Выдержка из текста работы
Одним из важных направлений развития современной промышленности является повышение качества управления технологическими процессами и принятия решений путем автоматизации этих процессов. Автоматизированные системы управления технологическими процессами в металлургическом производстве призваны обеспечить существенное увеличение производительности труда, улучшение качества выпускаемой продукции и других технико–экономических показателей металлургического производства, которое основано на использовании агрегатов большой единичной мощности, со сложными физико–химическими процессами.
Автоматизация управления технологическими процессами основана на измерении параметров, обработке данных, контроле и оптимизации режимов процесса. В последние несколько лет подобные задачи становятся все более легко реализуемыми с появлением на рынке автоматизированных систем специализированных программных продуктов для разработки систем автоматического управления, контроля и визуализации технологического процесса.
Создание рабочих станций с использованием подобных пакетов программ позволяет существенно облегчить работу оператора технологического процесса, оптимизировать работу уже имеющихся систем автоматического управления, ускорить выполнение работ, связанных с поиском и устранением неисправностей.
На данный момент на ОЭМК в футеровочном отделении электросталеплавильного цеха, в котором осуществляется футеровка сталеразливочных, промежуточных ковшей, их крышек, рабочих патрубков ваккум-камер, стендов сушки центральной части водоохлаждаемого свода, крышек укрытия стальковшей и крышек установок внепечной обработки стали, необходимо автоматизировать рабочие места операторов сушки на стендах сушки крышек и сводов ДСП. Операторы стендов сушки занимают важную роль в цепочке технологического процесса, и от их действий зависит правильность соблюдения требований технологии при сушке, что повышает стойкость футеровки и срок службы футерованных частей, соответственно, экономит материалы и ресурсы, затрачиваемые на разливку металла, что, как говорилось выше, не маловажно в условиях рыночных отношений.
Ранее существовала автоматизированная система мониторинга процесса сушки (без возможности управления технологическим процессом), которая впоследствии была частично заменена, а именно – разработана и внедрена новая система автоматизации стендов сушки промковшей. Эксплуатация системы в течение года дала существенную экономию энергоносителей и повышение качества выполнения футеровочных работ, увеличение стойкости футеровки промковшей и соответственно, уменьшение затрат на футеровочные материалы.
В данном дипломном проекте осуществляется разработка автоматизированной системы управления стендов сушки центральной части водоохлаждаемого свода и крышек укрытия стальковшей. Основной целью разработки и внедрения предлагаемой системы является получение такого же экономического эффекта, как и от внедрения АСУ сушки промковшей, при соблюдении полной совместимости всех систем и объединения их в одну автоматизированную систему.
1. РАСЧЁТНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
ОЭМК, введеный в эксплуатацию в 1982 году, является современным высокоавтоматизированным металлургическим предприятием, в состав которого входят цехи окомкования, металлизации, электросталеплавильный, сортопрокатный № 1 и сортопрокатный № 2, а также вспомогательные цеха, объекты складского и транспортного хозяйства и т.п. В качестве основного материала для производства стали применяются металлизованные окатыши, произведённые из железорудного концентрата Лебединского горно-обогатительного комбината имеющие очень низкое содержание вредных примесей, что увеличивает спрос на сталь производства ОЭМК.
Вспомогательные действующие цехи: цех металлоконструкций, два теплосиловых цеха, цех водоподготовки, подсобное хозяйство, цех диспетчеризации, управление автоматизации и метрологии.
1.1. Описание футеровочного отделения ЭСПЦ
Футеровочное отделение предназначено для:
1. Ломки старой футеровки и выполнения новой футеровки
2. Сушки:
— сталеразливочных ковшей;
— сводов дуговых сталеплавильных электропечей;
— вакуумкамер с патрубками;
— промежуточных ковшей;
3. Хранения запаса огнеупоров, достаточного для трёхсуточной работы ЭСПЦ-2
Футеровочное отделение имеет два пролёта. В отделении имеется три участка:
1. Участок ломки футеровки;
2. Участок выполнения футеровки;
3. Участок сушки футеровки.
Участок ломки футеровки и участок выполнения футеровки находятся в одном пролёте и отделены друг от друга стенкой с проёмом ворот.
Участки связаны между собой рельсовыми тележками.
1.1.1. Порядок работы отделения
Ковши, своды электропечей, промежуточные ковши, вакуумные камеры доставляются на участок ломки футеровки специальной автотележкой грузоподъёмностью 100 тн. Поступившее в ремонт оборудование разгружается мостовым краном грузоподъёмностью 100/25/10 тн и передаётся на места ломки футеровки. Огнеупорный лом, который образуется при ломке футеровки, выгружается в автомашины и контейнеры. Огнеупорный лом при помощи автотранспорта вывозится на площадку сортировки огнеупоров, не входящую в состав ЭСПЦ.
После удаления футеровки сменное оборудование рельсовой тележкой перевозят на участок футеровки, где мостовым краном грузоподъёмностью 100/25/10 т. сменное оборудование передаётся на соответствующие места для выполнения футеровки. Футерованные ковши, своды печей, вакуумные камеры, промежуточные ковши и крышки рельсовой тележкой передаются на участок сушки и нагрева, где мостовыми кранами грузоподъёмностью 100/25/10 т. устанавливаются на стендах сушки футеровки. Сменное оборудование с просушенной футеровкой специальной автотележкой передаётся в главный корпус ЭСПЦ в соответствующие пролёты.
1.1.2. Оборудование
1. Оборудование на участке ломки футеровки.
На участке ломки футеровки установлены стенды, на которых выполняются работы по удалению футеровки, в том числе:
— стенд для охлаждения и ломки футеровки сталеразливочных ковшей;
— стенд для ломки футеровки и хранения сводов дуговых электросталеплавильных печей со сборным бункером и затвором для разгрузки в автомашину;
— стенд для ломки футеровки вакуум-камер;
— стенд для ломки футеровки и хранения промежуточных ковшей;
Стенды для ломки футеровки предназначены для:
— удаления старой футеровки;
— создания персоналу максимальных удобств в работе;
— свободного доступа персонала к механизмам и ко всем узлам и частям сменного оборудования;
— обеспечения безопасных условий работы;
— применения механизмов для операций ломки футеровки и уборки огнеупорного лома.
Для механизации удаления старой футеровки сталеразливочных и промежуточных ковшей предусматривается устройство для ломки футеровки.
2. Оборудование на участке выполнения футеровки.
На участке выполнения футеровки предусмотрены специальные стенды и установки, обеспечивающие максимальную механизацию футеровки и безопасные условия труда.
Для выполнения футеровки предусматриваются следующие устройства:
— яма для кладки футеровки разливочных ковшей;
— стенд для футеровки сводов дуговых электропечей;
— стенд для выполнения футеровки вакуум-камеры с патрубком;
— стенд для выполнения футеровки промежуточного ковша;
3. Оборудование на участке сушки и нагрева футеровки.
На участке сушки и нагрева футеровки размещены стенды для сушки и нагрева сталеразливочных ковшей, сводов, крышек, вакуум-камер и промежуточных ковшей. Сменное оборудование устанавливается на стенды сушки и нагрева мостовым краном грузоподъёмностью 100/25/10 т. Подача газа и воздуха на горение регулируется.
При отсутствии электрического тока, недостаточном давлении газа или воздуха подача газа автоматически перекрывается на всех стендах. Стенды там, где это необходимо, оборудованы рабочими площадками, обеспечивающими свободный доступ персонала для эксплуатации и обслуживания оборудования. Отработанные газы горелок, работающих на природном газе, выводятся из под крышек принудительно через дымоотводы на каждом стенде, объединённых в один общую систему дымоотведения – дымоход – с принудительным вентиляционным созданием разряжения.
4. Общая характеристика устройств сушки и подогрева.
1. Стенд для нагрева и сушки сталеразливочных ковшей:
— Температура ковша после нагрева: 800 – 1200 0С;
— Время сушки и нагрева ковша со слингерной футеровкой – 30 ч;
— Время сушки и нагрева ковша с кирпичной футеровкой – 28 ч;
2. Стенд для сушки сводов и крышек:
— Температура сушки около 200 0С;
— Время сушки около 6 – 12 ч (в зависимости от сезона);
3. Стенд для сушки и нагрева вакуум-камеры:
— Температура сушки около 1400 – 1500 0С;
— Время нагрева около 48 ч;
4. Стенд для сушки и нагрева промежуточных ковшей:
— Температура сушки около 600 – 800 0С;
— Время нагрева около 8 ч;
В отделении предусмотрены места для участков подготовки шиберных затворов ковшей, подготовки фурм продувки аргоном и подготовки мертелей.
1.2. Технологическая характеристика процесса футеровки
Футеровкой называют предварительное покрытие огнеупорными материалами внутренних поверхностей ёмкостей (стальковшей и промковшей), в которых находится расплав жидкого металла. Футерование позволяет обеспечить сохранность стенок стальковшей и промковшей в ЭСПЦ ОЭМК и предохранить их от контакта с жидким металлом во избежание расплавления и прожига.
Технологический процесс футеровочных работ в футеровочном отделении ЭСПЦ регламентируется технологической инструкцией ТИ-ЭС-414-2005, которая устанавливает технологический процесс изготовления футеровки крышек технологических агрегатов: крышек укрытия сталеразливочных ковшей, крышек стендов сушки футеровки сталеразливочных ковшей, водоохлаждаемых крышек установок продувок аргоном (УПА), центральных частей водоохлаждаемых сводов ДСП и других подобных конструкций.
Применяемые материалы:
1. Масса набивная корундовая марки МКН-94 по ТУ 14-194-206-94.
2. Смесь муллитокремнеземнистая бетонная марки СМКРБТ по ТУ 14-8-381-89.
3. Смесь алюмосиликатная бетонная марки САЛБТ-1,6 по ТУ 14-8-380-90.
4. Плотный огнеупорный низкоцементный бетон марки Ceralit SN 88 TV.
5. Плотный огнеупорный низкоцементный бетон марки Ceralit Cast BR 90002.
6. Смесь корундовая бетонная марки СКБ-94 по ТУ 39 00 РК 39359898 ТОО-001-2003.
Для футеровки используют металлоконструкции крышек механически исправные, очищенные от старой футеровки и соответствующие действующим чертежам.
Анкера, выполненные на металлоконструкции крышек, должны соответствовать действующим чертежам. Высота анкеров составляет три четверти высоты заливаемого бетона.
Технология футеровки крышек:
Приготовление бетонов для футеровки крышек выполняют согласно требований ТИ ЭС-95-2005 «Приготовление растворов мертелей, огнеупорных бетонов и набивных масс».
Заливку бетона на металлоконструкцию крышки ведут с виброуплотнением Толщина бетонного слоя на водоохлаждаемых крышках УПА — (30±2) мм, на крышках укрытия и стендах сушки стальковшей — (100±2) мм.
Забетонированную крышку выдерживают в течение 3 суток при температуре поверхности бетона не менее 5°С.
Сушка футеровки крышек:
Футеровку крышек УПА, стальковшей и стендов сушки стальковшей сушат на специальных стендах при температуре (200±5) °С.
Время сушки водоохлаждаемых крышек УПА — не менее 6 часов, крышек укрытия стальковшей и крышек стендов сушки стальковшей — не менее 8 часов.
1.3. Технологическая характеристика стендов сушки
ССЦЧС предназначен для сушки центральных частей водоохлаждаемого свода, водоохлаждаемых крышек УДПА и крышек накрытия. В состав ССЦЧС входит установка для сушки ЦЧС и установка для сушки водоохлаждаемых крышек УДПА и крышек накрытия. В состав каждой установки входят печь и топка. Установки объединены общей системой трубопроводов подачи газа и воздуха, с запорной и регулирующей аппаратурой. В состав стенда входит тракт дымоудаления.
Топки оснащены горелками беспилотными с переменным избытком воздуха ПИВ-450А.
Газопровод оснащен:
— трубопроводом, условным диаметром 100 мм от цехового коллектора;
— свечой безопасности;
— расходомерной диафрагмой;
— запорной арматурой условным диаметром от 15мм до 100 мм;
— предохранительным запорным клапаном (ПЗК).
Воздухопровод оснащен:
— вентилятором ВР 12-26-5;
— трубопроводом
— расходомерной диафрагмой;
— запорной арматурой условным диаметром от 15мм до 100 мм.
Система дымоудаления состоит из дымососа ДН-11,2у правого вращения и тракт дымоудаления.
Газовые горелки на ССЦЧС имеют следующие технические характеристики:
— тип — двухпроводная, с переменным избытком воздуха ПИВ 450 А.;
— количество на стенде, шт. 2;
— номинальная тепловая мощность, кВт 540;
— минимальная тепловая мощность, кВт 54;
Горелка с переменным избытком воздуха ПИВ-450А состоит из камеры предварительного смешения, двухходового контура охлаждения, камеры сгорания, газового и воздушного коллекторов.
Топливо – природный газ:
— объемная доля, %: СН4-98,518; С2Н6-0,424; С3Н8 — 0,033; С4Н10-0,128; С5Н12 — 0,048; СО2 — 0,011; N2 — 0,838
— теплота сгорания, МДж/м3: 33,3;
— давление газа перед установкой:
сушки крышек, кПа: 17;
сушки ЦЧС, кПа: 17;
расход природного газа на стенд, м3/ч: до 75;
Воздухоснабжение ССЦЧС:
Вентилятор-ВР 12-26-5:
— производительность, м3 /ч: 6500;
— давление воздуха, кПа: 7,8;
Для удаления избытка теплоносителя и продуктов сгорания из рабочего пространства используется система дымоудаления, которая включает в себя дымосос и тракт дымоудаления.
Дымосос ДН –11,2у правого вращения:
— подача, м3 /ч: 18400;
— давление, кПа: 1,5.
Состав отходящих газов:
— О2, %: 20,3;
— СО2, %: 0,2.
Внешний вид стенда приведён на рисунке 1.1.
Рис 1.1. Внешний вид стендов сушки крышек и сводов.
1.3.1. Порядок выполнения работ на стенде сушки крышек и сводов
1. Подготовка к пуску.
— Огнеупорщик, при подготовке стенда к работе, должен убедиться в наличии запальной свечи зажигания на горелке и уплотнительной медной шайбы между свечой и корпусом горелки.
— Проверить закрытие запорных кранов на газопроводах перед горелкой и открытие запорных кранов на воздухопроводах перед горелкой.
— Установить ЦЧС или крышку накрытия плотно с корпусом печи.
— Прикрыть сверху все отверстия ЦЧС или крышки накрытия.
2. Розжиг горелки.
— Включить вентиляторы подачи воздуха на горелку печи и рециркулятор вытяжки газов.
— Открыть заслонки:
на сброс вытяжки газов от 20 % до 30 % ;
вытяжки дымовых газов от 20 % до 30 %;
подачи воздуха рециркулятора в печь от 40 % до 50 %.
— Провентилировать рабочее пространство печи в течение 5 минут.
— Установить запорный клапан (ПЗК) в рабочее состояние.
— В приборном помещении КИПиА, на стенде ЦЧС и крышек накрытия, поставить переключатель в положение — “ЦЧС” или “КРЫШКИ”. Если сушатся одновременно ЦЧС и крышка, то — в нейтральное положение.
— На стенде “Печь сушки ЦЧС и крышек” или “Печь сушки крышек” – включить “Ремиконт” в автоматический режим (кнопка), причем в окне прибора должен светиться — “Контур -1”.
— При помощи пульта управления установить расход воздуха в пределах от 15 % до 20 % шкалы. Переключатель на пульте должен находиться в положении “РУЧН”. Открывать задвижку подачи газа на горелку печи до конца и, с одновременным нажатием кнопки искрового заряда и кнопки подачи газа на горелку, добиться воспламенения газа. При воспламенении газа на пульте загорается лампочка контроля пламени.
— После того, как загорелась лампочка контроля пламени, повернуть переключатель на пульте управления из положения — “Ручн”, в положение — “Авт”. Стрелка на приборе контроля расхода газа должна автоматически установиться на 60 % от шкалы прибора; на приборе контроля расхода воздуха – 60 % от шкалы прибора.
— В случае необходимости регулирования расхода газа и воздуха в ручном режиме необходимо:
После розжига горелки, установить расход газа до 60 % шкалы прибора, что соответствует:
15 м3/ч — для ЦЧС;
20 м3/ч — для крышек укрытия.
Расход воздуха установить тоже до 60 % шкалы прибора, что соответствует:
300 м3/ч — для ЦЧС;
400 м3/ч — для крышек укрытия.
— При уменьшении нагрузки, вплоть до полного отключения горелки, необходимо сократить подачу воздуха, а затем газа. При полном отключении горелок провентилировать горелки и топку от остатков газа.
— При простое стенда более 8 часов вызвать слесаря и установить заглушку.
3. Надзор и техническое обслуживание оборудования во время работы.
Огнеупорщику, занятому на сушке сталеплавильных агрегатов осуществлять контроль за работой оборудования во время работы стенда.
4 Отключение газового оборудования.
По окончании сушки ЦЧС и крышек укрытия, переключатель на пульту установить из положения — “Авт” в положение — “Ручн”. Кнопкой на пульту сократить подачу воздуха до полного отключения, а затем отключить газ. Провентилировать горелку и топку от остатков газа, для этого открыть заслонку на сброс вытяжки газов на 100 % и провентилировать печь в течение 5 минут.
1.3.2. Сведения о наличии сигналов в системе управления
В разрабатываемом дипломном проекте объектом управления является стенд сушки крышек укрытия стальковшей и центральных частей водоохлаждаемых сводов ДСП. Управление работой стенда осуществляется вручную оператором стенда сушки на основании показаний измерительных приборов, входящих в состав существующей системы управления. На местном уровне (непосредственно возле стендов) индикация показаний измерительных приборов осуществляется амперметрами, включенными в выходные цепи приборов, с нанесённой на них шкалой в единицах измерения приборов. Основным регулируемым параметром при управлении режимом сушки является температура внутренней поверхности футеровки и скорость роста этой температуры. Она измеряется ручными пирометрами. Скорость роста определяется исходя из личного опыта операторов стендов сушки и устанавливается путём выставления определённого расхода газа и воздуха. Для того, чтобы угарные газы не выходили из технологических отверстий в крышке стенда, производится их отвод из под крышки в дымоотсос, то есть под крышкой стенда создаётся разрежение, которое тоже измеряется приборами и регулируется, так как при слишком высоком разряжении увеличивается расход газа и воздуха на нагрев.
Таблица 1.1. Перечень измерительного оборудования
на стендах сушки крышек и сводов
Наименование операции Измеряемый параметр Средства измерения
Наименование и пределы измерений Допустим. отклонения Наименование, тип Пределы и погрешность измерения
1 2 3 4 5
Измерение расхода природного газа Расход природного газа стенд сушки крышек, 0- 32м3/ч ±5% 1.Диафрагма ДКС0,6-50-1-А/Б
2.Преобраз. Сапфир22ДД
3.Ломиконт Л-110 1.0-32м3/ч
2.0-0,63Кпа; 0,5%;
3.4-20мА; 0,8%;
Измерение давления природного газа Давление природного газа перед горелкой стенда сушки крышек 0-25кПа ±5% 1.Преобраз. Сапфир22ДИ
2.Ломиконт Л-110 1.0-25Кпа;0,5 %;
2.4-20мА; 0,8 %;
Измерение расхода воздуха Расход воздуха на стенд сушки крышек 0- 630м3/ч ±5% 1.Диафрагма ДКС0,6-200-1-А/Б
2.Преобраз. Сапфир22ДД
3.Ломиконт Л-110
1.0-630м3/ч,
2.0-0,63Кпа; 0,5 %;
3.4-20мА; 0,8 %;
Измерение давления воздуха Давление воздуха на стенд сушки крышек 0-10кПа ±5% 1.Преобраз. Сапфир22ДИ
2.Ломиконт Л-110 1 0-10 кПа; 0,5% ;
2. 4-20мА; 0,8 %;
Измерение давления разрежения Разрежение в печи стенда сушки центральной части свода -0,2 -0- 0,2кПа ±5% 1. Сапфир-22-ДИВ
2. Ломиконт-Л110 1.-0,2-0-0,2 кПа; 0,5%;
2. 4-20мА; 0,8 %;
Измерение расхода природного газа Расход природного газа стенд сушки центральной части свода 0-32м3/ч ±5% 1.Преобраз. Сапфир22ДД
2.Ломиконт Л-110 1.0-32м3/ч
2.0-0,63Кпа; 0,5%;
3.4-20мА;
Продолжение Таблицы 1.1.
1 2 3 4 5
Измерение давления природного газа Давление природного газа перед горелкой стенда сушки центральной части свода 0-25кПа ±5% 1.Преобраз. Сапфир22ДИ
2.Ломиконт Л-110 1.0-25Кпа;0,5 %;
2.4-20мА; 0,8 %;
Измерение расхода воздуха Расход воздуха на стенд сушки центральной части свода 0-500м3/час ±5% 1.Преобраз. Сапфир22ДД
2.Ломиконт Л-110 1.0-500м3/ч,
2.0-0,63Кпа; 0,5%;
3.4-20мА;
Измерение давления воздуха давление воздуха перед горелкой стенда сушки центральной части свода 0-10кПа ±5% 1.Преобраз. Сапфир22ДИ
2.Ломиконт Л-110 1 0-10 кПа; 0,5%;
2. 4-20мА;
Измерение давления разрежения Разрежение в печи стенда сушки крышек -0,2 -0- 0,2кПа ±5% 1.Преобраз. Сапфир22ДВ
2.Ломиконт Л-110 1.-0,2-0-0,2 кПа; 0,5% ;
2. 4-20мА; 0,8 %;
Измерение давления природного газа давление природного газа в сети 0-25кПа ±5% 1.Преобраз. Сапфир22ДИ
2.Ломиконт Л-110 1.0-25Кпа;0,5 %;
2.4-20мА; 0,8 %;
Измерение давления воздуха давление воздуха в сети 0-10кПа ±5% 1.Преобраз. Сапфир22ДИ
2.Ломиконт Л-110 1 0-10 кПа; 0,5%;
2. 4-20мА; 0,8 %;
Измерение разрежения Сапфир-22-ДВ Разрежение перед дымососом -1,6 — 0кПа ±5% 1.Преобраз. Сапфир22ДИ
2.Ломиконт Л-110 1-1,6 — 0кПа 0,5%;
2. 4-20мА; 0,8 %;
Измеряя температуру внешней поверхности футеровки крышек и сводов, оператор сушки контролирует прогреваемость стенок для предотвращения высокого поперечного температурного перепада и нарушения целостности футеровки.
