Автоматизированный комплекс управления электролизом алюминия – «ТРОЛЛЬ-5»

Блоки управления 'ТРОЛЛЬ' в сборочном цехуАвтоматизированный технологический комплекс «ТРОЛЛЬ» в автоматическом режиме контролирует протекание технологического процесса электролиза алюминия в масштабах электролизного корпуса, серии, цеха или завода.

Состав АТК «ТРОЛЛЬ»:
  • комплекс управляющих технических средств «ТРОЛЛЬ-5», включающий в себя блоки управления электролизерами, сетевое и компьютерное оборудование;
  • программное обеспечение «ТРОЛЛЬ», включающее в себя программное обеспечение управления электролизерами, программное обеспечение анализа накопленной информации и подготовки отчетов и системное программное обеспечение;
  • технологическое оборудование автоматизированной подачи глинозема (АПГ) в электролизер.

АТК «ТРОЛЛЬ» соответствует всем современным требованиям к системам подобного класса, включает в себя проверенные технологические и научные новшества, появившиеся в отрасли за последние годы, и отвечает условиям отечественного производства.

Внедрение комплекса позволяет повысить качество алюминия и повысить конкурентоспособность отечественных предприятий по отношению к зарубежным производителям.

В 2002 году международной аудиторской комиссией комплекс «ТРОЛЛЬ» был отнесен к категории систем мирового уровня – World class system. В 2004 году система автоматизации электролиза алюминия «ТРОЛЛЬ» удостоена высокой награды – премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники.

Наименование системы Объект автоматизации Объем внедрения
Модернизация АСУТП электролиза алюминия (30 АРМов) Волгоградский алюминиевый завод 30 рабочих мест
Оборудование автоматизированной дозированной подачи глинозема Иркутский алюминиевый завод 2 электролизных корпуса №№ 9-10 (300 кА)
АСУТП электролиза алюминия для 9-10 корпусов ИрКАЗ Иркутский алюминиевый завод 2 электролизных корпуса №№ 9,10
АСУТП электролиза алюминия, Волховский алюминиевый завод Волховский алюминиевый завод 20 электролизеров
АСУ ТП электролиза алюминия для Kombinat Aluminijuma Podgorica Kombinat Aluminijuma Podgorica 2 электролизных корпуса (264 электролизера на силу тока 80 кА)
АСУТП электролиза алюминия с дополнительными функциями измерения Уральский алюминиевый завод Опытный цех (6 электролизеров 300 КА)
АСУТП электролиза алюминия для дополнительных электролизеров Саяногорский алюминиевый завод Дополнительные электролизеры в корпусах №№ 1,2
АСУТП электролиза алюминия (20 электролизеров) Волховский алюминиевый завод 20 электролизеров
АСУ ТП электролиза алюминия для Запорожского ПАК, 2 корпус ОАО "Запорожский производственный алюминиевый комбинат" 2-й корпус электролизного цеха
Технологическое оборудование АПГ (дозированная подача глинозема) для 6 электролизеров Уральский алюминиевый завод Опытный цех, 6 электролизеров с обожженными анодами (300 кА)
АСУТП электролиза алюминия для Запорожского ПАК, 4 корпуса ОАО "Запорожский производственный алюминиевый комбинат" 4 электролизных корпуса (№№1,2,7,8)
АСУТП электролиза алюминия для электролизеров с обожженными анодами Саяногорский алюминиевый завод 16 дополнительных электролизёров с обожженными анодами, с двумя двигателями анодной рамы, установленные в корпусах №№ 1-4
Автоматизированное дозирование глинозема для электролизеров с обожженными анодами Иркутский алюминиевый завод 13 электролизеров ОА (140 кА)
Технологическое оборудование АПГ для электролизеров c боковым токоподводом на 78 кА Надвоицкий алюминиевый завод Две группы электролизеров (78 кА бок. т/п)
АСУТП электролиза алюминия (5 электролизных корпусов) Новокузнецкий алюминиевый завод 5 электролизных корпусов
Технологическое оборудование АПГ для корпуса электролизеров на 105 кА Надвоицкий алюминиевый завод 1 электролизный корпус (105 кА верхн. т/п)
АСУТП электролиза алюминия (8 электролизных корпусов) Иркутский алюминиевый завод Завод (8 электролизных корпусов)
Технологическое оборудование АПГ для 19 электролизеров ОА на ВгАЗ Волгоградский алюминиевый завод 19 электролизеров бригады №16 корпуса №4 2 серии электролиза
Технологическое оборудование АПГ для электролизеров 155 кА на ВгАЗ Волгоградский алюминиевый завод 4 электролизера (155 кА верх. т/п)
АСУТП электролиза алюминия (9 корпусов с обожжёнными анодами) Саяногорский алюминиевый завод Завод (9 электролизных корпусов)
АСУТП электролиза алюминия для ВгАЗ, 6 корпусов Волгоградский алюминиевый завод Завод (6 электролизных корпусов)
АСУТП электролиза алюминия (1 электролизный корпус) Братский алюминиевый завод 1 электролизный корпус (№ 25)
Технологическое оборудование системы автоматизированной подачи глинозема (АПГ) Братский алюминиевый завод Группа электролизеров, верх.т/п (105 кА)
АСУТП электролиза алюминия для НАЗ, 6 корпусов Надвоицкий алюминиевый завод Завод (6 электролизных корпусов)

