Реализация проекта автоматизации и комплексной модернизации цеха Производства электродов

Подвесной транспортный конвейер 2004-2007 гг.

Заказчик
ООО "ИСК" для Саяногорского алюминиевого завода

Назначение
Производство Электродов является структурным подразделением ОАО «РУСАЛ Саяногорск». Основное назначение ПЭ – производство электродов для нужд электролизного производства алюминия на Саяногорском алюминиевом заводе и как самостоятельной товарной продукции.
Проект действующей АСУТП производства электродов был выполнен и внедрен в эксплуатацию фирмой KHD в 1986 г. ПЭ состоит из трех последовательных технологических отделений:
– Смесительно-прессового отделения (СПО) ;
– Отделения обжига (ОО);
– Анодно-монтажного отделения (АМО).
Причинами внедрения новой АСУТП ПЭ явилась модернизация существующей системы, ее расширение в связи с наращиванием производственных мощностей, функциональное совершенствование системы управления, введение учета движения продукции, улучшение контроля и учета потребления энергоресурсов.


С точки зрения создания единой информационно-управляющей системы предусмотрены решения по интеграции локальных подсистем в общую технологическую сеть системы, и затем интеграция АСУТП цеха Производства электродов (АСУТП ПЭ) в общезаводскую АСУ для оперативного решения задач производственно-хозяйственной и экономической деятельности предприятия.

Технологически АСУ ТП Производства электродов разделяется на три подсистемы:

  1. Подсистема смесительно-прессового отделения (АСУТП ПЭ СПО) выполняет функции контроля и управления технологическим оборудованием смесительно-прессового отделения.
  2. Подсистема отделения обжига (АСУТП ПЭ ОО) предназначена для контроля и управления технологическим оборудованием отделения обжига.
  3. Подсистема анодно-монтажного отделения (АСУ ТП ПЭ АМО) контролирует технологическое оборудование анодно-монтажного отделения.

Кроме того АСУТП ПЭ включает в свою структуру существующие АСУ технологических участков: АСУТП газоочисткой  и «Систему управления огнями» отделения обжига анодов.

Проект модернизированной распределённой АСУТП выполнен на базе программно-аппаратного КТС (управляющие контроллеры Allen-Bradley с сетевыми портами Ethernet и локальной технологической сети ControlNet c применением сетевых средств удалённого ввода/вывода серии Flex I/O и панелей визуализации серии PanelView) c заменой существующей локальной СУ на базе дискретных контроллеров Procontic DP800.

В структуре системы выделено три технологических уровня – верхний уровень (ВУ), нижний уровень (НУ) и уровень сбора данных и выдачи управляющих воздействий (УД). Уровни объединяются технологическими сетями:

  • Сеть УД и НУ: ControlNet
  • Cеть НУ и ВУ: Ethernet.

Внутренняя информационная сеть Производства электродов отделена от заводской информационной сети. Данные в заводскую сеть и из нее поступают в технологическую информационную сеть ПЭ через сервер базы данных.

I. АСУТП Смесильно-прессового отделения Производства электродов.

Назначение

СПО является структурным подразделением цеха Производства электродов Саяногорского алюминиевого завода. Основное назначение СПО ПЭ – производство «зеленых» анодов из исходного сырья (кокса и пека) и переработанного вторичного сырья (огарки). Производство «зеленых» анодов включает в себя несколько этапов: прием и складирование исходного сырья (кокса и пека), сушка кокса и дробление кокса до фракции 0-15 мм, прием дробленых огарков с участка АМО, рассев и приготовление сортовых фракций, подготовка и смешение шихты из сортовых фракций на основе заданной рецептуры, подготовка анодной массы и прессование анодных блоков, передача «зеленых» анодов на участок складирования.

Система управления смесильно-прессового отделения предназначена для управления полным циклом производства.

