Системы управления комплексами

Система автоматизации обжимного прокатного стана

Дата публикации: 18.03.2010
Метки: Системы управления комплексами

Автоматизированная система управления технологическим процессом прокатки на участке обжимной клети 850 крупносортного стана на нижнем уровне управления включает в себя пять взаимосвязанных и структурно согласованных между собой систем, осуществляющих информационные функции и функции управления.
При этом не ставится задача обеспечения полного автоматического управления участком без участия оператора, что объясняется особенностями технологии и конструкции механизмов, требующих визуального контроля за правильностью выполнения операций и изменения стратегии управления в зависимости от ситуаций, возникающих в процессе управления. На рис. 5.24 представлен план расположения оборудования участка обжимной клети 850, где / — раскатные рольганги; 2 — рабочие рольганги; 3 — манипуляторные линейки; 4 — кантователь; 5 — клеть 850; 6 — нажимное устройство.
Технологический процесс реверсивной прокатки в клети заготовок, поступающих от нагревательных печей, состоит из следующих операций:
подачи заготовок к клети по рольгангам;
перемещения заготовок в поперечном направлении манипуля-торными линейками для последующей подачи в калибры валков клети;
кантовки (при необходимости) заготовок прямоугольного сечения крюковым кантователем, встроенным в манипуляторную линейку;
перемещения верхнего валка нажимным устройством перед процессом при необходимости изменения раствора валков;
подачи заготовок в калибры валков для прокатки попеременно рабочими рольгангами (и раскатными при увеличении длины заготовки), расположенными перед и за клетью;
увеличения скорости прокатки после захвата металла и снижения ее перед выбросом металла из валков.
Такие операции, как кантовка заготовок и подача в калибры с учетом изгиба и деформации их концов, как правило, может выполнять только оператор при ручном управлении. При необходимости он осуществляет также и правку заготовок сведением линеек манипулятора до упора в металл.
Схема СУ представлена на рис. Автоматизированная система управления скоростными режимами (АСУ СР) выполняет функции совместного управления раскатными, рабочими рольгангами и главным приводом с согласованием скоростей при использовании одного задающего аппарата (командоконтроллера). Подача и захват металла осуществляются на пониженной скорости захвата. Далее следует автоматическое увеличение скорости главного привода до заданного программой прокатки значения, а затем снижение ее до скорости выброса (при этом рассчитывается текущее значение непрокатанной части заготовки с помощью фотодатчиков положения конца заготовки и импульсного датчика, установленного на приводе валков).
Автоматизированная система управления нажимным устройством (АСУ НУ) обеспечивает автоматическую установку верхнего валка в соответствии с заданной программой прокатки при счете числа пропусков (от трех до девяти). В качестве датчика положения верхнего валка используется датчик абсолютного значения координаты (кодовый датчик).
Автоматизированная система управления манипуляторами и кантователями (АСУ МК) обеспечивает установку линеек с заготовкой у нужного калибра по заданной программе. При этом предусматривается возможность корректировочного перемещения линеек оператором и включение кантовки при ручном управлении.
Автоматизированная система контроля параметров прокатки (АСК ПП) выполняет измерение и архивирование данных параметров прокатки на заданном промежутке времени (температура заготовки, усилие прокатки, частота вращения, ток нагрузки главного привода).
Перечисленные системы реализованы на программируемом контроллере, связаны информационно с верхним уровнем управления (станция оператора с ПК), обеспечивающим ввод программ и схем прокатки, а также визуализацию состояния объекта и хода технологического процесса.