Блок управления ТРОЛЛЬНа сегодняшний день состояние дел в отрасли производства алюминия путем электролиза таково, что повышение эффективности технологического процесса немыслимо без применения современных средств автоматизации. Автоматизация дает достоверную информацию о протекании процесса, позволяет в целях оперативного управления пользоваться мощными математическими вычислениями и, конечно же, снижает влияние человеческого фактора. Функции комплекса «ТРОЛЛЬ»:

  • контроль и управление концентрацией глинозема в электролите для каждого электролизера;
  • контроль и управление технологическим процессом электролиза алюминия в масштабах корпуса, цеха, завода.

Описание технологии

Состав АТК «ТРОЛЛЬ»:

  • комплекс управляющих технических средств «ТРОЛЛЬ-5», включающий в себя блоки управления электролизерами, сетевое и компьютерное оборудование;
  • программное обеспечение «ТРОЛЛЬ», включающее в себя программное обеспечение управления электролизерами, программное обеспечение анализа накопленной информации и подготовки отчетов и системное программное обеспечение;
  • технологическое оборудование подачи глинозема в электролизер оригинальной конструкции (оборудование АПГ).

Автоматизированный технологический комплекс «ТРОЛЛЬ» отвечает всем современным требованиям к системам подобного класса, включает в себя все проверенные технологические и научные новшества, появившиеся в отрасли за последние годы, и отвечает условиям отечественного производства. Внедрение комплекса управления электролизом позволяет с минимальными затратами вывести производство алюминия на передовой уровень и повысить конкурентоспособность отечественных предприятий по отношению к зарубежным производителям.

В 2002 году международной аудиторской комиссией комплекс «ТРОЛЛЬ» был отнесен к категории систем мирового уровня — World class system.

В 2004 году система автоматизации электролиза алюминия «ТРОЛЛЬ» удостоена высокой награды – премии Правительства Российской Федерации.

Функции АТК «ТРОЛЛЬ»

Автоматизированный технологический комплекс «ТРОЛЛЬ» предназначен для автоматического управления технологическим процессом электролиза алюминия в масштабах электролизного корпуса, серии, цеха или завода и выполняет функции контроля и управления технологическим процессом:

  • Измерение и сглаживание напряжения электролизера. Комплекс обеспечивает замер напряжения на каждом электролизере каждые 55 миллисекунд. Измеренное напряжение сглаживается и усредняется каждую секунду, 3 секунды и 3 минуты. Также происходит вычисление приведенного напряжения для каждого электролизера.
  • Поддержание межполюсного напряжения (МПР). На основании вычисленного приведенного напряжения автоматически выдаются сигналы на двигатели перемещения анода для удержания заданного МПР электролизеров.
  • Поддержание концентрации глинозема. Комплекс поддерживает оптимально низкую концентрацию глинозема в электролите. Поддержание концентрации происходит путем управления механизмами АПГ (пробойниками и дозаторами). Данная функция позволяет тонко регулировать концентрацию глинозема в электролите, формировать рабочее пространство и корку необходимым образом и полностью отказаться от поточных обработок, прибегая лишь при необходимости к технологической обработке отдельных электролизеров.
  • Обнаружение и устранение МГД-нестабильности (волнения). Автоматически определяется наличие волнения на ванне путем выделения характерных колебаний напряжения электролизера. При превышении амплитуды волнения над пороговым значением автоматически повышается напряжение уставки, а после гашения волнения уставка снижается по заданному алгоритму.
  • Обнаружение и сопровождение анодных эффектов (АЭ). Комплекс определяет наличие АЭ и выдает соответствующее предупреждение: зажигает лампу на ванне, информирует оператора на верхний уровень и выдает голосовое сообщение по громкоговорящей связи в корпус. Во время АЭ система подает необходимое для гашения АЭ количество глинозема (при помощи АПГ) в электролизер. Алгоритм корректно определяет повторные анодные эффекты.
  • Управление частотой АЭ. Комплекс не только поддерживает заданную частоту АЭ для каждого электролизера, но и позволяет задавать время наступления каждой вспышки. Комплекс предоставляет возможность "заказать" внеплановый анодный эффект.
  • Автоматическое поддержание криолитового отношения (КО). При наличии механизмов подачи фторсолей и наличии регулярных замеров КО на электролизерах комплекс управляет автоматической подачей фтористых солей с целью поддержания КО на заданном уровне.