Объекты автоматизации:

  1. Участок приема кокса и пека и склад кокса;
  2. Склад пека;
  3. Участок линии сушки и дробления кокса до фракции 0-15мм;
  4. Участок линии подготовки сортовых фракции кокса;
  5. Участок линии подготовки анодной массы;
  6. Участки линии прессования и транспорта «зеленых» анодов;
  7. Участок линии подготовки мелкой фракции на шаровых мельницах;
  8. Котельная высокоорганического теплоносителя (ВОТ);
  9. Операторско-диспетчерский ЦПУ участков, перечисленных в пп. 3, 7 и 8;
  10. Операторско-диспетчерский ПУ участка приема кокса и пека и склад кокса;
  11. Операторско-диспетчерский ПУ склада пека;

Цели внедрения АСУТП ПЭ СПО:

  • замена существующих физически и морально устаревших контроллеров Procontic DP800;
  • создание распределенной системы управления смесильно-прессового отделения с целью сокращения времени простоя оборудования, обслуживания, восстановления системы, уменьшения кабельной нагрузки, повышения гибкости системы при ее развитии;
  • интеграция существующих локальных подсистем в общую структуру СПО;
  • обеспечение автоматического учета движения продукции и сырья («зеленых» анодов, кокса, пека) по технологическому переделу СПО;
  • обеспечение возможности совершенствования технологии производства анодов с накоплением информации «родословной» анода;
  • обеспечение контроля и учета потребления энергоресурсов: электроэнергии, сжатого воздуха. 

Автоматика и система управления

Структурная схема системы автоматизации СПО ПЭ
Рис. 1. Структурная схема системы автоматизации СПО ПЭ 

Укрупненную структурную схему системы автоматизации СПО ПЭ (рис.1)  в формате .PDF можно скачать здесь >>.

Уровень сбора данных и выдачи управляющих воздействий.

Согласно проекту удаленный сбор данных и выдачу управляющих воздействий технологического оборудования предполагается произвести посредством применения «интеллектуальных клеммников» типа Flex-I/O расположив их в местных шкафах управления.

Сбор/выдачу данных сегментов DeviceNet произвести технологической сетью 1-го уровня ControlNet посредством мостов DeviceNet/ControlNet. Сети ControlNet 1-го уровня выделить оптимально по подсистемам СПО. Блокировочные сигналы между подсистемами при необходимости реализовать на аппаратном уровне посредством прямого сигнального интерфейса. Контроль питания контроллеров и состояния аварийных выключателей реализовать автономной схемой и вывести на АРМ и панель-мнемосхему оператора-диспетчера ЦПУ с питанием независимым от фидеров технологического оборудования и контроллеров.

Нижний уровень

АСУТП смесильно-прессового отделения выполнена на базе контроллеров ControlLogix (FlexLogix). Связь между контроллерами ControlLogix подсистем для передачи информационно-управляющих воздействий установлена по технологической сети ControlNet.

Существующая АСУТП «Пек», реализованная на базе контроллеров SCL5/04, остается прежней с включением ее в единое АСУТП СПО по сетевому интерфейсу DH+.

Существующие АСУТП «Hasler» и АСУТП «Procedair» включаются в единое АСУТП СПО как локальные подсистемы через сетевой интерфейс DH+.

Существующая АСУТП «Айрих» включаются как локальные системы в подсистемы управления линиями через интерфейс ControlNet.

Существующая АСУТП «Транспорта огарковой пыли» включается как локальная система в единое АСУТП СПО через сетевой интерфейс ControlNet.

Операторские терминалы локальных машин подключаются к контроллерам FlexLogix. Управление локальными машинами организованы автономно на базе собственного контроллера и сети локального сбора данных.

Верхний уровень

Связь контроллеров ControlLogix подсистем с ЦПУ для передачи информационно-управляющих воздействий произведена по технологической сети ControlNet. Сбор данных архивной информации состояния оборудования подсистем СПО и их взаимодействия с верхнего уровня АСУТП ПЭ – по информационной сети Ethernet.

