Автоматизированное рабочее место оператора вертикального стенда нагрева промковшей ККЦ-2 ОАО 'ЗСМК'
КУРСОВАЯ
РАБОТА
по
дисциплине
«Типовые
функциональные и обеспечивающие подсистемы АС административно-организационного
управления»
Тема курсовой
работы:
Автоматизированное
рабочее место оператора вертикального стенда нагрева промковшей ККЦ-2 ОАО
«ЗСМК»
Содержание
Введение
Описание предметной области
.1.Структурно-функциональная схема организации
.2 Определение задач подлежащих автоматизации
.3 Техническое обеспечение
.4 Принципы построения АРМ
.5 Постановка задач разработки
Разработка программного обеспечения АРМ
.1 Экранные формы
2.1.1 Окно "Ковш 1"
2.1.2 Окно "Ковш 2"
2.1.3 Окно "Аварийные сообщения"
.2 Получение и просмотр отчетов
Заключение
Список используемых источников
Введение
Сталеплавильное производство включает цехи: два конвертерных, подготовки
составов, копровый, ремонта металлургических печей, смоломагнезитовый,
подготовки сталеплавильного производства, ремонта сталеплавильного
оборудования.
Конвертер является основным технологическим агрегатом современного
сталеплавильного производства. Он предназначен для переработки жидкого чугуна в
сталь заданного химического состава путем продувки чугуна кислородом.
Достоинствами кислородно-конверторного способа производства стали
является высокая интенсивность процесса, сравнительно небольшие капитальные
затраты и эксплуатационные расходы; хорошая управляемость процессом,
сравнительно легкое сочетание с процессом непрерывной разливки стали,
возможность использования для оптимизации процесса плавки ЭВМ. Цикл работы
конвертора составляет примерно 35-45 мин.
В технологическом процессе выплавки стали участвует целый ряд механизмов.
Жидкий чугун из миксера заливается в чугуновозный ковш, из чугуновозного ковша
чугун заливается в конвертер с помощью мощного заливочного крана; скрап
заливается полукозловым краном либо напольной машиной. Готовая сталь из
конвертора сливается в сталеразливочный ковш, установленный на сталевозе, где
сталеразливочный кран поднимает его на стенд МНЛЗ для заливки.
Конвертерный цех №1 введен в эксплуатацию в 1968 году в составе 3-х
конвертеров. В настоящее время вместимость конвертеров составляет 160 т,
производительность 1-го конвертера составляет 210 т/час. Установленная
производственная мощность 3,5 млн. тонн стали в год.
Конвертерный цех №2 введен в эксплуатацию в 1974 году в составе 2-х
конвертеров. В настоящее время вместимость конвертеров составляет 350 т,
производительность 1-го конвертера составляет 424 т/час. Установленная
производственная мощность 4,4 млн. тонн стали в год.
Выплавка стали производится в основных конвертерах путем продувки сверху
кислородом чистотой не менее 99,5% через 5-ти сопловую фурму с интенсивностью
400-450 м3/мин в конвертерном цехе №1 и через 4-х сопловую фурму по
ступенчатому режиму с интенсивностью 800-1200 м3/мин в конвертерном
цехе №2.
В конвертер загружают металлолом, заливают чугун и ведут продувку плавки
с присадкой шлакообразующих материалов и дополнительных теплоносителей. После
окончания продувки делают повалку конвертера, замеряют температуру и берут
пробу металла на экспресс-анализ для определения содержания углерода, марганца,
серы, фосфора, хрома, никеля и меди и шлака на содержание СaO, SiО2, FeO, MnO, MgO.
Металл из конвертера сливают в сталеразливочный ковш, где его раскисляют
и легируют и, затем производят обработку стали инертным газом путем продувки
сверху азотом (или аргоном) через погружаемую фурму на специальной установке,
после чего разливают сверху в изложницы.
Вся сталь, в обязательном порядке, обрабатывается в ковшах нейтральными
газами на установках внепечной обработки. После 3-х минутной предварительной
продувки производится замер температуры и отбор ковшевой пробы металла для
определения химического состава. При необходимости осуществляют дальнейшую
продувку или корректировку химического состава. По достижении заданной
температуры и химического состава, ковш с металлом выдается на разливку.