Функции сопровождения регламентных операций

  • Управление при выливке металла. Комплекс обеспечивает сопровождение выливки металла, стабилизирует тепловой баланс электролизера, контролирует правильность действий технологического персонала.
  • Поддергивание анодного кожуха — функция автоматической компенсации изменения положения анодного кожуха при сгорании анода (для электролизеров с верхним токоподводом).
  • Перестановка штырей. Производится автоматическое сопровождение перестановки штырей для электролизеров с верхним и боковым подводом тока. Комплекс обеспечивает два режима перестановки штырей.
  • Замена анодов — автоматическое сопровождение режима замены анодов для электролизеров с обожженными анодами.
  • Сопровождение режимов электролизера. Комплекс обеспечивает специальные режимы для пусковых ванн и для электролизеров на капремонте.
  • Сопровождение обработок. В случае если технологическое оборудование АПГ не установлено или не функционирует, функция сопровождения поточных обработок позволяет задавать расписание обработок и корректно сопровождать как обработки по расписанию, так и обработки вне расписания.
  • Перетяжка анодной рамы — автоматическая подача анодной рамы в заданных пределах с контролем состояния электролизера (для электролизеров с обожженными анодами).
  • Устранение перекоса анодной рамы (для электролизеров с двумя двигателями привода анода). Позволяет как вручную (с пульта БУ), так и автоматически (при наличии датчика перекоса) устранять перекос анодной рамы.

Дополнительные функции

  • Защита оборудования электролизера. За счет контроля токов двигателей комплекс позволяет выявлять проблемное оборудование и не допускает выхода из строя оборудования приводов анода на электролизере.
  • Измерение тока серии и напряжения корпусов осуществляет контроллер тока и напряжения серии. Контроль "нуля" серии является частью алгоритмов, реализуемых контроллером тока и напряжения серии.
  • Оптимизация расхода воздуха. Комплекс координирует работу оборудования АПГ в масштабе корпуса, снижая до минимума непроизводительный перерасход воздуха, а также контролирует (при наличие датчика) давление воздуха в магистрали корпуса.
  • Контроль АЭ на соседних ваннах. Комплекс корректно обрабатывает известный эффект, когда во время анодного эффекта на одном электролизере на соседних ваннах возникают возмущения.
  • Контроль наружной температуры. При наличии датчика температуры окружающего воздуха комплекс отслеживает понижение температуры, корректирует уставки и т. п.

Комплекс управляющих технических средств «ТРОЛЛЬ-5»

Структура комплекса технических средств

Структура комплекса технических средств
Рис.1.Структура технологической сети электролизного производства

Основу аппаратного обеспечения системы составляют блоки управления электролизерами «ТРОЛЛЬ-5», установленные в корпусе электролиза. Группа БУ соединена между собой по коаксиальному кабелю. Группы подключены по схеме "звезда" к концентратору сети корпуса (КСК), представляющего собой оптоволоконный хаб сети ArcNet. К концентратору подключается также и контроллер тока и напряжения серии (КТНС), установленный на КПП, который производит замер и раздачу по блокам управления значения тока серии.

Концентраторы сети корпусов подключены по оптоволоконному кабелю к маршрутизатору системы «ТРОЛЛЬ». Маршрутизатор устанавливается в помещении пультовой АСУТП. Там же установлены серверы системы: сервер реального времени (СРВ) и сервер базы данных (СБД). С одной стороны, серверы получают информацию от маршрутизатора системы. С другой стороны, они открывают доступ к данным из заводской сети. Любой компьютер, подключенный к сети предприятия, может иметь доступ при установке ПО "Клиент" как к данным в реальном времени (через СРВ), так и к накопленным данным, сводкам, отчетам (через СБД).