Таким образом, для осуществления регулирования температуры футеровки на стендах сушки крышек укрытия стальковшей и центральных частей водоохлаждаемых сводов ДСП используются следующие информационные сигналы:
— Расход природного газа стенд сушки крышек;
— Давление природного газа перед горелкой стенда сушки крышек;
— Расход воздуха на стенд сушки крышек;
— Давление воздуха на стенд сушки крышек;
— Разрежение в печи стенда сушки центральной части свода;
— Расход природного газа стенд сушки центральной части свода;
— Давление природного газа перед горелкой стенда сушки центральной части свода;
— Расход воздуха на стенд сушки центральной части свода;
— Давление воздуха перед горелкой стенда сушки центральной части свода;
— Разрежение в печи стенда сушки крышек;
— Давление природного газа в сети;
— Давление воздуха в сети;
— Разрежение перед дымососом;
— Температура внутренней футеровки крышки;
— Температура внутренней футеровки свода;
— Температура внешней стенки крышки;
— Температура внешней стенки свода;
— Положение регулирующего клапана газа на стенде крышек;
— Положение регулирующего клапана воздуха на стенде центральной части свода;
— Наличие пламени на горелках стенда крышки;
— Наличие пламени на горелках стенда центральной части свода;
1.4. Характеристика исходного уровня автоматизации объекта управления
До недавнего времени единой системой автоматизации технологического процесса сушки были оснащены все стенды сушки: промковшей, стальковшей и крышек. В настоящее время управление процессами сушки на стендах промковшей выполняет АСУ ТП, разработанная на современной технической базе. Эта система построена на базе контроллеров Simatic-S300 и ПК US-Robotics и позволяет вести обмен данными с общецеховой системой автоматизации. Построение новой системы автоматизации началось со стендов сушки промковшей, поскольку со вводом в эксплуатацию новой МНЛЗ-6 в ЭСПЦ резко увеличилась потребность в промковшах именно для этой машины.
Но на стендах сушки крышек и сводов система автоматизации осталась старая. В её состав входят 2 контроллера «Ломиконт-Л-110» со сроком службы более 20 лет и станция визуализации на основе PC-286. Программное обеспечение контроллеров и системы визуализации разрабатывалось специалистами комбината без предварительной проектной подготовки в режиме текущего ремонта. Система визуализации написана на SCADA-системе «Скат-2» и работает под управлением MS-DOS3.11. Снимок экрана существующей системы визуализации приведён на рисунке 1.2.
Рис.1.2. Существующая система визуализации на базе Скат-2.
Всё используемое оборудование морально и физически устарело, давно выработало свой срок службы и ремонту не подлежит ввиду отсутствия запасных частей, поскольку их производство давно прекращено. По существу, данная система предназначена для удалённого наблюдения за состоянием датчиков давления, расхода и температуры на стендах сушки и архивирования поступающих сигналов, поскольку функции управления в ней не реализованы. Управление процессом сушки осуществлялось вручную с локальных систем управления. Причём после снятия части функций состав системы существенно не изменился, поскольку архитектура её была построена таким образом, что обработку показаний датчиков расходов выполнял один контроллер, а датчиков давления и температуры – другой.
Поскольку, согласно технологическим требованиям, сушка крышек и сводов осуществляется в несколько этапов, характеризуемых различными временами выдержки, температурой поверхности футеровки крышек и сводов и скоростью нарастания этой температуры, то на оператора стендов сушки ложилась достаточно сложная задача по ручному управлению исполнительными механизмами подачи газа и воздуха для обеспечения максимально точного соблюдения требований технологических карт, то есть для соблюдения заданного графика изменения температуры футеровки.
1.4.1. Описание недостатков существующей системы
При анализе существующей системы автоматизации выявлены следующие недостатки:
— Система автоматизации не является системой автоматического управления. Она предназначена только для сбора текущих данных о ходе процессов сушки на стендах, как то: давление и расход газа и воздуха, разрежение дымовых газов в дымоотводе стендов;
— Аппаратная часть системы автоматизации является существенно устаревшей и не подлежит ремонту, восстановлению или модернизации вследствие отсутствия запасных частей или новых блоков, поскольку их производство давно прекращено;
— На базе существующей системы невозможно реализовать систему автоматического управления вследствие причин – изложенных в предыдущем пункте – отсутствие новых блоков, например, для вывода дискретных сигналов на устройства управления.
Рассматривая весь процесс управления крышек и сводов, так же можно сделать ряд замечаний:
— Наличие пламени на горелках стенда автоматически никак не контролируется – оператор проверяет его визуально или по слуху, что требует постоянного присутствия его возле стенда во избежание возникновения возможных аварийных ситуаций;
— Регулировка температурного режима внутри стенда, который и является определяющим параметром при осуществлении регулирования, используются значения косвенных параметров – расход газа и воздуха, то есть фактически происходит управление не температурой, а расходом, причём все расчёты делаются на основании личного опыта работы оператор стендов сушки, что заведомо повышает влияние человеческого фактора на конечный результат;
— Выставленные параметры расхода газа и воздуха могут существенно изменятся в соответствии с изменением давления газа и воздуха в подводящих системах стенда;
— Для полного сгорания газа при регулировании расходов должно выдерживаться соотношение газа/воздуха в определённых пропорциях (в зависимости от влажности поступающего воздуха и состава газа – обычно в пределах газ/воздух = 1/10, 1/12). Существующее управление основано на независимом регулировании расхода газа и воздуха на горение, что повышает вероятность возникновения аварийных ситуаций (газа открыто существенно больше чем воздуха – возникновение взрывоопасной смеси), перерасхода энергоносителей, увеличивает загрязнение атмосферы;
— Отсутствие контроля над составом и температурой выходных газов снижает сроки службы оборудования по отсосу и очистке отводимых газов и увеличению загрязнения атмосферы, что может повлечь за собой наложение штрафных санкций со стороны контролирующих экологическое состояние органов.
1.5. Постановка задачи на разработку АСУ ТП
Создание системы автоматизации процесса сушки крышек укрытия стальковшей и УПА и центральных частей водоохлаждаемых сводов ДСП на стендах сушки футеровочного отделения ЭСПЦ имеет своей основной целью обеспечение точности и равномерности проведения процесса сушки в соответствии с параметрами, заданными в технологических картах сушки. Основным регулируемым параметром при этом является температура футерованных поверхностей изделий. В технологических картах задаётся график изменения температуры в виде ломаной линии, где температура зависит от времени, как показано на рисунке 1.3.
При этом важным фактором является соблюдение нормативов по выбросам в атмосферу продуктов сгорания, то есть состав газов, образующихся в ходе процесса сушки. Выбрасываемые через общий для стендов сушки дымовой тракт газы после дымососа подвергаются очистке от продуктов сгорания в системе газоочистки. Чтобы на выходе этой системы получить воздух требуемой чистоты, необходимо контролировать содержание вредных продуктов горения на входе.
Управление работой этой части системы уже реализовано при разработке новой системы автоматизации стендов промковшей.
Таким образом, разрабатываемая система автоматизации должна осуществлять следующие информационные и управляющие функции:
— Осуществление автоматического регулирования на стендах сушки следующих величин:
• Температурного режима сушки;
• Режима горения (соотношения газ-воздух);
• Давления под крышкой стенда;
— Хранение и модификацию режимов сушки в соответствии с разработанными технологическими картами;
— Контроль дополнительных параметров работы оборудования:
• давления газа и воздуха;
• температуры футеровки изделий;
• температуры подогрева воздуха, температуры дыма до и после рекуператора;
— Сбор и архивирование данных по основным и дополнительным контролируемым параметрам;
— Контроль над состоянием и правильной работой газового оборудования, выдача предупреждающих и аварийных сигналов и осуществление действий по аварийному завершению работы оборудования во избежание аварии;
— Улучшить условия труда для обслуживающего персонала;
— Автоматическое формирование и выдача отчётных документов по расходам энергоносителей за определённые периоды времени.
В процессе разработки системы автоматизации работы стендов крышек укрытия стальковшей и УПА и центральных частей водоохлаждаемых сводов ДСП необходимо:
— Выбрать и обосновать выбор датчиков расхода и давления газа, воздуха и дыма, исполнительных механизмов для регулирования расхода и давления, температурных датчиков для измерения температуры активных сред;
— Выбрать и обосновать метод замера температуры поверхности футеровки изделий и тип измерительного прибора;
— Разработать математическую модель регулирования температуры поверхности футеровки;
— Разработать математическую модель регулирования разряжения под крышкой стенда;
— Выбрать и обосновать тип контроллера для построения системы регулирования перечисленных параметров;
— Определить перечень необходимых входных и выходных сигналов системы;
— Выбрать пакет визуализации и разработать видеограммы для управления и отображения работы системы автоматизации.
— Обеспечить совместимость разрабатываемой системы с существующей системы автоматизации стендов сушки промковшей.
1.5.1. Анализ средств решения задачи
Как уже было сказано ранее, в настоящий момент системы автоматизации на стендах сушки крышек укрытия стальковшей и УПА и центральных частей водоохлаждаемых сводов ДСП фактически не существует, поэтому её необходимо строить на совершенно новых компонентах, без учёта уже установленных и работающих элементов системы.
Для систем АСУТП ЭСПЦ принят определенный стандарт построения как технических средств автоматизации, так и средств для программного обеспечения, с целью унификации закупаемого оборудования. Это дает возможность значительно сокращать разнообразие и количество запасных частей и оборудования и упрощать эксплуатацию АСУТП различных систем автоматизации одним и тем же персоналом. Кроме того, требуется выполнить корректную стыковку разрабатываемой системы и возможность её совместной работы с существующей системой автоматизации стендов сушки промковшей и стальковшей.
Оборудование стендов сушки крышек укрытия стальковшей и УПА и центральных частей водоохлаждаемых сводов ДСП включает в свой состав газовое оборудование. Согласно требованиям по безопасности службы газового хозяйства, устройства управления распределением газа должны включать в свой состав локальные средства автоматики – схемы безопасности, действующие без участия верхних уровней и контроля со стороны оператора, а так же средства ручного управления и сигнализации.
Для сбора и преобразования данных с измерительных приборов и выдачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы, а так же выполнения программ логического управления и автоматического регулирования служат программируемые логические контроллеры. Согласно принятому на комбинате стандарту построения систем управления, контроллеры должны осуществлять полное управление всеми параметрами объекта даже при отключении систем верхнего уровня, производить все требуемые математические и алгоритмические расчёты в соответствии с математической моделью системы регулирования.
Функции контроля за работой системы управления (контроллеров), изменения задания для регуляторов, включения-выключения подсистем, сбора и архивирования данных, формирование отчётов возлагается на систему визуализации технологического процесса, обычно выполняемую на одном из используемых на комбинате SCADA-пакетов с установкой двух дублирующих компьютерных станций в промышленном исполнении.
В связи с этими ограничениями и требованиями, систему АСУ ТП сушки крышек укрытия стальковшей и УПА и центральных частей водоохлаждаемых сводов ДСП предполагается сделать трёхуровневой:
— локальный уровень (уровень 0);
— уровень автоматического контроля и управления (уровень 1);
— уровень операторского интерфейса и визуализации (уровень 2);
Состав технических средств и программных систем будет определён позднее при выборе и обосновании технического и программного обеспечения.
1.6. Разработка математической модели
Математическое моделирование является методом научного исследования, который основан на познании изучаемых процессов с помощью математической модели. Этот метод базируется на математическом подобии. У математически подобных объектов процессы обладают различной физической природой, но описываются идентичными уравнениями. Отказ от одинаковой природы модели и оригинала при сохранении сходства математического описания расширяет диапазон применения метода, позволяет сделать качественный скачок в развитии моделирования.
Математическое моделирование:
— позволяет осуществить с помощью одного устройства решение целого класса задач, имеющих одинаковое математическое описание;
— обеспечивает простоту перехода от одной задачи к другой, введение переменных параметров, возмущений и различных начальных условий;
— дает возможность моделировать по частям (по «элементарным» процессам), что особенно существенно при исследованиях сложных объектов металлургической технологии;
— использует весьма эффективное средство исследования процессов — быстродействующую вычислительную технику, которая непрерывно совершенствуется;
— экономичнее метода физического моделирования как по затратам времени, так и по стоимости.
1.6.1. Анализ информационной базы входных и выходных параметров стенда сушки крышек и сводов
Для осуществления своих функций разрабатываемая система должна использовать сигналы с измерительных и регулирующих приборов. В соответствии с этим, был составлен перечень основных входных и выходных сигналов автоматической системы управления, приведённый в таблице 1.2. и таблице 1.3.
Таблица 1.2. Входные параметры для стенда сушки
центральной части свода и крышек укрытия ковшей.
Назначение Тег
Основные Стенд крышек Стенд сводов
Аналоговые сигналы:
Температура футеровки крышки TIRA_С_1 TIRA_S_1
Температура каркаса крышки TIC_C_1 TIC_S_1
Расход газа, Нкуб.м/час FIC_C FIC_S
Положение ИМ подачи газа GI_C_111 GI_S_111
Расход воздуха, Нкуб.м/час FIRA_C FIRA_S
Положение ИМ подачи воздуха GI_C_211 GI_S_211
Давление под крышкой стенда, Па PIRA_C_1 PIRA_S_1
Положение дымового клапана стенда GI_C_31 GI_S_31
Температура подогрева воздуха TIC_C_2 TIC_S_2
Положение отсечного клапана стенда GI_C_41 GI_S_41
Положение отсечного клапана системы розжига GI_C_51 GI_S_51
Дискретные сигналы
Наличие пламени на горелках FI_C_1 FI_S_1
Падение давления газа на стенд PI_C_1 PI_S_1
Падение давления воздуха на стенд PI_C_2 PI_S_2
Превышение давления под крышкой PI_C_3 PI_S_2
Дополнительные
Аналоговые сигналы
Давление газа на горение, кПа PIRA_C_2 PIRA_S_2
Давление воздуха на горение, кПа PIC_C_3 PIC_S_3
Температура дыма перед рекуператором TIC_C_31 TIC_S_31
Температура дыма за рекуператором TIC_C_32 TIC_S_32
Дискретные сигналы
Наличие крышки (свода)на стенде GI_C_5 GI_S_5
Таблица 1.3. Управляющие сигналы для стенда сушки
центральной части свода и крышек укрытия ковшей.
Назначение Тег
Стенд крышек Стенд сводов
Управление ИМ газа CA_GI_C_111 CA_GI_S_111
Управление ИМ воздуха CA_GI_C_211 CA_GI_S_211
Управление дымовым клапаном CA_GI_C_3 CA_GI_S_3
Управление отсечным клапаном CA_GI_C_4 CA_GI_S_4
1.6.2. Разработка математических моделей контуров регулирования
Для моделирования переходных процессов в системе, с целью определения настроек регуляторов, необходимо определить схемы всех контуров регулирования, а также передаточные функции всех звеньев контуров регулирования. Задачей системы автоматизации стендов сушки центральной части свода и крышек укрытия ковшей является:
— регулирование температуры футеровки;
— регулирование режима горения (соотношения газ/воздух);
— регулирование давления под крышкой свода и крышкой укрытия ковшей;
Регулирование температуры футеровки происходит путём регулирования расхода газа и взаимосвязанного с ним через коэффициент соотношения расхода воздуха. Регулирование коэффициента соотношения происходит в отдельном контуре, так как его значение зависит от совершенно других параметров.
1.6.2.1. Регулятор температуры
Рассмотрим структуру контура управления температурой футеровки центральной части свода и крышек укрытия ковшей, для анализа совместной работы контура регулирования расхода газа и контура регулирования расхода воздуха. Входной величиной для этого контура регулирования является задаваемая в соответствии с режимом сушки температура, а выходной – температура футеровки центральной части свода и крышек укрытия ковшей. При этом скорость роста температуры футеровки зависит от расхода газа, подаваемого на горелки стенда.
Объект управления (ОУ) – стенд сушки центральной части свода и крышек укрытия ковшей. Процесс нагревания инерционный и описывается апериодическим звеном первого порядка:
(1.1)
Где К–коэффициент передачи апериодического звена;
Т–постоянная времени апериодического звена.
Рис. 1.4. Математическая модель системы
Где: Tзад – заданное значение температуры;
Tтек – текущее значение температуры;
W1 – передаточная функция ПИ – регулятора по газу;
W2– передаточная функция исполнительного механизма в контуре газа;
W3 – передаточная функция ПИ – регулятора по воздуху;
W4– передаточная функция исполнительного механизма в контуре воздуха;
W5 – передаточная функция объекта управления (зона нагрева);
Входным параметром при этом считается объём (расход) поступающего на горелку газа, а выходным – температура футеровки крышки.
Для расчёта коэффициента К возьмём средний участок характеристики соотношения «расход газа» – «температура», на котором при изменении расхода газа от 10 до 20 м3/час – т.е. 10 м3/час, изменение температуры футеровки составляет от 80 до 200 С0, т.е. 120 С0.
Коэффициент К рассчитываем по формуле
(1.2)
Где ?Тф.п. – изменение температуры футеровки равное 120 0С.
?Gг. – изменение расхода газа, выдаваемый исполнительными механизмами, управляющими расходом газа равное 10 м3/час.
Рис. 1.5. Структура контура автоматического управления
температурой футеровки центральной части свода
и крышек укрытия ковшей
Сушка футеровки осуществляется согласно регламенту с постепенным повышением температуры. Постоянная времени Т равна 1/3*tут, где tут, — время установления температуры, равного 15 минутам. Следовательно для стенда сушки центральной части свода и крышек укрытия ковшей постоянная времени Т равна 300 сек.
Передаточная функция крышек по газу для моделируемого контура регулирования выглядит следующим образом:
Для регулирования подачи газа к горелкам стенда сушки используются исполнительные устройства, которое состоит из исполнительного механизма (электродвигатель) и регулирующего органа (поворотная заслонка).
Регулирующий орган характеризуется расходной характеристикой (рис.1.6.), которая представляет собой зависимость расхода газа от угла поворота заслонки.
При основных режимах работы стенда сушки угол поворота заслонки очень редко находится в крайних положениях, поэтому расходную характеристику можно выбрать на линейном участке графика. Тогда передаточная функция заслонки будет иметь вид:
WPO(S)=KП (1.3)
где KП – коэффициент пропускной способности поворотной заслонки газа.
Рис. 1.6. Расходная характеристика заслонки газа
Где a — угол поворота заслонки, %;
G- расход газа для заслонки, м?/ч.
Электродвигатель для исполнительного механизма описывается интегрирующим звеном:
(1.4)
Где Т–время перемещения задвижки от минимального до максимального угла поворота Т=25 секунд т.е. 0,42 минуты;
P–процент открытия задвижки, Р=100%.
Т.к. максимальная пропускная способность данной заслонки составляет 100 м3/ч, то, учитывая модель привода исполнительного механизма (Р=100), КП будет равен 100/100=1.
Тогда передаточная функция исполнительного устройства будет представлена в следующем виде:
Для регулирования подачи воздуха к горелкам стенда сушки используется исполнительное устройство, которое состоит из исполнительного механизма (электродвигатель) и регулирующего органа (поворотная заслонка). Расходная характеристика поворотной заслонки представлена на рисунке 1.7.
Рис. 1.7. Расходная характеристика заслонки воздуха
Где a — угол поворота заслонки ,%;
G- расход воздуха для заслонки, м?/ч.
При основных режимах работы стенда сушки угол поворота заслонки очень редко находится в крайних положениях, поэтому расходную характеристику можно выбрать на линейном участке графика. Тогда передаточная функция заслонки будет иметь вид:
WPO(S)=KП (1.5)
где KП – коэффициент пропускной способности поворотной заслонки газа.
Электродвигатель для исполнительного механизма описывается интегрирующим звеном:
(1.6)
Где Т–время перемещения задвижки от минимального до максимального угла поворота Т=15 секунд т.е. 0,25 минуты;
P–процент открытия задвижки, Р=100%.
Т.к. максимальная пропускная способность данной заслонки составляет 1000м3/ч, то, учитывая модель привода исполнительного механизма (Р=100), КП будет равен 1000/100=10.
Тогда передаточная функция исполнительного устройства будет представлена в следующем виде:
Управляющим устройством в локальных контурах поддержания требуемых расходов воздуха и газа является 3-х позиционный регулятор (Рис. 1.8.) со следующим алгоритмом функционирования:
Uв.упр= (1.7)
где ев – входной сигнал.
3-х позиционный регулятор можно реализовать с помощью двух 2-х позиционных регуляторов. Данный регулятор имеет закон регулирования представленный на следующем рисунке:
а) б)
Рис. 1.8. а) Модель трехпозиционного реле в пакете MatLab; б)Закон регулирования 3-х позиционного реле.