Система автоматизации ротационной машины

Дата публикации: 18.03.2010
Метки: Системы управления комплексами

Рулонные ротационные машины — самый производительный и перспективный вид печатного оборудования из-за рационального построения печатного аппарата и непрерывной подачи материала в виде ленты. Они представляют собой сложную высокоавтоматизированную электромеханическую систему, агрегатиро-ванную из секций различного технологического назначения, в том числе секций для последующей обработки запечатанной ленты.
Рулонные ротационные машины сочетают в себе преимущества ротационного построения аппаратов с принципом непрерывного питания их ленточным материалом (бумажная лента), что позволяет доводить скорость печатания до 8... 10 м/с при частоте вращения цилиндров до 500...700 мин-1. Они применяются для двусторонней высокой, офсетной или глубокой печати, при изготовлении одно- или многокрасочной продукции. Рулонные машины позволяют легко получать различные совокупности красок на обеих сторонах ленты, а готовую продукцию — в виде тетрадей и их подобранных комплектов; в виде листов, уложенных в стопу; в виде ленты, смотанной в рулон; при установке швейных аппаратов — в виде брошюр, журналов и даже книг.
Рассмотрим технологический процесс печатания на ленточном материале на примере его реализации в малоформатной рулонной машине офсетной двусторонней печати, имеющей относительно простую конструкцию. Машина имеет лентопи-тающее устройство ЛПУ, печатный аппарат, образованный тремя формными цилиндрами 18 и двумя офсетными цилиндрами 19, три красочных аппарата КА и три увлажняющих аппарата УА, фальцевально-резальное устройство ФРУ и тетрадное приемное устройство.
Для расширения технологических возможностей машина снабжена листовым приемным устройством ПУ, имеющим резальное устройство РУ, цилиндр 1, совокупность валиков и тесемочных транспортеров, формирующих перекрытие отрезанных листов и выкладывающих их в стопу. Стрелкой показано направление движения ленты при выпуске листовой продукции.
Лента разматывается с рулона 2 офсетными печатающими цилиндрами 19. Разматываемая лента огибает направляющие валики и амортизационный валик на подпружиненном рычаге 13, компенсирующем периодический избыток и недостаток подаваемой ленты 14. На формные цилиндры 18 эластичными валиками, соприкасающимися с ними и называемыми накатными, наносится тонкий слой соответствующей краски, которая цилиндром 16 при его вращении (против часовой стрелки в левом верхнем и нижнем КА) поступает из красочного ящика 15 и качающимся валиком 17 порциями-полосками передается в раскатную цилиндрическую группу красочного аппарата.
Металлические цилиндры, кроме вращательного, имеют также осевое цикличное перемещение относительно эластичных валиков, что обеспечивает раскат краски по зоне контакта офсетных цилиндров друг с другом наносится на ленту одновременно с двух сторон. Причем на левой стороне ленты может быть получено однокрасочное или двухкрасочное изображение. Последнее собирается на левом офсетном цилиндре при одновременной работе верхнего левого и нижнего красочных аппаратов.
Отпечатанная лента огибает направляющий валик, а затем, пройдя поворотный валик 25, поступает в фальцевально-резаль-ное устройство. На воронке 27 этого устройства запечатанная лента фальцуется в продольном направлении, затем, уже сложенная вдвое, разрезается в поперечном направлении и в том же направлении еще раз фальцуется специальным механизмом ротационного типа. При необходимости лента может быть разрезана в продольном направлении дисковым ножом 26.
Фальцевально-резальное устройство для газетной продукции малого формата представляет собой совокупность механизмов на вращающихся цилиндрах. После формирования продольного сгиба ленты с помощью воронки 27 и валиков 29 она проходит между резальным 31 и фальцующим 32 цилиндрами, вращающимися с окружной скоростью, равной скорости ленты. В зоне взаимодействия этих двух цилиндров нож 30 разрезает ленту, а управляемые кулачковым механизмом иголки 28, установленные по образующей цилиндра 32 и называемые графейками, накалывают ее переднюю кромку и сдвигают влево, удерживая на поверхности цилиндра 32. Диаметр цилиндра 32 в 2 раза больше диаметра цилиндра 31, поэтому на фальцующем цилиндре диаметрально противоположно установлено два ряда графеек — 28 к 34.
Когда сложенный вдвое и отрезанный лист занимает положение, показанное на рис. 5.54, в зоне взаимодействия цилиндров 32 и 23 происходит его поперечное фальцевание с помощью подпружиненного ножа 33, проталкивающего середину листа в паз цилиндра 23, образованный его радиальной стенкой и зажимной управляемой планкой 24. При этом верхние графейки 28 опускаются, «прячась» в тело цилиндра 32 и освобождая переднюю кромку оттиска.
При дальнейшем вращении цилиндров лист, зажатый планкой 24 за середину, ведется далее цилиндром 23, постепенно складываясь еще раз, но в поперечном направлении. После прохождения прижимного ролика 22 планка 24 открывается и полученная тетрадь 21 с помощью ролика 22 и цилиндра 23 проталкивается в собиратель 20, который выкладывает ее на транспортер 35, выводящий поток тетрадей влево.
Для установки нового рулона предусмотрен подъемный механизм с тросом 37, приводимым через барабан, червячную и зубчатую пары от двигателя 36.
Традиционным вариантом построения печатных машин было объединение всех узлов машины механическим приводом, представляющим собой разветвленную сеть механических горизонтальных, вертикальных и наклонных валов, деталей различного рода зацеплений (зубчатых, плоскозубчатых, цепных, гибких), соединительных муфт и т.д., приводимых в движение главным электродвигателем.
Печатная техника всех основных способов печати подвергается принципиальным изменениям, в основе которых лежит ликвидация механического главного вала машины и применение индивидуальных приводов отдельных узлов и секций. Дорогостоящие механические узлы (редукторы, валы и кулачки) заменяются системой прецизионной электронной синхронизации электродвигателей, которая обеспечивает возможность бесступенчатого изменения форматов продукции (длины печати). При этом становится возможным создание оптимальных условий печати на материалах различной толщины.
Для выполнения всего комплекса технологических операций лента при ее движении в машине должна быть натянутой, причем сила натяжения должна быть постоянной. Простейший регулятор натяжения ленты, образованный системой рычагов (/, 7, 8, 9, 11, 12, 13), колодок 3, тормозного шкива 4, пружин 6, 10 и демпфера 5 изображен на рис. В данном случае натяжение запечатываемой ленты устанавливается на размотке, а степень растяжения запечатываемого материала зависит от его эластичности и силы натяжения.
Таким образом, лента запечатывается в натянутом состоянии; в процессе упаковки материал не натягивается и имеет усадку ±1 %. Синхронизация угловых скоростей центрального печатного и формного цилиндров благодаря плавному регулированию скоростей индивидуальных двигателей обеспечивает наиболее точную компенсацию этой разницы и наивысшее качество печати.
В состав системы управления позиционированием формных цилиндров входит станция оператора СО, с которой на программируемый контроллер КТ поступают технологические параметры печати. Контроллер выдает сигнал задания скорости всех двигателей на автономные инверторы, при этом координация работы различных приводов, обмен данными с управляющими устройствами печатной машины (печатными аппаратами, воздуходувками, рулонной зарядкой, устройством для намотки рулонов и т.д.) осуществляется по сети промышленного стандарта (ProfiBus-DP, DeviceNet, ModuBus и т.д.).
На контроллер также поступают сигналы от устройств контроля совмещения красок для коррекции углов положения формных цилиндров. Для определения текущих углов положения цилиндров используются фотоимпульсные датчики угловых перемещений, обеспечивающие подачу примерно 1 млн сигналов за один оборот. Такое количество сигналов необходимо для обеспечения высокой точности углового позиционирования цилиндров. Обработка информации с датчиков и формирование сигналов коррекции осуществляется контроллером. В данной системе один из формных цилиндров является ведущим, а остальные — ведомыми. Задание на скорость ведомых приводов рассчитывается относительно основного задания скорости ведущего привода. Коррекция углового положения цилиндров выполняется внесением добавлений скорости приводов внешним контуром положения.
Исходя из требований, предъявляемых к системам электропривода печатного оборудования, их оснащают высокодинамичными комплектными регулируемыми электроприводами (КЭП) переменного тока, обеспечивающими высокую точность регулирования скорости двигателей и обладающими высокими значениями КПД и коэффициента мощности.