Базовая поставка КТС «ТРОЛЛЬ-5»:

  • блоки управления «ТРОЛЛЬ-5» предназначены для управления одним или двумя электролизерами, выполняют автоматическое технологическое управление, оперативное управление с панели, временное хранение и передачу информации по сети; устанавливаются в непосредственной близости от подключаемых электролизеров;
  • технологическая сеть ArcNet предназначена для организации обмена данными между блоками управления и программнотехническими средствами верхнего уровня; физически представляет собой оптоволоконную сеть ArcNet, которая обеспечивает передачу информации с гарантированным временем доступа и отсутствие коллизий. По сравнению с предыдущими версиями система не претерпела значительных изменений за исключением того, что в качестве транспортного протокола теперь используется протокол TCP/IP;
  • контроллер тока и напряжения серии предназначен для измерения тока и напряжения серии, передает данные по сети блокам управления нижнего уровня; устанавливается в помещении КПП;
  • сетевое оборудование верхнего уровня включает концентраторы сети корпуса и маршрути заторы (роутеры). Концентратор сети корпуса объединяет оптоволоконные лучи технологической сети корпуса в единый кабель. Маршрутизатор объединяет технологические сети корпусов в единую технологическую сеть участка, цеха или завода и осуществляет маршрутизацию пакетов данных, циркулирующих из сети верхнего уровня в технологическую и обратно.

В качестве маршрутизатора может выступать как специализированное устройство, так и обычный компьютер с соответствующим программным обеспечением;

  • сервер реального времени осуществляет сбор оперативной информации и предоставляет возможности оперативного дистанционного управления. Организует совместную работу всех компонентов системы;
  • сервер базы данных хранит архивную базу данных, обрабатывает запросы к ней со стороны различных клиентов, формирует сводки и отчеты;
  • рабочее место (АРМ) системы представляет собой персональный компьютер, подключенный к сети предприятия. На АРМ выполняется программа "клиент системы «ТРОЛЛЬ»", настроенная для конкретных целей использования (монитор оператора, АРМ старшего мастера, генератор сводок, АРМ руководителя и т. п.).

Блок управления «ТРОЛЛЬ-5»

Внешний вид блока управления «ТРОЛЛЬ-5» (для Саяногорского алюминиевого завода) приведен на Рис. 4. Совместно с установленным на нем программным обеспечением блок управления осуществляет следующие функции:

  • функции управления для одного или двух электролизеров;
  • ручное оперативное управление технологическими узлами электролизера;

Блок управления «ТРОЛЛЬ-5» может работать автономно и независимо от верхнего уровня и от других БУ. Основу блока управления «ТРОЛЛЬ-5» составляет программируемый РС-совместимый контроллер фирмы Octagon Systems (Рис. 2). Контроллеры MicroPC используют всю мощь процессоров Intel для обработки данных и управления в реальном времени. Кроме того, РС-совместимые контроллеры, в силу господства архитектуры РС, не требуют специального обучения обслуживающего персонала. Контроллеры MicroPC рассчитаны на работу в температурном диапазоне –40..+70 °С, что весьма важно для отечественных предприятий. Для нормирования и гальванической изоляции измерительных, контрольных и управляющих цепей применены модули фирмы Grayhill (рис. 3). Модули развязки фирмы Grayhill содержат весь спектр нормирующих преобразователей, обеспечивают поканальную гальваническую изоляцию 3000 В, имеют точность измерения на уровне 0,1 %, работают в температурном диапазоне –40..+70 °С. Блок управления «ТРОЛЛЬ-5» имеет модульную структуру, модули реализованы в виде максимально независимых блоков. Все модули объединены внутренней локальной сетью RS-485, что позволяет, вопервых, значительно повысить помехозащищенность, а во-вторых, упрощает внутренний монтаж блока управления и повышает его ремонтопригодность.

Контроллер MicroPC Модуль гальванической развязки Силовые расцепители и магнитные пускатели
Рис. 2. Контроллер MicroPC Рис. 3. Модули нормализации и гальванической развязки Рис. 4.Силовые расцепители и магнитные пускатели

Пульт оперативного управления выполнен в герметичном корпусе со степенью защиты IP54 и подключается к внутренней сети блока управления двумя проводами. Клавиатура имеет три степени защиты от случайных помех. Обмен с процессором ведется по последовательному помехозащищенному интерфейсу; клавиатура заключена в металлический корпус, экранирующий электромагнитные излучения, и напряжение сканирования повышено до 10 В. Средства визуализации блока управления «ТРОЛЛЬ-5» дополнены светодиодным алфавитно-цифровым двухстрочным дисплеем с высотой символа около 6 мм, благодаря которому значительно упрощается работа с БУ для технологического и обслуживающего персонала. В качестве силовых элементов управления электрическими приводами используются магнитные пускатели. В качестве силовых автоматов используются автоматы с дистанционным взводом и отключением.