Регулятор с постоянной скоростью рабочего органа исполнительного устройства представляет собой последующие соединение трех позиционного регулятора и исполнительного механизма с постоянной скоростью движения рабочего органа. Задвижка или заслонка приводится в движение электродвигателем с постоянной скоростью. Реле дает сигнал на открытие либо сигнал на закрытие задвижки. Задвижка находится в трех положениях: двигатель открывает заслонку; заслонка на одном месте; двигатель закрывает заслонку.
Рис. 1.9. Схема математической модели регулятора температуры.
Математическая модель системы была построена в прикладном пакете MatLab6.5. В качестве регуляторов для управления подачей воздуха и газа были выбраны ПИ регуляторы как наиболее приемлемые. Остальные варианты отсеялись в процессе моделирования системы, так как приводили систему в неустойчивое состояние. Схема математической модели приведена на рисунке 1.9.
В контурах после моделирования были определены коэффициенты регуляторов для контура расхода газа и воздуха. После оптимизации получены следующие коэффициенты: Кp = 0.172 и Кi = 0.099 – для регулятора расхода газа. Оптимизация была проведена при значении уставки для температуры по среднему значению – 200 0С.
График изменения температуры футеровки приведён на рисунке 1.10 , графики изменения расхода газу и по воздуху приведены на рисунках 1.11 и рисунке 1.12. Параметры оптимизации при расчёте коэффициентов приведены на рисунке 1.13.
Рис. 1.10. График переходного процесса по температуре футеровки
Рис. 1.11. График переходного процесса по расходу газа
Рис. 1.12. График переходного процесса по расходу воздуха
Рис. 1.13. Параметры оптимизации при расчёте коэффициентов
1.6.2.2. Регулятор соотношения газ-воздух
Входящим воздействием для регулятора соотношения газ – воздух в рассматриваемой системе является заданное оператором соотношение. Соотношение газ-воздух является числовым коэффициентом, а не значением физического параметра, и используется при вычислении значения расхода воздуха при задаваемом значении расхода газа.
Численно соотношение газ — воздух определяется так называемым коэффициентом расхода воздуха ?.
Коэффициент расхода воздуха равен:
? =ВВ/ВоВ=ВВ/(VоВ·ВТ) (1.8)
где ВВ – действительный расход воздуха;
ВоВ – теоретический расход воздуха, необходимый для полного сжигания топлива;
VоВ – теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания единицы топлива;
ВТ – расход топлива.
Как показывают исследования, при сжигании газообразного топлива в различных реальных печах и установках нагрева максимальная температура достигается при ? =1,05?1,15.
Для достижения максимального КПД горелок, экономии топлива, минимального содержания СО в составе отходящих газов, необходимо использовать в качестве воздуха горения нагретый воздух до температуры 400оС. Подогрев воздуха осуществляется в рекуператоре отходящими газами.
1.6.2.3. Регулятор давления под крышкой
Для анализа работы контура регулирования разряжения под крышкой, рассмотрим структуру контура управления разряжения, представленную на рисунке 1.14. Входной величиной для этого контура регулирования является задаваемая в соответствии с технологическими требованиями разрежение, а выходной – фактическое разрежение под крышкой. Фактически же регулятор разряжения под крышкой регулирует разницу давлений между дымоотводом стенда и общим дымоходом – чем меньше разница, тем ниже давление под крышкой. Максимальное разрежение под крышкой при таком способе регулирования не может превышать максимальное разрежение в общем дымоходе.
Для регулирования разряжения под крышкой используется исполнительное устройство, состоящее из исполнительного механизма (электродвигателя) и регулирующего органа (поворотная заслонка).
Рис. 1.14. Структура контура автоматического управления
разрежением под крышкой.
Расчёт передаточной характеристики исполнительного устройства регулирования разряжения под крышкой проводился аналогично расчётам для исполнительного устройства регулирования расхода газа и воздуха.
Передаточная функция ИМ представляется идеальным интегрирующим звеном, по каналу сигнал на электродвигатель – доля открытия заслонки:
(1.9)
где Р=100 – доля открытия задвижки (%), за время Т=25 секунд т.е. 0,42 минуты;
Таким образом, передаточная функция исполнительного устройства выглядит следующим образом:
Управляющим устройством в локальном контуре поддержания требуемого угла поворота является 3-х позиционный регулятор с алгоритмом функционирования аналогичным алгоритму описанному в п. 1.6.2.1.:
Разрежение в стенде сушки поддерживается путем открытия/закрытия задвижки находящейся на выходной трубе для отходящих газов. Максимальное значение разряжения под крышкой принималось равным -75 Па при максимальном открытии поворотной заслонки 100%.
Передаточная функция объекта управления по разряжению описывается апериодическим звеном первого порядка
(1.10)
где постоянная времени Т рассчитывается исходя из времени изменения разряжения от 0 до -75 Па при максимальной скорости отвода газов, которое при объёме стенда 14 м3 составляет 12 секунд. Параметр модели К – определим из соотношения величин — угол поворота заслонки (в %) в установившемся режиме. Получаем:
Передаточная функция объекта управления выглядит:
Математическая модель системы была построена в прикладном пакете MatLab6.5. В качестве регулятора для управления разрежением под крышкой был выбран ПИ регулятор. Схема математической модели приведена на рисунке 1.15.
Рис. 1.15. Схема математической модели для регулятора
разряжения под крышкой
После моделирования определили коэффициенты регулятора для контура разряжения: Кp = 1.026 и Кi = 0.1062. Оптимизация была проведена при значении установки для разряжения по номинальному значению – -75 Па. График изменения разряжения под крышкой приведён на рисунке 1.16.
Рис. 1.16. График переходного процесса разряжения под крышкой
1.7. Разработка алгоритмов решения поставленной задачи
Алгоритм работы системы управления работой стендов сушки стендов сушки крышек укрытия стальковшей и УПА и центральных частей водоохлаждаемых сводов ДСП можно условно разделить на три части:
— выполнение предварительных работ оператором стендов сушки;
— выполнение автоматического регулирования работы системы управления;
— контроль состояния аварийной и предупредительной сигнализации;
К выполнению предварительных работ оператором стенда сушки относятся:
— установка крышки на стенд;
— открытие подачи газа на регулирующую аппаратуру (в случае необходимости);
— включение системы розжига и контроля пламени горелок;
— задание и пуск автоматического регулирования режима сушки;
Регламентирование выполнения первых трёх действий оператора стендов сушки определяется соответствующими инструкциями по цеху. Включение системы розжига и контроля пламени горелок (в нашем случае эта система «Krom Schroder») регламентируется соответствующей инструкцией по эксплуатации этой системы и в общем случае выглядит так:
— открыть главный отсечной клапан системы путём нажатия кнопки «РАЗБЛОКИРОВКА» на пульте управления системой;
— включить процедуру розжига горелки путём нажатия кнопки «РОЗЖИГ» на пульте управления системой;
— если горелка не зажглась после выполнения всего цикла по розжигу, то в этом случае необходимо произвести повторную разблокировку и розжиг горелки;
— если повторная попытка оказалась безрезультатной, вызвать ремонтный персонал, отвечающий за обслуживание системы розжига;
Задание и пуск режима сушки:
— перед розжигом горелок осуществить через систему визуализации задание режима сушки для системы регулирования;
— выполнить процедуры по розжигу горелки;
— осуществить запуск регулирования режима сушки (через систему визуализации);
— в случае отказа системы от запуска проверить состояние аварийной сигнализации в системе и принять необходимые меры по устранению аварийных ситуаций;
Алгоритмы работы подсистем системы автоматизации можно разделить на:
— расчёт режимов сушки стендов сушки крышек укрытия стальковшей и УПА и центральных частей водоохлаждаемых сводов ДСП;
— расчёт текущего задания по температуре в соответствии с заданным режимом регулирования;
— регулирование температуры футеровки крышки в соответствии с заданным значением температуры;
— регулирование расхода газа и воздуха в соответствии с заданием от регулятора температуры;
— расчёт текущего значения коэффициента соотношения газ-воздух;
— регулирование разряжения под крышкой стенда согласно установленного значения;
— задание режимов сушки, значений остальных регулируемых величин и контроль за их предельными значениями;
Контроль состояния аварийной и предупредительной сигнализации:
— анализ состояния датчиков положения исполнительных механизмов, отсечных клапанов и датчиков перепада давления;
— управление ходом выполнения программ регулирования на основании данных анализа;
1.8. Выбор и обоснование технического обеспечения
1.8.1. Выбор датчиков давления
В системе предусмотрено измерение давления двух типов – давление газа и воздуха (так называемое положительное давление) и давления под крышкой стенда (так называемое отрицательное давление или разрежение). Кроме того, для аварийной сигнализации в соответствии с правилами установки газового оборудования требуется подобрать датчики падения давления, которые регистрируют изменение давления.
Давление газа и воздуха:
— максимальное давления – 17 кПа;
— номинальное давление – 14 кПа;
Производим выбор датчиков давления:
Таблица 1.4. Технические данные датчиков давления
Тип датчика Ед. изм. Верхний предел измерений Предел допускаемой основной погрешности, % Цена, руб.
Сапфир-22МТ-2130-025 кПа 25 ±0.25 5500
Мида-ДИ-01П-002 кПа 25 ±0.25 3000
МЕТРАН-100-ДИ-1131-02-МП-t10-015-25кПа кПа 25 ±0.10 6320
Датчики МЕТРАН-100-ДИ, хотя и являются более дорогостоящими, чем датчики того же типа, приведённые в таблице, но тем не менее обладают гораздо более высокой точностью измерения. Поскольку диапазоны измерения давления газа и воздуха на подводах к горелкам у нас относительно одинаковы, для измерения давления и газа, и воздуха выбираем датчики МЕТРАН-100-ДИ.
Разрежение под крышкой стенда:
Параметры разряжения под крышкой стенда:
— минимальное разрежение – 10 Па;
— максимальное разрежение – 100 Па;
— номинальное разрежение – 40 Па;
Таблица 1.5. Технические данные датчиков разряжения
Тип датчика Ед. изм. Верхний предел измерений Предел допускаемой основной погрешности, % Цена, руб.
Сапфир-22РИ-1121-010 Па 200 ±0.25 4700
Мида-ДВ-04П-004 Па 100 ±0.20 3600
МЕТРАН-100-ДВ-1210-02-МП-t10-015-0,16кПа Па 100 ±0.10 5450
Для измерения разряжения под крышкой стенда выбираем датчики разряжения МЕТРАН-100-ДВ-1210-02-МП-t10-015-0,16кПа. По данным таблицы видно, что предложенный датчик, хотя и стоит дороже, обеспечивает более высокую точность измерений, чем остальные датчики, поэтому выбираем его для нашей системы.
Аварийная сигнализация падения давления:
Для сигнализации аварийного падения давления применяются датчики напора. Для выбора датчика были проанализированы следующие типы датчиков:
Таблица 1.6. Технические данные датчиков напора
Тип датчика Диапазон уставок Предел допускаемой основной погрешности, % Цена, руб.
ЭДАН-2000 1,0-20 кПа ±0.15 1600
ВЕГА-СИГНАЛ-40ВУ 0,6 – 3,0 кПа ±0.20 4100
ДН-40 0,4-20 кПа ±0.05 1350
Датчики напора ЭДАН и ВЕГА являются пьезоэлектрическими датчиками и содержат в своём составе электрическую схему контроля, что снижает надёжность их работы и требует дополнительного источника питания. Датчик ДН-40 является датчиком-реле, уставка срабатывания которого регулируется механическим способом путём изменения напряженности пружины кулачкового механизма, который в случае превышения давлением заданного значения включает контактное реле. Такой принцип значительно повышает надёжность датчика, кроме того, он значительно ниже по цене чем остальные. Для установки в систему выбираем его. Диапазон измерения позволяет использовать этот датчик как в системе контроля аварийного падения давления как газа, так и воздуха, а наличие в его выходной цепи контактного реле позволяет организовать на его базе систему аварийной отсечки газа и воздуха без участия верхних уровней.
1.8.2. Выбор датчиков расхода
В системе производится измерение расхода двух основных энергоносителей – газа и воздуха, причём эти расходы в связи с предполагаемым коэффициентом соотношения отличаются в 10 раз, соответственно, необходимо провести отдельный выбор расходомеров для подводов газа и воздуха. Для устанавливаемых в системе расходов: расход газа максимальный – 35 Нм3/час, расход воздуха максимальный — 400 Нм3/час. Номинальные расходы в этом случае не имеют смысла, так как при ступенчатом регулировании их значение может отличаться в 10 и более раз.
Таблица 1.7. Технические данные датчиков расхода (для газа)
Тип датчика
Рmax, кПа
Fmax, нм3/ч Относительная погрешность измерения, % Цена,
Сапфир-22МТ-2420- 01-У2-0.25-4кПа/10-42 25 355 ±0.25 7500
SITRANS F 2G Eex dem DN80/3? 30 360 ±0.1 15000
МЕТРАН-100-ДД-3051-02-МП-t10-0,15-ХХкПа 10 35 ±0.1 8300
Управление подачей газа к горелке осуществляется по одному подводу. Общий максимальный расход газа составляет 35 Нм3/час. Исходя из этих данных, выбираем для регулирования расхода газа датчики МЕТРАН-100-ДД как наиболее соответствующие требуемым параметрам.
Исходя из данных таблицы, выбираем расходомер-дифманометр МЕТРАН-100-ДД как наиболее соответствующий заданным в системе параметрам.
Таблица 1.8. Технические данные датчиков расхода (для воздуха).
Тип датчика
Рmax, кПа
Fmax, нм3/ч Относительная погрешность измерения, % Цена,
Сапфир-22МТ-2420- 01-У2-0.25-4кПа/10-42 25 355 ±0.25 7500
Сапфир-22МТ-2410- 01-У2-0.25-0.4кПа/10-42 2.5 6840 ±0.25 6800
SITRANS F 2G Eex dem DN80/3? 30 360 ±0.1 15000
SITRANS F 2G Eex dem DN250/4? 4 7000 ±0.1 12600
МЕТРАН-100-ДД-5051-02-МП-t10-0,15-ХХкПа 12 400 ±0.1 9600
1.8.3. Выбор датчиков температуры
Температурные параметры, измеряемые в системе, делятся на два основных типа – объёмные и поверхностные. К объёмным относятся температуры воздуха на горение, дыма до и после рекуператора. К поверхностным относятся температуры футеровки крышки и температура поверхности крышки. Такое положение требует отдельного рассмотрения типов датчиков для каждой измеряемой температуры.
Для измерения температуры футеровки крышки и поверхности крышки выберем пирометрические датчики температуры, поскольку пирометры являются лучшей альтернативой контактным измерительным устройствам, так как:
— установка и обслуживание пирометра проще и безопасней, поскольку он размещается на удалении от высокотемпературных или агрессивных процессов, а также движущихся объектов;
— пирометр сохраняет точностные характеристики в течении более длительного времени и не подвержен вредным воздействиям;
— пирометр имеет более высокую точность, лучшую воспроизводимость и большее быстродействие.
Диапазон температуры футеровки крышки по технологическим требованиям может колебаться в пределах от 0 до 400 0С. Для измерения такого диапазона выбираем пирометр «Thermalert TX/MТ» производства фирмы «Теккно». Технические характеристики этого пирометра таковы:
— основная инструментальная погрешность — ±0.1%;
— максимальное время срабатывания – 50 мс;
— номинальное расстояние до объекта измерения, L0 — 0.5?9м;
— минимальный диаметр излучающей площадки на расстоянии L0, D0- 3?25мм;
— показатель визирования, К= L0/D0 — 0?100;
— время выхода на рабочий режим – 0,3 мин.
Рабочие характеристики:
— диапазон измерений — 0?400 0С;
— спектральный диапазон – 1.3?1.85 мкм;
— максимум спектральной чувствительности – 1.5 мкм;
— показатель визирования — 0?95.
Цена пирометра «Thermalert TX/MТ» в комплекте с защитным чехлом «Thermo-jacket» с сиcтемой водяного охлаждения и монтажным фланцем «RAY» составляет 21640 руб.
Для измерения температуры поверхности крышки, диапазон которой согласно технологическим требованим составляет 0?200 0С, выбираем пирометр того же производителя «Thermalert TX/LТ».
Технические характеристики этого пирометра таковы:
— основная инструментальная погрешность — ±0.1%;
— максимальное время срабатывания – 50 мс;
— номинальное расстояние до объекта измерения, L0 — 0.5?4м;
— минимальный диаметр излучающей площадки на расстоянии L0, D0- 3?15мм;
— показатель визирования, К= L0/D0 — 0?100;
— время выхода на рабочий режим – 0,2 мин.
Рабочие характеристики:
— диапазон измерений — 0?200 0С;
— спектральный диапазон – 1.3?1.85 мкм;
— максимум спектральной чувствительности – 1.3 мкм;
— показатель визирования — 0?95.
Цена пирометра «Thermalert TX/LТ» в комплекте с монтажным фланцем «RAY» составляет 14220 руб.
Для измерения температуры газа и воздуха выбираем термопреобразователи с унифицированным токовым выходным сигналом. Отличительная особенность выбираемых термопреобразователей – содержат в головке нормирующий усилитель с выходным сигналом 4-20 мА.
Технические характеристики термопреобразователей приведены в таблице 1.9.
Таблица 1.9. Технические данные термопреобразователей.
Тип преобразователя Диапазон измеряемых температур, оС Предел допускаемой погрешности, % Цена, руб.
Омский завод «Эталон»
ТСМУ 9313 0 ? +50 1.0 940
ТХАУ 9310 0 ? +600 1.0 1200
Научно-производственное предприятие «Элемер»
ТСМУ-205-02 -50 ? +50 1.0 1150
ТХАУ-205-12 0 ? +600 1.0 1325
ОАО «Теплоприбор» г. Челябинск
ТСМУ 3226 0 ? +50 0.5 950
ТХАУ 3212 0 ? +500 1.0 1400
ПК «Тесей» г. Обнинск
КТХК01.07-С13-И-100 0 ? +200 0.5 1100
КТХА01.05-С13-И-320 0 ? +400 0.5 1250
КТХК01.05-С10-И-400 0 ? +200 0.5 1050
Так как цены на изделия разных заводов отличаются не на много, то выбираем термопреобразователи Обнинского ПК «Тесей». Для измерения температуры воздуха на горение диапазоном до 2000С – термопреобразователь хромель-копелевый с длиной монтажной части 100 мм КТХК01.07-С13-И-100; для измерения температуры дыма до рекуператора (до 4000С) и температуры дыма после рекуператора (до 200 0С) – термопреобразователь хромель-алюмелевый КТХА01.05-С13-И-320.
1.8.4. Выбор исполнительных механизмов
Для регулировка расхода газа и воздуха, а так же для регулировки разряжения под крышкой стенда используются разные типы исполнительных механизмов в связи с различными требованиями к их точности.
Для электропривода поворотных заслонок производящих регулирование расхода воздуха, а также для регулирования положения заслонок на дымоходе выбираем электрические исполнительные однооборотные механизмы постоянной скорости МЭО, предназначенные для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования в соответствии с командными сигналами, поступающими от регулирующих и управляющих устройств.
Механизмы изготовляются с датчиком обратной связи (блоком сигнализации положения выходного вала) для работы в системах автоматического регулирования или без датчиков ОС с блоком концевых выключателей для ручного режима управления.
Таблица 1.10. Технические данные исполнительных механизмов.
Тип механизма Мн на выходном валу, Н·м Тн полного хода выходного вала, сек. Полный ход выходного вала, оборот. Тип электродви-гателя Цена, руб.
МЭО-40/10-0,25-IIВТ4-93 40 10 0.25 ДСТР-135-1.8-136 3500
МЭО-40/25-0,63-IIВТ4-93 40 25 0.25 ДСТР-135-1.8-136 6500
МЭО-100/25-0,25-IIВТ4-93 100 25 0.25 ДСТР-135-4.5-136 7100
МЭО-100/63-0,63-IIВТ4-93 100 63 0.63 ДСТР-135-4.5-136 7550
Выбор типа механизма производится исходя из номинального крутящего момента поворотной заслонки. Технические данные исполнительных механизмов приведены в таблице 1.10.
Тип блока сигнализации положения выходного вала БСПТ-10 с соединительной тягой с унифицированным токовым сигналом 4-20 мА.
Регулировка расхода воздуха будет осуществляться ИМ МЭО-40/25-0,63, регулировка разряжения под крышкой стенда ИМ МЭО-100/25-0,25.
Для регулировки расхода газа рекомендовано использование комплексного исполнительного механизма фирмы «Krom Schroder» MDN50-E31M. Этот ИМ является комплексным узлом, включающим в себя двухлепестковый поворотный клапан пластинчатого типа с углом поворота 900, управляемого встроенным электродвигателем. Углы поворота клапана управляются цифровой схемой контроля, задание на открытие и закрытие клапана поступает в виде импульсного сигнала 4-20мА, при этом схема контроля выдаёт фактическое положение клапанов на цифровые выходы положения 0-1024 бит.
1.8.5. Система розжига горелок и контроля пламени
Система розжига и контроля работы газовых горелок германской фирмы «Krom Schroder» предназначена для установки в схемах контроля пламени и автоматического розжига горелочных устройств в топочных камерах стационарных котлов, печей и для нагревательных стендов. Технические данные системы приведены в таблице 1.11.