Система автоматизации насосной станции

Дата публикации: 18.03.2010
Метки: Системы управления комплексами

Рассмотрим систему автоматизации насосной станции, предназначенной для тепло- и водоснабжения жилых зданий.
Функциональная схема насосной станции показана на рис. Насосная станция работает следующим образом. Холодная вода с фильтрующей станции предварительно нагревается в теплообменнике 1 и поступает на насосную станцию. С выхода насосной станции вода поступает в теплообменник 2, где окончательно нагревается, после чего идет дальше на нужды тепло- и водоснабжения жилых зданий.
Поддержание постоянства давления при изменяющемся расходе на станции горячей воды осуществляется байпасным способом. Информация о текущем значении давления в напорной части водопровода поступает с датчика давления Р1, расположенного на выходе насосной станции.
На насосной станции находятся три центробежных насоса HI... НЗ типа ЦН-150-16.5. Приводными двигателями насосов являются двигатели Ml ... МЗ серии 4А28084УЗ.
Со стороны всасывающего и нагнетающего патрубков насосов, а также на байпасной трубе расположены задвижки В1... В7. Задвижки В1...В4, приводятся в движение от двигателей М4...М7 серии 4А180М8УЗ. Задвижки В5... В7 являются ручными. В напорной части водопровода находятся невозвратно-запорные клапаны XI ...ХЗ.
Система управления насосной станции работает в автоматическом и ручном режимах. Переключение режимов осуществляется с пульта управления.
В автоматическом режиме регулирование давления осуществляется контроллером PLC. Текущее значение давления в напорной части водопровода поступает от датчика давления Р1. В соответствии с поступившим значением давления контроллер дает задание на преобразователь частоты UZ и подключает его к одному из трех насосов. Одновременно могут работать два насоса, один из насосов находится в резерве (он выбирается на пульте управления). Контроллер управляет всей электроавтоматикой, открывает и закрывает необходимые задвижки. В режиме пуска системы контроллер проверяет наличие давления во всасывающей части водопровода посредством датчика давления Р2.
В ручном режиме станция управляется с поста оператора РО, куда поступает информация о режиме работы станции, об аварии в системе, о работающих насосах и состоянии задвижек (открытое или закрытое).
В СУ в качестве программируемого контроллера применяют контроллер Omron CQM1 со следующими модулями: источник питания CQM1-PA206; процессорный модуль CQM1-CPU41-E (в процессорный модуль встроены 16 релейных входов, на которые поступают сигналы об автоматическом режиме работы агрегатов); модуль аналогового ввода CQM1-AD041 (четыре входа; на модуль аналогового ввода поступают сигналы от датчиков давления); модуль аналогового вывода CQM1-DA021 (два вывода, используется один вывод — от модуля идет сигнал на вход задания частоты преобразователя частоты); модуль питания аналоговых устройств CQM1-IPS02; два модуля дискретного ввода CQM1-ID211; два модуля дискретного вывода CQM1-OS222.
В данной системе управления используются приводы AV-300 фирмы «General Electric» с преобразователем частоты AV-300 6KAV3110XB1 с режимом переменного момента. Мощность преобразователя ПО кВт, выходной ток 210 А, напряжение питания 380 В.
Принципиальная электрическая схема силовой части системы управления насосами изображена на рис.
Питание шкафа с электрооборудованием осуществляется с внешней стороны подводом к клеммам А, В, С клеммника ХТ1 трех фаз напряжения 380 В частотой 50 Гц, нулевого провода к клемме РЕ и заземляющего провода к клемме G. Клеммы А, В и С подключаются к силовому автоматическому выключателю QS1. Индикация наличия напряжения внутри электрошкафа осуществляется с помощью лампы HL1, подключенной к одной из фаз питающего напряжения за силовым автоматическим выключателем QS\. Она сигнализирует обслуживающему персоналу о том, что внутренние цепи электрошкафа находятся под напряжением.
Преобразователь частоты (ПЧ) UZ подключен к электрической сети через автоматический выключатель Q1. Входной реактор L1 защищает преобразователь от коммутационных сверхтоков. Выходной реактор L2 ограничивает емкостные выходные токи преобразователя и пики напряжения на двигателе, обусловленные распределенной мощностью кабеля.
Преобразователь частоты может подключаться к одному из трех электродвигателей посредством выходных клемм (X1Y1Z1, X2Y2Z2, X3Y3Z3) клеммника ХТ2 и контакторов К4... Кб соответственно.
Возможно подключение электродвигателей непосредственно к сети через автоматические выключатели Q2... Q4 и посредством контакторов К1...КЗ.
Выбор режима работы (ручного или автоматического) осуществляется оператором насосной станции с поста оператора. Для пуска или останова системы в автоматическом режиме или вывода СУ из аварийного режима используются кнопки «Пуск» или «Стоп». Постоянно в работе могут находиться один или два насоса, третий насос является резервным (профилактический осмотр, плановый ремонт). Резервный насос выбирают положением переключателя на посту оператора. После выбора резервного насоса в автоматическом режиме закрывается задвижка, находящаяся в напорной части водопровода этого насоса, две другие задвижки открыты. В автоматическом режиме закрыта задвижка байпасной трубы, она открыта только при ручном регулировании.
Автоматический режим показан в структурной схеме алгоритма (рис. 5.58).
Давление на выходе с насосной станции находится в заданных пределахр-хтек <р + х (где х — допустимый диапазон изменения давления). В этом случае СУ проверяет выработал ли насос суточный моторесурс, и если да, то производит переключения между насосами.
Если давление больше нормы р + х < ртек < ртах, СУ проверяет число работающих насосов. Если работают два насоса, то делается проверка работы ПЧ на минимальной частоте. Если нет, то дается команда на уменьшение его частоты, в противном случае происходит отключение насоса, работающего от ПЧ, а к ПЧ подключается насос, работающий от сети.