Такая схема решения проблемы силовых расцепителей позволяет,с одной стороны, полностью защитить их от внешних воздействий (глиноземная пыль, механические перегрузки), а с другой стороны, сохраняет простоту и легкость управления (Рис. 4). Так как электродвигатели размещены непосредственно на электролизере и работают в тяжелых условиях, к системе управления электродвигателями предъявляются особые требования. Блок управления «ТРОЛЛЬ» оснащен интеллектуальной системой управления двигателями приводов технологических узлов электролизера, которая постоянно контролирует текущее состояние двигателей. Система управления двигателями нацелена на максимально возможное сохранение пускателей и двигателей при любых нештатных ситуациях. Система управления двигателями оснащена электронной защитой, которая получает от датчиков тока двигателей текущее значение тока по каждой фазе. Двигатель может находиться в одном из следующих состояний:

  • выключен;
  • включен для перемещения вверх или вниз,
  • включен, но работает с перегрузкой (Перегрузка 1);
  • короткое замыкание в цепях питания двигателя (Перегрузка 2);
  • несанкционированное включение электродвигателя.

При обнаружении состояния "Перегрузка 1" допускается работа электропривода в течение определенного времени, после чего силовые цепи принудительно разрываются путем отстрела расцепителей. При обнаружении состояния "Перегрузка 2" силовые цепи разрываются тут же, технологический персонал оповещается о неисправности в цепях питания двигателя. Скорость срабатывания электронной защиты в этом случае может быть задана в определенном диапазоне, при этом электронная защита корректно отрабатывает высокие пусковые токи двигателей. В случае несанкционированного включения электродвигателя, которое обнаруживается по наличию тока в силовых цепях при отсутствии команды на включение, силовые цепи разрываются, технологическому персоналу посылается сообщение о неисправности в силовых цепях блока управления.

В любой из вышеперечисленных ситуаций для включения силовых расцепителей требуется вмешательство технологического персонала. В БУ ТРОЛЛЬ-5 значительное количество встроенных каналов ввода-вывода. Количество выходов для управления АПГ достигает 7 выходов на каждую ванну. К каждому выходу (1,25 А, ~220 В) можно подключить как управление дозатором, так и пробойником. К БУ можно подключить также концевые выключатели перемещения анодной рамы (по два выключателя на ванну). В БУ «ТРОЛЛЬ-5» предусмотрено подключение датчика температуры электролита, а также иных внешних устройств через внешний пылезащищенный разъем. Основные особенности БУ «ТРОЛЛЬ-5»:

  • модульное построение БУ;
  • внутренняя шина RS-485 с подключением внешних устройств;
  • герметичный и защищенный от помех пульт оперативного управления;
  • контроль температуры (датчики) в блоках управления;
  • до 7 выходов АПГ на ванну с возможностью раздельного управления;
  • текстовая информация на панели БУ;
  • оперативный замер (для каждой фазы)и отображение ток ов двигателей анода и кожуха;
  • дистанционный (кнопки на двери) взвод и отключение силовых расцепителей;
  • подключение концевых выключателей перемещения анодной рамы;
  • сигнализатор открытия двери БУ;
  • светодиодные индикаторы состояния БУ (красный — "Авария", зеленый — "Питание");
  • большие (70 мм) индикаторы на панели БУ;
  • индивидуальная парольная защита на БУ;
  • возможность работы с датчиком температуры электролизера;
  • возможность включения автоматического выравнивания анодной рамы;
  • независимая сигнализация анодных эффектов.

Блоки управления «ТРОЛЛЬ» имеют различное конструктивное исполнение в зависимости от типа и количества управляемых электролизеров (Рис.4, 6, 7). Общими для всех типов конструктивных исполнений являются внутренняя система микроклимата БУ, обеспечивающая работу БУ в температурном диапазоне –40..+70 °С; степень защиты корпуса от воздействий внешней среды не ниже IP65; концевой выключатель и замок на двери БУ для предотвращения несанкционированного доступа внутрь шкафа (при этом замок расположен в герметизируемой зоне); лампу внутреннего освещения и электрическую розетку для удобства обслуживания БУ. Все электрические соединения внутри блока управления рассчитаны на вибрации, характерные для корпуса электролиза.

ТРОЛЛЬ-5С. Для электролизеров с верхним токоподводом с обоженным анодом ТРОЛЛЬ-5И. Для электролизеров с верхним токоподводом с самообжигающимся анодом, Иркутск ТРОЛЛЬ-5К1. Для электролизеров с боковым токоподводом, Новокузнецк
Рис. 5. «ТРОЛЛЬ-5С». Для электролизеров с верхним токоподводом с обоженным анодом Рис. 6. «ТРОЛЛЬ-5И». Для электролизеров с верхним токоподводом с самообжигающимся анодом, Иркутск Рис. 7. «ТРОЛЛЬ-5К1». Для электролизеров с боковым токоподводом, Новокузнецк