Таблица 1.11. Технические данные системы управления «Krom Schroder»
Технические данные Единица измерения Значение
Напряжение питания В 220 ±10% 50Гц
Потребляемая мощность автомата управления В·А не более 20
Потребляемая мощность запального трансформатора В·А не более 150
Рабочая температура эксплуатации ?С 5?50
Вероятность безотказной работы за 2000 час. 0.99
Диапазон изменения выдержки времени сек. 0?10
На каждом стенде сушки – крышек и сводов – установлено по одной горелке BST210-RT-0/40E фирмы «Krom Schroder». Система управления «Krom Schroder» включает в свой состав автомат управления горелками IFS110IM. В комплекте с горелкой поставляются контрольные электроды, которые предназначены для контроля наличия пламени по току ионизации, сигналы с этих электродов поступают в АУГ. На горелке так же установлена высоковольтная система розжига, на которую поступает напряжение 7,5 киловольт с запального трансформатора TGI-7,5-20/33W в момент, когда АУГ включает розжиг горелок. Количество попыток розжига программируется с помощью хард-коммуникатора от 1 до 32, период времени между попытками тоже программируется от 0,3 до 3 сек. Если горелка не загорелась или погасла, после того как загорелась, АУГ выдаёт сигналы на закрытие отсечного клапана подвода газа к горелке. Кроме того, для работы система «Krom Schroder» требует наличие управляемого отсечного клапана на подводе газа к горелке (который входит в состав системы), поскольку при попытке повторного розжига после погасания доступ газа к горелке между попытками должен перекрываться. Автомат управления горелками IFS110IM имеет информационные сигналы, которые можно снимать для передачи в систему управления – наличие пламени на горелке и состояние отсечного клапана на горелке. Включение автомата розжига возможно только в ручном режиме во избежание аварийных ситуаций.
1.8.6. Выбор контроллера
Для решения вопроса выбора аппаратуры систем автоматизации нужно четко определить, что необходимо для реализации поставленной задачи, необходимо обосновать техническую и экономическую эффективность выбранного варианта, обеспечить требуемую надежность системы и т.д. В настоящее время существует много разнообразных технических средств как отечественного, так и зарубежного производства, предназначенных для комплексной механизации и автоматизации производственных процессов.
Для выбора типа контроллера был проведен анализ существующих контроллеров различных иностранных и отечественных производителей. Сравнительные характеристики по разным фирмам-изготовителям контроллеров с основными показателями представлены в таблице 1.12.
Одну из важнейших ролей в выборе программируемого контроллера играет состав уже используемых в системах автоматизации контроллеров,
Таблица 1.12. Сравнительные характеристики контроллеров
Название фирмы Память Время обработки Количество входов/выходов Сетевые
средства
Цена
Пара- метр Приемлемость Пара- метр Приемлемость Пара-
Метр Приемлемость Пара-
Метр Приемлемость $ USA
Siemens
(Simatic S7-300)
512 Кб
0.5 мс + Д. 4000
А. 250 +
MPI SinecL2
SinecL2 DP Ethernet + 4000
Simens
(Simatic S5)
96 Кб
10 мс
+ Д. 1024
А. 64
+ Sinecl1
Ethern. +
4400
Allen-Bradley
(PLS — 5)
48 Кб —
0.5 мс
+ DH+
Ethern.
5540
ABB (Advant-Control-
ler 410)
4 Мб
10 мс
+ Д. 900
А. 30
+ MODB
Ethern.
5000
Honey-well
(S 9000)
32 Кб
0.5 мс
+ Ethern.
5200
Эмикон
(ЭК – 2000)
128 Кб
10 мс
+ MODB
Ethern.
2000
и в частности, наличие контроллеров того или иного типа в модернизируемой системе автоматизации. В настоящее время по требованиям к разработке и внедрению систем автоматизации, действующим на ОЭМК, при проектировании новой системы при прочих равных условиях требуется использовать контроллеры SIEMENS, так как комбинат обеспечен специалистами по наладке и эксплуатации данных контроллеров и нет необходимости вкладывать дополнительные денежные средства в обучение обслуживающего персонала (программистов и т. д.).. Кроме того, между ОЭМК и фирмой SIEMENS заключен договор о сотрудничестве, и при использовании контроллеров этой фирмы для разработок систем автоматизации на ОЭМК цена на них снижается на 20%. Из опыта эксплуатации, видно что контроллеры фирмы SIEMENS подтверждают высокое немецкое качество и надежность, а также за относительно небольшую цену контроллер с лучшими техническими характеристиками. В существующей модернизированной системе автоматизации стендов сушки промковшей используются как раз контроллеры SIMATIC S7-315-2 DP, что значительно сокращает потребность в ЗИП и специалистах по обслуживанию контроллеров на данном участке автоматизации. Исходя из выше сказанного, выбираем контроллер фирмы SIMATIC S7-315-2 DP. Технические характеристики этого контроллера удовлетворяют требованиям системы управления и достаточны для ее нормального функционирования.
1.8.6.1. Краткая характеристика промышленного контроллера S7-300
Kонтроллер S7-300 осуществляет следующие функции:
— сбор и обработку информации о состоянии объекта управления;
— контроль параметров технологического процесса;
— анализ состояния оборудования;
— управление всем технологическим оборудованием;
— цифровое регулирование;
— предоставление информации оператору.
Контроллеры Simatic S7 являются высоконадежными электронными устройствами, имеют:
— большой выбор модулей дискретного и аналогового ввода-вывода;
— модульную структуру;
— высокое быстродействие;
— мощные средства для разработки, тестирования и запуска в эксплуатацию программного обеспечения;
— развитые диагностические возможности состояния самого контроллера и периферии;
— большую систему команд;
— широкий выбор средств коммуникации;
— мощный набор прикладного программного обеспечения.
Контроллеры Simatic могут применяться как для решения задач управления, так и для задач обработки значений регулирования и измерения.
Процессы измерения, управления и регулирования могут обрабатываться на одном и том же контроллере.
Связь между контроллерами и периферийными устройствами осуществляется с использованием SimaticNET, что позволяет реализовать децентрализованную структуру автоматизации.
Так же контроллеры серии S7-300 предназначены для использования в системах управления, где предъявляются повышенные требования к надежности, к защите систем управления от воздействия пыли, брызг, агрессивных сред, к работоспособности в широком диапазоне температур и воздействия вибрации.
Установив Simatic S7-300 получаем следующие преимущества:
— Быстрый возврат инвестиций;
— Высокая надежность установки;
— Снижение энергопотребления;
— Снижение простоя установки;
— Снижение времени обслуживания;
— Снижение расходов на запасные части.
1.8.6.2. Аппаратная конфигурация контроллера
В соответствии с перечнем сигналов необходима следующая конфигурация контроллера Simatic S7-300:
— Блок дискретных входов – 1 шт.;
— Блок дискретных выходов – 1 шт.;
— Блок аналоговых входов – 3 шт.;
Модули ввода дискретных сигналов для SIMATIC S7-300 (см. таблицу 1.13.) предназначены для преобразования входных дискретных сигналов контроллера в его внутренние логические сигналы. К входам модулей могут подключаться контактные датчики или бесконтактные датчики ВЕRO.
Модули выпускаются в пластиковых корпусах. На их лицевых панелях расположены:
— зеленые светодиоды, индицирующие состояние входных цепей;
— красный светодиод индикации отказов и ошибок;
— разъем для установки фронтального соединителя, закрытый защитной крышкой;
— паз на защитной крышке для установки этикетки с маркировкой внешних цепей.
Таблица 1.13. Характеристика блока дискретных входов
Блок дискретных входов
SM 323 6ES7 321-1BL00-0AA0
Количество входов 32
Напряжение питания
Номинальное значение =24 В
Допустимый диапазон отклонений 20.4 … 28.8 В
Входное напряжение:
номинальное значение =24 В
логической 1 11 … 30 В
логического 0 -3 … +5 В
Изоляция от шины ПЛК Оптоэлектронная
количество входов в группе 8
Входной ток логической 1, типовое значение 7 мА
Задержка распространения входного сигнала
при номинальном входном напряжении 1.2 … 4.8 мс
Количество одновременно контролируемых входов
до 40 °C 32
до 60 °C 32
Подключение 2-проводных датчиков BERO Возможно
Допустимый установившийся ток, до 2 мА
Габариты, мм 40 x 125 x 120
Фронтальный соединитель 20 — полюсный
Масса 220 г
Модули вывода дискретных сигналов для SIMATIC S7-300 (см. таблицу 1.14.) предназначены для преобразования внутренние логических сигналов контроллера в его выходные дискретные сигналы. К входам модулей могут подключаться исполнительные устройства или их коммутационные аппараты.
Модули ввода аналоговых сигналов для SIMATIC S7-300 (см. таблицу 1.15) предназначены для аналого-цифрового преобразования входных аналоговых сигналов контроллера и формирования цифровых величин, используемых центральным процессором в процессе выполнения программы. К входам модулей могут подключаться датчики с унифицированными выходными электрическими сигналами напряжения или силы тока, термопары, термометры сопротивления.
Таблица 1.14. Характеристика модуля дискретных выходов
Блок дискретных выходов
SM 323 6ES7 322-1BL00-0AA0
Количество выходов 32
Напряжение питания L+/L1 =24 В
допустимые отклонения 20.4 … 28.8 В
Выходное напряжение
логической 1 L+ — 0.8 В
Изоляция Оптоэлектронная
количество выходов в группе 32
Максимальный выходной ток
логической 1
— номинальное значение при 60 °C 0.5 A
— минимальное значение 5 мА
логического 0, до 0.5 мА
Суммарный выходной ток группы
до 60 °C (горизонтальная установка) 4 A
Максимальная ламповая нагрузка 5 Вт
Максимальная частота переключения выходов —
при активной нагрузке 100 Гц
при индуктивной нагрузке 0.5 Гц
при ламповой нагрузке 100 Гц
Ограничение коммутационных перенапряжений L+ — 48 В
Защита от короткого замыкания Электронная
Длина кабеля:
обычного 600 м
экранированного 1000 м
Потребляемый ток: —
от шины ПЛК, до 40 мА
от L+/L1 (без нагрузки) 20 мА
Потребляемая мощность 4.5 Вт
Испытательное напряжение изоляции =500 В
Габариты, мм 40 x 125 x 120
Фронтальный соединитель 20 — полюсный
Масса 260 г
Каждая пара входных каналов модуля 6ES7 331-7KF02-0AB0 может быть настроена на свой вид входного сигнала. Выбор вида входного сигнала (сила тока, напряжение, термо-ЭДС или сопротивление) производится аппаратно установкой кодового элемента в одно из четырех возможных положений. Выбор диапазона измерений каждого входа производится программно из среды Hardware Configuration SТЕР-7. Кодовые элементы устанавливаются в разъемы, расположенные в боковой стенке сигнального модуля. Кодовые элементы входит в комплект поставки каждого из перечисленных модулей ввода аналоговых сигналов.
Таблица 1.15. Характеристика модуля аналоговых входов.
Блок аналоговых входов
SM 331 6ES7 331-7KF02-0AB0
Количество входов 8
для измерения сопротивления 4
Номинальное напряжение питания L+ =24 В
Защита от неправильной полярности сигнала Есть
Предел измерений/ входное сопротивление
Напряжение ± 80 мВ /10 МОм,
± 250 мВ/10 Мом
± 500 мВ/10 Мом
± 1 В/10 Мом
± 2.5 В/100 кОм
± 5 В/100 кОм
1 … 5 В/100 кОм
± 10 В/100 кОм
Сила тока ± 10 мА/25 Ом
± 3.2 мА/25 Ом
± 20 мА/25 Ом
0 … 20 мА/25 Ом
4 … 20 мА/25 Ом
Сопротивление 150 Ом /10 Мом
300 Ом /10 МОм
600 Ом /10 Мом
Термопары Типов E, N, J, K/10 Мом
Термометры сопротивления Pt 100 стандартный/10МОм
Ni 100 стандартный
Допустимое напряжение на входах напряжения, до 20 В
Допустимый ток входов силы тока, до 40 мА
Изоляция от шины ПЛК Есть
Линеаризация характеристик
для термопар Типов N, E, J, K
для термометров сопротивления Pt 100 (стандартный диапазон)
Ni 100 (стандартный диапазон)
Температурная компенсация Конфигурируется
внутренняя Возможна
внешняя с компенсационной цепью Возможна
Время преобразования/ разрешение (на канал)
Время интегрирования 2.5/16 2/3/20/100 мс
Разрешение
Продолжение таблицы 1.15.
— униполярные сигналы 9/12/12/14 бит
— биполярные сигналы 9 бит + знак/ 12 бит + знак/ 14 бит + знак
Интерференсное напряжение подавления для интерференсной частоты 400/60/50/10 Гц
Рабочий предел (в полном температурном диапазоне, по отношению к пределу измерения), до ±1 %
Основная погрешность (рабочий предел при 25 °C, отнесенный к пределу измерения), до ±6 %
Продолжение таблицы 1.15.
Прерывания
при достижении предельного значения Конфигурируется
диагностические конфигурируется каналы 0 и 2
Диагностика красный светодиод для индикации групповой ошибки; возможность считывания диагностической информации
Максимальная длина экранированного кабеля 200 м (50 м при 80 мВ)
Потребляемый ток:
От шины ПЛК, до 60 мА
От L+, до 200 мА
Потребляемая мощность, типовое значение 1.3 Вт
Испытательное напряжение изоляции =500 В
Габариты, мм 40 x 125 x 120
Фронтальный соединитель 20-полюсный
Масса 250 г
В других аналоговых модулях выбор вида входного сигнала определяется схемой подключения датчика.
Разрешающая способность модулей может быть установлена в пределах 9…14 бит плюс знаковый разряд. Настройка выполняется средствами Hardware Configuration SТЕР-7. От этого параметра зависит и время преобразования. Модули способны формировать запросы на прерывание для передачи диагностических сообщений и сообщений об ограничении входного сигнала. При необходимости от модуля может быть получена расширенная диагностическая информация.
1.9. Выбор и обоснование системного обеспечения контроллера
Так как в качестве контроллера был выбран SIMATIC S7 300, то при написании программы для разрабатываемой системы автоматизации используем промышленное программное обеспечение SIMATIC, которое включает в себя комплекс полностью совместимых сервисных программ, позволяющих выполнять проектирование, программирование, настройку, наладку, запуск, диагностирование и эксплуатацию систем автоматического управления. Модульная организация промышленного программного обеспечения позволяет выполнять проектные работы параллельно по нескольким задачам или частям одной задачи.
Программное обеспечение SIMATIC характеризуется:
— наличием общей базы данных, в которой хранятся все данные проекта. Эти данные могут использоваться всеми инструментальными средствами;
— наличием встроенной системы инструментальных средств. Для разработки каждой фазы проекта существует свой набор дружественных пользователю функций;
— открытостью. Промышленное программное обеспечение SIMATIC открыто для внедрения в офисную сеть и обладает высокой производительностью;
— наличием проблемно-ориентированных инструментальных средств, отличающихся простотой использования и позволяющих решать специальные задачи автоматизации;
— возможность многократного использования разделов программ. Разработанные программы могут хранится в библиотеках и использоваться в виде готовых блоков в новых проектах;
— возможность параллельного выполнения работ над различными частями проекта;
— наличием встроенных диагностических функций, позволяющих снизить время простоя системы управления и связанные с ним потери.
Все промышленное программное обеспечение SIMATIC можно разделить на четыре класса:
— стандартные инструментальные средства, являющиеся основным программным обеспечением для программирования аппаратуры SIMATIC. Стандартные инструментальные средства используются для программирования аппаратуры SIMATIC S7, необходимые для выполнения всех фаз создания готовой системы управления (включают в себя STEP 7: полная версия пакета программирования всех систем автоматизации);
— инструментальные средства проектирования, включающие языки программирования высокого уровня и технологически ориентированное программное обеспечения. Инструментальные средства проектирования имеют проблемную ориентацию и используются для расширения функциональных возможностей стандартных инструментальных средств. В состав инструментальных средств проектирования входят языки программирования высокого уровня, графические языки программирования, вспомогательное программное обеспечение для диагностики, моделирования, введения документации и т.д.;
— программное обеспечение runtime, предназначенное для практического использования в промышленных условиях. Программное обеспечение runtime позволяет использовать при разработке проектов заранее созданные программные блоки, выполняющие стандартные функции автоматического управления. Программное обеспечение runtime подразделяется на аппаратно зависимое и аппаратно независимое. Аппаратно зависимое программное обеспечение разрабатывается для конкретного оборудования. Аппаратно независимое программное обеспечение более универсально и позволяет решать комплекс задач;
— человеко-машинный интерфейс, включающий в свой состав программное обеспечение для оперативного управления и контроля состояния технологического процесса. Человеко-машинный интерфейс включает в свой состав программное обеспечение для оперативного управления технологическим процессом и визуализации его протекания.
В состав базового пакета STEP 7 входят все стандартные инструментальные средства программирования систем автоматизации SIMATIC S7, необходимые для выполнения всех фаз создания готовой системы управления:
— Конфигурирования и определения параметров настройки аппаратных средств.
— Установки вида связи и ее параметров.
— Программирования.
— Тестирования, запуска и обслуживания.
— Подготовки технической документации и архивации данных.
Для разработки проектов автоматизации STEP 7 позволяет использовать следующий инструментарий:
— SIMATIC Manager: обеспечивает управление всеми инструментальными средствами STEP 7 и удобный доступ ко всем данным проекта;
— Symbol Editor: обеспечивает возможность определения символьных имен, типов данных, ввода комментариев к глобальным переменным;
— Hardware Configuration: используется для выбора конфигурации и установки параметров настройки используемой в проекте аппаратуры. Конфигуратор обеспечивает возможность выполнения следующих функций:
• Конфигурирование системы с выбором необходимых модулей из электронного каталога и их расстановкой по разъемам монтажных стоек.
• Конфигурирование системы распределенного ввода – вывода. Конфигурирование выполняется теми же способами, что и каналов локального ввода вывода.
• Установка параметров настройки центрального процессора. Настройка осуществляется с помощью меню. Введенные данные передаются в системные блоки центрального процессора.
• Установка параметров настройки аппаратных модулей контроллеров. Все параметры настройки устанавливаются с помощью стандартных экранных форм. Установка этих параметров с помощью переключателей становиться не обязательной. Установленные параметры модулей считываются центральным процессором при включении питания. За счет этого замена одного модуля другим может производиться без дополнительного параметрирования.
• Установка параметров настройки функциональных модулей. Эта процедура выполняется с помощью специфичных экранных форм и правил.
— Communication: обеспечивает возможность определения параметров циклической передачи данных по MPI интерфейсу или событийной передачи данных по MPI интерфейсу или сети PROFIBUS-DP;
— Information Functions: обеспечивает возможность быстрого просмотра данных центрального процессора и определения причин сбоев в работе программы.
— Системная диагностика позволяет выполнять обзор системы автоматизации. Результаты обзора могут представляться двумя способами
• В виде тестовых сообщений о состоянии системы.
• В виде графического изображения конфигурации системы.
Для центральных процессоров дополнительная информация может включать такие сведения, как: причины сбоев в функционировании программы пользователя, продолжительность максимального, минимального и последнего цикла сканирования программы, объемы занятой и свободной областей памяти, степень загрузки интерфейса, количество доступных входов и выходов, бит памяти, таймеров, счетчиков и блоков.
STEP 7 объединяет все файлы программ и все файлы данных в блоки. В пределах одного блока могут быть использованы другие блоки. Механизм их вызова напоминает вызов подпрограмм. Это позволяет улучшать структуру программы пользователя, повышать их наглядность, обеспечить удобство их модификации.
Для написания программ могут быть использованы следующие типы блоков:
— Организационные блоки (OB), которые осуществляют управление ходом выполнения программы. В зависимости от способа запуска (циклическое выполнение, запуск по временному прерыванию, запуск по событию и т.д.) организационные блоки разделяются на классы, имеющие различные уровни приоритета. Организационные блоки с более высокими уровнями приоритета способны прерывать выполнение блоков с более низкими приоритетными уровнями. Предусмотрена возможность детального описания события, вызывающего запуск организационного блока. Эта информация может быть использована в программе пользователя.
— Функциональные блоки (FB) содержат программу пользователя. Выполнение функциональных блоков сопровождается обработкой данных различных типов. Эти данные, внутренние переменные и результаты обработки загружаются в выделенный для этой цели блок данных. Управление хранящимися в блоке данными выполняется автоматически. При вводе функциональных (FB) и системных функциональных(SFB) блоков им присваиваются блоки данных.
— Блоки данных (DB) предназначены для размещения глобальных данных. Эти данные могут использоваться любым из программных модулей. В DB могут храниться данные, имеющие элементарный или структурный тип. Примерами данных элементарного типа могут служить данные логического, целого, действительного или других типов. Данные структурного типа формируются их данных элементарного типа. Для обращения к данным, записанным в DB, может использоваться символьная адресация.
— Системные функциональные блоки (SFB) – это функции, встроенные в операционную систему центрального процессора (функции времени, поблочной передачи данных и другие).
— Системные блоки данных (SDB) – это блоки для хранения данных операционной системы центрального процессора. К этим данным относятся параметры настройки системы( например, параметры конфигурации системы управления).
На рисунке 1.17 показана схема взаимодействия блоков между собой.
Рис. 1.17. Схема взаимодействия блоков
1.9.1. Разработка программного обеспечения для контроллера
Система автоматизированного управления стендами сушки промковшей реализована на трех контроллерах. Для обслуживания системы автоматизации стендов сушки крышек стальковшей и водоохлаждаемых сводов необходимо установить ещё два контроллера – по одному на каждый стенд.
1.9.1.1 Отображение объекта в памяти контроллера
В поле флагов контроллера используются следующие флаги:
— М3.0 Флаг рестарта для регуляторов
— М3.1 Горячий рестарт
— М3.2 Теплый рестарт
— М3.3. Холодный рестарт
— М3.7. Общий флаг рестарта
— М5.6 Признак работы операторской станции 1
— М5.7 Признак работы операторской станции 2
Блоки – экземпляры данных
Для каждого функционального блока, имеющего единственный блок – экземпляр данных (Instance – DB) номер этого блока совпадает с номером функционального блока, кроме FB70, имеющего блок – экземпляр DB71 и FB90, имеющего блок – экземпляр DB99.