Верхний уровень СПО подключается к собственной локальной технологической сети Ethernet, которая входит в общецеховую сеть Производства электродов. С общезаводской сетью связь производится посредством сервера СУБД. АРМы диспетчера-оператора, сменного мастера, сервер визуализации (реального времени) необходимо подключить к коммутаторам локальной общецеховой сети Ethernet.

Функции системы управления

  • контроль и управление технологическими процессами полного цикла производства «зеленых» анодов;
  • автоматизированный диспетчерский контроль состояния оборудования и дистанционного управления технологических процессов смесительно-прессового отделения с ЦПУ СПО;
  • автоматический контроль и управление систем подготовки и сушки кокса, приготовления сортовых фракций, приготовления анодной массы, прессования анодных блоков, подачи ВОТ, и идентификации и транспорта «зеленых» анодов в отделение обжига, поддержания технологических параметров с заданными условиями мониторинга;
  • обеспечение адекватной реакции при появлении нештатных ситуаций;
  • создания единого диспетчерского управления и единой базы данных СПО, адаптация ее в составе в АСУТП ПЭ;
  • формирования в реальном масштабе времени и накопления данных о состоянии технологического и электротехнического оборудования, технологических параметров процессов производства «зеленых» анодов, работы локальных машин, а также данных о потреблении сырья (кокса, пека), энергоресурсов (электроэнергии, сжатого воздуха, мазута, воды оборотной) и готовой продукции отделения («зеленых анодов» и «угольной пересыпки» в отделение обжига);
  • формирования и архивирование отчетных и статистических документов в электронном виде по заданным формам;
  • обеспечение регистрации передачи «зеленых» анодов (история «зеленого анода») и приема исходного сырья.

Внедрение

Специалистами Компании «ТоксСофт» подготовлен полный комплект проектно-конструкторской документации по проекту модернизации смесильно-прессового отделения Производства электродов в рамках модернизации Производства электродов ОАО «РУСАЛ Саяногорск».

II. АСУТП Отделения обжига Производства электродов

Назначение

Отделение обжига производства электродов (ОО ПЭ) является структурным подразделением Хакасского алюминиевого завода. Основное назначение ОО ПЭ – обжиг «зеленых» анодов с организацией предварительного их складирования после поступления с СПО и предварительное складирование обожженных анодов с последующей передачей в АМО и отгрузкой товарной продукции.

Система управления Отделения обжига предназначена для управления полным циклом производства электродов, включая транспорт загрузки «зеленых» анодов в печь обжига, управление работой печи обжига, выгрузка обожженных анодов и транспортирование их до анодно-монтажного отделения.

Объекты автоматизации:

  • Ввод в эксплуатацию нового оборудования:

    1. Подвесной транспортный конвейер (ПТК) загрузки «зеленых» анодов в печь обжига №3,
    2. Печь обжига (ПО) №3,
    3. ПТК выгрузки обожженных анодов из ПО №3,
    4. Мазутный узел печи №3.

  • Реконструкция действующего производства:

    5. ПТК загрузки обожженных анодов из ПО №1 и №2
    6. ПТК выгрузки обожженных анодов из ПО №1 и №2

Основные цели модернизации:

  • замена морально устаревших контроллеров Procontic DP800 и Procontic-E на современные, более производительные контроллеры серий ControlLogix, FlexLogix фирмы-производителя Allen-Bradley;
  • создание распределенной системы управления с целью сокращения времени обслуживания, восстановления системы, уменьшения кабельной нагрузки, повышения гибкости системы при ее развитии, что является актуальным и важным для отделения обжига как масштабного объекта;
  • интеграция локальных подсистем в общую структуру ОО ПО №3;
  • интеграция АСУТП ПЭ ОО ПО-3 в единую структуру производства электродов;
  • повышение координации работы технологических участков ОО ПО №3;
  • контроль и учет потребления энергоресурсов: мазута, дизельного топлива, воздуха сжатого осушенного и неосушенного.

