ВВЕДЕНИЕ 7
1 МЕТОДИЧЕСКАЯ НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ КАК ОБЪЕКТ
УПРАВЛЕНИЯ 9
1.1 Описание объекта управления и технологического процесса 9
1.2 Основные параметры объекта управления 11
1.3 Существующий уровень автоматизации 16
1.4 Требования к АСУ нагревом металла в методической печи 20
1.4.1. Требования к структуре 20
1.4.2. Требования к функциям 21
1.4.3. Требования к информационному обеспечению 24
1.4.4. Требования к программному обеспечению 25
1.4.5. Требования к техническому обеспечению 25
1.5 Обзор литературы 25
1.6 Постановка цели и задач 29
2 МЕТОДИЧЕСКОЕ И АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АСУ МНП 31
2.1 Методика управления режимными параметрами методической
нагревательной печи 31
2.1.1 Регулирование температуры в верхней сварочной зоне 32
2.1.2 Регулирование соотношения расходов «природный газ - воздух» .. 33
2.1.3 Регулирование давления в верхней сварочной зоне 34
2.1.4 Отсечка природного газа 35
2.1.5 Контроль и сигнализация параметров 36
2.2 Алгоритмы управления режимными параметрами МНП 36
3 ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НАГРЕВОМ МЕТАЛЛА В МЕТОДИЧЕСКОЙ ПЕЧИ 42
3.1 Выбор оборудования полевого уровня 42
3.1.1 Датчики температуры 42
3.1.2 Датчики расхода 43
3.1.3 Датчики давления 44
3.1.4 Датчики наличия пламени 45
3.1.5 Реверсивный контактор 46
3.2 Выбор оборудования контроллерного уровня 46
3.2.1 Контроллер SIMATIC S7-400 47
3.2.2 Выбор центрального процессора контроллера 48
3.2.3 Выбор коммуникационного процессора контроллера 49
3.2.4 Выбор модуля питания контроллера 49
3.2.5 Выбор сигнальных модулей контроллера 50
3.3 Разработка схемы автоматизации 50
3.4 Разработка схемы принципиальной 53
4 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АСУ МНП 57
4.1 Разработка прикладного программного обеспечения 57
4.1.1 Конфигурация оборудования 57
4.1.2 Описание тэгов 58
4.1.3 Описание программы 61
4.2 Разработка пользовательского программного обеспечения 71
4.2.1 Общее описание визуализации управления 71
4.2.2 Основные элементы визуализации системы 73
4.2.3 Демонстрация работы HMI 80
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 85
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 86
Завершающим этапом производственного цикла на предприятиях черной металлургии является прокатное производство.
В зависимости от типа проката (лист, профиль, арматура, рельсовая продукция и т.д.) существуют различные прокатные станы.
Существуют станы как холодной, так и горячей прокатки.
Для осуществления производственного процесса горячей прокатки, необходимо предварительно произвести разогрев заготовки, который осуществляется в нагревательных печах различного типа.
Процесс разогрева заготовки должен производиться в соответствии с методиками, разработанными под конкретный сортамент продукции и должен обеспечить получение конечной продукции с заданными механическими свойствами.
При отклонении от режима разогрева прокат на выходе будет иметь вероятность быть отбракованными.
Требования по соблюдению режима разогрева влекут за собой необходимость контролировать и поддерживать в определенных пределах множество параметров в каждой зоне печи.
Все эти требования, а также для обеспечения безаварийной работы производства, предопределяют необходимость в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП). Составными частями АСУ ТП могут быть отдельные системы автоматического управления или автоматизированные системы управления, связанные в единый комплекс, такие как системы диспетчерского управления и сбора данных. Как правило, АСУ ТП имеет единую систему операторского управления технологическим процессом в виде одного или нескольких пультов управления, средства обработки и архивирования информации о ходе процесса, типовые элементы автоматики: датчики, устройства управления, исполнительные устройства.
Путем внедрения систем АСУ ТП достигается не только снижение количества брака продукции на выходе из производства, но и происходит более рациональное использование финансовых, энергетических и сырьевых ресурсов, обеспечивается оперативный контроль за производством и появляется возможность предупреждения и, как следствие, исключение возможности возникновения аварийных ситуаций.
В рамках выпускной квалификационной работы получены следующие результаты. С целью проведения исследования осуществлён обзор литературы. Проведённое исследование показало, существует большое количество работ по данной тематике, что свидетельствует об актуальности данной работы. При этом существующий уровень автоматизации МНП не соответствует современным нормам.
В рамках модернизации системы разработано методическое и алгоритмическое обеспечение АСУ МНП. Основными управляемыми параметрами являются:
- давление в рабочем пространстве верхней сварочной зоны;
- температура в рабочем пространстве верхней сварочной зоны;
- давление природного газа на верхнюю сварочную зону;
- давление воздуха на верхнюю сварочную зону;
- расход природного газа на верхнюю сварочную зону;
- расход воздуха на верхнюю сварочную зону;
- соотношение расходов «природный газ - воздух».
С целью поддержания их значений на заданном уровне разработаны функциональные схемы для управления параметрами.
Произведён выбор оборудования полевого и контроллерного уровня, на основании которого разработаны схема автоматизации и схема электрическая принципиальная.
Разработано прикладное программное обеспечение на основе Tia Portal и пользовательское программное обеспечение на основе SCADA WinCC.
Таким образом, в данной выпускной квалификационной работе произведена модернизация АСУ тепловым режимом нагрева заготовок в верхней сварочной зоне методической нагревательной печи Стана-240 Прокатного цеха №1 на ПАО ЧМК на основе контроллера SIMATIC S7-400. Система планируется к внедрению на объекте в 4 квартале 2020 года.
