильных печи. Продукция цехов и участков по переработке отходов основного производства находит широкое применение в лакокрасочной и резинотехнической промышленности, в дорожном, промышленном и жилищном строительстве, в сельском хозяйстве.
Выпускаемая продукция:
• Ферросилиций;
• Феррохром;
• Ферросиликохром;
• Силикокальций;
• Силикомарганец;
• Ферромарганец;
• Электроды.
Важнейшим направлением деятельности «ЧЭМК» является снижение негативного воздействия производственных процессов на окружающую среду и здоровье человека.
На комбинате существует комплексная система управления охраной окружающей среды, которая позволяет вести планирование, разработку и внедрение природоохранных мероприятий; контролировать эффективность работы очистных сооружений. Контрольные функции осуществляются централизованной службой экологического надзора.
В 2000 году ОАО «ЧЭМК» приступило к реализации долгосрочной экологической программы, в основу которой заложена коренная модернизация газоочистных комплексов плавильных цехов. Никогда ранее таких широко масштабных работ в области природоохранного строительства не проводилось. Их общая стоимость превышает 6 млрд. рублей.
В настоящее время все плавильные печи оборудованы либо высокоэффективными рукавными фильтрами, либо мощными электрофильтрами.
Партнерами по оснащение предприятия современным газоочистным оборудованием являются ведущие российские и зарубежные фирмы.
В 2000 году введен в эксплуатацию газоочистной комплекс для плавильных печей цеха № 5. Проект реализован в сотрудничестве с челябинской компанией «Уралцветметгазоочистка».
Для исследования вопросов дозирования печи №15 и автоматизации этого процесса, была изучена техническая документация различных промышленных отраслей связанная с дозированием.
Общие тенденции интенсификации современных производств направлены на повышение качества готовой продукции, снижение энергоемкости и повышение производительности установок. В основе большинства технологических процессов лежат операции дозирования, от точного осуществления которых существенно зависит качество продукции. Наряду с правильной аппаратурной организацией процесса дозирования, важную роль играют алгоритмы управления процессами дозирования.
Наиболее остро проблема обеспечения точности дозирования возникает при организации управления процессами непрерывно-поточного дозирования двух и более потоков сыпучих материалов в заданном текущем и интегральном соотношениях. Выполнение данных условий является необходимым при проведении процессов дозирования в ряде важных отраслей промышленности: химической, пищевой, цементной, стекольной, строительной и др [2].
1929 год, 07 ноября заложен фундамент первого ферросплавного завода в Советской России.
1930 год, 07 ноября пущена в работу первая ферросплавная печь, в цехе №1, получены первые тонны феррохрома.
Сегодня ассортимент выпускаемой продукции включает в себя более 120 наименований ферросплавов и лигатур, более 40 изделий электродного производства. На комбинате функционирует 9 цехов, в каждом цехе в среднем работают по 4 плавильных печи. Продукция цехов и участков по переработке отходов основного производства находит широкое применение в лакокрасочной и резинотехнической промышленности, в дорожном, промышленном и жилищном строительстве, в сельском хозяйстве.
Выпускаемая продукция:
• Ферросилиций;
• Феррохром;
• Ферросиликохром;
• Силикокальций;
• Силикомарганец;
• Ферромарганец;
• Электроды.
Важнейшим направлением деятельности «ЧЭМК» является снижение негативного воздействия производственных процессов на окружающую среду и здоровье человека.
На комбинате существует комплексная система управления охраной окружающей среды, которая позволяет вести планирование, разработку и внедрение природоохранных мероприятий; контролировать эффективность работы очистных сооружений. Контрольные функции осуществляются централизованной службой экологического надзора.
В 2000 году ОАО «ЧЭМК» приступило к реализации долгосрочной экологической программы, в основу которой заложена коренная модернизация газоочистных комплексов плавильных цехов. Никогда ранее таких широко масштабных работ в области природоохранного строительства не проводилось. Их общая стоимость превышает 6 млрд. рублей.
В настоящее время все плавильные печи оборудованы либо высокоэффективными рукавными фильтрами, либо мощными электрофильтрами.