Контроллер тока и напряжения серии

Контроллер тока и напряжения серии (КТНС) предназначен для измерения текущих значений тока и напряжения серии. Он выполняет следующие функции:

  • измерение значений тока серии и напряжений корпусов;
  • определение "нуля" серии;
  • публикация измеренных значений в технологической сети, для того чтобы она была доступна всем БУ электролизной серии.
Контроллер тока и напряжения серии
Рис. 8. Контроллер тока и напряжения серии
Концентратор сети корпуса
Рис. 9. Концентратор сети корпуса
Маршрутизатор СПАЙДЕР
Рис. 11. Маршрутизатор СПАЙДЕР

Основу КТНС также составляет контроллер MicroPC. Помимо контроллера в состав КТНС входит также нормирующий усилитель для согласования датчика тока с измерительным трактом КТНС. Контроллер тока и напряжения серии компании "ТоксСофт" поддерживает работу с любыми типами датчиков тока серии. Конструктивно КТНС выполнен (Рис. 8) в электротехническом корпусе со степенью защиты IP65, оснащен системой внутреннего освещения и электрической розеткой.

Блок сигнализации анодных эффектов

Блок сигнализации АЭ предназначен для сигнализации о возникновении анодного эффекта на любом электролизере. Блоки сигнализации АЭ работают автономно и независимо от блоков управления «ТРОЛЛЬ». В электролизном корпусе может быть размещено произвольное количество блоков сигнализации.

Сетевое оборудование

В состав сетевого оборудования входят контроллер сети корпуса и маршрутизатор. Концентратор сети корпуса — КСК (Рис. 9) предназначен для объединения оптоволоконных лучей технологической сети от групп БУ в один сегмент, который подключается к маршрутизатору через коаксиальный кабель. Конструктивно КСК выполнен в том же формате, что и контроллер MicroPC, что обеспечивает высокую стойкость к механическим воздействиям и позволяет уменьшить номенклатуру запасных частей. Концентратор сети корпуса помещен в электротехнический корпус со степенью защиты IP65.

Маршрутизатор СПАЙДЕР предназначен для объединения технологической сети ArcNet и сети верхнего уровня Ethernet в единую транспортную магистраль, объединяющую верхний и нижний уровни комплекса технических средств управления. Маршрутизатор представляет собой до четырех (в зависимости от количества корпусов) промышленных компьютеров фирмы Advantech, объединенных в одном шасси. Каждый компьютер, соединенный с сетью Ethernet верхнего уровня, с одной стороны, и с технологической сетью ArcNet через соответствующий КСК, с другой стороны, обеспечивает беспрепятственный пропуск только тех сетевых пакетов, которые относятся к "подведомственному" ему участку технологической сети. Так как в качестве сетевого транспортного протокола на всех уровнях используется протокол TCP/IP, маршрутизация сетевых пакетов обеспечивается стандартными средствами операционной системы, установленной на компьютере маршрутизатора.

Маршрутизатор в описанной выше конфигурации допускает подключение 8 корпусов или электролизного цеха. Использование протокола TCP/IP позволяет наращивать сеть при подключении следующих цехов путем простого подключения дополнительных маршрутизаторов. Конструктивно маршрутизатор выполнен в 19-дюймовой стойке двухсторонним обслуживанием, которая вертикально разделена на два отсека. В верхнем отсеке размещены дисплей, клавиатура и переключатель консоли для настройки программного обеспечения каждого компьютера маршрутизатора. В нижнем отсеке, который закрывается стальной непрозрачной дверью, размещено основное оборудование маршрутизатора.

Компьютеры верхнего уровня

К компьютерам верхнего уровня относятся сервер реального времени, сервер базы данных и компьютеры различных АРМ. Серверы системы используются для хранения базы технологических параметров и для организации совместной работы программного обеспечения верхнего и нижнего уровней. Серверы также используются в качестве мостов между сетью верхнего уровня и сетью предприятия.В качестве серверов используются компьютеры на серверной платформе с повышенной надежностью. В качестве компьютеров АРМ выступают обычные офисные компьютеры на рабочих местах специалистов.

Подключение дополнительного оборудования

Комплекс технических средств «ТРОЛЛЬ-5» позволяет подключать дополнительное контрольно-измерительное и управляющее оборудование как компании "ТоксСофт", так и других производителей. Дополнительное оборудование (для контроля и управления процессом электролиза) к системе ТРОЛЛЬ подключается разными способами:

  • подключение к БУ «ТРОЛЛЬ». Через специализированный разъем на БУ «ТРОЛЛЬ» по интерфейсу RS-485 могут быть подключены различные датчики и исполнительные устройства;
  • подключение в технологическую сеть корпуса. Оборудование, которое работает на уровне группы ванн, корпуса или серии в целом, может быть подключено к технологической сети корпуса, например бригадный контроллер или шкафы работы с радиоприемниками крановых весов;
  • подключение в технологическую сеть производства. Верхний уровень системы позволяет подключать к нему любую полностью или частично распределенную систему автоматического управления любыми технологическими процессами. В качестве расширения возможностей АСУТП электролиза, например, возможно подключить центральную заводскую лабораторию (ЦЗЛ). Информация с ЦЗЛ органически дополняет информацию алюминиевого производства о ходе технологического процесса.