Автоматика и система управления

Структурная схема системы автоматизации ПЭ ОО
Рис. 2. Структурная схема системы автоматизации ПЭ Отделение обжига

Укрупненную структурную схему системы автоматизации ПЭ Отделение обжига (рис.2) в формате .PDF можно скачать здесь >>.

Подсистема АСУТП Отделения обжига Производства электродов Хакасского алюминиевого завода, печь обжига №3, входит в состав АСУТП Отделения обжига ПЭ Саяногорского алюминиевого завода и включает в себя следующие подсистемы: 

  • Операторско-диспетчерский ЦПУ ОО – централизованный и головной контроль и управление в целом подсистемой АСУТП ПЭ ОО.
  • АСУТП ПТК загрузки «зеленых» анодов в ПО №1, №2 и №3 – контроль и управление технологическим оборудованием участка ПТК загрузки ПО №1, №2 и №3
  • АСУТП транспорта анодов ПО №1, №2 и №3 – контроль и управление технологическим оборудованием участка загрузки/выгрузки ПО №1, №2 и №3
  • АСУТП МУ ПО №3 – контроль и управление технологическим оборудованием участка мазутного узла ПО №3
  • АСУТП ПТК выгрузки обожженных анодов из ПО №3 – контроль и управление технологическим оборудованием участка ПТК выгрузки ПО №3
  • АСУТП идентификации анодов ХАЗ – контроль и управление технологическим оборудованием, системы идентификации анодов ХАЗ.

Система построена на базе контроллеров новой серии ControlLogix, FlexLogix производства Allen-Bradley.

Внутренняя информационная сеть отделена от заводской информационной сети ИТС. Данные в заводскую сеть и из нее поступают в технологическую информационную сеть ПЭ посредством сервера БД.

Структура АСУТП использована 3-х уровневая:

Уровень сбора данных и выдачи управляющих воздействий предназначен для подготовки контролируемых данных технологического объекта процессору и выдачи управляющих воздействий локальным исполнительным устройствам от процессора. Представляет собой совокупность датчиков, исполнительных механизмов, технологий распределенного ввода-вывода и панелей визуализации, размещенных на объекте управления.

Верхний уровень (ВУ) включает в себя серверы реального времени (основной и резервный), три АРМа оператора-диспетчера: АРМ загрузки ПО №3, АРМ выгрузки ПО №3, АРМ мазутного узла и стойку серверную. Взаимосвязь ВУ производится посредством Ethernet ЛВС завода.

ПО верхнего уровня реализовано с помощью программных средств:

  • RSView32 SE. Реализация сервера HMI (RSView SE Server) и клиентов (RSView SE Client)
  • JBoss. Сервер приложений (Application Server). Контейнер служб сервера АСУТП отделения ПЭ
  • Java Development Kit (JDK). Реализация служб сервера приложений (Application Server)
  • Builder C++. Реализация OPC моста, обеспечивающий взаимодействие между RSView OPC и сервером приложений
  • Oracle. Основная СУБД для хранения данных АСУТП ПЭ
Пульт местного управления загрузкой на печь обжига Шкаф управления подвесным транспортным конвейером
Рис. 3. Пульт местного управления загрузкой на печь обжига. Рис. 4. Шкаф управления транспортом ПТК.

Нижний уровень (НУ) представляет собой совокупность контроллеров, управляющих технологическими процессами посредством сигналов УСД и непосредственного сбора/выдачи сигналов шкафов силовых и энергопитания. Контроллеры смежных подсистем взаимодействуют посредством сети ControlNet. Программное обеспечение нижнего уровня реализовывается с помощью среды разработки RSLogix 5000.