Партнерами по оснащение предприятия современным газоочистным оборудованием являются ведущие российские и зарубежные фирмы.
В 2000 году введен в эксплуатацию газоочистной комплекс для плавильных печей цеха № 5. Проект реализован в сотрудничестве с челябинской компанией «Уралцветметгазоочистка».
Для исследования вопросов дозирования печи №15 и автоматизации этого процесса, была изучена техническая документация различных промышленных отраслей связанная с дозированием.
Общие тенденции интенсификации современных производств направлены на повышение качества готовой продукции, снижение энергоемкости и повышение производительности установок. В основе большинства технологических процессов лежат операции дозирования, от точного осуществления которых существенно зависит качество продукции. Наряду с правильной аппаратурной организацией процесса дозирования, важную роль играют алгоритмы управления процессами дозирования.
Наиболее остро проблема обеспечения точности дозирования возникает при организации управления процессами непрерывно-поточного дозирования двух и более потоков сыпучих материалов в заданном текущем и интегральном соотношениях. Выполнение данных условий является необходимым при проведении процессов дозирования в ряде важных отраслей промышленности: химической, пищевой, цементной, стекольной, строительной и др [2].
В результате проведенной выпускной квалификационной работы было выявлено, что в настоящее время система дозирования в цехе №2 на печи 15 предприятия АО «ЧЭМК» как морально, так и физически устарела, имеет ряд недостатков:
• Низкая надежность работы релейной схемы управления;
• Большие погрешности при взвешивании компонентов;
• Нет плавного пуска/останова телеги;
• В качестве устройства выгрузки шихты в карман используется
электромагнит находящийся на телеге;
• Металлические тросики не обеспечивают надежный контакт при
срабатывании;
• Нет интеллектуальных устройств;
• Отсутствует возможность сбора и накопления информации.
Поэтому в данной выпускной квалификационной работе была выполнена модернизация автоматизированного управления дозировкой печи №15.
В ходе модернизации решены следующие задачи:
1. Анализ объекта автоматизации, проведено предпроектное исследование объекта;
2. Выбраны цели и задачи автоматизации;
3. Из условий эксплуатации и требований к объекту выполнен подбор оборудования:
• Выбраны чувствительные и исполнительные элементы;
• Выбран программируемый логический контроллер фирмы Siemens серии Simatic S7-300, а также модули ввода/вывода обеспечивающие согласование сигналов ПЛК с исполнительными механизмами и датчиками;
• Произведет подбор частотно-регулируемого привода фирмы Siemens SINAMICS G120 для плавного пуска и перемещения дозировочной телеги;
• Подобрана многофункциональная панель оператора МР377-12 фирмы Siemens;
• Выбраны шкафы фирмы Rittal и все необходимое конструктивное оборудование.
4. Разработка электрических принципиальных схем, внешнего вида и компоновки шкафа в программе САПР Eplan Electric P8 и его модуля Pro Panel;
5. Разработка программного обеспечения для управляющего контроллера в среде SIMATIC Step 7.
6. Для визуализации и удаленным управлением АСУТП дозировки была проведена разработка приложения оператора. Для создания человеко - машинного интерфейса было использовано программное обеспечение Siemens WinCC Flexible.
Модернизация автоматизированного управления дозировкой печи №15 позволило обеспечить:
• Работу как в автоматическом, так и в ручном режимах;
• Дозирование шихты с минимальными погрешностями;
• Отображение всей необходимой оперативному персоналу информации на экране монитора;
• Архивирование данных по дозировке на разных уровнях управления;
• Передача данных по дозировке на «верхний» уровень (начальнику цеха, экономисту, и другим заинтересованным службам);
• Надежность системы;
• Мониторинг состояния всех узлов системы;
• Гибкость системы;
• Масштабируемость системы;
• Удобство при эксплуатации.
Технико-экономические результаты модернизации системы:
• Экономия производственных ресурсов;
• Снижение расхода электроэнергии на тонну произведенного металла;
• Повышение производительности печи;
• Снижение количества простоев печи;
• Снижение удельного расхода шихтовых материалов и электродной массы;
• Снижение травматизма обслуживающего персонала;
• Повышение культуры производства.