Программное обеспечение «ТРОЛЛЬ»

Программное обеспечение автоматизированного технологического комплекса «ТРОЛЛЬ» логически можно разделить на три основных компонента: программное обеспечение нижнего уровня, программное обеспечение верхнего уровня и сетевое программное обеспечение.К программному обеспечению нижнего уровня относятся программы БУ «ТРОЛЛЬ» и КТНС. К программному обеспечению верхнего уровня относятся программное обеспечение серверов реального времени и базы данных и автоматизированных рабочих мест. Сетевое программное обеспечение установлено в основном в маршрутизаторах и представляет собой,в отличие от ПО верхнего и нижнего уровня, которые являются прикладными и разработаны компанией «ТоксСофт», стандартные средства операционной системы.

Программное обеспечение нижнего уровня

Программное обеспечение нижнего уровня входит в состав поставки блоков управления «ТРОЛЛЬ» и КТНС. Программное обеспечение нижнего уровня построено на базе современного алгоритмического аппарата и обеспечивает выполнение всех функций комплекса, связанных с оперативным управлением технологическим процессом. Управляющие программы блоков управления «ТРОЛЛЬ» способны работать автономно и независимо от программного обеспечения верхнего уровня. Иными словами можно сказать, что основной интеллект комплекса сосредоточен на нижнем уровне и максимально приближен к основному объекту управления — электролизеру.

Программное обеспечение нижнего уровня создано на языке С++ в инструментальной среде Borland C++ 3.1. Для обеспечения функционирования критичных по времени управляющих программ используется исполняющая система реального времени собственного производства. Для запуска программ и выполнения некоторых стандартных функций используется стандартная DOS, входящая в состав поставки контроллеров MicroPC.

Сетевое программное обеспечение

В качестве программного обеспечения маршрутизаторов используется операционная система Windows XP, сконфигурированная соответствующим образом. В качестве альтернативы может быть использована операционная система Linux.

Программное обеспечение верхнего уровня

Структура программного обеспечения "ТРОЛЛЬ"
Рис.12.Структура программного обеспечения верхнего уровня «ТРОЛЛЬ»

Программное обеспечение верхнего уровня «ТРОЛЛЬ» серьезно отличается от предыдущих версий. Новая концепция построения ПО «ТРОЛЛЬ» предполагает наличие одного АРМ оператора для электролизного цеха. Программное обеспечение АРМ оператора цеха построено таким образом, что оператору нет необходимости неотрывно наблюдать за протеканием процесса на экране компьютера. В случае возникновения ситуации, которая требует вмешательства оператора, программа АРМ привлечет его внимание и зафиксирует время реакции. На рис. 13 представлен мгновенный снимок окна управляющей программы АРМ оператора, на котором в виде мнемосхемы показано состояние электролизеров выбранного корпуса. На рис. 14 представлен экран состояния одного электролизера.

Система предусматривает подключение неограниченного количества клиентских рабочих мест, для которых доступна работа как с архивной, так и с оперативной информацией, через заводскую сеть. В случае если заводская сеть доступна через Интернет, возможно полноценное подключение к системе удаленных пользователей. Новое программное обеспечение предусматривает защиту от несанкционированного доступа к панели управления любого из блоков управления «ТРОЛЛЬ-5». В случае несанкционированного доступа будет блокирована любая попытка дать команду на включение двигателей или запуск регламентных режимов. ПО «ТРОЛЛЬ-5» поддерживает работу со всеми модификациями БУ «ТРОЛЛЬ», выпущенными фирмой “ТоксСофт”, а также поддерживает работу со шкафами управления других производителей. Преимущества ПО «ТРОЛЛЬ» верхнего уровня:

  • одно рабочее место оператора цеха;
  • унифицированная программа — реализация рабочего места пользователя системы;
  • централизованное управление и администрирование системой «ТРОЛЛЬ»;
  • хранение копии НСИ для каждого БУ «ТРОЛЛЬ» в единой базе данных;
  • автоматическое восстановление НСИ в БУ по требованию последнего;
  • работа АРМ как в локальных сетях, так и через Интернет;
  • объявления в корпусе с любого АРМ (в частности старшего мастера);
  • индивидуальная парольная защита при входе в систему;
  • защита от несанкционированного доступа к панели БУ;
  • ведение учета работы с БУ.