Функции системы управления

  • контроль и управление технологическим процессом транспорта зеленых и обожженных анодов на основе применения современных программно-технических средств и технологий сбора, обработки, хранения и передачи информации;
  • автоматизированный диспетчерский контроль состояния и дистанционное управление технологическим процессом отделения обжига;
  • автоматическая идентификация анодов Хакасского алюминиевого завода;
  • автоматический контроль узлов перегрузки анодов, очистки обожженных анодов, мазутного узла и технологических параметров с заданными условиями мониторинга;
  • обеспечение адекватной реакции при появлении нештатной ситуации: отказ оборудования, прерывание информационной связи между объектами автоматики, выход параметров за установленные пределы;
  • автоматическое, дистанционное и местное управление технологическим оборудованием ПО №3 ОО;
  • создание центрального диспетчерского управления и базы данных отделения обжига, адаптация ее в составе в АСУТП ПЭ;
  • формирование в реальном масштабе времени и накопление данных о состоянии технологического и электрооборудования, данных о потреблении энергоресурсов;
  • формирование и архивирование отчетных и статистических документов в электронном виде по заданным формам;
  • контроль загрузки печи анодами, предназначенными для ООО «Хакасский алюминиевый завод», и их сортировка при перегрузке в АМО.

Внедрение

Автоматизированная система управления технологическим процессом производства электродов была выполнена на правах генерального подрядчика и сдана в эксплуатацию на Хакасском алюминиевом заводе в феврале 2007 года.

III. АСУТП Анодно-монтажного отделения Производства электродов

Назначение

Анодно-монтажное отделение (АМО) – структурное подразделение цеха Производства электродов Саяногорского алюминиевого завода. Основное назначение АМО ПЭ – производство смонтированных анодов и переработка вторичного сырья (электролит, огарки и чугунный скрап).

Проект действующей АСУТП ПЭ АМО был выполнен и внедрен в эксплуатацию фирмой KHD в 1986г.

Модернизация технологического оборудования участка дробления, хранения и переработка электролита и замена машин предварительной очистки огарков (МПОО) линий №2 и №3 выполняется в связи с необходимостью увеличения производственных мощностей АМО САЗ для переработки электролита ПЭ ХАЗ.

Объекты автоматизации

  • 3 линии технологического оборудования участка передачи смонтированных анодов, приема огарков и их предварительной очистки от электролита;
  • 3 линии технологического оборудования участка окончательной очистки анододержателей и монтажа их с анодом;
  • Технологическое оборудование участка дробления огарков и «зеленого боя»;
  • Технологическое оборудование участка дробления, хранения и переработка электролита в укрывной материал;
  • Операторско-диспетчерский ЦПУ участков, перечисленных в пп. 1–3;
  • Операторско-диспетчерский ПУ участка дробления, хранения и переработка электролита в укрывной материал.

Основные цели модернизации:

  • замена существующих физически и морально устаревших контроллеров Procontic DP800 и Procontic-E, а также ввод системы автоматического контроля и сигнализации состояния печей ИЧТ-2,5 станций заливки чугуна, реализованной на отечественной элементной базе;
  • интеграция локальных подсистем в общую структуру АМО и дальнейшая интеграция АСУТП ПЭ АМО в единую структуру производства электродов;
  • повышение качества ведения технологии производства за счет использования развитых инструментов визуализации, повышения информативности и анализа накопленной технологической информации;
  • обеспечение автоматического учета движения продукции по технологическому переделу АМО;
  • обеспечение возможности совершенствования технологии монтажа анодов с накоплением информации «родословной» анода;
  • обеспечение контроля и учета потребления энергоресурсов: электроэнергии, сжатого воздуха.

Автоматика и система управления

Модернизация существующей СУ произведена в виде замены контроллера Procontic DP800 на новый контроллер ControlLogix.