Система автоматизации картоноделательной машины

Дата публикации: 18.03.2010
Метки: Системы управления комплексами

Схема картоноделательной машины показана на рис. В технологической части машины 1 из четырех машинных бассейнов покровного слоя, подслоя, среднего и нижнего слоев густая масса подается с помощью массных насосов в кольцевые трубопроводы, давление в которых регулируется изменением скорости электроприводов насосов. Далее из кольцевых трубопроводов через задвижки переключения потоков масса с помощью первых смесительных насосов подается на вихревые конические очистители, где под действием центробежной силы из нее удаляются тяжелые частицы.
После очистки масса поступает на вторые смесительные насосы, в которых густая масса смешивается с водой до достижения заданной концентрации. Вода в смесительные насосы поступает из сборников подсеточной воды. Поток массы регулируется перед первыми смесительными насосами при помощи клапанов 11. На выходе вторых смесительных насосов масса может подвергаться дополнительной очистке после пропускания ее через перфорированное сито. Далее масса поступает в потокораспределители формеров.
Сеточная часть машины 2 состоит из восьми формеров, в комплект которых входят восемь напускных устройств для подачи массы. Формование элементарного слоя картона осуществляется на участке поверхности формера, ограниченного верхней регулируемой и нижней неподвижной губами. Процесс формования и обезвоживания слоя осуществляется в вакууме, создаваемом отсасывающей камерой, установленной внутри формера. Сформированный элементарный слой картона соединяется с движущимся съемным сукном и поступает под отжимной вал.
Отжим служит для обезвоживания образовавшегося полотна картона, передачи на съемное сукно элементарных слоев и соединения их в единое картонное полотно. Вакуум в отсасывающих зонах формеров и цилиндрах прессов создается с помощью вакуумных вентиляторов и насосов, относящихся к технологической части машины 9. Вакуум в отсасывающих зонах формеров и отсасывающем шабере создается двумя вакуумными вентиляторами. Вакуумная система прессовой части машины состоит из семи вакуумных насосов.
Дальнейшее обезвоживание картонного полотна и улучшение качества его поверхности происходит в прессовой части 3, которая состоит из поворотного пресса, отсасывающего гауч-пресса, трехвального комби-пресса, пресса с желобчатым валом и пресса Нипко.
После прессовой части полотно поступает в сушильные части 4 и 6, где удаляется оставшаяся влага. Движущееся картонное полотно прижимается к нагретой поверхности цилиндров сушильными сетками. Сушильная часть состоит из восьми групп: первая приводная группа включает в себя 11 сушильных цилиндров, приводные группы со второй по седьмую имеют по 12 сушильных цилиндров каждая, восьмая приводная группа состоит из 10 сушильных и двух холодильных цилиндров.
Сушильные части машины разделены клеильным прессом 5, установленным между шестой и седьмой приводными группами.
Картон поступает на клеильный пресс при сухости 80...85 %. Он непрерывно орошается с обеих сторон клеем и проходит через валы пресса. После клеильного пресса картонное полотно, во избежание образования складок, равномерно расправляется по ширине разгонным валом и поступает в досушивающую часть 6, где обеспечивается сухость {9Ъ1\)% и выравнивается влажность поверхностного и нижнего слоев. В конце сушильной части картон охлаждается на двух холодильных цилиндрах и увлажняется на 1...2% для повышения его гладкости при каландрировании, которое производится в шестивальном каландре 7.
С каландра картон поступает на периферический накат 8 с пневматической системой прижима, где выполняется его намотка в тамбур.
Пароконденсатная система 10 обеспечивает принудительную циркуляцию пара, обеспечивающую постоянство заданного теплового режима в каждой группе сушильных цилиндров, а также возможность использования тепла поступающего пара и высокую теплопередачу в результате принудительного отвода неконденси-руемых газов.
Картоноделательная машина имеет предварительную и дополнительную (досушивающую) сушильные части. Дополнительная сушильная часть осуществляет примерно 40 % всей сушки и предназначена для удаления оставшейся влаги после прохождения полотном клеильного пресса. Сушка картона производится при постепенном повышении температуры поверхности цилиндров. Для этого вся сушильная часть разделена по пару на пять групп, три из которых образуют предварительную сушильную часть и две — дополнительную. Пар, поступающий по общему трубопроводу из котельного цеха, распределяется между пятью группами в заданном соотношении.
Третья, четвертая и пятая группы имеют раздельное пароснабжение верхних и нижних цилиндров с целью выравнивания влажности верхних и нижних слоев картона. В сушильных цилиндрах конденсируется необходимое для сушки картона количество пара. Образующийся конденсат и необходимое для обезвоживания количество пара отводятся через сифон по сборному трубопроводу к соответствующему сепаратору. Для регулирования давления пара в сушильных группах используются электромагнитные клапаны 11 и термокомпрессоры.
В частях 2... 8 машины имеются 27 силовых приводных точек. Мощности электроприводов от 37 кВт для валов клеильного пресса до 200 кВт у каландра и центрального вала трехвальцового пресса. Мощности электроприводов насосов и задвижек в частях 7, 9, 10 машины находятся в пределах от 0,5 до 90 кВт. Электропитание силовых электроприводов выполняется от двух трансформаторов мощностью по 1600 кВА, преобразующих напряжение 6 кВ в 380 В.
Многодвигательная система электроприводов выполнена в соответствии с концепцией распределенной системы ACS 600 MultiDrive.
Энергетическая магистраль комплекса включает в себя питающие трансформаторы, неуправляемые выпрямители с фильтрами 13, автономные инверторы напряжения 12. Распределенная система управления включает в себя контроллеры управления группами электроприводов 14, объединенные информационной полевой шиной, технологические контроллеры 15 и 16, станции оператора 17.
Компьютерные средства автоматизации. Система управления машиной многофункциональна, она решает задачи управления качеством и простого локального регулирования параметров процесса. Система состоит из аппаратуры и программного обеспечения, которые помогают оператору управлять технологическим процессом.
Аппаратура, представленная на функциональной схеме аппаратной части системы, состоит из следующих основных устройств: технологических контроллеров 15, 16; операторских станций 17; сканирующей интеллектуальной платформы (сканера) 18 с датчиками массы, влажности и толщины; принтеров; системной шины 21; сетевой шины TCP/IP.
Технологические контроллеры предназначены для получения информации о состоянии технологического процесса от различных датчиков, обработки полученной информации в соответствии с заложенной программой, выдачи управляющих воздействий. К технологическому контроллеру 75 (см. рис. 5.50) подключен сканер, датчики и исполнительные механизмы постоянной части машины. К технологическому контроллеру 16 подключены датчики и исполнительные механизмы для подачи густой массы и химикатов, пароконденсатной и вакуумной систем (19, 20 — информационные шины).
Станции оператора 77 предназначены для отображения информации о технологическом процессе, заданий режимов управления процессом и ввода заданий параметров процесса.
Сканер, или интеллектуальная платформа 18, предназначен для перемещения установленных на нем датчиков массы, влажности и толщины движущегося картонного полотна. Для измерения используется радиоактивный источник излучения частиц. Сканер оснащен контроллером, который обрабатывает информацию, поступающую с датчиков, и передает по специальной связи в технологический контроллер 15. Для обеспечения постоянной точности измерения контроллер автоматически выводит датчики за край картонного полотна и проводит стандартизацию. Сканер в режиме непрерывного сканирования собирает информацию о продольном и поперечном профиле картонного полотна по массе, влажности и толщине.
В системе используются два принтера: струйный цветной для печати копий кадров; матричный, подключенный к станции оператора на накате, для печати рапортов.
Информация от технологического контроллера на станцию оператора и обратно передается по системной шине. Сетевая организация системы позволяет выводить на операторскую станцию информацию с любого технологического контроллера, подключенного к сети.
Сетевая шина предназначена для подключения сетевого принтера и обеспечения возможности подключения к другим системам управления, учета и т.д.
Программное обеспечение системы включает в себя следующие основные программы-модули управления: массой 1 м2 картонного полотна вдоль машины; влажностью картонного полотна вдоль машины; координированного сушкой картонного полотна; координированного изменения скорости машины; восемью формерами; подачей массы по слоям; концентрацией; локальным регулированием. Система разделена на две части: DCS (Digital Control System) — локальная цифровая система управления и QCS (Quality Control System) — система управления качеством.
Первая реализует следующие функции: проверку состояния оборудования перед пуском; пуск и остановку оборудования (локальных исполнительных устройств — электроприводов, насосов, клапанов); контроль состояния оборудования в процессе рабочего функционирования. Вторая реализует: регулирование температуры и давления пара сушильных групп, технологических переменных (влажности и массы 1 м2 картонного полотна); подачу массы по слоям, управление концентрацией; автоматическую оптимизацию процесса в режиме рабочего функционирования.
Модуль управления массой 1 м2 картонного полотна вдоль машины обеспечивает функции управления сканированием и по информации, полученной со сканера, рассчитывает текущее значение 1 м2 массы для регулятора количества массы. Управляющее воздействие в виде задания суммарного расхода густой массы (перед смесительными насосами) поступает в систему управления распределением подачи массы по слоям.
Модуль управления влажностью вдоль машины осуществляет функции управления сканированием. Из полученного со сканера значения влажности рассчитывается текущее значение влажности для регулятора влажности. Управляющее воздействие, в виде задания давления пара, поступает в регулятор давления пара в сушильной группе V. При достижении предельных значений (минимального или максимального) задания в сушильной группе V выдается новое задание в сушильную группу III для вывода пара в сушильной группе V в рабочий режим.
Координированное управление сушкой уменьшает потери тепла в процессе сушки во время обрыва полотна и уменьшает вероятность пересушивания при перезаправке. Когда происходит обрыв, все контуры управления паром снижают задания и остаются постоянными. Задание определяется в виде доли предшествовавшего обрыву задания или в виде определенного заранее абсолютного значения давления. К концу обрыва все задания снова автоматически меняются до значений, предшествовавших обрыву.
Координированное управление изменением скорости обеспечивает координированное изменение скорости с упреждением заданий в другие контуры управления продольным профилем полотна для обеспечения стабильности показателей качества при изменении производительности (скорости) машины; позволяет программно изменять задания локальным контурам управления и координировать эти изменения заданий с учетом различия транспортных запаздываний и динамических свойств контуров, стабилизируя этим качество картона при изменении скорости машины.
Система управления формерами регулирует соотношение струя/ сетка на каждом формере для обеспечения механических свойств картона при смене сорта и увеличении скорости машины.