В отделении непрерывной разливки стали установлена машина непрерывной
разливки стали (литья заготовок). В перспективе развития ККЦ-2 - полный перевод
на непрерывную разливку стали с установкой двух сортовых машин непрерывного
литья заготовок и установок внепечной обработки типа «печь-ковш».
Кроме того, сталь разливают сверху в разного типа изложницы (уширенные
кверху и уширенные книзу).
Способ непрерывной разливки стали состоит в том, что жидкий металл из
ковша или через промежуточное разливочное устройство непрерывно заливается в
верхнюю часть водоохлаждаемой формы (кристаллизатора). В эту форму перед
началом разливки вводится специальная конструкция с замковым захватом -
“затравка” как дно для первых порций металла. После затвердевания металла у
стенок кристаллизатора затравка тянущим механизмом перемещается вниз, увлекая
за собой формирующийся слиток. Сверху продолжается подпитка жидким металлом, и
слиток с верхнего конца непрерывно наращивается. Таким образом, если при
обычном способе производства длина слитка соответствует длине формы
(изложницы), то при непрерывном способе литья длина получаемого слитка может во
много раз превышать длину кристаллизатора.
1.
Описание предметной области
.1
Структурно-функциональная схема организации
АСКП ОНРС
является автоматизированной системой информационно-технологического уровня
управления, имея прямые (непосредственные) связи с системами информационного и
технологического уровней АСУ. С учетом условий функционирования системы в
составе АСКП ОНРС выделены две функциональные подсистемы, структура которых
представлена на рисунке 1:
Рисунок
1 - Функциональная структура АСКП ОНРС.
1. информационно-технологическая сеть МНЛЗ (ИТС МНЛЗ),
предназначенная для обеспечения информационного обмена участков ОНРС между
собой, службами ККЦ-2 и смежными системами комбината;
2. автоматизированная система сбора и отображения данных с контроллеров
ОНРС, предназначенная для осуществления сквозного контроля технологических
параметров производства литой заготовки на всех участках ОНРС.
Комплекс программно-технических средств системы обеспечивает выполнение
следующих функций:
1. Сбор исходной информации из смежных систем: сбор данных с контроллеров
МНЛЗ и адъюстажа о технологических параметрах производства и движения литой
заготовки в отделении непрерывной разливки стали; прием данных портфеля заказов
и суточных рапортов из ИВЦ комбината; прием из АСАК данных химического анализа шлакообразующих
смесей и разливаемой стали; получение данных из ИТС ККЦ-2 о выплавке и
обработке стали в конвертерном отделении.
2. Учёт и централизованное хранение информации в БД информационного
сервера ОНРС: ведение справочников марок сталей, разливаемых на МНЛЗ; ведение
справочников производственного персонала ОНРС; ведение справочников основного
технологического оборудования; ввод данных о размещении и обработке заготовок
на стеллажах участка контроля, сортировки, отделки и отгрузки литой заготовки в
ОНРС; ввод данных об отгрузке заготовок со склада ОНРС; ведение архивов
технологических параметров и используемого оборудования.
. Управление разливкой стали на МНЛЗ: формирование наборов режимов
разливки разных марок сталей в различные профили; формирование наборов режимов
работы механизмов перекладочных столов и пакетовязальных машин; формирование
программы производства на участках МНЛЗ и адъюстажа (назначение наборов режимов
разливки на конкретные плавки).
. Передача данных в смежные системы, передача установок в
контроллеры МНЛЗ и адъюстажа; передача отчетов о выполнении заказов в ИВЦ
комбината.
. Публикация данных в виде web-страниц в корпоративной сети
(публикация оперативных данных о работе МНЛЗ и отчетной документации о работе
ОНРС).
Формирование и печать отчетных и товаросопроводительных документов.
По функциональному признаку структуру АСКП ОНРС можно разделить на три
уровня:
1. Технологический. Нижний уровень - уровень базовой автоматики,
реализован на основе логических программируемых контроллеров. На этом уровне
решаются задачи сбора информации с датчиков, полевых приборов, управления
основными технологическими параметрами и оборудованием.
2. Информационно-технологический. Второй уровень автоматизации -
уровень систем приёма данных от контроллеров и визуализации технологических
параметров в темпе с процессом. На данном уровне располагаются станции (АРМы)
ручного ввода технологических параметров, управляющие вычислительные машины;
решаются задачи отображения технологического процесса, ручного ввода данных и
осуществления информационного обмена между нижним и верхним уровнями, и
смежными системами.
