УДК 669.162.263
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И РЕАЛИЗАЦИЯ АСУ ТП ДОМЕННОЙ ПЛАВКОЙ В ОАО «ММК»
© Рыболовлев Валерий Юрьевич1, канд. техн. наук, e-mail: fisher@mmk.ru; Краснобаев Алексей Викторович1, канд. техн. наук, e-mail: krasnobaev.av@mmk.ru;
Спирин Николай Александрович2, д-р техн. наук, проф., e-mail: n.a.spirin@urfu.ru;
Лавров Владислав Васильевич2, д-р техн. наук, проф., e-mail: v.v.lavrov@urfu.ru
1 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Россия, г. Магнитогорск
2 ФГФОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина». Россия, г. Екатеринбург
Статья поступила 24.02.2015 г.
Рассмотрены принципы построения и архитектура автоматизированной системы управления доменной плавкой. Представлены структурная схема комплекса программно-технических средств и схема интеграции системы управления доменной плавкой в корпоративную систему управления предприятия. Разработанная система образует единое информационно-технологическое и управляющее пространство, тесно связана с другими информационными системами, в первую очередь с теми, от которых зависит качество выплавляемого чугуна: цеха подготовки агломерационной шихты, агломерационного цеха, коксохимического производства, кислородно-конвертерного цеха, железнодорожного транспорта, кислородно-компрессорного производства и др. Основные функциональные возможности программного обеспечения реализованы в виде модельной системы поддержки принятия решений, основу которой составляет комплекс математических моделей, решающих различные задачи в области доменной плавки. Пользователи имеют возможность получить недостающую для принятия решения информацию путем установления диалога с математической моделью. Результаты эксплуатации информационно-моделирующей системы позволили повысить оперативность и качество анализа, прогнозирования и планирования технологических ситуаций, что обеспечило повышение эффективности принятия решений инженерно-техническим персоналом в условиях нестабильности состава и качества проплавляемого железорудного сырья в доменных печах и изменений конъюнктуры рынка.
Ключевые слова: автоматизированная система управления технологическим процессом; доменное производство; интеграция систем управления; модельная система поддержки принятия решений.
Внастоящее время в промышленно развитых странах все доменные печи оборудованы АСУ ТП. Архитектура АСУ ТП представляет собой многоуровневую систему и строится на основе принципов распределенности, открытости технологий с использованием стандартных модулей, объединенных в сеть помехозащи-щенным интерфейсом. Функциональные возможности этих АСУ ТП варьируются от чисто информационных до прямого управления процессом [1—10]. С развитием технических и программных средств изменяются и подходы к разработке систем АСУ ТП. Система АСУ ТП представляется как совокупность: ядра, отвечающего за сбор, первичную обработку и обмен информацией от датчиков, преобразователей и исполнительных механизмов; набора сервисных программ, отвечающих за организацию хранения, доступа и отображения информации пользователям системы, а также набора
** Уральский
федеральный ^ университет
^^^ рмеш первого Президента н нс^аллургин
сервисных программ, обеспечивающих поддержку принятия решений, основанных на решении задач моделирования и оптимизации технологического процесса.
Высокая надежность
средств вычислительной техники и программируемых логических контроллеров повысила отказоустойчивость АСУ ТП в целом. Это обстоятельство, а также возможность создания единого информационного пространства на базе локальной вычислительной сети внутри доменного цеха обеспечивают интеграцию систем АСУ ТП доменных печей с системами цехового уровня (системами АСУП). Развитие сетевой инфраструктуры внутри доменного цеха и интеграция ее в корпоративную сеть предприятия приводит к существенному росту числа пользователей системы как среди технологического персонала доменного цеха, так и корпоративных клиентов. Это ставит новые задачи по администрированию систем, организации защиты информации от несанкционированного доступа, защиты информации от вирусных атак.
В соответствии с современной идеологией основные задачи управления решаются на нижних уровнях системы, что позволяет повысить реактивность системы и разгрузить вычислительную сеть от передачи лишней информации. На верхних уровнях управления решаются только те задачи, для выполнения которых вычисли-
Пост А
АРМ мастера печи АРМ мастера печи АРМ мастера печи АРМ мастера печи АРМ Газовщика АРМ Газовщика АРМ Газовщика
«Шихтоподача» 1 «Шихтоподача» 2 «Обеспечение БЗУ» «Собственно печь» «Собственно печь» «Воздухонагреватели» 1 «Воздухонагреватели» 2
П
Пост Д
АРМ Электрика «Воздухонагреватели»
□
Шкаф сетевой поста A
Шкаф сетевой поста Д
PLC 1
Пост Б
АРМ машиниста АРМ машиниста АРМ машиниста АРМ машиниста
шихтоподачи шихтоподачи
(запад) (центральный)
шихтоподачи (главный)
Шкаф сетевой поста Б
PLC 2
PLC 3
-X-
Шкаф серверный WinCC
Серверы WinCC
/ /
0 I I D
0 1 1 0
Шкаф серверный
Сервер OPC
в АСУП доменного цеха ОАО «ММК»
Рис. 1. Структурная схема комплекса программно-технических средств ДП-10 ОАО «ММК»
тельные средства нижних уровней не приспособлены.
