Помощь студентам в учебе
Разработка технических решений по интеграции цифровых технологий в автоматизированную систему управления МНЛЗ №6 ПАО «ММК»
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР ОСНОВНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ 7
1.1 Цифровизация металлургического производства 7
1.2 Описание технологического процесса непрерывной разливки стали 9
1.3 Характеристика и основные параметры МНЛЗ №6 15
1.4 Анализ существующих проблем на действующей МНЛЗ и пути их решения .. 21
1.5 Требования к объекту и АСУ ТП с использованием цифровых технологий 24
2 ИНТЕГРАЦИЯ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В АВТОМАТИЗИРОВАННУЮ
СИСТЕМУ УПРАВЛЕНИЯ 31
2.1 Описание действующей системы автоматизации 31
2.2 Разработка архитектуры цифровой системы автоматизации 41
2.3 Выбор интерфейсов связи 44
2.4 Выбор оборудования 49
2.5 Выбор программного обеспечения 55
2.6 Разработка структуры клиент-серверного взаимодействия 58
2.7 Разработка электрических принципиальных схем 63
2.8 Разработка экрана системы визуализации 67
3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 69
3.1 Теоретические основы предиктивной диагностики 69
3.2 Тепловая модель подшипникового узла 74
3.3 Система управления подачей смазки в подшипниковые узлы 81
3.4 Результаты математического моделирования 85
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 87
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 89
ВВЕДЕНИЕ 5
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР ОСНОВНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ 7
1.1 Цифровизация металлургического производства 7
1.2 Описание технологического процесса непрерывной разливки стали 9
1.3 Характеристика и основные параметры МНЛЗ №6 15
1.4 Анализ существующих проблем на действующей МНЛЗ и пути их решения .. 21
1.5 Требования к объекту и АСУ ТП с использованием цифровых технологий 24
2 ИНТЕГРАЦИЯ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В АВТОМАТИЗИРОВАННУЮ
СИСТЕМУ УПРАВЛЕНИЯ 31
2.1 Описание действующей системы автоматизации 31
2.2 Разработка архитектуры цифровой системы автоматизации 41
2.3 Выбор интерфейсов связи 44
2.4 Выбор оборудования 49
2.5 Выбор программного обеспечения 55
2.6 Разработка структуры клиент-серверного взаимодействия 58
2.7 Разработка электрических принципиальных схем 63
2.8 Разработка экрана системы визуализации 67
3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 69
3.1 Теоретические основы предиктивной диагностики 69
3.2 Тепловая модель подшипникового узла 74
3.3 Система управления подачей смазки в подшипниковые узлы 81
3.4 Результаты математического моделирования 85
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 87
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 89
Челябинская область является одним из наиболее значимых регионов в рамках металлургической промышленности. Среди всех субъектов Российской Федерации она является одним из лидеров по объему произведенной продукции, 11 место по объему валового регионального продукта, 13 место по инвестициям в основной фонд. Металлургические компании области производят чуть менее трети всей выпускаемой в России стали, 27% проката, 15% стальных труб.
В настоящее время преимущество в конкурентной борьбе получают те предприятия, чья продукция будет отвечать все возрастающим требованиям производительности, технологическим возможностям и экономичности. Согласно анализу ОЭСР, металлургическая отрасль на данный момент имеет средне-низкий индекс цифровизации [1].
Совершенствование технологии непрерывной разливки стали на МНЛЗ является одним из основных направлений развития современной металлургии. Одним из способов значительно повысить производственные показатели является переход к «Индустрии 4.0». Цель использования цифровых технологий - увеличение производительности МНЛЗ наряду со снижением затрат на эксплуатацию и повышение качества.
По прогнозам специалистов, наиболее многообещающими для металлургического производства являются технологии анализа больших данных, искусственный интеллект, решения на базе IoT. Согласно исследованиям, проекты на базе обработки больших данных уже реализуются у 67% российских металлургических компаний. Данные решения позволяют увеличить производительность уже установленного оборудования за счет оптимизации техпроцессов, снизить уровень бракованной продукции, увеличить срок службы оборудования за счет перехода на предиктивное техническое обслуживание и ремонты.
Целью данной работы является разработка технические решения по интеграции цифровых технологий в автоматизированную систему управления МНЛЗ №6 ПАО «ММК».