Система управления подачей массы по слоям предназначена для обеспечения подачи густой массы к смесительным насосам так, чтобы: поддерживать заданный суммарный расход массы; при изменении оператором расхода массы на один из формеров, суммарный расход массы оставался неизменным; компенсировать колебания концентрации поступающей массы. Система управления подачей массы при поступлении нового задания от верхних уровней управления распределяет изменение задания на фермерах, определенных оператором.
Система последовательного компенсационного управления концентрацией массы предназначена для подстройки показаний датчиков концентрации по лабораторным анализам, а также дополнительной фильтрации значений концентрации перед передачей данных в систему управления подачей массы.
Система локального регулирования предназначена для построения локальных контуров регулирования параметрами технологического процесса. На ее базе построено непосредственно цифровое регулирование параметров пароконденсатной системы, системы управления густой массой и нижнего уровня управления мокрой частью машины.
Управление процессом осуществляется со станций оператора, в состав которых входит монитор, специальная клавиатура и трекбол. На мониторе отображается вся информация о процессе в виде функциональных кадров. Система управления дает оператору возможность: видеть состояние параметров технологического процесса; управлять параметрами технологического процесса в различных режимах, начиная с ручного управления клапанами и другими исполнительными механизмами до автоматического управления массой 1 м2 картонного полотна, влажностью и т.д.; отображать предшествующее состояние технологического процесса в виде трендов (графиков изменения значений параметров во времени), на которых можно произвольным образом совмещать одновременно до шести параметров; печатать рапорта; печатать копию экрана.
Реализация управления на нижнем уровне. Системы управления нижним уровнем обеспечивают реализацию заданных значений переменных в локальных контурах регулирования. Эти системы управления могут также служить интерфейсом пользователей, находящихся на более высоком уровне управления. Системы управления на нижнем уровне получают задающие значения для исполнительных устройств от оператора посредством человеко-машинного интерфейса или от внешней программы, каковой может являться программа реализации верхнего уровня управления. В системе реализованы следующие функции управления на нижнем уровне:
Р, PI, PD или PID алгоритмы управления;
возможность задания параметров управления со станции оператора;
осуществления нескольких режимов управления (балансового, ручного, автоматического или внешнего);
назначения приоритетов при выборе режимов управления;
управления с различными методами отслеживания заданного значения;
регулирования скорости изменения заданного значения;
установки пределов для значений заданий и выходных сигналов;
безударного перехода от одного режима управления к другому;
сигнализации и управления событиями.
В режиме ручного управления возможно ручное управление локальным контуром. Режим автоматического управления — автоматический режим, в котором задание для локального контура поступает и изменяется со станции оператора. Изменение задания контроллера в этом режиме происходит в определенном темпе. В режиме внешнего управления задание для локального контура поступает от внешней программы.
Системы управления нижним уровнем, включающие в себя системы управления исполнительными механизмами, получают задания от систем управления верхнего уровня, которые реализуют регулирование технологических переменных (массы, влажности) на основе упреждающей коррекции и коррекции по обратной связи.
Реализация управления на верхнем уровне. Системы управления верхним уровнем выполняются как комбинированные системы, в которых коррекция технологической переменной выполняется по цепи обратной связи и возмущению.
Коррекция по возмущению выполняется упреждающей. При коррекции по обратной связи на входе процесса производится сравнение выходной величины процесса и задания, после чего рассогласование отрабатывается системой управления. Упреждающая коррекция используется для снижения воздействия на процесс возмущений. Если некоторые из этих возмущений могут быть измерены, то возможно управлять процессом так, чтобы последствия этих возмущений не присутствовали на выходе. Например, изменение концентрации потока густой массы вызывает изменения основной массы на накате.
Вместо того чтобы ждать сигнала обратной связи, рассчитывается способ регулирования входного параметра процесса (регулируется сам поток густой массы) для нейтрализации эффекта изменения концентрации (меньше концентрация, больше поток). В этом случае эффективность коррекции не может быть проверена, поэтому приходится полагаться на соотношения, заложенные в системе и используемые для расчетов необходимых изменений, а также на заранее рассчитанную длительность этих изменений. Например, при изменении скорости машины без изменения вида продукции меняется пропускная способность машины (больше или меньше картона производится в единицу времени).
Это требует изменений потока густой массы и давления пара для поддержания текущей основной массы и влажности при новой скорости. Основываясь на соотношениях, заложенных в системе в виде модели технологического процесса, можно заблаговременно определить, какое количество пара и густой массы необходимо изменить для работы с новой скоростью. Таким образом, для предотвращения нарушения процесса в случае управления по обратной связи можно воспользоваться информацией о будущих изменениях в процессе при переходе на новую скорость. Компенсирующие корректирующие воздействия для потока густой массы и пара рассчитываются так, что свойства вырабатываемой продукции не меняются в течение и после изменения скорости.
Наравне с использованием упреждающей коррекции применяется управление по обратной связи для поддержания задания контуров регулирования технологических переменных процесса в течение длинного периода времени. Динамическая модель, имеющаяся в системе управления процессом, учитывает запаздывание, которое может быть разделено на время задержки на мокрой части и в транспортных механизмах. Транспортное запаздывание зависит от скорости машины.
Рассмотрим процессы управления массой и влажностью полотна, координированного управления скоростью машины, используя функциональные схемы систем управления.
Системы управления массой и влажностью полотна имеют ряд функциональных модулей и блоков, соответствующих структуре комбинированной системы.
В модуле преобразования задания происходит преобразование значения, заданного оператором, в формат, с которым оперирует система управления. В функционирующей системе управления задание находится в виде единиц сухой массы. Если оператор вводит новое значение основной (фактической) массы, то задание для системы управления в виде сухой массы рассчитывается по новому значению основной массы и влажности.
Блок регулятора объединяет модуль ПИ-регулятора с модулями управления заданием, режимами, проверкой на предельные значения сигналов. При изменении задания для системы управления новое задаваемое значение проверяется на соответствие допустимому диапазону задания. Если значение нового задания находится в пределах этого диапазона, то текущее значение задания изменяется до нового заданного значения в заранее определенном темпе.
Если новое значение задания выходит за допустимый предел, то текущее задание изменяется до этого предела, и на станцию оператора поступает сигнал о превышении предела. Максимальное допустимое значение ошибки рассчитывается исходя из коррекции по обратной связи и изменения задания. При изменении задания ошибка резко возрастает. При фиксировании чрезмерной ошибки на станцию оператора выдается соответствующее сообщение сигнализацией, а блок управления режимами останавливает работу блока регулятора.
Модуль управления режимами связывает регулятор с рабочим режимом контроллеров нижнего уровня, рабочим режимом сканера, а также выполняет функции остановки процесса управления при получении соответствующих сигналов модулей регулятора и человеко-машинного интерфейса (управление режимами со станции оператора).
Модуль проверки осуществляет проверку задания контроллера на соответствие возможному диапазону реагирования исполнительного механизма. Если это значение выходит за допустимые пределы, то модуль проверки выдает сигнал на прекращение управления. Блок регулятора совместно с моделью процесса выполняет функцию компенсации транспортного запаздывания.
Блок развязки собирает в себе все текущие упреждающие корректирующие действия для исполнительных механизмов. Источниками этих корректирующих действий служат изменения технологических переменных процесса: сухой массы, влажности, изменения скорости. Так как технологические переменные взаимосвязаны между собой, то блок развязки обеспечивает условия квазиавтономности управления каждой из переменных.
Блок задания на исполнительный механизм принимает сигналы заданий от блоков регулятора и развязки. В нем вырабатывается поправка к поступающим корректирующим сигналам в процессе координированного управления скоростью. Сформированное в результате управляющее воздействие, перед тем как поступить на регулятор исполнительного механизма, проверяется на соответствие допустимому диапазону значений задания. Если значение задания не входит в допустимый диапазон, то на станцию оператора поступает сообщение сигнализацией.
В блоке модели процесса на основе параметров процесса, таких как постоянная времени переходного процесса и время транспортного запаздывания, моделируется динамическая характеристика процесса. Время запаздывания рассчитывается в специально предназначенном для этого модуле на основе текущей скорости машины и транспортной дистанции от места расположения исполнительного механизма до сканирующей платформы.
В модуле оценки ошибки подлинная характеристика процесса сравнивается со смоделированной для определения ожидаемой ошибки. Эта ошибка в сочетании с измерениями характеристики процесса во времени используется для коррекции значения входного задания.
Процесс управления сухой массой включает в себя управление потоком сухой волокнистой массы при наличии изменений концентрации густой массы. Координация концентрации производится регулированием задания для потока густой массы. Текущие измерения концентрации проходят фильтрацию с целью устранения присущего им шума.
Вызванные изменениями концентрации упреждающие корректирующие воздействия для потока густой массы задерживаются во времени до момента прихода потока с измененной концентрацией к устройству регулирования потока густой массы. Объем трубопроводов между датчиком концентрации и устройством регулирования потока густой массы является заданным. На его основе система управления динамически рассчитывает время запаздывания в зависимости от потока густой массы. При этом между частичными изменениями концентрации и потока густой массы предполагается линейная зависимость.
В формерах осуществляется подача волокнистой густой массы на движущуюся сетку так, чтобы готовое картонное полотно имело необходимую прочность и отвечало требованиям по всем остальным параметрам. Свойства картонного полотна регулируются непосредственно изменением соотношения струя/сетка, которое представляет собой отношение скорости истечения густой массы из формера к скорости сетки. Соотношение струя/сетка изменяют, меняя скорость двигателей смесительных насосов формеров. При изменении скорости меняется напор струи и, следовательно, скорость ее истечения. Расчет и регулирование соотношения струя/сетка осуществляется технологическим контроллером. Для регулирования используется ПИ-регулятор.
