Реализация проекта автоматизации и комплексной модернизации цеха Производства электродов
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:
- Подсистема смесительно-прессового отделения (АСУТП ПЭ СПО) выполняет функции контроля и управления технологическим оборудованием смесительно-прессового отделения.
- Подсистема отделения обжига (АСУТП ПЭ ОО) предназначена для контроля и управления технологическим оборудованием отделения обжига.
- 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:
- Участок приема кокса и пека и склад кокса;
- Склад пека;
- Участок линии сушки и дробления кокса до фракции 0-15мм;
- Участок линии подготовки сортовых фракции кокса;
- Участок линии подготовки анодной массы;
- Участки линии прессования и транспорта «зеленых» анодов;
- Участок линии подготовки мелкой фракции на шаровых мельницах;
- Котельная высокоорганического теплоносителя (ВОТ);
- Операторско-диспетчерский ЦПУ участков, перечисленных в пп. 3, 7 и 8;
- Операторско-диспетчерский ПУ участка приема кокса и пека и склад кокса;
- 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
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
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
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.
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.