Основными задачами являются анализ возможности использования цифровых технологий в рамках процесса непрерывного литья заготовок на ПАО «ММК», разработка решений по их интеграции в существующую систему автоматизации в соответствии с современными требованиями к таким системам, а также моделирование тепловых процессов в подшипниковых узлах роликов сегментов зоны вторичного охлаждения.
Используемая на МНЛЗ №6 система автоматизации считается достаточно современной. Несмотря на это, обслуживающий персонал сталкивается в ходе эксплуатации с рядом проблем. В связи с этим предлагается расширять существующие системы автоматизации дополнительными модулями математического моделирования, которые бы позволили снизить количество внеплановых остановов, а также повысить качество выпускаемой продукции.
Актуальность решения задачи модернизации информационной части и принципов построения САУ процессом охлаждения подшипниковых узлов обусловлена значительным объемом брака заготовок из МНЛЗ, а также большим количеством внеплановых простоев, связанных с выходом из строя сегментов зоны вторичного охлаждения МНЛЗ.
Полученные в ходе выполнения выпускной квалификационной работе данные позволяют использовать их для внедрения цифровых решений в рассматриваемую систему автоматизации.
В настоящее время преимущество в конкурентной борьбе получают те предприятия, чья продукция будет отвечать все возрастающим требованиям производительности, технологическим возможностям и экономичности. Согласно анализу ОЭСР, металлургическая отрасль на данный момент имеет средне-низкий индекс цифровизации [1].
Совершенствование технологии непрерывной разливки стали на МНЛЗ является одним из основных направлений развития современной металлургии. Одним из способов значительно повысить производственные показатели является переход к «Индустрии 4.0». Цель использования цифровых технологий - увеличение производительности МНЛЗ наряду со снижением затрат на эксплуатацию и повышение качества.
По прогнозам специалистов, наиболее многообещающими для металлургического производства являются технологии анализа больших данных, искусственный интеллект, решения на базе IoT. Согласно исследованиям, проекты на базе обработки больших данных уже реализуются у 67% российских металлургических компаний. Данные решения позволяют увеличить производительность уже установленного оборудования за счет оптимизации техпроцессов, снизить уровень бракованной продукции, увеличить срок службы оборудования за счет перехода на предиктивное техническое обслуживание и ремонты.
Целью данной работы является разработка технические решения по интеграции цифровых технологий в автоматизированную систему управления МНЛЗ №6 ПАО «ММК».
Основными задачами являются анализ возможности использования цифровых технологий в рамках процесса непрерывного литья заготовок на ПАО «ММК», разработка решений по их интеграции в существующую систему автоматизации в соответствии с современными требованиями к таким системам, а также моделирование тепловых процессов в подшипниковых узлах роликов сегментов зоны вторичного охлаждения.
Используемая на МНЛЗ №6 система автоматизации считается достаточно современной. Несмотря на это, обслуживающий персонал сталкивается в ходе эксплуатации с рядом проблем. В связи с этим предлагается расширять существующие системы автоматизации дополнительными модулями математического моделирования, которые бы позволили снизить количество внеплановых остановов, а также повысить качество выпускаемой продукции.
Актуальность решения задачи модернизации информационной части и принципов построения САУ процессом охлаждения подшипниковых узлов обусловлена значительным объемом брака заготовок из МНЛЗ, а также большим количеством внеплановых простоев, связанных с выходом из строя сегментов зоны вторичного охлаждения МНЛЗ.
Полученные в ходе выполнения выпускной квалификационной работе данные позволяют использовать их для внедрения цифровых решений в рассматриваемую систему автоматизации.
В ходе выполнения данной работы были предложены технические решения по интеграции цифровых технологий в автоматизированную систему управления МНЛЗ №6 ПАО «ММК».
Цифровая трансформация машины непрерывного литья заготовок позволяет значительно улучшить показатели производства, такие как повышение производительности, снижение количества внеплановых простоев, снижение количества бракованной продукции, тем самым позволяя оставаться конкурентоспособными на рынке. Именно этими факторами обуславливается актуальность задач разработки и интеграции цифровых решений в металлургическое производство.
В рамках работы был проведен анализ возможности использования цифровых технологий в рамках процесса непрерывного литья заготовок на ПАО «ММК», разработка решений по их интеграции в существующую систему автоматизации в соответствии с современными требованиями к таким системам, а также моделирование тепловых процессов в подшипниковых узлах роликов сегментов зоны вторичного охлаждения.