Система координированного управления скоростью и оптимизации скорости. Система управления рассчитывает поправки заданий для задействованных в процессе исполнительных механизмов на основе взаимосвязей между переменными процесса с учетом динамики процесса. Координация производится с определенными выдержками времени, которые непрерывно рассчитываются с учетом текущей скорости машины. Для расчета максимально возможной скорости выполняются оценки допустимых пределов управления для исполнительных механизмов. В качестве верхнего предела задающего значения скорости рассматривается рассчитанное в текущий момент времени значение максимально возможной скорости.
Система координированного управления скоростью выдает управляющее задание на системы регулирования скорости нижнего уровня, которое включает в себя сигналы от блока задания на изменение скорости и упреждающие сигналы от других систем управления.
Блок оптимизации скорости выдает скорректированный сигнал на блок задания исходя из значения максимально допустимой скорости и поддерживает границы области заданий для систем управления нижнего уровня.
Рассмотрим основные функции и блоки системы координированного управления скоростью.
В задачи блока задания на изменение скорости входит управление: режимами работы, заданием, выходами. Блок может находиться в балансовом, ручном, автоматическом, внешнем 1 или внешнем 2 режимах управления. Управление заданием возможно только в автоматическом режиме или в режиме внешнего управления («Внешнее 2»). В режиме «Автомат» блок задания может управлять заданием при введении оператором нового значения скорости.
При этом контроллер скорости нижнего уровня переходит в режим управления «Внешнее 1».Оператор может перевести контроллер координированного изменения скорости в режим ручного управления, выключив управление. Если это сделано во время текущего изменения скорости, то изменение немедленно прекратится.
В режиме управления «Внешнее 1» блок задания получает задание от внешних функций управления процессом (смена сорта картона). В этот режим блок задания устанавливается по флагу (признаку) функции смены сорта. По окончании смены сорта блок переходит в режим ручного управления.
В режиме управления «Внешнее 2» контроллер координированного изменения скорости получает задание от блока оптимизации скорости. Переход блока в этот режим происходит при активизации функции оптимизации скорости. В этом случае задание может изменяться в соответствии с возможной областью управления исполнительными механизмами нижнего уровня.
Различают следующие виды заданий: оператора; от функции автоматической смены сорта; от функции ручной смены сорта; от функции оптимизации скорости; балансовое задание от контроллера скорости нижнего уровня. Когда задание отличается от текущего значения скорости, блок задания начинает процесс изменения скорости при условии, что он находится в режиме «Автомат». Перед тем как задание будет отработано, оно проверяется на соответствие допустимым пределам.
Когда блок задания находится в режиме управления балансовом, ручном или «Автомат», оператор в любой момент может ввести новое задание. При этом оно проверяется на соответствие допустимым пределам и, в случае его выхода за эти пределы, отклоняется с выдачей сообщения на дисплей станции оператора.
Когда блок задания находится в режиме «Внешнее 2», задание ему приходит от блока оптимизации скорости. При этом оператор не может ввести задание.
В процессе изменения скорости рабочее значение задания изменяется до значения, заданного оператором, со скоростью изменения, определенной параметрами настройки системы. Изменение продолжается до момента достижения заданного оператором значения. В процессе изменения скорости оператор может ввести новое значение.
Когда блок задания находится в режиме «Внешнее 1», по флагу смены сорта задание поступает от модуля автоматической или ручной смены сорта. При этом оператор не может ввести задание. Задание от автоматической или ручной смены сорта проверяется на соответствие допустимым пределам. Если новое задание выходит за один из пределов, его ограничивают этим пределом. В качестве верхнего предела используют расчетную максимально допустимую скорость, которая меняется с изменением параметров технологического процесса.
Если функция проверки задания на соответствие допустимым пределам не задействована, то в качестве ограничений используют жестко определенные верхний и нижний пределы задания. Обычно в качестве этих ограничений используют допустимые пределы задания для контроллера нижнего уровня, но могут также использоваться жестко запрограммированные пределы в программе координированного управления скоростью.
Если изменение скорости по какой-либо причине прерывается, то управление заданием «подстраивается» под балансовое задание от контроллера скорости нижнего уровня для того, чтобы избежать немедленного начала нового изменения скорости после выхода из состояния прерывания.
Когда блок задания не находится в режиме «Автомат», его выход отслеживает сбалансированное задание контроллера скорости нижнего уровня. Когда блок находится в режиме «Автомат», его выход тестируется на соответствие допустимым пределам выходного сигнала. Если появляется флаг, указывающий на то, что для контроллера скорости нижнего уровня появилось ограничение значения задания, то в качестве верхнего предела рабочего задания используют последнее текущее значение выходного сигнала блока задания. Это относится и к нижнему пределу выходного сигнала.
Блок реализации изменения скорости включает в себя модули координации задержек времени и расчета упреждающих воздействий для каждого используемого исполнительного механизма.
Программа блока реализации изменения скорости выполняется каждые 2 с. Выходной сигнал после каждого исполнения программы в качестве задания на изменение скорости подается на участвующие в процессе исполнительные механизмы. Другие компенсационные воздействия, такие как выравнивание давления пара в соответствии с изменением потока массы, обеспечиваются функциями управления, для которых данный исполнительный механизм является первичным. Например, давление пара при изменении потока массы компенсируется функциями управления массой и влажностью.
«Статус участвующих» координируемых исполнительных механизмов определяется следующим образом. Для того чтобы исполнительный механизм получил «статус участвующего», контроллер скорости нижнего уровня должен находиться в режиме управления «Внешнее 1» (получая задание от системы управления верхнего уровня), и для данного исполнительного механизма должна быть разрешена упреждающая коррекция скорости с помощью переключателя на экране настройки параметров скорости на станции оператора. Система координированного изменения скорости запоминает исполнительные механизмы, задействованные в изменении скорости.
Если в процессе изменения скорости условия функционирования какого-либо исполнительного механизма не могут выполняться, то происходит перезагрузка программы блока реализации изменения скорости, и ее выполнение прекращается. Если в процессе изменения скорости эти условия выполняются для исполнительного механизма, который не был задействован в процессе изменения с начала процесса, то этот механизм не включают в число задействованных, но в дальнейшем при изменении скорости он получит «статус участвующего». Исполнительные механизмы, которые в текущий момент имеют «статус участвующих», отображаются на экране станции оператора.
Управление блоком реализации изменения скорости осуществляется с помощью блока последовательности действий. Последовательность состоит из четырех этапов:
блок последовательности инициирует изменение скорости, что влечет за собой поступление входных параметров в блок реализации и проверку их на соответствие допустимым значениям перед подачей воздействия на исполнительный механизм;
в блоке реализации происходит текущая координация и выдача воздействий на исполнительные механизмы, продолжается проверка на возможные несоответствия и завершается изменение скорости;
после успешного завершения изменения скорости происходит перезагрузка программы блока реализации, и ее выполнение прекращается;
последний этап выполняется, если изменение скорости было прекращено. Условия прекращения изменения скорости фиксируются на втором этапе, после чего сразу происходит переход к четвертому этапу, где происходит перезагрузка. Задание блока задания на изменение скорости «подстраивается» под балансовое задание от контроллера скорости нижнего уровня, выдается сообщение сигнализации о выполнении четвертого этапа.
Эта последовательность выполняется тогда, когда блок задания находится в режиме управления «Автомат» или «Внешнее 2». Условием выполнения первого этапа является фиксирование блоком задания изменения задания скорости. Текущее отклонение рабочего задания от задания оператора постоянно сравнивается с зоной возможных отклонений (нечувствительности) задания, которая является настроечным параметром. Если при изменении оператором задания отклонение рабочего задания превышает зону нечувствительности, то выполняется первый этап и начинается процесс изменения скорости.
Задержки времени, необходимые для координации изменения скорости, постоянно рассчитываются в модуле координации задержек времени. Транспортная дистанция между исполнительным механизмом и сканером вместе с текущей скоростью машины используется для непрерывного расчета транспортного запаздывания, которое суммируется со временем нечувствительности самого исполнительного механизма для получения общего времени задержки.
В модуле координации задержек определяется максимальное время задержки, необходимое для координации исполнительного механизма. Рассматриваются задержки только для «участвующих» механизмов. Максимальное определенное время задержки используется для задержки рабочего задания. Каждое упреждающее воздействие на исполнительный механизм задерживается на время, представляющее собой разницу между максимальным временем задержки и временем задержки, необходимым для данного исполнительного механизма. Исполнительный механизм с максимальным временем задержки не получает ее.
В модуле расчета упреждающих воздействий время задержки, рассчитанное для данного исполнительного механизма, используется модулем задержки времени для задержки рабочего задания. Для построения упреждающей коррекции используется ПДП-регулятор, который необходим для того, чтобы обеспечить динамическую компенсацию отклонений технологической переменной в результате изменения скорости.
Для динамического согласования условий формирования упреждающей коррекции, учитывающих влияние на технологические переменные (массу, влажность) изменений скорости и регулируемых переменных первичным исполнительным механизмом (скорости потока густой массы или давления пара), является фильтр. Постоянная времени фильтра — настроечный параметр. Выходные величины ПДП-регулятора используются в качестве задания на изменение скорости для исполнительного механизма. Далее произошедшее фиксируется соответствующей функцией управления, которая генерирует значение задания для контроллера исполнительного механизма нижнего уровня.
Блок оптимизации скорости рассчитывает максимально допустимую скорость. Этот расчет основан на оценках возможной области управления для задействованных исполнительных механизмов. После определения возможной области управления для исполнительного механизма расчет изменения скорости ведется на основе характеристики контролируемой технологической переменной относительно исполнительного механизма и скорости. Изменения скорости, соответствующие возможным областям управления для исполнительных механизмов, сравниваются, и наименьшее возможное изменение скорости суммируется с текущим значением скорости, в результате чего получается максимально допустимая скорость. Возможные области управления определяются постоянно с целью обновления данных о максимально допустимой скорости.