Питатель вибрационный Мнемосхема АРМ участка дробления анодно-монтажного отделения
Рис. 5. Питатель вибрационный Рис. 6. АРМ оператора. Участок дробления

В структуре системы существует три технологических уровня:

Уровень сбора данных и выдачи управляющих воздействий (УСД) представляет собой совокупность датчиков, исполнительных механизмов и панелей визуализации. Управляющие и информационные взаимосвязи нижнего и верхнего уровня осуществляются с помощью сети ControlNet. Ввод/вывод сигналов от местных средств автоматизации производятся с помощью технологии DeviceNet, модулей Flex I/O, расположенных в шкафу. Передачу данных на соответствующий контроллер произвести по ИТС ControlNet. Для передачи данных верхнему уровню и взаимосвязи с ИТС САЗ применяется сеть Ethernet.

Верхний уровень (ВУ) включает в себя сервер HMI 3H1.0, АРМ оператора-диспетчера и пульт местного управления со встроенной панелью визуализации. Реализация ПО верхнего уровня осуществляется с помощью RSView32 SE. Верхний уровень АМО подключается к собственной локальной технологической сети Ethernet, которая входит в общецеховую сеть ПЭ. С общезаводской сетью связь производится посредством сервера СУБД. АРМы диспетчера-оператора, сменного мастера, сервер визуализации (реального времени) подключены к коммутаторам локальной общецеховой сети Ethernet.

Нижний уровень (НУ) выполнен на базе контроллеров ControlLogix (FlexLogix). Программное обеспечение нижнего уровня реализуется с помощью среды разработки RSLogix 5000. АСУ МПОО №11 реализована на базе контроллера GE Fanuc и остается прежней с включением ее в единое АСУТП АМО по сетевому интерфейсу RS-232/485. МПОО №31и №51 вместе с АСУ будут заменяться новыми в рамках проекта строительства Хакасского алюминиевого завода. Подключение их к АСУТП ПЭ также предполагается по сетевому и сигнальному интерфейсам. Управление локальными машинами организовано автономно на базе собственного контроллера и сети локального сбора данных.

Функции системы управления

  • контроля и управления технологических процессов производства смонтированных анодов, очистки и подготовки к монтажу анододержателей, очистки, переработки возвратов электролита, огарков и чугунного скрапа;
  • автоматизированного диспетчерского контроля состояния оборудования и дистанционного управления технологических процессов анодно-монтажного отделения;
  • автоматического контроля и управления системы транспорта анододержателей, анодов, огарков, переработки чугунного скрапа, электролита в соответствии с заданием оператора, системы идентификации и позиционирования анодов, узлов перегрузки анодов, анододержателей, автономных систем локальных машин, технологических параметров с заданными условиями мониторинга;
  • обеспечение адекватной реакции при появлении нештатных ситуаций: отказ оборудования, прерывание информационной связи между объектами автоматики, потеря информации об идентификации, позиционировании анодов, выход параметров за установленные пределы;
  • автоматического, дистанционного и местного управления узлами агрегатов Анодно-монтажного отделения;
  • создания единого диспетчерского управления и единой базы данных анодно-монтажного отделения, адаптация ее в составе в АСУТП ПЭ;
  • формирования в реальном масштабе времени и накопления данных о состоянии технологического и электрического оборудования, технологических параметров, работы локальных машин, переработки электролита, огарков, чугунного скрапа, а также данных о потреблении энергоресурсов (электроэнергии, сжатого воздуха);
  • формирования и архивирование отчетных и статистических документов в электронном виде по заданным формам по анодно-монтажному отделению;
  • обеспечение отбраковки и регистрации поврежденных анододержателей, передачи их на ремонтный участок и прием восстановленных анододержателей;
  • обеспечение регистрации приема огарков и передачи смонтированных анодов.

АСУТП Анодно-монтажного отделения Производства электродов обеспечивает все функции управления, а также защиты и блокировки, реализованные в прежней системе на базе контроллеров Procontic DP800 по проекту KHD.

Внедрение

Система сдана в промышленную эксплуатацию в июне 2007 года.