Основными компонентами являются программы сервера реального времени, сервера базы данных и клиентские программы различных автоматизированных мест.

 Экран АРМ оператора
Рис. 13. Экран АРМ оператора
Состояние выбранного электролизера на экране АРМ оператора
Рис. 14. Состояние выбранного электролизера на экране АРМ оператора

Сервер реального времени (РВ)представляет собой набор сервисов CORBA, которые обеспечивают выполнение многих функций по обработке данных и конфигурированию системы. В состав сервера реального времени входят следующие группы сервисов:

  • сервер описания системы обеспечивает хранение базы описаний всех объектов и структур данных объекта управления, в том числе и нормативно-справочной информации, обслуживает запросы по доступу к базе описаний объектов управления;
  • сервер конфигурации обеспечивает хранение описаний объектов и структур данных системы управления (конфигурации технических средств, пароли и т. д.), обслуживает запросы по доступу к базе описаний системы управления;
  • сервер команд обеспечивает исполнение запросов по управлению технологическими устройствами электролизеров и техническими средствами системы управления;
  • сервер текущих данных обеспечивает хранение и выдачу по запросу текущего состояния технологических параметров и со – бытий для любого устройства как объекта управления, так и системы управления.

Сервер базы данных (БД) предназначен для хранения архивной базы технологических параметров и событий и обработки запросов по доступу к данным. В качестве сервера базы данных используется СУБД SQL Interbase версии 6. По требованию Заказчика возможно использование в качестве сервера базы данных СУБД Oracle. Применение архитектуры CORBA и базы данных SQL позволяет достаточно просто наращивать количество и функциональность автоматизированных рабочих мест. Все специфические функции доступа к оперативным данным и выдачи управляющих воздействий реализованы в сервере РВ.

Все специфические функции доступа к архивным данным и их обработки реализованы в сервере БД. Каждый АРМ является "тонким" клиентом. Именно поэтому компьютерам АРМ не предъявляются особые требования по вычислительной мощности, создание нового АРМ заключается лишь в разработке новых форм отчетов и не требует много времени , а добавление нового АРМ в систему не требует серьезных настроек.

Блок сбора информации

 
Блок сбора информации
Рис. 1. Блок сбора информации (БСИ)

Блок БСИ (Рис. 1) является дополнительным измерительным комплексом и предназначен для сбора, оцифровки и последующей обработки аналоговых сигналов напряжения или тока от датчиков различного рода, подключаемых по дифференциальной или однопроводной схеме. Информация, полученная с блока БСИ, может передаваться в заводскую сеть для дальнейшего анализа.

Блок управления БСИ оборудован дисплеем, с которого можно запрашивать и получать оперативную информацию. К БСИ может быть подключено любое оборудование, имеющее датчики со стандартным аналоговым выходом. Пропускная способность БСИ ограничена количеством входных сигналов. Максимально возможное количество обрабатываемых дифференциальных сигналов (ограничено количеством входных клемм) — 114, разрядность применяемых АЦП — 14.

Применительно к процессу электролиза БСИ предназначен для измерения распределения токов и контроля температур в различных точках электролизера (анодах, катодах, анодных стояках, показания термопар). Блок БСИ сопряжен с системой «ТРОЛЛЬ». Информация с БСИ поступает на сервер БД «ТРОЛЛЬ», где в дальнейшем может быть обработана с помощью программного обеспечения верхнего уровня (Рис. 2, 3). Дискретность сбора информации определяется программным обеспечением контроллера и может быть изменена. В данной системе дискретность сохранения сигналов составляет 3 минуты для токовых сигналов и 15 минут для температурных. Глубина архива составляет 3 года, это означает, что возможен анализ данных за любой истекший период до 3 лет.

Отображение температуры бортовых блоков и подины электролизера
Рис. 2. Отображение температуры бортовых блоков и подины электролизера
Отображение токораспределения по катодным спускам электролизера
Рис. 3. Отображение токораспределения по катодным спускам электролизера
Таблица 1. Технические характеристики БСИ
Наименование параметра Значение
Степень защиты от воздействий окружающей среды согласно МЭК529 IP56
Диапазон рабочих температур, °С -10... +50
Напряжение питания ~220 В ± 10%, 50 Гц ± 2%
Максимальная мощность потребления, Вт 600
Напряжение изоляции, В 1000
Кличество входных аналоговых сигналов (дифференц. подключение) 114
Разрядность АЦП 14
Автоматическое отключение сигнала при перенапряжении да