Координированное управление агрегатами в составе технологического комплекса

Дата публикации: 18.03.2010
Метки: Системы управления комплексами

При координированном управлении агрегатами в составе технологического комплекса в основном применяют алгоритмы управления по готовности или событию, но могут применяться алгоритмы управления и по состоянию агрегатов. Например, в горнодобывающей промышленности последовательность включения, работы и выключения агрегатов, входящих в комплексы, определяется поступлением перерабатываемого материала на агрегаты.
В металлургической промышленности погрузка слитков на слитковозы производится только после того, как слитковоз подъедет к определенному колодцу. В комплексах пищевых производств расфасовка готовой продукции в тару осуществляется только после того, как тара поступит под устройство выгрузки. Во всех вышеперечисленных случаях информация о наступлении события поступает от различных датчиков, например датчиков веса, путевых датчиков, датчиков наличия тары. Управление работой отдельных агрегатов в комплексе осуществляется промышленным компьютером верхнего уровня СУ или технологическим контроллером среднего уровня СУ.
На насосных станциях количество работающих насосов в питающей сети зависит от давления в сети или суточного потребления. Работа насосов определяется информацией, поступающей с датчика давления, установленного в магистрали питающей сети, или по графику суточного расхода воды, заложенному в промышленном компьютере.
Если на агрегате возникает аварийная ситуация или происходит отклонение его параметров от номинальных, информация по сети нижнего уровня поступает на контроллеры приводов других агрегатов. В этом случае управляющая программа конкретного агрегата останавливает его работу или изменяет режим работы. Информация по сети поступает на промышленный компьютер верхнего уровня, который также может принять решение о дальнейшей работе агрегатов в комплексе.
Одной из функций промышленного компьютера, как отмечалось выше, является контроль и поддержание в соответствии с программой технологических переменных, определяющих качество обработки вещества и получение конечного продукта производства, соответствующего заданным требованиям к качеству. Это выполняется управлением всеми агрегатами комплекса; в случае отклонения контролируемых переменных от заданных значений вырабатываются управляющие воздействия на агрегаты, ликвидирующие эти отклонения.

