ОБУЧАЮЩИЙ ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ОПЕРАТОРОВ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК
А.Н.Лаврик, Е.В.Протопопов, В.В.Соколов, А.В.Худяков, Л.А.Ганзер
ОАО "ЗСМК", Сибирский государственный индустриальный университет
Техническое перевооружение предприятий черной металлургии, в частности общая тенденция совершенствования средств автоматизации машин непрерывного литья заготовок требует достаточно высокой квалификации обслуживающего персонала и соответствующей подготовки кадров [1].
Опыт эксплуатации восьмиручьевой сортовой МНЛЗ в кислородно-конвертерном цехе №2 показал, что практическое обучение на действующей машине сопряжено с большими потерями материальных и энергетических ресурсов.
Перспективным направлением в сфере технического образования является использование обучающих систем на основе тренажеров. В настоящее время тренажеры используются в учебно-тренировочных центрах в космонавтике, авиации, атомной и тепловой энергетике. К сожалению, в черной металлургии применение обучающих систем не нашло широкого распространения [2].
Западно-Сибирским металлургическим комбинатом совместно с Сибирским государственным индустриальным университетом впервые в отрасли разработан обучающий тренажер оператора системы управления непрерывной разливкой стали [3], который является важным элементом подготовки специалистов.
Учебно-тренажерный комплекс представлен в виде имитатора МНЛЗ, созданного на принципах физико-математического моделирования процесса непрерывной разливки стали в сортовые заготовки. С помощью физической модели отображается движение жидкого металла на участке промежуточный ковш - кристаллизатор, что обосновано соблюдением основных критериев подобия. Моделирующая жидкость при этом циркулирует по замкнутому контуру и имитирует заполнение промежуточного ковша, подачу металла в кристаллизатор и вытягивание слитка. Исследование технологического процесса при обучении охватывает в реальном времени все производственные операции в режиме стопорной и бесстопорной разливки стали через стакан-дозатор.
Управление обучающе-тренинговой системой выполнено на двух уровнях. Нижний уровень осуществляет контроль параметров процесса, блокировки, выдачу аварийных сигналов и обработку заданий на управляющие воздействия. Управляющие блоки гидравлической имитации движения жидкого металла реализуют свои функции с использованием программируемого логического контроллера, подключенного к датчикам расхода и преобразователям разности давления моделирующей жидкости, потенциометрам для контроля положения стопора и датчикам положения стопора
промежуточного ковша, а также исполнительным механизмам.
На верхнем уровне управления супервизором осуществляется задание управляющих воздействий. Программные средства обучающего тренажера обеспечивают моделирование динамического поведения отдельных узлов машины и управляющих команд, а также визуализацию движения металла на участке промежуточный ковш - кристаллизатор. Использование ПК, объединенных в информационную сеть, позволяет одновременно изучать особенности процесса по всей технологической оси машины.
В условиях учебно-тренажерного комплекса операторы знакомятся с принципиальной схемой МНЛЗ и с функциями различных пультов управления. Обучаемые получают полное представление о последовательности операций на МНЛЗ и анализируют возможные аварийные ситуации. Учебный процесс при этом упрощается и становится более эффективным, поскольку тренажер создает возможность наглядного обучения (рис. 1). Следует отметить, что полученные знания и навыки управления технологическим процессом непрерывной разливки стали значительно сокращают время адаптации операторов МНЛЗ на действующей машине.
Процесс обучения в учебно-тренажерном комплексе осуществляется следующим образом. Обучаемый оператор выбирает марку разливаемой стали и обосновывает основные параметры процесса для заданной емкости сталеразливочного ковша и сечения кристаллизатора. Перед началом разливки уточняется температурно-скоростной режим процесса и особенности дозирования металла, подаваемого в кристаллизатор. Затем оператор производит проверку готовности электрического, механического оборудования, проверяет уровень моделирующей жидкости в промежуточном ков- Рис. 1. Рабочее место обучаемого ше и кристалли- оператора
'М»с стали« ешммя» •Д.