Управляющие блоки аналоговых параметров DB141 – DB188 являются блоками – экземплярами для FB13.
Следующие управляющие блоки регуляторов являются блоками – экземплярами данных блока FB40:
— DB41 Регулятор давления под крышкой стенда сушки крышек
— DB42 Регулятор давления под крышкой стенда сушки сводов
Следующие управляющие блоки регуляторов являются блоками – экземплярами данных блока FB45:
— DB46 Регулятор температуры, стенда сушки крышек
— DB47 Регулятор температуры, стенда сушки сводов
— DB48 Регулятор соотношения, стенда сушки крышек
— DB49 Регулятор соотношения, стенда сушки сводов
Блоки данных DB21, DB22 являются блоками – экземплярами данных соответственно для стенда сушки крышек и стенда сушки сводов.
Блок FB81 имеет блок – экземпляр для каждого параметра, усредняемого за минуту. Список этих блоков следующий.
Для стенда сушки крышек:
— Давление газа на стенд – DB81
— Давление воздуха на стенд – DB82
— Расход газа, подвод 1 – DB83
— Расход воздуха, подвод 1 – DB85
— Давление под крышкой стенда – DB87
— Фактический коэффициент избытка воздуха.- DB88
Для стенда сушки сводов:
— Давление газа на стенд – DB89
— Давление воздуха на стенд – DB90
— Расход газа, подвод 1 – DB91
— Расход воздуха, подвод 1 – DB93
— Давление под крышкой стенда – DB95
— Фактический коэффициент избытка воздуха.- DB96
Разделяемые блоки данных.
Блоки данных DB101, DB102 — в этих блоках находятся данные по суммарным расходам газа и воздуха, по средним за минуту для усредняемых параметров, по интегральным расходам газа на стенды.
Начиная с DBD12 следуют строки из двух вещественных данных, первое из которых представляет среднее по параметру с начала минуты, а второе – за предыдущую минуту.
Суммарные расходы газа на нечетный и четный стенд находятся соответственно в блоках данных DB101 и DB102.
Интерфейсные блоки.
Интерфейсные блоки предназначены для ввода-вывода со SCADA-системы заданий и параметров регуляторов. Выполнение операций с этими блоками стробируется соответствующими битами, выставляемыми SCADA-системой.
Два интерфейсных блока – DB61, DB62 для подсистемы регулирования предусмотрены, чтобы была возможность одновременного ввода заданий и параметров с двух рабочих станций.
Для передачи системе вновь заданного или откорректированного режима сушки служит интерфейсный блок DB70 OI_TRSDB.Формат блока OI_TRSDB следующий:
DBX0.0 флаг коррекции режима, 0 при начальном задании;
DBX0.1 1, если корректируется контрольная т-ра футеровки, 0 в противном случае
DBX0.7 флаг «принять данные» (взводится SCADA — системой, сбрасывается программой PLC)
DBX1.0 команда на старт режима, стенда сушки крышек
DBX1.1 ввод нового режима до завершения старого, стенда сушки крышек
DBX1.2 стенда сушки крышек не готов к началу режима
DBX1.4 – DBX1.6 Аналогично DBX1.0 – DBX1.2, но для стенда сушки сводов
DBB2 номер стенда
DBB3 номер режима
DBD4 номер крышки (свода) (символьный)
Начиная с DBW8 располагаются строки этапов, каждая из которых имеет длину 12 байт. Формат строки:
Отн. Адрес Тег Назначение
0 Температура футеровки в конце этапа
4 Скорость подъема температуры
8 Длительность этапа – часы
9 Длительность этапа – минуты
10,11 FFh для последнего этапа, 0 для остальных этапов
Если производится коррекция контрольной температуры футеровки, то в DBD8 – новая контрольная температура. Если задается новое время выдержки, то часы находятся в DBB16, а минуты – в DBB17.
Блоки DB73, DB74 являются блоками хранения очередного режима сушки соответственно для стенда сушки крышек и стенда сушки сводов. Первые два байта блоков не используются, а байты, начиная с DBB2 совпадают по формату с DB70.
Блоки данных DB31, DB32 Эти два блока представляют собой блоки отслеживания хода сушки соответственно для стенда сушки крышек и стенда сушки сводов.
Для передачи в SCADA – систему аварийных и прочих дискретных событий предназначены блоки данных DB201, DB202, DB203 – соответственно для аварийных сообщений, предупреждающих сообщений и технологических событий.
1.9.1.2. Функциональные блоки системы
Функциональные блоки общего назначения.
В данном разделе речь идет о блоках, реализующих универсальные функции нижнего уровня и не связанных конкретно с данной системой. Эти блоки могут использоваться и в других системах.
Функция FC11. Назначение функции FC11 INANSW – опрос и преобразование аналогового сигнала, определение схемных ошибок. Функция опрашивает входной сигнал, сохраняет его и определяет характерные признаки ошибок по уровню сигнала. Далее сигнал преобразуется по шкале к действительному значению и умножается на поправку. Результат «усекается» по заданному диапазону, но для выхода за диапазон вводится некоторый допуск (примерно 0,25 мА по сигналу), причем уровни взведения и сброса диагностических флагов различны (гистерезис с целью избегания излишне частой диагностики).
Функция FC21. Функция FC21 CONAPS предназначена для контроля аналогового параметра на верхнюю и нижнюю границы допустимости.
Функциональный блок FB13. Функциональный блок FB13 производит опрос аналогового параметра, связанного с внешним сигналом и его контроль на границы допустимости. Этот блок вызывает функции FC11 и FC21 с передачей необходимых параметров, задаваемых в своем блоке – экземпляре данных. Интерфейс блока состоит исключительно из статических переменных. Для вызова блока ему задается входной сигнал (вызывающий блок FB10) и флаг недоступности модуля (блок FB109). Если параметр вычисляемый, то сразу следует переход на контроль. В противном случае следует преобразование сигнала с выдачей диагностических флагов функцией FC11. Далее вызывается функция FC21 для контроля на допустимость.
Функциональные блоки регулирования.
Функциональный блок FB40. Назначение блока FB40 – подготовка данных и вызов блоков регулирования для стандартного контура, управляемого одним исполнительным механизмом. Стандартные блоки регулирования FB41 и FB43 входят в данный блок как блоки – переменные «multi – instance». Блок вызывается в 100 – миллисекундном цикле.
Функциональный блок FB45. Назначение блока FB45 – подготовка данных и вызов блоков регулирования для контура, управляемого исполнительными механизмами на одном подводе. Стандартные блоки регулирования FB41 и FB43 входят в данный блок как блоки – переменные «multi – instance». Блок вызывается в 100 – миллисекундном цикле.
Функциональный блок FB50. Назначение блока FB50 – подготовка данных и вызов блоков регулирования для контура, управляемого исполнительными механизмами на одном клапане. Стандартные блоки регулирования FB41 и FB43 входят в данный блок как блоки – переменные «multi – instance». Блок вызывается в 100 – миллисекундном цикле.
Блоки, реализующие основные функции системы
Функциональный блок FB10. Назначение блока FB10 – циклический опрос аналоговых сигналов, подготовленных в памяти другими блоками, вызов блока FB13 с соответствующими блоками данных для преобразования и контроля. Блок вызывается непрерывно в организационном блоке ОВ1. Блок не имеет входных и выходных параметров. В результате преобразование тактируется 100 – миллисекундными интервалами.
Кроме вызова блока FB13, блок FB10 выполняет следующие функции:
— Управление контрольными параметрами для температуры футеровки и каркаса ковша. Контроль включается только при разожженном стенде. Кроме того, при сушке устанавливаются предупредительные границы температуры футеровки на уровне ± 25°С от нормативного задания согласно режиму (блоки данных DB73, 74). Эти же величины задаются в блоках данных регуляторов температуры (DB46, 47) в качестве ограничителей заданий (в остальных блоках регуляторов ограничители статические). Верхние аварийные границы для этих температур являются абсолютными, и данный блок на них не действует.
— Формирование фактического коэффициента избытка воздуха для стендов по расходам газа, воздуха и величине QAUG. Флаг недоступности параметра формируется при недоступности одного из расходов.
— Задание коэффициента поправки к расходу воздуха по температуре подогрева воздуха. Коэффициент вводится равным квадратному корню из величины T/T0, где Т – текущая температура воздуха, Т0 – расчетная температура подогрева, принимаемая равной 200 °С.
Функциональный блок FB20. Блок управления газовыми устройствами, он производит отсечку газа по неисправности, и по команде оператора, выдает сигнал, разрешающий пуск газа при фактическом розжиге стенда без подключения контроллера и по команде оператора при контроллере, подключенном к схемам безопасности. Производится также отсечка подвода газа по нулевому значению соответствующего выхода блока FB45. Кроме того, блок контролирует срабатывание отсечного клапана по фактическому расходу газа на стенд, а также формирует условные сигналы «открыт» и «закрыт» для блока FB45 по фактическому расходу газа и воздуха. Блок вызывается непрерывно в организационном блоке ОВ1.
Функциональный блок FB60. Блок вызывается в блоке ОВ35 с периодом 100 мсек. Его назначение состоит в подготовке данных для блоков регулирования и их вызов по различным контурам.
В связи с наличием двух интерфейсных блоков для системы регулирования обращение вызов блока регулирования по каждому из контуров происходит попеременно со входными данными в блоках DB61 при нечетном вызове и DB62 при четном. Для каждого контура блок определяет условие ручного управления по неисправности датчика, если регулируемый параметр или сигнал положения исполнительного механизма недоступен.
Функциональный блок FB70. Блок принимает режимы сушки от SCADA – системы и команды на старт и завершение цикла сушки, на коррекцию режима, отслеживает реализацию режима, формирует нормативные задания по температуре футеровки и времена завершения этапов по фактическому ходу сушки.
Блок вызывается непрерывно в ОВ1, но некоторые функции тактируются изменением внешнего тактового слова – установка текущего времени и пересчет нормативного задания по температуре. Блок работает с интерфейсным блоком DB70 операторского управления режимом сушки, блоками DB73 и 74, содержащими режим сушки для двух стендов и блоками DB31 и 32 отслеживания хода сушки для двух стендов.
Функциональный блок FB80. Блок производит усреднение за минуту всех аналоговых параметров, для которых оно задано. Блок вызывается в организационном блоке ОВ35 и не имеет входных и выходных параметров.
Данный блок вызывает последовательно блок FB81 по следующим параметрам:
— Давление газа на стенд
— Давление воздуха на стенд
— Расход газа, подвод 1
— Расход воздуха, подвод 1
— Давление под крышкой стенда
— Фактический коэффициент избытка воздуха.
Средние для суммарных расходов с начала минуты и за предыдущую минуту поучаются не вызовом FB81, а прямым суммированием соответствующих расходов по двум подводам.
Вспомогательные функциональные блоки
Функциональный блок FB109. Блок вызывается первым в цикле основного организационного блока ОВ1. Он переписывает входные дискретные и аналоговые сигналы в поле флагов с теми же адресами, а для аналоговых сигналов еще в блоки данных DB104, DB105, DB106. При этом обнаруживаются соответствующие признаки неисправности.
Функциональный блок FB119. Блок вызывается последним в цикле основного организационного блока ОВ1. Он переписывает дискретные выходные сигналы из поля флагов на выходы, соблюдая соответствие адресов. При этом дисциплина опроса и обнаружение неисправности модулей происходит аналогично блоку FB119.
Функциональный блок FB120. Блок FB120 предназначен для формирования флагов событий SCADA – системы в блоках данных DB201, 202, 203. Для тех диагностических событий, которые формируются диагностическими функциями и для технологических событий, регистрируемых как состояния, флаги просто копируются в интерфейсный блок. Для тех флагов технологических событий, которые формируются исключительно для фиксации события (ввод заданий и параметров регуляторов, начало нового этапа сушки) флаг — источник переписывается в интерфейсный блок и затем сбрасывается.
Функция FC195. Эта функция организует цикл тактирования операций системы, вызывается с периодом 100мсек. в ОВ35. Функция имеет параметр типа «вход–выход», формата «слово». При каждом вызове слово сдвигается по циклу на 1 разряд. Любое значение, содержащее более одного бита или нулевое приводит к переустановке параметра в единицу. Таким образом, параметр изменяется циклически с периодом 16 * период вызова, т.е. в данном случае — 1,6 сек.
Организационные блоки
Организационный блок ОВ1. В основном организационном блоке ОВ1 вызываются блоки FB109, FB121 и блок FB10 с предварительной передачей в статическое поле тактового слова MW120. Дальнейшие вызовы блоков блокируются флагом: пока не введен режим перезапуска, дальнейшие функции не выполняются. Блок FB20 вызывается дважды: с блоком – экземпляром DB21 для нечетного стенда и с блоком – экземпляром DB22 для четного стенда. После этого вызывается блок FB70. Для вызова блока FB90 текущее время переписывается из блока DB71 в блок DB99 и с этим блоком – экземпляром вызывается FB90. Работа организационного блока завершается вызовом блока FB119.
Организационный блок ОВ35. Период вызова организационного блока ОВ35 – 100 мсек. В начале блока вызывается функция FB195. Далее вызываются блоки FB60 и FB80.
Из остальных организационных блоков существенным является только блок ОВ122. Блок ОВ100 начального пуска сводится к чистке байтов 0 – 3 поля флагов и взведению флага М3.7. Диагностические блоки ОВ80 и ОВ82 пустые и существуют только для избегания останова контроллера. Ошибки, обнаруживаемые ОВ80, не влияют на работу системы, а функция ОВ82 – асинхронное обнаружение неисправности модулей – выполняется синхронно при обращении блоком ОВ122.
При синхронном прерывании по неисправности блок ОВ122 и по адресу модуля определяет, какой модуль дал сбой. Взводится флаг неисправности для этого модуля в блоке данных DB109 для модулей ввода и DB119 для модулей вывода.
1.10. Выбор и разработка системы визуализации
В последнее время при создании систем промышленной автоматизации все чаще используют пакеты визуализации измерительной информации на дисплейных пультах операторов (называемые конфигураторами пультов оператора, или SCADA– программами, где аббревиатура SCADA расшифровывается как Supervisory Control And Data – Acquisition). Разрабатываемая в данном дипломном проекте система визуализации технологического процесса сушки стальковшей отделения футеровки также предполагает использование такой программы.
Сейчас на нашем рынке распространяются около 20 открытых SCADA – программ (Trace Mode (Россия), Image (Россия) RCS (Россия), VNS (Россия), InTouch (США), Genesis (США), Real Flex 4 (США), Factory Linc IV (США), Proficy iFIX (США) и др.), отличающихся друг от друга структурой, функциональными, техническими и стоимостными характеристиками, а также методами сопровождения их у потребителей. Ввиду этого важной технико-экономической задачей является выбор наилучшей SCADA-программы.
1.10.1. Сравнение различных пакетов
SIMATIC WinCC.
Открытая SCADA система визуализации технологических процессов. Открытая система визуализации фирмы SIEMENS WinCC™ позволяет легко и просто интегрировать компоненту визуализации и обслуживания в создаваемые или уже существующие системы технологического уп-равления, избежав при этом непомерных затрат на проектирование и написание программного обеспечения, и конечно же она поддерживает русский язык. Ядро продукта WinCC™ образует нейтральная по от-ношению к отраслям промышленности и технологиям базовая система, которая оснащена всеми важнейшими функциями визуализации и обслуживания. SIMATIC. WinCC является 32-битным приложением и работает в среде Windows 98 или Windows NT.
Factory Fink IV.
Мощная система, работающая под управлением ОS/2, VMS Windows, Windows NT, обеспечивает все стандартизованные способы выдачи информации. Коммуникация в этом продукте тесно связана с базой данных (БД) непосредственно в модуле устройств связи с объектом. Полнографический редактор основан на векторной графике. Все объекты поддаются динамизации.
Архивирование обеспечивается кроме прочего связью с универсальными СУБД, в том числе Qbase, Oracle, Ingress, средствами которых может проводиться дальнейшая обработка данных.
Genesis
Система Genesis работает под управлением МS — DOS и Windows. Для связи
с процессом предоставляются средства коммуникации трех типов: I/O Server, Real-Time-Server (RTS), DDE-связь.
Графическое представление вынуждает пользователя применять обозримые структуры. Бросается в глаза очень бедное описание параметризации блоков в документации. Пакет снабжен ясно структурированным графическим редактором, превосходным в части функциональности; обеспечивает создание объектов, импорт dxf – графики, гибкую динамизацию.
Proficy iFIX
Мощная SCADA – система, применяемая на различных версиях Windows, обеспечивает комфортабельное отдельное рабочее место и простую реализацию распределенных систем наблюдения за процессом на основе мультисерверной концепции; она обладает средствами связи с контроллерами различных изготовителей, в частности имеет огромное количество готовых драйверов. Коммуникация между контроллерами и драйвером достигается блочным способом, подключение осуществляется временным триггером.
Параметризация наглядно оформленной БД процесса обеспечивается ведущим меню. В оформленное как таблица окно вносятся переменные с граничными значениями, форматами представления, вычислительной обработкой, размерностями, аварийными сообщениями и условиями доступа (секретности). Средства коммуникации настраиваются вручную, через таблицу.
Средства полнографического редактора обеспечивают удобное создание и модификацию экранов. Все объекты могут быть динамизированы. Обеспечивается импорт рисунков в формате рсх, с ограниченными возможностями динамизации.
1.10.2. Окончательный выбор SCADA – системы
На самом деле выбор пакета для разработки системы визуализации на ОЭМК более ограничен определёнными требованиями к новым системам, которые выдвигает заказчик. Так, если создаваемая система не требует использования специализированного ПО для визуализации, то выбор ограничивается пакетами Trace Mode, WinCC и Proficy iFIX.
Существующая система автоматизации стендов сушки промковшей построена на базе пакета Proficy iFIX. Для полного совмещения связанных систем автоматизации – стендов сушки промковшей и стендов сушки центральной части свода и крышек укрытия ковшей, и для возможности совместного использования оборудования (станций визуализации) и тем самым сокращения затрат на внедрение системы был выбран пакет визуализации Proficy iFIX.
Многие наиболее успешные и крупные производители во всем мире используют программное обеспечение Proficy iFIX компании GE Fanuc для всестороннего мониторинга, управления и распределения данных в масштабах производства.
Программное обеспечение iFIX представляет собой полный HMI/SCADA пакет для применения на любых предприятиях нефтяной, газовой, химической промышленности, энергетики, металлургии, в фармацевтической и пищевой отраслях, в водоочистке и водоснабжении, производстве упаковочных материалов и др.
iFIX — HMI/SCADA — система позволяет организовать эффективный сбор данных, визуализацию и диспетчерское управление технологическими процессами в рамках всего предприятия. При помощи iFIX становится возможным контроль всех аспектов производства, использования оборудования и ресурсов, что неизбежно приводит к сокращению затрат, повышению качества продукции и сокращению времени продвижения новых продуктов на рынок. В iFIX воплощены самые современные программные технологии и запатентованные «ноу-хау», которые позволяют в значительной мере ускорить процесс принятия производственных и бизнес решений, что в свою очередь повышает эффективность производства и качество продукции.
1.10.3. Достоинства Proficy iFIX
Распределенная клиент-серверная архитектура
— Серверы iFIX обеспечивают сбор, обработку и распределение оперативных производственных данных;
— Несколько типов клиентских приложений iFIX обеспечивают визуализацию и управление. Среди них iClient ™ iClient Read Only, iClientTS ™ для Terminal Server и Web-интерфейсы (клиенты RTIP);
— Широкие возможности по масштабированию системы, в полной мере использующие преимущества архитектуры клиент-сервер.
Быстрая разработка и внедрение системы
— Разработка проекта в WorkSpace — удобной в использовании интегрированной среде разработки с интуитивно понятным пользовательским интерфейсом. Возможность копировать любые объекты и решения из встроенной Демо-системы;
— Быстрое создание и развертывание приложений с использованием программных Экспертов;
— Использование программных приложений «третьих фирм» благодаря технологии Plug and Solve — уникальной разработке компании GE Fanuc;
— Разработка приложений и внесение изменений в проект в режиме on-line, без отключения системы от управления производством и перезагрузки приложений;
— Создание программных обработчиков событий, включая нажатие «горячих» клавиш, с помощью встроенного Редактора макросов;
— Богатые возможности по созданию и настройке как встроенных анимированных объектов, так и объектов ActiveX без программирования на языке VBA;
— Сокращение времени разработки приложений при использовании Редактора теговых групп, позволяющего динамически перенастраивать типовые экранные формы;
— Автоматическая обработка событий в основном и фоновом режиме с использованием Планировщика;
Рис. 1.18. Среда разработки Intellution WorkSpace
Особенности Proficy iFIX:
Простота и гибкость
Широкий набор интуитивно понятных графических инструментов, которыми обладает iFIX, помогает пользователю за короткое время освоить продукт и приступить к разработке АСУТП.
В iFIX имеется удобный инструментарий для качественной разработки систем любого размера и сложности. Гибкость и, как следствие, простота тиражирования и масштабирования приложений iFIX позволяет оптимальным образом использовать возможности предприятия по введению в строй новых систем и развитию уже существующих.
Распределенная сетевая архитектура.
Распределенная клиент-серверная архитектура iFIX обеспечивает максимальную гибкость при проектировании системы. Систему можно развернуть как на одиночном компьютере, на котором будет установлено локальное приложение iFIX, так и на производствах с многочисленными серверами и клиентскими станциями.
SCADA серверы iFIX.