За время выполнения выпускной квалификационной работы закреплены полученные теоретические знания, приобретены профессиональные умения и навыки, освоены производственные процессы на предприятии, получены знания о существующих технологиях, используемых на предприятии при выпуске продукции, приобретены социально-личностные компетенции, необходимые для работы в профессиональной среде.
Кроме того, улучшены навыки сбора и анализа научно-технической информации, работы с конструкторской и технологической документацией, обобщения и систематизации значительных объемов данных, а также получен опыт самостоятельной разработки комплектов документации и описания технологических процессов производства, опыт подбора и обоснования нового оборудования для технического перевооружения предприятия.
• Низкая надежность работы релейной схемы управления;
• Большие погрешности при взвешивании компонентов;
• Нет плавного пуска/останова телеги;
• В качестве устройства выгрузки шихты в карман используется
электромагнит находящийся на телеге;
• Металлические тросики не обеспечивают надежный контакт при
срабатывании;
• Нет интеллектуальных устройств;
• Отсутствует возможность сбора и накопления информации.
Поэтому в данной выпускной квалификационной работе была выполнена модернизация автоматизированного управления дозировкой печи №15.
В ходе модернизации решены следующие задачи:
1. Анализ объекта автоматизации, проведено предпроектное исследование объекта;
2. Выбраны цели и задачи автоматизации;
3. Из условий эксплуатации и требований к объекту выполнен подбор оборудования:
• Выбраны чувствительные и исполнительные элементы;
• Выбран программируемый логический контроллер фирмы Siemens серии Simatic S7-300, а также модули ввода/вывода обеспечивающие согласование сигналов ПЛК с исполнительными механизмами и датчиками;
• Произведет подбор частотно-регулируемого привода фирмы Siemens SINAMICS G120 для плавного пуска и перемещения дозировочной телеги;
• Подобрана многофункциональная панель оператора МР377-12 фирмы Siemens;
• Выбраны шкафы фирмы Rittal и все необходимое конструктивное оборудование.
4. Разработка электрических принципиальных схем, внешнего вида и компоновки шкафа в программе САПР Eplan Electric P8 и его модуля Pro Panel;
5. Разработка программного обеспечения для управляющего контроллера в среде SIMATIC Step 7.
6. Для визуализации и удаленным управлением АСУТП дозировки была проведена разработка приложения оператора. Для создания человеко - машинного интерфейса было использовано программное обеспечение Siemens WinCC Flexible.
Модернизация автоматизированного управления дозировкой печи №15 позволило обеспечить:
• Работу как в автоматическом, так и в ручном режимах;
• Дозирование шихты с минимальными погрешностями;
• Отображение всей необходимой оперативному персоналу информации на экране монитора;
• Архивирование данных по дозировке на разных уровнях управления;
• Передача данных по дозировке на «верхний» уровень (начальнику цеха, экономисту, и другим заинтересованным службам);
• Надежность системы;
• Мониторинг состояния всех узлов системы;
• Гибкость системы;
• Масштабируемость системы;
• Удобство при эксплуатации.
Технико-экономические результаты модернизации системы:
• Экономия производственных ресурсов;
• Снижение расхода электроэнергии на тонну произведенного металла;
• Повышение производительности печи;
• Снижение количества простоев печи;
• Снижение удельного расхода шихтовых материалов и электродной массы;
• Снижение травматизма обслуживающего персонала;
• Повышение культуры производства.
За время выполнения выпускной квалификационной работы закреплены полученные теоретические знания, приобретены профессиональные умения и навыки, освоены производственные процессы на предприятии, получены знания о существующих технологиях, используемых на предприятии при выпуске продукции, приобретены социально-личностные компетенции, необходимые для работы в профессиональной среде.
Кроме того, улучшены навыки сбора и анализа научно-технической информации, работы с конструкторской и технологической документацией, обобщения и систематизации значительных объемов данных, а также получен опыт самостоятельной разработки комплектов документации и описания технологических процессов производства, опыт подбора и обоснования нового оборудования для технического перевооружения предприятия.