]Пмирл аяйр епиммм
|в*«с<ая>«чмив«м
пшнцгяш «геснюши
лнвбДОятм-ФнвМ' •
ТГМПрМЙИИМ
Пцчшм ручь» ш 8:
¡Пмвря СПМр* лряюмв *
мммиь • фмгалпмтр*
1Г|ЦЩ 111111 1111)|П11 II »1 <11111111
Юярваьшпмш
Мктгампабм*
ркяптрмтм иди
¡овщив цкяя «крутой нда
Рис. 2. Окна с обзором текущего состояния процесса
заторе. По готовности установки формируется задание и разрешение на разливку данной плавки. С помощью блока задания исходных условий данные о конструкции машины, емкости сталеразливочного и промежуточного ковшей, температуре металла, технологических параметрах, уровне металла в промежуточном и сталеразливочном ковшах передаются на соответствующие блоки задания управляющих воздействий и управляющие блоки гидравлической имитации движения жидкого металла. При этом открывается шиберный затвор сталеразливочного ковша и начинается наполнение промежуточного ковша. При достижении определенного уровня в промежуточном ковше открывается его стопор и заполняется кристаллизатор в том или ином режиме в зависимости от технологических параметров процесса и имеющейся дополнительной информации. Затем включается привод вытягивания, и ручей выходит на заданную скорость разливки, соответствующие параметры первичного и вторичного охлаждения, а также циклов качания кристаллизатора (рис. 2).
Разработанный тренажер оператора системы управления непрерывной разливкой стали позволяет выполнять управление процессами разливки как в автоматическом, так и дистанционном и ручном режимах.
В режиме ручного управления обучаемый оператор регулирует положение стопора промежуточного ковша непосредственно с помощью рычага или кнопок дистанционного пульта. Переход на ручное управление выполняется переключением соответствующих тумблеров на пультах управления, при этом задание на скорость вытягивания заготовки формируется уже от потенциометра, а не от программируемого логического контроллера.
Обучаемый оператор, анализируя воздействие различных факторов, возникающих в процессе разливки (изменение скорости разливки, температуры металла, расходной характеристики стакана-дозатора промежуточного ковша при его разрушении или
затягивании неметаллическими включениями), принимает соответствующие управляющие воздействия, обеспечивающие нормальный ход разливки плавки (рис. 3).
Гидравлическая имитация движения жидкого металла на участке промежуточный ковш - кристаллизатор и визуализация изучаемых процессов позволяет повысить степень информационного подобия тренажера реальному объекту и обеспечивает формирование рациональных технологических навыков управления процессом непрерывной разливки, в том числе в аварийных ситуациях.
Необходимо отметить, что возможность моделирования аварийных ситуаций, в частности, при ручном управлении непрерывной разливкой, представляет собой одно из наиболее существенных преимуществ, поскольку при этом приобретается опыт и отрабатываются навыки безопасного управления в аварийных ситуациях при разливке на МНЛЗ.
Таким образом, использование физической модели комплекса оборудования и новых программных средств, наличие при этом обратных связей в АСУ разливкой позволяет не только моделировать работу МНЛЗ и использовать обучающий тренажер для подготовки специалистов по непрерывной разливке стали, но и производить разработку программного обеспечения для действующих МНЛЗ, отладку систем автоматического поддержания уровня металла в кристаллизаторе и тестирование оборудования.
Библиографический список
1. Последние достижения и перспективы автоматизации непрерывной разливки / X. Прассль, В. Оберман, Н. Хюб-неридр. //Сталь. 2001. №3. С. 18-22.
2. Цымбал В.П., Сакун А.ф. Вопросы построения тренажеров и автоматизированных систем на их основе в металлургии //Изв. вузов. Черная металлургия. 1981. N96. С. 129-132.
3. Патент России №2226006. Тренажер оператора системы управления непрерывной разливкой стали / А.Н.Лаврик, Е.В.Протопопов, В.В.Соколов и др. // Изобретения. Полезные модели. 2004. №7.
Ш
-™Г Вв£10< »(0-1001) ■■Г Вес | ПО, % (0-20 т) —Г Увоимь* мш-в.ОЬ
_Г Ур08внь ввкач-мыи. %
"Г Поэ. стопора %<0-бмы) •"•Г Поз шибера. *
Сюрогть. % (СМм/мии) Твипвратура I ч
Высокой уровень стали в кристаллизаторе Разливка № 366 закончилась
Рис. 3. Окна для контроля параметров разливки
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.