3. Информационный. Верхний уровень - уровень, реализованный в виде АРМов
(клиентские станции) и серверов баз данных, где осуществляется обработка
технологических и производственных данных. В АСКП ОНРС данный уровень
представлен информационным сервером БД на базе аппаратного кластера и
информационным сервером технологической информации.
Схематично деление по уровням показано на рисунке 2.
Рисунок
2 - Деление АС по уровням
Компоненты АСКП ОНРС связаны между собой сетевыми соединениями следующего
рода:
. Контроллеры технологического уровня и серверы WinCC информационно-технологического
уровня объединены в сегмент промышленной сети SinecH1.
. Для передачи данных с контроллеров на сервер БД через станции WinCC осуществлено подключение последних в
отдельный сегмент ЛВС, который входит в состав сети
информационно-технологического уровня на базе Ethernet.
. Между собою участки МНЛЗ и адьюстажа соединены оптическим
кабелем. С помощью такой же линии выполняется подключение аппаратного кластера
к вычислительной сети информационно-технологического уровня.
1.2
Определение задач подлежащих автоматизации
В своей структуре кислородно-конвертерное отделение имеет 6 вертикальных
стендов нагрева промковшей, которые нагревают футеровку промковше до
необходимой температуры, для слива горячей стали в ковш. В настоящее время
управление стендами осуществляется в ручном режиме, т.е. оператор по аналоговым
датчикам оценивает температуру футеровки и при помощи переключателей управляет
задвижками на стенде. Вся отчетность ведется в посменном виде, оператор после
нагрева ковша и вывода его в работу делает отметки в журнале с информацией о
номере ковша, виде футеровки и температуры ковша на момент выпуска.
Ручное управление стендом является не целесообразным т.к. оператор во
время работы отвлекается на другую возложенную на него работу и как правило про
ковш установленный на стенде благополучно забывают, что приводит к перегреву
футеровки в нутрии ковша и как следствие скорое его разрушение.
Необходимо создание АРМа рабочего места оператора вертикального стенда
нагрева промковшей, с автоматическим выполнением все функции с минимальным
участием оператором, также должна быть возможность создания отчета с
необходимой информацией.
1.3
Техническое обеспечение
Пульт управления вертикальным стендом представляет
собой персональный компьютер ( PC ), подключенный к коммуникационному
процессору типа CP 525 управляющего программируемого логического контроллера (
PLC ) типа “SIMATIC 315-2DP” через свой последовательный порт COM1, с
использованием преобразователя RS232 - TTY 20mA.
Состав пульта управления:
·
Персональный
компьютер Pentium-166 1шт.
·
Монитор 1шт.
·
Клавиатура 1шт.
·
Преобразователь
RS232 - TTY 20mA 2шт.
Программное обеспечение для создания пульта управления
стендом состоит из исполняемого модуля burner.exe, запуск которого осуществляется
автоматически при перезапуске компьютера или вручную из стартового меню
операционной системы.
Управление всеми агрегатами, а именно сбор информации от датчиков и
передача управляющих воздействий осуществляют программируемые контроллера фирмы
Siemens. Основная работа возложена на
контроллеры 300-й серии. Так в основном используются контроллеры Siemens c CPU 315-2DP. CPU 315 - 2DP имеет 128 Кб рабочей памяти,
что в 4 раза больше чем у CPU 313C, микрокарту памяти до 8 Мбайт, используемую
в качестве загружаемой памяти, а так же сохранения архива проекта (с
комментариями и таблицей символов), архивирования данных, гибкие возможности
расширения, подключение до 32 модулей S7-300, так же CPU 315-2 DP оснащен
встроенным интерфейсом PROFIBUS DP и способен выполнять программы среднего и
большого объема. Ресурсов контроллера хватает на бесперебойную работу,
поддержание коммуникации с сервером АСУ. Внешний вид CPU представлен на Рисунке 3.
Рисунок 3 - CPU 315-2DP
1.4 Принципы
построения АРМ
Разработка автоматизированного рабочего места для персонала работающего с
оборудованием вертикального стенда, соответствует основным основополагающим
принципам создания АРМов.
· Содержание окна должно соответствовать его названию.
· Количество кнопок должно быть минимально.
· Все кнопки должна быть подписаны в соответствии с выполняемой
функцией.
· Для упрощение понимания использование схем устройств.