Схема автоматизированной системы на примере АСУ ТП ДП-10 доменного цеха ОАО «ММК» представлена на рис. 1.
АСУ ТП доменной печи является компонентой интегрированной информационной системы доменного цеха ОАО «ММК», решающей задачи контроля и управления технологическим процессом плавки с целью повышения качества выпускаемой продукции. На каждой доменной печи функционирует несколько АСУ ТП: шихтоподачи; собственно печи; воздухонагревателей; БЗУ (на печах, оборудованных бесконусным засыпным устройством фирмы Пауль Вюрт).
В настоящее время все АСУ ТП доменной плавки на печах доменного цеха ОАО «ММК» строятся на базе современных технических и программных средств. При проектировании АСУ ТП широкое применение получили микропро-Я цессорные контроллеры SIMATIC S7-400 фирмы SIEMENS. Конфигурация систем ввода-вы-а вода SIMATIC S7-400 строится на основе сети t PROFIBUS-DP и станций распределенного вво-Ц да-вывода ET200M, ET200S c интерфейсными | модулями IM153-2 и IM151-1 соответственно.
Для визуализации, управления и контроля технологическим процессом используются автоматизированные рабочие места мастеров печи, расположенные на главном посту управления ДП (пост А), автоматизированные рабочие места машиниста шихтоподачи (пост Б) и автоматизированное рабочее место, расположенное в помещении АСУ поста Д (ПСУ воздухонагревателей), организованных на базе автоматизированных рабочих мест (АРМ) с применением SCADA-си-стемы WinCC фирмы SIEMENS. Для контроля работы технологического и электрического оборудования, фиксации аварийных ситуаций, диагностики технологического и электрического оборудования используются автоматизированные рабочие места, расположенные в помещении ЭП1. Для своевременного выявления отказов технических средств реализована система диагностики неисправностей, использующая все возможности, предоставляемые контроллерами.
В системе управления реализован ролевой доступ к функциям системы, разграниченных паролями: оператор, технолог, инженер сервисной службы. В зависимости от роли пользователя ограничены возможности по управлению и конфигурированию системы.
■Уровень 3-
WEB-клиент 1 WEB-клиент 2 WEB-клиент 3 WEB-клиент 4 WEB-клиент
—Уровень 2—
-ДП №9-
СУБД хранения истории
OPC «ПАРАДИГМА»
WEB-сервер
-ДП №10-
СУБД хранения истории
3
OPC «ПАРАДИГМА»
Уровень 1 "(ДП №9)
Уровень 1 (ДП №10)
Рис. 2. Применение технологии OPC при интеграции комплекса АСУ ТП ДП-9 и ДП-10 в корпоративную систему комбината
Для обмена данными между микропроцессорными контроллерами и автоматизированными рабочими местами используются серверы WinCC. Сервер баз данных служит для регистрации результатов решения функциональных задач. Связь контроллеров, АРМ и серверов осуществляется по сети Ethernet через сетевые коммутаторы SIMATIC OSM.
Структура управления - распределенная. Информация от органов управления поступает непосредственно в выносные блоки ET 200M, которые объединены между собой и с центральным процессором в единую сеть. Для управления электроприводами электровибропитателей, грохотов, затворов и лотков дозаторов, грохотов и затворов центральных воронок, конвейеров подачи железорудного сырья в центральные воронки и конвейеров отсева агломелочи и шиберов предназначены устройства распределенного ввода-вывода SIMATIC ET 200S с силовыми модулями и системы управления и контроля SIMATIC SIMOCODE-DP, расположенные в шкафах управления шихтоподачей.
Для реализации диспетчерского уровня на ДП-10 разработаны и внедрены системы: управления технологическим процессом; мониторинга параметров систем загрузки ДП; мониторинга параметров работы воздухонагревателей.
Компьютеры этого уровня решают следующие задачи:
- диспетчерский сбор, сигнализация, управление и отображение всего технологического
процесса или его отдельных подсистем (набор мнемосхем, графиков, отчетов), реализованные на операторских станциях;
- хранение технологической информации в базе данных;
- компьютерная поддержка принятия решений (комплекс математических моделей технологического процесса, интеллектуальная поддержка принятия решений), реализованная на рабочих станциях.
БСАЭА-система "^пСС - на сегодня одна из лучших и надежных систем такого класса. Но, как любое программное обеспечение, эта система не лишена недостатков, которые не позволяют использовать ее для построения полномасштабных распределенных систем АСУ ТП в рамках всего предприятия.
Для решения вопросов интеграции между подсистемами, МББ-системой, системами оперативного управления корпоративного уровня, организации просмотра технологических параметров с любого компьютера корпоративной сети и обеспечения возможности внедрения математических моделей технологических процессов, а также для обеспечения прозрачности механизма передачи и получения данных и универсального механизма получения информации была применена
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.