SCADA сервер iFIX обеспечивает работу Базы данных процесса (Process Database), куда с помощью драйверов ввода-вывода в режиме реального времени поступают данные из ПЛК. База данных поддерживает более 30 типов тегов, среди которых: аналоговые и дискретные входы и выходы, теги вычислений, теги тревог, теги интегрирования входных величин, таймеры, непрерывные и статистические функции управления, команды SQL и т.д. Серверные приложения iFIX обеспечивают построение оперативных графиков, трендов, отчетов, управление серийными и циклическими производствами, управление в соответствии с регламентами и многое другое.
Типы клиентов iFIX
iClient — предназначен для организации рабочего места оператора с доступом к удаленным базам данных iFIX. Средствами iClient реализуются функции визуализации и диспетчерского управления, включая анимирование данных, построение трендов, генерацию тревог и отчеты в режиме реального времени.
iClientTS — предназначен для работы в терминальном режиме. В качестве терминалов могут выступать маломощные компьютеры, бездисковые ПК, терминалы ввода-вывода, что позволяет существенно сократить затраты на обновление аппаратных средств.
iClient RO и iClientTS RO — предназначены для отображения информации без возможности записи в базу данных. Этот тип клиента поддерживает VBA, ActiveX, планировщик.
Достоинства архитектуры iFIX
Распределенная клиент/серверная архитектура iFIX позволяет объединять в единую систему произвольные комбинации распределенных SCADA серверов и распределенных клиентов (iClient, iClientTS, и/или RTIP). С точки зрения пользователей iFIX выглядит как единая высокопроизводительная интегрированная система.
Рис. 1.19. Мнемосхема iFIX
Создание приложений HMI/SCADA
Системное дерево — основной навигационный инструмента разработчика приложений iFIX. Иерархическое представление проектов существенно упрощает процесс управления документами и объектами приложения. Помимо возможности манипуляции файлами проекта в системном дереве представлены все основные компоненты пакета iFIX, что позволяет загружать необходимые приложения из одного окна. Функциональность системного дерева можно существенно расширить, добавив ярлыки внешних приложений, папок и файлов, таким образом настраивая его под собственные нужды.
Набор инструментов разработчика
Для быстрого доступа к инструментам рисования, подпрограммам Экспертов и различным объектам анимации в среде WorkSpace предусмотрены различные панели инструментов, каждая из которых может быть сконфигурирована удобным для пользователя образом. Специальная панель Toolbox позволяет всегда иметь «под рукой» наиболее часто используемые инструменты. Также можно создавать собственные кнопки и панели инструментов.
1.10.4. Разработка видеокадров
1.10.4.1 Операции технологического персонала
Разрабатываемая система визуализации должна быть полностью совместимой с существующей системой автоматизации стендов сушки промковшей. Станции визуализации по своим техническим возможностям могут полностью удовлетворить требования по производительности для функционирования обоих систем. Таким образом, разработку новой системы можно свести к разработке добавлений в структуру базы данных процессов и новых видеокадров для существующей системы визуализации стендов сушки промковшей, в результате чего получится объединённая система управления процессами сушки на стендах сушки.
Основными операциями технологического персонала являются: слежение за работой технологического оборудования и управление процессом в реальном масштабе времени. Для выполнения указанных операций для оператора главного пульта управления представлены видеокадры. Пусковой комплект процессных изображений АСУТП стендов сушки промковшей включает следующие видеокадры:
— Главное меню;
— Обзор отделения сушки промковшей;
— Стенд № 1 — 6;
— Общий дымоход;
— Список сигналов;
— Настройка регуляторов;
— Задание режимов;
— Суммарные расходы;
— Сообщения системы;
— Тревоги системы;
— Архивы.
Для дополнения функций системы необходимо добавить новые, изменить существующие видеокадры, и изменить главное меню системы:
Новые видеокадры:
— Стенд сушки крышек и сводов;
Изменение названия видеокадров:
— Стенд № 1 – 6 – Промковш №1-6
Изменение содержимого видеокадров:
— Главное меню
— Настройка регуляторов
— Задание режимов
— Суммарные расходы
— Сообщения системы
— Тревоги системы
— Архивы системы.
1.10.4.2 Общие определения видеокадров и их элементов
Пример принципиального построения видеокадров приведён на рисунке 1.20.
Изображение на экране монитора разделено на:
стационарную часть видеокадра, расположенную в верхней части экрана и включающую в себя кнопки быстрого вызова важных видеокадров,
Рис. 1.20. Принципиальное построение видеокадра
включения/выключения звуковой сигнализации, подтверждения тревог, наименование видеокадра, окно последнего аварийного сообщения (тревоги), текущую дату и время;
— рабочую область видеокадра, включающую графические изображения объектов, наименование и значения технологических параметров, графики и т.д.;
— клавиши активизации технологических видеокадров (нижняя часть экрана). Клавиши связаны с кнопками клавиатуры (F1 – F10).
Для перехода в требуемый видеокадр необходимо либо нажать функциональную клавишу на клавиатуре (F1 – F10), либо щёлкнуть по изображению соответствующей клавиши.
1.10.4.3 Динамические графические объекты
Таблица 1.16. Графические объекты
Поле Состояние Описание Пример
Поле вывода (изм. величина) Без контроля границ Передний план – зеленый
Фон – серый
Поле вывода
(2 вариант) Без контроля границ Передний план – синий
Фон – темно-серый
Поле вывода
(3 вариант) Без контроля границ Передний план – синий
Фон – серый
Поле вывода
(4 вариант) Без контроля границ Передний план – зелёный
Фон – серый
Поле ввода Без контроля границ Передний план – зелёный
Фон – серый
Поле ввода
(2 вариант) Без контроля границ Передний план – зелёный
Фон – темно-серый
Поле вывода
(изм. величина) Границы измеряемых величин в раб. д-не Передний план – зеленый
Фон – серый
Недостоверное значение параметра Передний план — зеленый
Фон – жёлтый
Границы измеряемых величин (предупр.) Передний план — зеленый
Фон – жёлтый
Границы измеряемых величин (авария) Передний план — зелёный
Фон — лиловый
Кнопка Серый
Кнопка с фиксацией Отжата Серый
Кнопка с фиксацией Нажата Белый
Под динамическими графическими объектами понимаются любые графические представления объектов.
Каждому устройству участка соответствует один графический символ, который индицирует рабочее состояние и статус (если необходимо) через цвет в соответствии с таблицей 1.16.
Непосредственно на графических объектах (изображениях) технологического оборудования или рядом с ними индицируются основные данные (скорость, позиция, истинное и заданное значения). При нажатии левой кнопки мыши (щелчке) по символу устройства появляется временное окно дополнительных данных (информации) по этому устройству.
1.10.4.4 Видеокадры управления АСУТП ССП
Видеокадр «Главное меню»
Видеокадр «Главное меню» служит для вывода на экран монитора видеокадров автоматизированной системы пульта управления ССП. Для
Рис. 1.21. Видеокадр «Главное меню»
перехода в видеокадр необходимо нажать клавишу F1 на клавиатуре или щелкнуть по кнопке «Главное меню». Вид видеокадра «Главное меню» приведен на рисунке 1.21.
Видеокадр «Стенды сушки крышек и сводов».
Видеокадр «Стенды сушки крышек и сводов» предназначен для вывода информации по работе технологического оборудования, расходу энергоресурсов стендов сушки крышек и сводов, а также для вызова видеокадра «Задание режимов» и вспомогательных видеокадров «Настройка регуляторов».
Вид видеокадра «Стенды сушки крышек и сводов» приведен на рисунке 1.22.
Рис. 1.22. Видеокадр «Стенды сушки крышек и сводов»
Видеокадр «Суммарные расходы»
Видеокадр «Суммарные расходы» служит для вывода на экран монитора таблицы суммарных расходов газа за различные периоды и сброса накопительного итога по газу. Для данного видеокадра были добавлены поля в таблицу для вывода значений по стендам сушки крышек и сводов. Вид видеокадра «Суммарные расходы» приведен на рисунке 1.23.
Рис. 1.23. Видеокадр «Суммарные расходы»
Видеокадр «Настройка регуляторов температуры»
Видеокадр «Настройка регуляторов температуры» предназначен для настройки регуляторов температуры футеровки в ручном и автоматическом режиме. Для стендов сушки промковшей использовался двупотоковый регулятор – газ и воздух регулировались по двум подводам. В нашей системе эти регуляторы однопотоковые, следовательно, под них необходимо создать отдельный типовой видеокадр. Вид видеокадра «Настройка регуляторов температуры» приведен на рисунке 1.24.
Рис. 1.24. Видеокадр «Настройка регуляторов температуры»
2. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
2.1. Введение
Область знаний, исследующая опасности действующие в условиях производства, и разрабатывающая методы и средства защиты, работающих от них, называется безопасностью жизнедеятельности.
Цель данной дисциплины – сохранение здоровья и обеспечение хорошего самочувствия работающих.
Охрана труда имеет свои методы и средства, и обладает определенной самостоятельностью как область человеческой практики. Отличительной особенностью сферы производства является то, что работающие здесь подвергаются воздействию техногенных опасностей – явлений, воздействий и других процессов, вызывающих нежелательные последствия деятельности. В официальной терминологии они делятся на опасные и вредные факторы.
Опасный фактор – это воздействие на человека, которое в определенных условиях приводит к травме или другому внезапному резкому ухудшению здоровья.
Вредный фактор это такое воздействие на человека, которое в определенных условиях приводит к заболеванию или снижению работоспособности.
Между опасными и вредными факторами нет принципиальной разницы.
Совокупность факторов, воздействующих на человека в процессе труда, формирует условия труда. Условия труда делят на благоприятные и неблагоприятные. Граница между ними условна и подвижна. Она определяется при помощи количественных показателей, устанавливаемых официальными документальными (стандартными, нормами, правилами).
Конечным следствием неблагоприятных условий труда является производственный травматизм и профессиональные заболевания.
Травма–это повреждение тканей организма и нарушение его функций внешними воздействиями.
Профзаболевание – либо не встречающиеся в быту (специфическое), либо возникающее как на производстве, так и в быту устойчивое нарушение здоровья.
Охрана труда решает конкретный круг проблем, относящихся к условиям труда: условия труда не должны причинять вреда здоровью человека, оцениваемого современными методами. В охране труда выделяют четыре раздела, характеризующиеся спецификой изучаемых факторов:
— Организационно–правовые основы охраны труда рассматривают законодательные и нормативные положения и вопросы организации работы по обеспечению безопасности;
— Производственная санитария – система организационных, гигиенических и санитарно–технических мероприятий и средств, предотвращающих воздействие на работающих вредных производственных факторов;
— Техника безопасности – система мероприятия, предотвращающих воздействие на работающих опасных производственных факторов;
— Пожарная профилактика – комплекс организационных мероприятий и технических средств, направленных на исключение возможности возникновения пожара, воздействий на людей факторов пожара и на ограничение материального ущерба от него.
2.2. Правовые и нормативно-технические основы охраны труда и окружающей среды.
Современная охрана труда располагает своими специфичными принципами, методами и средствами. Основные принципы государственной политики в области охраны труда, сформулированные в Федеральном законе «Об основах охраны труда в Российской Федерации» имеют обширную, постоянно пополняемую и корректируемую, нормативно–правовую базу.
В соответствии с постановлением Правительства РФ № 937 от 12.08.1994г., требования законодательства по охране труда конкретизируются в стандартах, нормах, правилах, инструкциях.
Среди законодательных актов по охране труда следует отметить следующие.
1. Конституцию РФ (статьи 2, 7, 24, 37, 41, 42, 45, 60);
2. Трудовой кодекс РФ. Введен в действие с 1 февраля 2002 года. Устанавливает государственные гарантии трудовых прав и свобод граждан, создание благоприятных условий труда, обеспечивает защиту прав работников и работодателей.
3. Федеральный закон 181-ФЗ «Об основах охраны труда в Российской Федерации» от 17 июля 1999, который устанавливает правовые основы регулирования отношений в области охраны труда между работодателем и работниками и направлен на создание условий труда, соответствующих требованиям сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности.
4. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 20 июня 1997 года, определяющий правовые, экономические и социальные основы обеспечения безопасной эксплуатации опасных производственных объектов и направленный на предупреждение аварий и обеспечение готовности их ликвидации.
5. Закон Белгородской области «Об охране труда» от 25 марта 1999 года, определяющий систему управления охраной труда на территории Белгородской области.
6. Закон «Об охране окружающей среды», введенный в действие в январе 2002 года и направленный на обеспечение экологической безопасности на территории РФ.
7. Закон «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» (1991г), устанавливающий критерии безопасности и безвредности факторов среды обитания человека.
8. Закон РФ «О защите населения и территории от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» (1994г.), составляющий правовую основу организации работ в чрезвычайных ситуациях.
9. Закон «Об обязательном социальном страховании от
несчастных случаев на производстве и профессиональных
заболеваний» от 7 июля 2003г №118-ФЗ устанавливает правовые,
экономические и организационные основы социального
страхования.
10. Закон «О техническом регулировании» от 27.12.2002г
№184-ФЗ определил возможность полного или частичного
использования при разработке проектов технических регламентов
международных и (или) национальных стандартов.
Строительные нормы и правила (СНиП) разработаны на проектирование зданий и помещений предприятий, организацию освещения, защиту от шума, обеспечение пожарной безопасности, устройство и эксплуатацию лазеров и др.
Инструкция по охране труда – это нормативный документ, в котором определяются требования безопасности при выполнении работающими своих должностных обязанностей или порученной работы.
Инструкции бывают типовыми и для конкретных предприятий, их разрабатывают для определенных профессий и на определенные виды работ.
2.3. Характеристика опасных и вредных производственных факторов
Опасные и вредные производственные факторы по природе действия делят на физические, химические, биологические и психофизиологические.
К числу опасных и вредных производственных факторов относят движущиеся машины и механизмы, незащищенные подвижные элементы производственного оборудования, передвигающиеся изделия, заготовки, материалы, повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны; повышенные или пониженные температуры поверхностей оборудования, материалов и воздуха рабочей зоны, повышенные уровни шума на рабочем месте, вибрации, инфразвуковых колебаний, ультразвука, повышенные или пониженные барометрическое давление в рабочей зоне и его резкое изменение, влажность воздуха; повышенный уровень тонизирующих излучений в рабочей зоне; опасный уровень направления в электрической цепи, замыкания которой может произойти через тело человека; повышенные уровни статистического электричества, электромагнитных излучений; увеличенную напряженность электрического и магнитного полей; отсутствие или недостаточное освещение рабочей зоны; повышенную яркость света; отсутствие контраста между фоном и объектом различения; прямую и отраженную блескость; повышенные уровни пульсации светового потока, ультрафиолетовой и инфракрасной радиации.
Химические опасные и вредные производственные факторы подразделяют: по характеру воздействия на организм человека века – на обще токсические, раздражающие, стабилизирующие, канцерогенные, мутагенные, влияющие на репродуктивную функцию; по пути проникновения в организм человека – на действующие через дыхательные пути, пищеварительную систему, кожный покров.
Биологические опасные и вредные производственные факторы включают биологические объекты, воздействие которых на работающих вызывает травмы или заболевания: микроорганизмы (бактерии, вирусы, грибы, простейшие и другие), микроорганизмы (растительные и животные).
Психофизиологические опасные и вредные производственные факторы подразделяют по характеру действия на физические перегрузки (статистические, динамические) и нервно–психические (умственное перенапряжение, пере напряженность анализаторов, монотонность труда, эмоциональные перегрузки).
В футеровочном отделении установлено различное основное и вспомогательное механическое оборудование, движущиеся части и узлы которого представляют определенную опасность, так как непредусмотренный контакт с ними может вызвать травмы. Это крышки стендов, зубчатые и цепные передачи, крановая техника, такретная установка, механизмы для снятия футеровки и т.д. Части и узлы отдельных машин (валки, маховики, соединительные шпиндели, зубчатые колеса, различные муфты, втулки, кулачки, эксцентрики) совершают вращательные движения. Другие части и узлы (рычаги, толкателей манипуляторов и кантователей) выполняют возвратно–поступательное движение. Опасность воздействия определяется прежде всего конструктивными проблемами, Так, опасность возрастает, если вращающиеся части оборудования содержат выступающие крепежные детали (болты, шпильки, винты, гайки), а на их поверхности имеются следы неравномерного износа или дефекты (трещины, заусеницы) и пр.)
В производственных помещениях футеровочного отделения предусматривается создание микроклимата, который обеспечивает нормальные условия для работы персонала. При отсутствии тепловых избытков и тепловых излучений создается нормальная работоспособность. В горячих цехах при повышенной температуре воздуха и интенсивности тепловых излучений снижается производительность труда.
Изменения параметров микроклимата–температуры, влажности и скорости движения воздуха – приводит к нарушениям терморегуляции организма, которая обуславливает теплообмен организма человека с окружающей средой. Поэтому в производственных помещениях футеровочного отделения должны быть микроклиматические условия, параметры которых установлены ГОСТ 12.1.005–76 ССБТ. Воздух рабочей зоны.
Параметры микроклимата делят на две категории оптимальные и допустимые. Параметры устанавливаются для теплового, переходного и холодного периодов года при выполнении работ легких, средней тяжести (л и б) и тяжелых. Так, оптимальная температура составляет от 16 до 25оС, допустимая от 13 до 25оС. При выполнении тяжелой физической работы максимальное значение температуры помещений допускается 26оС, а относительная влажность не более 65%.
Источники тепловых выделений в футеровочном отделении – стенды сушки, нагревательные устройства, вспомогательное оборудование, таркретная установка. Для обеспечения нормированных параметров микроклимата помещений футеровочного отделения предусматривают устройства естественной и механической вентиляции. Снижение тепловых излучений достигается применением различных экранов и теплозащитных ограждений, в частности одно или многослойных панелей.
2.4. Охрана окружающей среды
В состав объектов электросталеплавильного цеха входят агрегаты, устройства, работа которых сопровождается образованием и выделением пыли, окислов азота, окиси углерода, сернистого ангидрида и других вредных веществ.
Источниками загрязнения атмосферы будут являться:
— электропечи;
— установки внепечной обработки стали;
— нагревательные печи;
— футеровочное отделение;
— отделение приемных бункеров.
От каждой электропечи предусматривается специальные отсосы. Электропечь закрыта шумоизолирующим кожухом, который одновременно служит укрытием для предотвращения распространения газов в пролеты цеха во время слива стали и завалки скрапа в электропечь. Во время расплавления и продувки отсос осуществляется от 4-го отверстия в своде.
После прохождения предварительной очистки в циклонах газо-воздушная смесь направляется на очистку в рукавном фильтре.
Общий выброс в атмосферу с остаточной концентрацией пыли не более 50 мг/м3 от печей, а также от агрегатов внепечной обработки стали будет осуществляться через дымовую трубу 120м.
При работе порционного вакуумирования стали, десульфурации и продувки аргоном выделяются пыль, окись углерода, окислы азота. Выброс в атмосферу отходящих газов предусмотрен через две трубы высотой 55 м.
В отделение непрерывной разливки стали выделяется тепло; возгоны смазки и шлаковых смесей из кристаллизаторов и промежуточных ковшей; оксиды азота и тепло при разогреве промежуточных ковшей и пыль при их ремонтах; окислы азота и окисляющиеся возгоны железа и других составляющих стали при газовой резке заготовок, много пара в системе вторичного охлаждения УНРС. В отделении непрерывной разливки стали предусматривают удалений пылегазовыделений от машин газовой резки с помощью бортовых отсосов и их последующую очистку от пыли; зону вторичного охлаждения УНРС заключают в герметичный бункер с отсосом из него пара и выбросом его в атмосферу.
Предусмотрено обеспыливание трасс транспортировки металлизованных окатышей, извести, доломиты, плавикового шпата и ферросплавов в ЭСПЦ. Для обеспыливания запыленного отсасываемого воздуха применяются скрубберы, что обусловлено пирофорностью пыли от окатышей. Максимальное содержание пыли в очищенных газах 100 мг/м3. Склады и приёмные отделения сыпучих материалов и ферросплавов оборудованы самостоятельными системами улавливания и отчистки пылевыделения.
Образующийся в установке для удаления окалины на участке охлаждения сортовой заготовки пылесодержащий отработанный воздух подводится через предварительный отделитель к тканевому фильтру и очищается. Такими же обеспыливающими установками оснащены шлифовальные устройства. Содержание пыли в очищенных 50 мг/м3.
В отделении приемных бункеров в атмосферу выделяется пыль с содержанием MgO до 85%. Отчистка газов предусмотрена в циклонах и рукавных фильтрах. Выброс в атмосферу газов осуществляется через трубы высотой 20-50м.
Суммарные максимальные приземные концентрации вредных веществ в жилых ближайших районах от источников выбросов вредных веществ электросталеплавильного цеха с учетом срока, создаваемого всеми источниками металлургического комбината, которые будут иметь место при его расширении, будут ниже санитарных норм и составят:
по пыли – до 25% от ПДК;
по окислам азота – 34% от ПДК;
по сернистому ангидриду – до 25% от ПДК;
по окиси углерода – до 11% от ПДК;
по эффекту суммации действия окислов азота и сернистого ангидрида – до 11% от ПДК.
Таким образом, мероприятия по защите атмосферы, предусмотренные в проекте электросталеплавильного цеха, соответствуют проекту нормативов ПДВ и позволят обеспечить соблюдение санитарных норм в жилых районах.