· Наличие справки вызываемой из любой части программы.
· Наличие всех необходимых кнопок для соответствующего окна.
· Наличие окна вывода аварийных сообщений с возможностью
сохранения истории аварий.
1.5
Постановка задач разработки
Для качественной работы обслуживающего персонала вертикального стенда
нагрева промковшей, необходимо разработать автоматизированное рабочее место
оператора. АРМ оператора должен полностью отображать ход технологического
процесса и оповещать обо всех аварийных ситуациях оператора.
Также с помощью АРМа у оператора должна быть возможность управлять
стендам по средствам управляющего контроллера. После устранения аварийной
ситуации оператор может квитировать аварийную ошибку и продолжить работу
стенда, в случае отсутствия оператора на пульту АРМ и возникновения аварийной
ситуации АРМ должен вывести сообщение на экран и запустить программу аварийного
останова стенда.
2.
Разработка программного обеспечения АРМ
Интерфейс управления состоит из шести основных окон, которые
можно выводить в зависимости от поставленных задач:
·
Окно
'Диспетчер';
·
Окно
'Ковш 1';
·
Окно
'Ковш 2';
·
Окно
'Аварийная сигнализация';
·
Окно
'Архив'.
·
Окно ‘Отчета’
2.1
Экранные формы
Автоматизированное рабочее место оператора вертикального стенда нагрева
промковшей, содержит окна для слежения за технологическим процессом работы
стенда. Главное из которых окно “Диспетчер” которое переключает
остальные четыре окна интерфейса управления нажатием кнопок
<F1>,<F2>,<F3>,<F9> на функциональной клавиатуре
пульта.
Рисунок4 - Окно “Диспетчер
Переключение между окнами интерфейса управления можно
осуществлять также находясь в любом из выбранных окон при помощи тех же самых
клавиш.
2.1.1
Окно "Ковш 1"
Окно 'Ковш 1' - осуществляет управление стендом нагрева ковша
1 ( см.рис. 5 ). Окно содержит четыре страницы:
·
'Управление';
·
'Программа
сушки';
·
'Программа
нагрева';
·
'Состав
смеси газов'.
Выбор нужной в данный момент страницы осуществляется нажатием
соответствующих кнопок: <Ctrl+1>, <Ctrl+2>, <Ctrl+3>,
<Ctrl+4>.
Страница 'Состав смеси газов' недоступна для операторов
стенда и не описывается в данной инструкции.
Страница "Управление".
С помощью страницы 'Управление' осуществляется запуск и
отключение стенда нагрева, выбор нагревательного режима, наблюдение за текущими
параметрами работы стенда нагрева ( см.рис. 5 ).
Рисунок 5 - Страница “Управление”
В верхней части страницы имеется статусная строка, которая выводит на
экран информацию о состоянии стенда нагрева.
Если система находится в режиме сушки или нагрева, статусная
строка дополнительно содержит время, оставшееся до окончания выполнения режима.
В нижней части страницы расположены кнопки управления:
·
Кнопка
'Пуск' - для за пуска установки;
·
Кнопка
'Стоп' - для останова установки;
·
Кнопка
'Сброс' - для сброса ( квитирования ) произошедших аварий;
·
Кнопка
'Сигнал' - для гашение светового и звукового аварийного сигналов;
·
Кнопка
'Авария' - для дублирования кнопки аварийного останова, находящейся на шкафе
управления стендом и кнопки выбора режима работы стенда нагрева:
·
Кнопка
'Нагрев' - для выбора режима нагрева;
·
Кнопка
'Сушка' - для выбора режима сушки;
·
Кнопка
'Задержка' - для выбора режима задержки сушки;
·
Кнопка
'Отмена' - для отмены текущего режима работы.
Индикация режимов работы осуществляется на самих кнопках
выбора режима. Если режим выбран, то кнопка включения этого режима останется
нажатой.
Подогрев ковша обеспечивается режимом 'Нагрев'. При этом
нагрев ковша производится до заданного значения температуры за определяемое
оператором время и далее система поддерживает заданную температуру. График
режима нагрева задается оператором на странице 'Программа нагрева' при помощи
ввода контрольных точек времени и температуры.