Одной из проблем на МНЛЗ №6, которую можно решить с помощью внедрения цифровых технологий, является частое заклинивание неприводных роликов сегментов зоны вторичного охлаждения. Благодаря анализу данных о состоянии подшипниковых опор, а также построению математической модели ролика можно заблаговременно определять процессы разрушения и, в связи с этим вносить корректировки в существующие регламенты работы, а также проводить планово - предупредительные ремонты. Все это позволит избежать аварийных ситуаций, а также снизить количество бракованной продукции.
Для реализации данного проекта необходимо разработать ряд технических решений, которые бы позволили интегрировать цифровые технологии в уже существующую систему автоматизации.
В рамках данной работы была предложена новая архитектура системы автоматизации, в рамках которой описано взаимодействие между АСУ ТП и облачными технологиями. Использование облачных технологий позволит использовать удаленные вычислительные мощности для расчета математических моделей, а также предоставлять доступ к данным удаленным пользователям после прохождения процедуры авторизации.
Предложенная архитектура предполагает добавление датчиков измерения температуры подшипников, новой системы сбора данных компании iba, необходимое серверное оборудование, а также подключение облачных технологий.
Для предложенных изменений были разработаны схемы электрические принципиальные, которые предоставляют информацию о подключении системы к источнику питания, а также используемых входных сигналах.
Также в рамках данной работы был разработан экран системы визуализации теплового состояния подшипниковых узлов, который должен интегрироваться в общую систему визуализации системы автоматизации МНЛЗ.
Для построения математической модели были изучены существующие способы моделирования теплового состояния подшипниковых узлов на основе использования одномассовых и трехмассовых моделей. На основе этих данных в среде MATLAB Simulink была построена математическая модель, которая отражает тепловое состояние подшипниковых узлов в заданных условиях.
Цифровая трансформация машины непрерывного литья заготовок позволяет значительно улучшить показатели производства, такие как повышение производительности, снижение количества внеплановых простоев, снижение количества бракованной продукции, тем самым позволяя оставаться конкурентоспособными на рынке. Именно этими факторами обуславливается актуальность задач разработки и интеграции цифровых решений в металлургическое производство.
В рамках работы был проведен анализ возможности использования цифровых технологий в рамках процесса непрерывного литья заготовок на ПАО «ММК», разработка решений по их интеграции в существующую систему автоматизации в соответствии с современными требованиями к таким системам, а также моделирование тепловых процессов в подшипниковых узлах роликов сегментов зоны вторичного охлаждения.
Одной из проблем на МНЛЗ №6, которую можно решить с помощью внедрения цифровых технологий, является частое заклинивание неприводных роликов сегментов зоны вторичного охлаждения. Благодаря анализу данных о состоянии подшипниковых опор, а также построению математической модели ролика можно заблаговременно определять процессы разрушения и, в связи с этим вносить корректировки в существующие регламенты работы, а также проводить планово - предупредительные ремонты. Все это позволит избежать аварийных ситуаций, а также снизить количество бракованной продукции.
Для реализации данного проекта необходимо разработать ряд технических решений, которые бы позволили интегрировать цифровые технологии в уже существующую систему автоматизации.
В рамках данной работы была предложена новая архитектура системы автоматизации, в рамках которой описано взаимодействие между АСУ ТП и облачными технологиями. Использование облачных технологий позволит использовать удаленные вычислительные мощности для расчета математических моделей, а также предоставлять доступ к данным удаленным пользователям после прохождения процедуры авторизации.
Предложенная архитектура предполагает добавление датчиков измерения температуры подшипников, новой системы сбора данных компании iba, необходимое серверное оборудование, а также подключение облачных технологий.
Для предложенных изменений были разработаны схемы электрические принципиальные, которые предоставляют информацию о подключении системы к источнику питания, а также используемых входных сигналах.
Также в рамках данной работы был разработан экран системы визуализации теплового состояния подшипниковых узлов, который должен интегрироваться в общую систему визуализации системы автоматизации МНЛЗ.
Для построения математической модели были изучены существующие способы моделирования теплового состояния подшипниковых узлов на основе использования одномассовых и трехмассовых моделей. На основе этих данных в среде MATLAB Simulink была построена математическая модель, которая отражает тепловое состояние подшипниковых узлов в заданных условиях.