2.4.1. Свойства удушающих и отравляющих газов, их воздействие на работающих
Оксид углерода СО образуется во всех процессах горения топлива, которые протекают в условиях недостатка воздуха (неполное сгорание топлива). Газ без цвета, вкуса, почти без запаха, немного легче воздуха. Пламя синего цвета. Температура воспламенения – (640…660) 0С. Скорость распространения пламени газовоздушной смеси – 1,27 м/с. Пределы взрываемости газовоздушной смеси – (12,4…75)% (таблица 2.1). Окись углерода – отравляющий газ. Попадая в лёгкие человека, газ вступает в химическое взаимодействие с гемоглобином крови с образованием карбоксигемоглобина, который препятствует снабжению организма человека кислородом. Наступает кислородное голодание. Поражается центральная нервная система, нарушается координация движений, ослабевают функции чувств, зрительная память. При сильном отравлении – потеря сознания. Смерть наступает при связывании 20%. гемоглобина в карбоксигемоглобин. ПДК (предельно допустимая концентрация газа в атмосфере воздуха) оксида углерода – 20 мг/куб.м.
Оксид азота NО – бесцветный газ, быстроокисляющийся кислородом воздуха в двуокись азота. Образуется при дуговой электросварке, ацетиленовой газовой сварке и при всех высокотемпературных металлургических процессах. Отравляющий газ, т. к. приводит к кислородному голоданию организма, образуя с гемоглобином крови ОN – гемоглобин. Признаки отравления; общая слабость, онемение ног, головокружение, а при более сильном отравлении – тошнота, рвота, потеря сознания. ПДК – 5 мг/куб.м.
Первая помощь – вынести пострадавшего на свежий воздух, дать тёплый сладкий чай или глюкозу с хлористым кальцием.
Диоксид азота NO2 – газ жёлто–бурого цвета. В присутствии водяных паров образует азотную кислоту. При вдыхании газа раздражаются лёгкие, верхние дыхательные пути и глаза. Газ наркотически действует на нервную систему человека, понижает кровяное давление. В тяжёлых случаях – смерть от отёка лёгких. ПДК – 5 мг/куб.м.
Оказание помощи – свежий воздух, тепло, покой, кислород, немедленная госпитализация пострадавшего.
Сероводород Н2S – бесцветный газ, тяжелее воздуха. Образуется в колодцах хозфекальной канализации. Имеет сильный запах тухлых яиц. Отравляющий газ, воздействующий на нервную систему, дыхательные пути и глаза, при больших концентрациях, наступает смерть. ПДК – 10 мг/куб.м. Пределы взрываемости – (4,3 … 45)%. При горении сероводорода образуется другой отравляющий газ – сернистый газ – SO2 отравляющий газ тяжелее воздуха, без цвета, с резким запахом и сладким вкусом. Сильно раздражает верхние дыхательные пути. ПДК сернистого газа ––10 мг/куб.м.
Природный газ состоит, в основном, из метана СН4 ~ до 98% в зависимости от месторождения, в газе может содержаться 98…45 % метана). Метан – лёгкий, бесцветный газ, без запаха, удушающий газ. Температура воспламенения газа – (650…850) 0С. Газ вызывает слабые наркотические воздействия или удушие. Для облегчения обнаруживания утечек газа, в него добавляют сильно пахнущую и летучую жидкость – этилмеркопатан С2Н4SН в количестве 1 кг на каждый 150 тыс.куб.м. газа. Эта операция называется одоризацией, искусственно придающей природному газу запах тухлого мяса. Пределы взрываемости метана (природного газа) – (5…15)%. ПДК метана – 1% (объёмный). При взрыве метана создаётся давление, превышающее 0,8 МПа.
Пропан С3Н8 – горючий газ без цвета и запаха, тяжелее воздуха. Температура воспламенения – 465 0С. Удушающий газ. ПДК – 0,5 % от объёма. Очень взрывоопасен, пределы взрываемости – (2,1…9,5)%.
Бутан С4Н10 – удушающий газ, тяжелее воздуха. ПДК – 0,5%. Взрывоопасен. Пределы взрываемости – (1,5…8,5)%. Так как смесь пропана и бутана – пропан–бутан тяжелее воздуха, она скапливается в колодцах и приямках. Поэтому запрещается в этих местах выполнять огневые работы с применением пропан–бутана.
Ацетилен С2Н2 – бесцветный, горючий газ легче воздуха. Температура воспламенения – 335 0С. Газ очень взрывоопасен. Пределы взрываемости – (2.5…85)%. Газ – удушающий. ПДК – 0,5 мгр/л. Газ хорошо растворяется в ацетоне.
Аммиак NН3 – отравляющий газ, бесцветный, с резким удушливым запахом. ПДК ––20 мг/куб.м. Взрывоопасен. Пределы взрываемости – (15,5…26,8)%.
Азот и аргон – инертные газы с удушающими свойствами. При больший концентрациях (резкий недостаток кислорода для дыхания человека) газы действуют на человека, как механический удар по его голове. Азот немного легче воздуха, а аргон – тяжелее воздуха и поэтому скапливается в приямках и колодцах.
Водород Н2 – лёгкий бесцветный газ с удушающими свойствами. Пределы взрываемости – (4…75)%.
2.4.2. Расчёт концентрации выброса SO2 дымовой трубой футеровочного отделения.
Исходные данные:
А=160; Д=2 м; Н=40 м; V=8 м/с; М=15 метр/сек; tв=+25 0С;t=150 0С:
где: А – коэффициент, учитывающий географию местности;
Д – диаметр устья дымовой трубы;
Н – высота дымовой трубы;
V – скорость выхода газовоздушной смеси из устья трубы;
М – скорость оседания частиц;
tв– температура окружающего воздуха;
t – температура газовоздушной смеси в устье трубы.
— Определяем расход газовоздушной смеси:
V1=p?Д2/4?V=3.14?22/4?8=2512 м3/сек (2.1)
— Определяем перегрев газовоздушной смеси:
DТ=t–tв=150–25=125 0C (2.2)
— Находим параметр f, зависящий от скорости выхода смеси, диаметра устья трубы, высоты трубы и перегрева смеси:
f=1000?V2?Д/Н2?DТ=1000?82?2/402?125=0,16 (2.3)
— Находим параметр Vм зависящий от расхода смеси, её перегрева и высоты трубы:
Vм=0,65? =0,65? =2,37 (2.4)
— Определяем параметр Vм`, зависящий от скорости выхода смеси, диаметра устья и высоты трубы:
Vм1=1,3?V?Д/Н=1,3?8?2?/40=0,26 (2.5)
— Определяем параметр fе, зависящий от Vм`:
fe=800?(Vм1)3=800?0,263=14,06 (2.6)
— Определяем эмпирический параметр m;
m=1 / (0,67+0,1? +0.34? )=1 / (0,67+0,1? +0.34? ) (2.7)
— Находим эмпирический параметр n:
n=1 если Vм>2;
n=0,53?Vм2–2,13?Vм+3,13, если 0,5 ? Vм ? 2
n=4,4?Vм, если Vм<0,5
Для данного случая Vм = 2,37, следовательно параметр n = 1.
— Определяем опасную скорость ветра Vв:
Vв=Vм(1+0,12? )=2,37?(1+0,12? )=2б45 м/c
Vм=Vв, если 0,5 ? V м ?2
Vм=0,5, если Vв=0,5
В данном случае Vм > 2 , поэтому Vв = 2,45 м/с
— Находим параметр d:
Vм>2; d=7? ?(1+0,28 )
0,5?Vм?2; d=4,95? ?(1+0,28 )
Vм ? 5; d=2,48? ?(1+0,28 )
В данном случае Vм >2 , поэтому:
d=7? ?(1+0,28 )=7? ?(1+0,28 )=16,25 (2.8)
— Определяем максимальную приземную концентрацию См:
Cм=А?F?M?m?n/H2? =160?1?15?1,12?1/402? =0,017 мг/м
где F = 1 – коэффициент, учитывающий оседание частиц.
— Расстояние от источника выброса, на котором концентрация принимает своё минимальное значение Хм:
Хм=5–F/4?Д?Н=5–1/4?2?40=160 м (2.9)
— Определяем коэффициент S для расстояний:
S= 0,371 X = 50 м Х/Хм = 50/160 =0,3125
S= 0,849 X =100 м Х/Хм =100/160=0,625
S= 0,939 X = 200 м Х/Хм =200/160=1,25
S= 0.623 X = 400 м Х/Хм =400/160=2,5
S= 0,186 X = 1000 м Х/Хм =1000/160=6,25
В случае, если Х/Хm < 1, коэффициент S определяется следующим образом:
S1=3?(Х/Хм)4–8?(Х/Хм)3+6?(Х/Хм)2, (2.10)
если 1 < Х/Хм ? 2,5, то S1, определяется:
S1=1,13/0,13(Х/Хм)2+1
— Концентрация С на расстояниях будет определяться:
C = S1?Cм, мг/м3 (2.11)
Согласно ГОСТ 12.1005–88, предельно допустимая концентрация ПДК для SO2. ПДК (SО2) = 10 мг/м3. Из результатов расчёта видно, что ПДК не превышает норму:
См = 0,024Х = 50 м [С]=0,371 0,017 = 0,006
х = 100 м [С] =0,849 0,017= 0,014
х = 200 м [С] = 0,939 0,017= 0,016
х = 400 м [С]=0,623 0,017= 0,011
х = 1000 м [C] =0,186 0,17=0,003
На территории ОЭМК выброс SO2 дымовой трубой футеровочного отделения не представляет угрозы для трудящийся.
2.5. Защита от шума и вибрации
Шум – беспорядочное сочетание звуков различной силы и частоты. Шум оказывает многообразное влияние на организм человека. Воздействие шума с большим уровнем вызывает утомление слухового органа и приводит к тугоухости, обусловленным невритом слуховых нервов.
Шум на производстве является причиной быстрого утомления работающих, что приводит к снижению производительности труда и увеличению брака, причем снижение производительности труда тем больше, чем сложнее трудовой процесс и чем больше в нем элементов умственного труда. При увеличении уровня шума с 70 до 100 дБ производительность труда снижается на 30%. Звуковой раздражитель влияет не только на органы слуха, но и органы зрения, на функциональное состояние вестибулярного анализатора, на высшую и вегетативную нервную деятельность человека, на сердечно–сосудистую систему. Установлен факт разного действия на тканевое дыхание коры головного мозга импульсного и стабильного шумов. Импульсный шум (особенно непериодический) обладает особо неприятным, раздражающим свойством. Действие шума приводит к комплексу нарушений в деятельности организма человека, получившего название «шумовая болезнь».
В зависимости от происхождения различают: механический шум, возникающий при движении, соударении, трении деталей машин и механизмов; аэрогидродинамический шум, возникающий при движении газа, пара, жидкости в результате пульсации давления из–за турбулентного перемешивания потоков, которые движутся с разными скоростями в свободных струях, или из–за турбулентности потока у границ обтекаемого тела (например, в машинах с вращающимися рабочими частями); термический шум, являющийся результатом турбулентности потока и флуктуации плотности газов при горении, а также быстрого изменения интенсивности выделения тепла, приводящих к мгновенному повышению давления (например, при взрыве или разряде); электромагнитный шум, возникающий из–за взаимодействия переменных электрических и магнитных полей (например, в работающем трансформаторе).
Источники механических шумов в футеровочном отделении многообразны. Это зубчатые передачи, подшипники, кулачки кривошипные механизмы, ценные передачи, а также удары при транспортировке ковшей по цеху, укладке кирпича и т.д. Причиной механических шумов являются вибрации поверхностей машин и оборудования.
Распространенными источниками аэродинамических шумов в футеровочном отделении являются средства вентиляции, устройства для забора и распределения воздуха, а также выпускаемые в атмосферу газовые струи.
Термический шум возникает при работе газовых горелок, нагревательных устройств, при горении различных факелов и др. поскольку скорость газа на выходе из сопла горелки и воздуха на входе в горелку довольно велика, вследствие чего на срезе конфузора горелки возникают турбулентные завихрения. При этом в частотном спектре шума газовых горелок часто наблюдаются тональные составляющие («поющее пламя»), происхождение которых обусловлено возникновением в подводящих трубах резонанса.
Акустические колебания с частотой менее 20 Гц называют инфразвуком. Согласно последним данным, инфразвуковые колебания значительней интенсивности могут восприниматься органами слуха. Слышимые звуки имеют частоту от 1,6 Гц с уровнем звукового давления около 140 дБ до 22 кГц с уровнем звукового давления 150дБ. Инфразвук относительно малых уровней (40–60дБ) постоянно присутствует в окружающей нас среде и, по–видимому, не оказывает заметного влияния на наше самочувствие. Влияние инфразвука средних уровней (70–120дБ), которые чаще всего имеют место в производственных условиях, изучено недостаточно, однако есть указания на то, что он вызывает утомление, психологический дискомфорт, слабость, сонливость, потерю внимания. Особенно это сказывается при выполнении умственной работы и относительно небольшом уровне слышимости шума.
Инфразвук больших уровней вызывает изменение ритмов дыхания и частоты сердечных сокращений, расстройств желудка и центральной нервной системы, нистагм (непроизвольные быстрые ритмические движения глазных яблок), головные боли. При частотах 2–150 Гц наблюдаются резонансы внутренних органов, а на частотах 1–3 Гц – кислородная недостаточность и иногда удушье.
Длительное действие ультразвука с уровнем более 185 дБ безусловно, смертельно, т.к. вызывает многочисленные повреждения внутренних органов.
В футеровочном отделении основными источниками инфразвука являются стенды сушки, системы вентиляции, газоочистки, поршневые компрессоры.
2.6. Мероприятия, предупреждающие пожары
В футеровочном отделении сталеплавильного цеха опасность возникновения взрыва и пожара имеется постоянно. Широко используются огнеопасные жидкости в качестве смазочных материалов, растворители лаков, красок. Поры огнеопасных жидкостей образуют с воздухом смеси, которые могут взрываться при определенных концентрациях.
При проектировании зданий футеровочных цехов предусматриваются эвакуационные выходы, назначение которых обеспечить безопасную эвакуацию находящихся в здании людей в случае возникновения пожара или аварии.
Для предупреждения возникновения в здании пожара конструкции зданий снабжают противопожарными преградами – поперечными и продольными. Противопожарные преграды – это различные устройства препятствующие распространению пожара и обеспечивающие защиту от непосредственного распространения огня, действия лучистой энергии и передачи тепла. К противопожарным преградам относятся противопожарные стены и перекрытия.
Тушение пожаров сводится к прекращению реакции горения путем технического, физического или химического воздействия. Тушение пожаров в футеровочном отделении осуществляется водой, которая поступает из сети трубопроводов через гидранты.
В проводных кабельных каналах и, при необходимости в промежуточных кабельных полах предусматриваются противопожарные перегородки и стационарные установки автоматического пожаротушения.
Помещения трансформаторов в футеровочном отделении и помещения гидроустановок оснащаются стационарными углекислотными огнетушителями с автоматическом включении при пожарах.
В помещениях с повышенной пожарной опасностью, например, насосно–аккумуляторных станциях, запроектирована система пожаротушения с автоматическим управлением.
Для тушения пожаров в электропомещениях предусматриваются ручные, передвижные огнетушители и огнезащитные покрытия.
В производственных помещениях оборудуют противопожарные уголки, снабженные ящиками с песком, емкости с водой и пожарно – инвентарным щитом с набором инвентаря: лопат, багров, крюков топоров и т.д. для тушения небольших очагов пожара при воспламенении твердых горючих материалов применяют ручные пенные огнетушители.
При обнаружении возгорания или пожара обслуживающий персонал производственного подразделения (цеха) обязан незамедлительно принять меры по тушению загорания (пожара) всеми имеющимися на рабочем месте средствами пожаротушения, известить руководство цеха и пожарную охрану по телефону 01 или с помощью пожарного извещателя.
2.7. Заключение
В разделе «безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей среды» приведены характеристики основных опасных и вредных факторов футеровочного отделения, способы снижения их воздействия на работающих. Произведены расчеты выбросов дымовой трубой футеровочного отделения. Расчеты показали, что на территории ОЭМК выброс SO2 дымовой трубой футеровочного отделения не представляет угрозы для окружающей среды и трудящийся.
В результате проведенного анализа условий труда, выявлены следующие опасные факторы: движущиеся машины и механизмы, пламя, газы.
Предусмотрены меры пожаробезопасности — пожарные щиты, огнетушители, схемы эвакуации, централизованная система пожаротушения.
3. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
3.1. Организационная структура производства
Металлургическое предприятие представляет собой взаимосвязанную совокупность подразделений (цехов, участков и хозяйств). Между всеми подразделениями предприятия устанавливаются целесообразные пропорции объемов производства, обеспечивающие наиболее экономичное осуществление всей производственно-хозяйственной деятельности.
Производственная структура предприятия определяет и его планировку, т.е. территориальное размещение всех подразделений и транспортных путей.
В зависимости от производственной структуры металлургические предприятия подразделяют на 2 типа – с полным металлургическим циклом и неполным.
Основным структурным подразделением металлургического предприятия является цех. Цехом обычно называется административно обособленная часть предприятия, где выполняются технологически однородные или одинакового назначения работы. Как правило, цехи характеризуются единством технологических процессов, территориальной обособленностью и ярко выраженной специализацией.
Цехи имеют свою администрацию, подчиненную управлению предприятия, бухгалтерскую отчетность, свои плановые задания. В отличие от предприятия цехи не имеют законченного баланса и прав юридического лица.
Цехи металлургического предприятия в зависимости от своего назначения и выпускаемой продукции подразделяются на четыре группы: основные (производственные), подсобные, побочные и вспомогательные.
В составе завода, помимо цехов, имеются различные обслуживающие хозяйства и подсобные службы (жилищно-коммунальное и дворовое хозяйства, складские хозяйства и т.д.).
Металлургическое предприятие имеет свой административный центр (заводоуправление). Он осуществляет управление металлургическим предприятием, руководит всей его производственно-хозяйственной деятельностью.
Цехи металлургического предприятия состоят из отделений, участков и служб. Количество подразделений в цехе зависит от технологии организации производства. Производственное отделение или участок – это совокупность территориально обособленных оборудования и рабочих мест, где выполняется однородная (по характеру технологии) работа или осуществляется производство однотипной продукции.
В управлении предприятием можно выделить 3 системы: линейную, функциональную и линейно-штабную.
При линейной системе руководитель, возглавляющий производственное звено, единолично осуществляет управление им. Достоинством этой системы является то, что она обеспечивает единство руководства и налагает полную ответственность на руководителя за работу подчиненного ему участка или коллектива. Вместе с этим она имеет большой недостаток: система предполагает высокую квалификацию руководителя, хорошо разбирающегося во всех областях деятельности подчиненного ему объекта. Возможности же руководителя в этом направлении ограничены. Поэтому линейная система управления существовала на такой стадии развития промышленности, когда управленческая работа была несложной.
При функциональной схеме отдельные функции управления, общие для всех или нескольких объектов предприятия, выполняются специальным руководителем, имеющим соответствующую квалификацию. При такой системе руководитель производственного звена подчиняется нескольким функциональным руководителям, каждый из которых дает указания только в пределах своих функций.
Функциональная схема приводит к нарушению принципа единоначалия, обезличиванию руководства, к потере ответственности руководителя за подчиненное дело. При этом резко усложняются взаимоотношения подчиненных и руководителей, указания различных руководителей часто бывают противоречивыми, руководство становиться не оперативным. Функциональные отделы заводоуправления осуществляли руководство цеховым процессом, помимо начальника цеха. В результате терялась единая целенаправленность управления, создавалась безответственность на работе. Поэтому эта система была заменена линейно-штабной.
Структура управления ОЭМК – линейно-штабная. При такой системе управления во главе каждого производственного звена стоит один руководитель, единолично несущий ответственность за всю работу возглавляемого им объекта и подчиняющийся только одному вышестоящему руководителю. Руководители имеют в своем подчинении функциональные органы, компетентные в определенной области. Функциональные органы являются помощниками руководителя, они не имеют права давать распоряжения. При таком управлении исключается возможность получения подчиненными противоречивых и не связанных между собой заданий. Все управленческие функции сосредоточены в руках руководителя, и он несет полную ответственность за результаты работы.
Структура управления металлургическим предприятием определяется объемом и характером производства и строится в соответствии с типовыми структурами. Металлургическое предприятие само по себе разрабатывает структуру управления и определяет штаты управленческого аппарата, исходя из типовых структур и штатов. Структура и штаты аппарата управления утверждаются директором предприятия.
Организационная структура аппарата управления ОЭМК представлена ниже на рисунке 2.1.
Комбинат возглавляется управляющим директором, который осуществляет общее руководство всей работой комбината и несет полную ответственность за его деятельность. Он руководит работой по планированию, технологическому контролю качества продукции, учету работы предприятия, финансированию, капитальному строительству и подбору и расстановке руководящих кадров. Непосредственное руководство остальными областями деятельности осуществляется подчиненными директору заместителями.
Заместители директора (главный инженер, главный бухгалтер, директор по труду и кадрам, директор по финансам и экономике,) назначаются на должности собранием акционеров по представлению директора. В соответствие со своей компетенцией они действуют от имени предприятия, представляют его в других организациях, могут совершать хозяйственные операции и заключать договоры, выдавать доверенности работникам предприятия.
Главный инженер осуществляет руководство производственно-технической деятельностью и несет ответственность за нее наравне с директором предприятия. Руководит разработкой и осуществлением планов технического развития предприятия: внедрением передовой технологии и организации производства, достижений науки и техники и передового опыта; работой по улучшению качества продукции, экономному расходованию материально-технических ресурсов и т.п. Главному инженеру непосредственно подчиняются директор по производству и технический директор, главный механик, главный энергетик и проектно-конструкторский отдел. В ведении технического директора находится технический отдел. Технический отдел разрабатывает и осуществляет совместно с заводской лабораторией и цехами мероприятия по совершенствованию техники и технологии, автоматизации и механизации производственных процессов, улучшению использования производственных мощностей.