Сушка ковша обеспечивается режимом 'Сушка'. При этом
режиме система нагрева ковша будет работать по программе поднятия/выдержки
температуры. Эта программа состоит из восьми участков: 4 участка поднятия
температуры и 4 участка выдержки температуры. График режима сушки задается
оператором на странице 'Программа сушки' при помощи ввода контрольных точек
времени и температуры. При работе в режиме 'Сушка', нажатием кнопки с надписью
'Задержка' оператор стенда может задержать выполнение режима 'Сушка' на
неопределенное время и стабилизировать текущую температуру ковша. Для
возобновления выполнения режима сушки оператору надо нажать кнопку 'Сушка'
повторно.
В средней части страницы показаны состояние стенда нагрева и
его эксплуатационные характеристики:
·
значения
расходов кислорода, природного газа, воздуха;
·
текущая
температура ковша;
·
состояние
клапанов, задвижек, датчиков давления газов, датчиков расхода и температуры
воды, датчика перегрева футеровки ковша, датчика положения крышки.
Страница “Программа нагрева”.
На этой странице оператор стенда вводит график температуры
нагрева ковша. График состоит из двух точек температуры и двух контрольных
точек времени режима 'Нагрев' ( см.рис. 6 ).
Рисунок 6 - “Программа нагрева”
Страница "Программа сушки".
На этой странице оператор стенда вводит график температуры сушки
ковша. График состоит из пяти точек температуры и восьми контрольных точек
времени режима 'Сушка' ( см.рис. 7 ).
Рисунок 7 - “Программа сушки”
2.1.2
Окно "Ковш 2"
Окно 'Ковш 2' осуществляет управление стендом нагрева ковша 2
и полностью аналогично окну 'Ковш 1'. Изменение точек графика нагрева и сушки
возможно только персоналом, имеющим на это разрешение по паролю. программный
автоматизированный вертикальный стенд
На этом окне показана аварийная сигнализация стенда нагрева (
см.рис. 8 ). Возникающие в системе аварийные ситуации фиксируются здесь в виде
красной строки сообщения, которая содержит дату и время возникновения аварии и
собственно аварийное сообщение. Устранение аварии меняет цвет сообщения на
блеклый. Если неисправность в системе произошла в то время, когда на экране
было другое окно, то окно аварийной сигнализации появляется автоматически. Для
сброса аварийных сообщений необходимо нажать кнопку 'Сброс' на странице
'Управление' какого либо ковша или на аналогичную кнопку в окне
'Аварийные сообщения'.
Рисунок 8 - “Аварийные сообщения”
2.2
Получение и просмотр отчетов
При работе стенда возможен вывод отчета по количеству
разогретых промковшей с марками огнеупоров используемых при закладки ковша.
Отчет выводиться на экран после нажатия соответствующей кнопки “Отчет”, после
чего возможна его распечатка на принтере.
Окно формы отчета в соответствии с рисунком 9.
Рисунок 9 - Окно отчета
Заключение
Создание автоматизированного рабочего места оператора вертикального
стенда нагрева промковшей позволило уменьшить количество должностных
обязанностей у оператора, позволило точно контролировать ход работы стенда и
тем самым точно задавать температуру футеровки ковша. Создание АРМа позволило
реализовать возможность сушки вновь выложенных промковшей, что повышает
качество работы стенда и продолжительность эксплуатации футеровки.
Создание вкладки отчеты позволило создавать отчеты по работе стенда и тем
самым отказаться от бумажного варианта записей, также возможность
распечатывания отчетов позволяет предоставлять их для руководства.
Эргономичность АРМа позволяет быстро обучить вновь устроившихся
операторов, а интуитивное расположение необходимых кнопок позволяет управлять
стендом даже не обученный персонал, это необходимо в случае возникновения
аварийной ситуации и отсутствие оператора на месте.
Создание АРМа на не сложном языке программирование и как следствие
использование не мощного ПК позволяет с минимальными затратами реализовать
такие рабочие места на всех стендах.
Список
использованных литературных источников
1. Методические указания к организации и проведению
производственно - технологической и преддипломной практики студентов
специальности 230102 - «Автоматизированные системы обработки информации и
управления», Новокузнецкий филиал КемГУ, 2005г.
. Модин А.А./Справочник разработчика АСУ. - М.:
Экономика, 1999.
. Шемакин Ю.Л./Теоретическая информатика. - М.:
Российская экономическая академия, 1998.
4. Инструкция о порядке разработки, ввода в действие и
сопровождения автоматизированных систем.