Руководство сталеплавильным и прокатными цехами осуществляет директор по производству через главного сталеплавильщика и главного прокатчика, являющихся его заместителями. Остальными основными и всеми подсобными цехами директор по производству руководит непосредственно.
Производственное управление осуществляет оперативное планирование (устанавливает задания цехам по производству продукции, увязывает по времени работу кооперированных цехов и др.) и контролирует выполнение планов-графиков. В производственном отделе имеются группы, занимающиеся оперативным планированием, и общезаводская диспетчерская служба, которая осуществляет контроль, учет и регулирование выполнения суточно-сменного графика.
Проектный отдел разрабатывает проекты и составляет сметы нового строительства, капитальных ремонтов, механизации и автоматизации производственных процессов, модернизации оборудования, по новой технике, рационализаторству, изобретательстве и технике безопасности.
Бюро по рационализации и изобретательству осуществляет мероприятия по внедрению в производство изобретений и рационализаторских предложений, оказывает помощь изобретателям и рационализаторам, разрабатывает тематические планы по рационализации и изобретательству.
Управление главного механика руководит ремонтным хозяйством комбината. Оно разрабатывает производственные планы ремонтно-механических цехов, составляет графики проведения ремонтов, решает вопросы обеспечения комбината запасными частями. В составе управления главного механика имеются секторы или группы по производственному планированию, по ремонту оборудования, техническое бюро. В подчинении главного механика находятся все ремонтно-механические цехи.
Отдел главного энергетика руководит энергетическим хозяйством комбината. Этот отдел организует бесперебойное снабжение предприятия всеми видами энергии, организует рациональную эксплуатацию и ремонт энергооборудования, осуществляет контроль использования энергии, разрабатывает и внедряет мероприятия по ликвидации потерь и сокращению расходов энергии. В составе отдела главного энергетика имеются техническое бюро, теплотехническая лаборатория, диспетчерская служба. Главному энергетику подчинены все энергетические цехи.
Управление автоматизации и метрологии разрабатывает перспективные и текущие планы автоматизации производственных процессов, участвует в разработке проектов автоматизации и содействует их внедрению.
Отдел охраны труда и промышленной безопасности контролирует состояние на предприятии безопасности и охраны труда, промышленной санитарии, знакомит поступающих на предприятие работников с правилами техники безопасности, контролирует обеспечение трудящихся спецодеждой и спецпитанием в соответствии с установленными нормами.
Управляющий директор имеет в своем подчинении коммерческого директора, главного бухгалтера.
Директор по финансам и экономике в свою очередь руководит плановым отделом, отделом строительства и ремонтов.
Директор по труду и кадрам руководит работой по техническому нормированию, планированию труда и заработной платы, комплектованию и обучению кадров. Ему подчинены отдел кадров и технического обучения, ООТУиЗ.
3.2. Основная номенклатура продукции
В настоящее время завершено строительство первого этапа комбината в составе цеха по производству окисленных окатышей мощностью 2600 тыс.т и металлизованных окатышей мощностью 1700тыс.т, электросталеплавильного цеха мощностью 1600 тыс.т непрерывной заготовки, крупносортно-заготовочного стана 700 мощностью 1400 тыс.т, мелкосортно-заготовочного стана 350 мощностью 1040 тыс.т и цехов по производству керамического кирпича, черепицы, керамической плитки и санитарно-керамических изделий.
3.3. Методы и условия, на основе которых базируется ценообразование на Оскольском металлургическом комбинате
На ОЭМК, как и на других предприятиях нашей страны, ценообразование базируются на следующих методах установки цены на готовую продукцию:
— метод установления цены товара на основе издержек производства;
— расчет цены на основе анализа безубыточности и обеспечения целевой прибыли;
— определение цены с ориентацией на спрос;
— установление цены на основе уровня текущих цен;
— установление цены на основе закрытых торгов.
Все эти методы являются базой для установления цены на продукцию производимую предприятием, в частности ОЭМК.
Основным или базовым методом является первый из выше перечисленных – на основе издержек производства. Издержки производства отражаются производственной себестоимостью, которая складывается из следующих факторов (для ОЭМК):
— производственная себестоимость на производство окисленных окатышей (цех окомкования);
— производственная себестоимость на производство металлизованных окатышей (цех металлизации);
— производственная себестоимость на производство стали (электросталеплавильный цех);
— производственная себестоимость на производство готового проката (сортопрокатный цех №1).
— производственная себестоимость на производство готового проката (сортопрокатный цех №2).
Полная производственная себестоимость рассчитывается с учетом всех производственных издержек. Издержки производства бывают двух видов: условно-постоянные и переменно-постоянные.
Условно-постоянные – это расходы на производство, абсолютная величина которых существенно не изменяется при повышении или снижении объема производства (освещение, отопление, заработная плата цехового и общезаводского управленческого персонала, амортизационные отчисления, денежные расходы на административные службы и т.п.).
Условно-переменные – это расходы, которые изменяются при изменении объема производства (затраты на сырье, расходы по переделу, основная заработная плата и т.п.).
Цепочка установления цены на готовую продукцию начинается с планового отдела, который определяет полную производственную себестоимость. Затем данные из планового отдела поступают в бюро цен и на основе полученных данных устанавливается цена на продукцию с учетом рентабельности. На основных металлургических предприятиях рентабельность составляет порядка 20-30%. Определение процента рентабельности состоит из следующих этапов:
1. Расходы на капиталовложения на развитие производства и социальной структуры предприятия.
2. Затраты на содержание социальной сферы общие и в пределах нормативов, утвержденных местными органами власти.
3. Затраты на капиталовложения на природоохранные мероприятия.
4. Дивиденды по акциям предприятия исходя из количества акций, находящихся в обороте.
5. Прибыль, направляемая в резервный фонд, с выделением доли в пределах, оговоренных уставом.
6. Прибыль, которую необходимо направить на благотворительные цели.
7. Налоги, относимые на результаты финансовой деятельности предприятия.
8. Налоги, уплачиваемые из прибыли, остающиеся в распоряжении предприятия.
9. Прибыль, направляемая на погашение ранее взятых кредитов.
10. Расходы на материальное стимулирование работников предприятия.
11. Прочая прибыль.
3.4. Организационная структура ЭСПЦ
Во главе цеха стоит назначаемый директором предприятия начальник, который является полновластным руководителем, отвечает за всю производственно-хозяйственную деятельность цеха и за обеспечение безопасных условий труда работников. Непосредственно начальнику цеха подчиняются: заместитель начальника цеха, заместитель начальника по выплавки, заместитель начальника по разливке, заместитель начальника по технологии, помощник начальника по быту.
Заместитель начальника цеха руководит производственной деятельностью цеха, ему подчиняются начальники смен, старшие мастера и начальники производственными участками.
Начальник смены является полновластным оперативным руководителем и организатором работы в своей смене, он отвечает за работу цеха в течение смены.
Старший мастер осуществляет надзор за состоянием важнейших частей агрегатов и выполнением особо ответственных работ.
Планово-экономическое бюро занимается вопросами планирования и технико-экономического анализа работы цеха.
На рисунке 2.2 представлена организационная структура ЭСПЦ.
3.5. Расчет экономической эффективности от внедрения
разрабатываемой системы
Объект автоматизации – стенд сушки крышек укрытия стальковшей и УПА и стенд сушки центральных частей водоохлаждаемых сводов, находящийся в футеровочном отделении ЭСПЦ.
ЭСПЦ в год производит 3 млн. тонн литой заготовки в год. Из них:
— 0.876 млн. тонн – заготовка 170*170 мм, разлитая на УНРС № 6;
— 2.124 млн. тонн – заготовка 300*360 мм, разлитая на УНРС № 1-4.
Существующая система автоматизации осуществляет функции сигнализации и мониторинга процесса горения. В проекте предлагается внедрить систему автоматического управления процессом сушки, за счет стабилизации температуры обжигаемых крышек и сводов посредством непрерывного контроля и регулирования соотношения газ – воздух в горелках.
Для реализации данной задачи требуется разработка математической модели промышленной установки и алгоритма оптимального управления, а также дополнительные средства автоматизации и оборудование.
3.5.1. График основных этапов проведения НИР и расчет затрат
График основных этапов проведения НИР является основным документом, характеризующим затраты по заработной плате. Вместе с тем, в известной мере отражает и организацию проведения работы, а именно: состав и количество привлекаемых к выполнению работы исполнителей.
Для расчета общих затрат необходимо знать трудоемкости всех этапов выполняемой работы. Для определения трудоемкости составляется перечень всех видов работ, которые должны быть выполнены. Трудоемкость выполнения работы определяется по сумме трудоёмкостей этапов и видов составляющих работ, оцениваемых экспериментальным путем в человеко-днях. Она носит вероятностный характер, так как зависит от множества трудно учитываемых факторов. Поэтому в практике применяются следующие величины при оценке трудоемкости:
— ai — минимальные возможные трудоемкости отдельных видов работ;
— bi — максимальные возможные трудоемкости отдельных видов работ;
— mi — наиболее вероятная трудоемкость отдельных видов работ.
Ожидаемое значение трудоемкости Тi и их дисперсия Дi оцениваются по формулам: Раздел формул 3 (3.1)
(3.2)
Дисперсия характеризует степень неопределённости выполнения работы за ожидаемое время. Продолжительность работы оценивается по формуле: (3.3.)
где трудоёмкость, чел.-дни; — численность исполнителей, чел.
По вышеуказанным формулам рассчитаем значения трудоемкости, дисперсии и продолжительность работы по этапам. Результаты расчетов приведены в таблице 3.1
Таблица 3.1 Исходные данные и значения трудоемкости ,
продолжительности работы по этапам и дисперсии .
№ этапа НИР Исходные данные
1 a i = 15; b i = 25; m i =20; Ч i = 1. 21 21 16
2 a i = 25; b i = 35; m i =30; Ч i = 1. 30 30 17
3 a i = 45; b i = 52; m i =48; Ч i = 1. 48 48 8
4 a i = 10; b i = 20; m i =15; Ч i = 1. 15 15 17
5 a i = 10; b i = 16; m i =12; Ч i = 1. 12 12 6
С учетом значений, полученных при расчете по формулам, составляется график проведения работ, который указан в таблице 3.2.
Таблица 3.2 Календарный план-график основных этапов проведения НИР
Наименование этапа Период работы Длительность
1. Подготовительный (анализ состояния вопроса, подбор и изучение литературы) 5.09. – 26.09. 21
2. Теоретическая разработка
(разработка теоретических обоснований) 20.09. – 20.10. 30
3. Проектирование и выполнение технического задания 15.10. – 03.12. 48
Продолжение таблицы 3.2
4. Консультации с руководителем проекта 14.11. – 29.11. 15
5. Машинные расчёты и отчёт в электронном виде 30.11. – 11.12. 12
Рассчитаем затраты по этапам.
1 этап. Затраты на анализ состояния вопроса и работу с литературой:
(3.4)
где — тарифная ставка инженера-исследователя ( = 1075 руб. в день);
— затраченное время ( = 21 дней).
ЗА = 1075 ? 21 = 21945 руб.
С учетом ЕСН (единого социального налога):
ЗА = 21945 ? 1,262 = 27694,59 руб.
2 этап. Затраты на теоретические разработки:
(3.5)
= 1075 руб. в день, = 30 дней;
С учетом ЕСН (единого социального налога):
3 этап. Затраты на проектирование, выполнение технического задания, закупку оборудования и его монтаж:
(3.6)
(3.7)
где — тарифная ставка инженера-проектировщика = 1075 руб; — время, затраченное на проектирование и выполнение технического задания = 48 дней; — затраты на закупку оборудования, приведенные в таблице 3.3.
С учетом ЕСН (единого социального налога)
Таблица 3.3 Затраты на техническое оснащение.
Наименование Кол-во Цена, руб
Общие элементы
Система управления «Krom Schroder» 1 25676
Контроллеры SIMATIC-S300 2 15100
Комплектующие к контроллеру 2 33600
Датчики расхода
МЕТРАН-100-ДД-1420-02-МП-t10-0,15-ХХкПа 2 4100
МЕТРАН-100-ДД-ХХХХ-02-МП-t10-0,15-ХХкПа 2 5250
Датчики давления (разряжения)
МЕТРАН-100-ДИ-1131-02-МП-t10-015-10кПа 2 3200
МЕТРАН-100-ДИВ-1210-02-МП-t10-015-0,1кПа 2 3400
Датчики напора
ДН-40 4 1350
Датчики температуры
Thermalert TX/MТ 2 9300
Thermalert TX/LТ 2 8900
КТХК01.07-С13-И-100 1 1100
КТХА01.05-С13-И-320 1 1250
КТХК01.05-С10-И-400 1 1050
Исполнительные механизмы
МЭО-40/10-0,25 2 4800
МЭО-100/ 63-0,63 1 5550
MDN50-E31M 2 5100
Итого Кз 1243956
Затраты на монтаж/демонтаж и ввод в эксплуатацию рассчитываются как 20% от стоимости оборудования
ЗМ/Д = 1243956 * 0,2 = 248791,2 (3.8)
Таким образом, получим:
ЗП = 65119,2 + 1243956 + 248791,2 = 1557866 руб.
4 этап. Затраты на консультацию с руководителем:
(3.9)
где – тарифная ставка ведущего руководителя ; – время консультаций с руководителем.
С учетом ЕСН (единого социального налога)
5 этап. Затраты на оплату машинного времени:
(3.10)
где — стоимость одного часа машинного времени; — время использования машины.
Стоимость одного часа машинного времени рассчитывается по формуле:
(3.11)
где – амортизационные отчисления (руб.); – стоимость потребляемой энергии (руб.); – затраты на ремонт ЭВМ (руб.); – полезный годовой фонд работы ЭВМ, (маш.час/год).
Амортизационные отчисления рассчитываются с учетом нормы амортизации ( ):
(3.12)
Стоимость потребляемой энергии оценивается по формуле:
где – мощность, потребляемая ЭВМ (кВт); – полезный годовой фонд работы ЭВМ (маш. час/год); – тариф за 1 кВт/час (руб. /кВт).
Затраты на ремонт ЭВМ вычисляются по формуле:
(3.13)
где – среднее количество ремонтов в год; — стоимость деталей заменяемых при одном ремонте, в среднем.
Примем , тогда
Теперь можно посчитать стоимость одного часа машинного времени:
(3.14)
Итак, затраты на оплату машинного времени составят:
Полные затраты на проведение основных этапов НИР
ЗСУМ = 27694,59 + 40699,5 + 1557866 + 22716 + 1042 = 1650018 руб.
Таблица 3.5 Составляющие затрат при проведении НИР
№ п/п Наименование затрат Обозна чение Сумма
руб %
1 Работа с литературой и теоретическая часть
27694,59 1,68
2 Теоретические разработки
40699,5 2,46
3 Проектирование, выполнение технического задания, закупка оборудования и его монтаж
1557866 94,41
4 Консультация с руководителем
22176 1,34
5 Оплата машинного времени
1042,9 0,11
ИТОГО
1650018 100
Значение составляющих затрат заносим в итоговую таблицу 3.5, где в последнем столбце указано их относительное значение в процентах к полным затратам.
На основании данных таблицы построен график распределение затрат по этапам проектирования, приведённый на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2. Распределение затрат по этапам проектирования
Произведем расчет затрат на амортизацию. Из «Пособия по начислению и учету амортизации на всех предприятиях независимо от форм собственности» на приборы для контроля и регулирования технологических процессов амортизация составляет 14,3 % в год от стоимости оборудования.
Таким образом, амортизация основных фондов увеличится на:
ЗАМ = 1243956 ? 0,143 = 177885,71 руб/год
Также ежегодно возникают затраты связанные с использованием нового оборудования:
Таблица 3.6 Ежегодные расходы
Наименование
показателя 1 год 2 год 3 год 4 год 5 год
Программно-технические средства 130000 115000 102000 89000 78000
Обучение персонала 120000 100000 90000 80000 70000
Всего 250000 215000 192000 169000 148000
3.5.2. Оценка экономической эффективности от внедрения
На участке сушки крышек и сводов футеровочного отделения ЭСПЦ ОЭМК два стенда сушки – один стенд сушки крышек укрытия стальковшей и один стенд сушки центральных частей водоохлаждаемых сводов. В год футеровочное отделение производит бетонирование около 350 крышек укрытия и 200 водоохлаждаемых сводов.
Расчет экономии топлива
В среднем в сутки в рабочем режиме стенд работает 20 часов.
Количество часов работы ТГОД стенда составляет 7300 часов в год.
Расход природного газа на стенд при максимальной мощности горелок составляет РМАХ = 50 м3/ч.
Годовой расход топлива на оба стенда составит:
РТгод = РМАХ * Тгод * К = 50 * 7300 * 2 * 0,9 = 657000 м3 (3.15)
где К = 0,9 — коэффициент неравномерности использования топлива.
Годовые эксплуатационные затраты на топливо:
ЭТгод = руб. (3.16)
где ЦТ – стоимость природного газа, принятая по действующему прейскуранту равной 2,24 руб/м3.
После внедрения системы экономия топлива составит 12 %, таким образом: ?РТгод = м3. (3.17)
?ЭТгод = 78840* 2,24 = 176601 руб. (3.18)
Расчет экономии футеровочного покрытия
На футеровку одной крышки укрытия требуется 0,6 тонн футеровочного бетона, а на футеровку одного свода 0,8 тонн. Таким образом, в год на футеровку всех крышек уходит Мфк
Мфк = 350 * 0,6 = 210 тон.
а на футеровку сводов Мфс
Мфс = 200 * 0,8 = 160 тон.
Стоимость 1 тн. бетона составляет 34500 руб.
Сф = (210 + 160) * 34500 = 12765000 руб.
Согласно данным, полученным после внедрения автоматизированной системы управления процессами сушки промковшей, стойкость промковша (т.е. количество плавок, которые выдерживает промковш до разрушения футеровочного покрытия) повысилась на 8%. Таким образом, для выполнения такого же объёма работ необходимо на 8% меньше промковшей и соответственно, на такой же процент сокращается количество используемых футеровочных материалов. Исходя из этих данных, примем ориентировочную экономию от внедрения новой системы на стендах сушки крышек и сводов 8%, тогда
DМф = 370 * 0,08 = 29,6 тон.
DСф = 29,6 * 34500 = 1021200 руб.
Таким образом, экономия от внедрения новой системы автоматизации составит в год
Эгод = 1021200 + 176601 = 1197801 руб.
Экономический эффект
Рассчитаем экономическую эффективность при помощи показателей, таких как:
а) чистый дисконтированный доход (ЧДД) или интегральный эффект
б) индекс доходности (ИД);
в) срок окупаемости.
Чистый дисконтированный доход – превышение интегральных результатов над интегральными затратами. Определяется как сумма текущих эффектов за весь расчетный период, приведенная к начальному шагу.
Чистый дисконтированный доход вычисляется по следующей формуле:
где (3.19)
Рt – результаты, достигаемые на t-ом шаге расчета;
Зt – затраты, осуществляемые на том же шаге;
Рt – Кt = Эt – эффект достигаемый на t-ом шаге;
Т – горизонт расчета;
at – дисконтирующая функция.
Дисконтирующая функция вводится с целью приведения всех затрат и результатов к одному моменту времени. Она имеет следующий вид:
, где (3.20)
p – коэффициент дисконтирования (p = 0,1025).
Предполагается, что разрабатываемая система будет использоваться без существенных изменений и доработок в течение 5 лет.
Тогда стоимостная оценка результатов применения данной системы за расчётный период T = 5 лет составит:
ЧДД = 1 млн. 927 тыс. 672 руб.
По величине ЧДД можно судить об эффективности внедрения рассматриваемой системы. Если ЧДД > 0, то внедрение является эффективным.
Рассчитаем индекс доходности, представляющий собой отношение суммы приведенных эффектов к величине капитальных вложений. Индекс доходности вычисляется по формуле:
ИД = , (3.21)
К – капитальные вложения;
– затраты на t-ом шаге при условии, что в них не входят капитальные вложения.
ИД = 1.42
Так как ЧДД > 0 и ИД >0, то внедрение разрабатываемой системы является эффективным.
По графику, изображенному на рис.3.3, можно судить о сроке окупаемости системы. Срок окупаемости — это минимальный интервал, за пределами которого ЧДД становится и в дальнейшем остается неотрицательным
По графику видно, что система окупается через 1.33 года после ее внедрения. Таким образом, срок окупаемости составляет 16 месяцев.
Таблица 3.7 Расчет ЧДД
Период, год Доходы, тыс. руб. Расходы, тыс. руб. Экономич. эффект по периодам, тыс. руб. 1/(1 + p)t ЧДД с нарастанием
1 1197801 2077903,71 -880102,71 0.88 -774490,38
2 1197801 392885,71 804915,29 0.77 -154705,61
3 1197801 369885,71 827915,29 0.67 399997,63
4 1197801 346885,71 850915,29 0.59 902037,65
5 1197801 325885,71 871915,29 0.52 1355433,60
Итого: 5989005 3513446,55 2475558,45 1729272,90
Чистый дисконтированный доход: ЧДД = 1729272,90
Индекс доходности: ИД =1.42
Срок окупаемости: СО = 16 месяцев
На основании расчетов построен график срока окупаемости проекта, приведённый на рисунке 3.3.
Рис. 3.3. График окупаемости проекта
Из графика видно, что срок окупаемости составит 16 месяцев.
Выводы по разделу
Расчет экономической эффективности показал целесообразность внедрения проекта, поскольку достигается экономия за счёт снижения затрат на энергоносители и футеровочные материалы в связи с увеличением срока службы крышек укрытия стальковшей и центральных частей водоохлаждаемых сводов.