Система автоматизации транспортно-технологического комплекса подготовки и подачи слитков к обжимному прокатному стану

Дата публикации: 18.03.2010
Метки: Системы управления комплексами

Транспортно-технологический комплекс обеспечивает подачу нагретых слитков к приемному рольгангу обжимного прокатного стана. На рис показан один из вариантов схемы системы управления комплексом. Охлажденные слитки подаются с помощью электровоза 8 в зону нагревательных колодцев 3 (нагревательный пролет) и перегружаются в колодцы мортовым краном 10 с клещевым захватом. Слитки с помощью индукционного нагревания нагреваются до температуры пластичных деформаций. После завершения нагревания слитки загружаются тем же краном в слит-ковоз 6 (слитковоз представляет собой тележку с установленным на ней оборудованием) и доставляются к приемному рольгангу 2.
Перегрузка нагретых слитков со слитковоза на рольганг осуществляется манипулятором (сталкивателем) /. Движение транспорта (5 и 8) осуществляется по рельсовому пути 9 стандартной ширины 1540 мм. На рис. приняты следующие обозначения: ЦПС — цеховая подстанция; ШР — шкаф распределительный, ШЭ — шкафы электрооборудования; 4 — датчики температуры; 5 — путевые датчики; 7 — датчик давления, фиксирующий загрузку слитковоза.
В шкафах электрооборудования находятся комплектные электроприводы, комплектные устройства питания и управления нагревательными колодцами. В зависимости от требуемой производительности комплекса применяют возвратно-поступательные или кольцевые (эллиптические) системы слиткоподачи. Во втором случае используются 3... 5 слитковозов. Схемотехнический план нагревательных пролетов с пятью колодцами для двух систем слиткоподачи приведен на рис. 5.21, а, б, где / — манипулятор (стал-киватель); 2 — приемный рольганг; 3 — слитковоз; 4 — пост оператора; 5 — нагревательные колодцы; 6 — рельсовый путь; 7 — источник электропитания слитковоза; /0 — общая длина подъездных путей слитковоза; /, — расстояние до приемного конца рольганга; /2 — интервал между колодцами; /3 — расстояние до конечной части пути; /4 = 0,5/0; /5 — расстояние до источника питания; /б — расстояние между путями.
Система управления может работать в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах. В ручном режиме происходит обслуживание каждого колодца с участием оператора. В полуавтоматическом режиме оператор задает число и последовательность разгружаемых колодцев, и система реализует это задание. Далее следует новое задание. В автоматическом режиме оператор дает только начальную команду запуска системы, происходит непрерывное обслуживание колодцев с учетом их готовности после загрузки охлажденных слитков. В исходном положении слитковоз находится у приемного рольганга.
Цикл обслуживания одного колодца состоит из следующих операций:
автоматический пуск слитковоза с разгоном до максимальной скорости, движение с этой скоростью до путевых датчиков, обеспечивающих снижение скорости до «ползучей», движение на «ползучей» скорости до путевых датчиков, обеспечивающих остановку на оси заданной группы колодцев;
погрузка слитка на слитковоз мостовым краном;
автоматический пуск загруженного слитковоза с разгоном до максимальной скорости, движение слитковоза с этой скоростью, замедление по сигналу путевого датчика до средней скорости и движение с ней, снижение скорости до уровня «ползучей» по сигналу следующего путевого датчика и движение с этой скоростью до путевого датчика, обеспечивающего точную остановку у рольганга;
обеспечение необходимой паузы для перегрузки слитка на приемный рольганг сталкивателем.
Смещение программы на один шаг производится автоматически после начала движения слитковоза от печей к рольгангу.
Управление механизмами крана (моста, тележки, подъема) выполняется аналогично управлению механизмами слитковоза в режиме возвратно-поступательного движения. Электропривод клещевого захвата выполняется как силомоментный.
Питание к электрическому оборудованию слитковоза подводится через контактные провода. Электропривод перемещения может быть групповым или индивидуальным, т. е. один двигатель может работать на одну ось или на несколько. На валу двигателя жестко крепится шкив электромагнитного тормозного устройства.
Для расчета диаграмм движений слитковоза необходимо знать: число групп нагревательных колодцев, расстояния между ними, расстояния от осей крайних групп до рольганга и до конца прямолинейного участка, максимальную (vmax), среднюю (vcp) и «ползучую» (vmia) скорости движения слитковоза.
При движении груженого слитковоза к рольгангу значения ускорений и замедлений принимаются такими же, как и при движении порожнего слитковоза, поэтому по приведенной методике можно рассчитать время замедления при изменении скорости от итах до vcp, от vcp до vmia и время движения со средней скоростью, а также пути, пройденные за расчетные промежутки времени. Путь, пройденный при движении с «ползучей» скоростью у рольганга, следует принять равным 5 % значения /23.
В случае кольцевой слиткоподачи расчет проводится аналогично. Отличия состоят лишь в том, что участки закругления пути слитковоз должен проходить на пониженной скорости vcp, и направление движения (знак скорости) порожнего и груженого слит-ковозов сохраняется неизменным.

Система автоматизации участка ножниц поперечного резания листового прокатного стана

Дата публикации: 18.03.2010
Метки: Системы управления комплексами

Система автоматизации участка ножниц поперечного резания реализует управление последовательным линейным технологическим процессом в рамках комплексной автоматизированной системы управления листовым прокатным станом, которая включает в себя системы: управления электроприводами (СУ ЭП), измерения длины листа (СИ ДЛ), формирования задания мерной длины (СФЗ МД).
Участок ножниц поперечного резания имеет следующее технологическое оборудование:
рольганг 7 перед ножницами;
устройство установки листа (манипуляторы 2, смещающие лист к борту рольганга для выравнивания его вдоль этого борта с целью обеспечения перпендикулярности поперечного реза);
ножницы поперечного резания 3 с механизмом прижима листа;
устройство уборки обрези 4, выполненное в виде тележки, совершающей возвратно-поступательные движения от ножниц к контейнеру обрези 5 (сброс обрези производится открыванием дна тележки);
качающийся рольганг 6, совершающий качательное движение вместе с перемещением верхнего ножа ножниц;
рольганг 7 за ножницами;
передвижной упор 8, устанавливаемый в соответствии с заданной мерной длиной реза и снабженный механизмом подъема и опускания щита упора.
Технологический процесс, характеризующийся последовательностью операций, иллюстрируется графиком перемещения, по оси абсцисс которого отложено время, а по оси ординат — расстояние с координатами расположения оборудования участка.
Координаты положения переднего конца листа отмечены точками: 1 — поступление листа на рольганг перед ножницами; 2 — остановка листа для выравнивания у борта рольганга; 3 — окончание выравнивания листа; 4 — установка листа для резания переднего конца; 5 — окончание резания переднего конца; 6 — установка листа на мерный рез (в данном случае деление на две части) при перемещении по рольгангам; 7 — окончание резания листа с включением рольгангов качающегося и за ножницами; 8 — включение рольганга перед ножницами для транспортирования второй части листа для резания заднего конца; 9 — остановка второй части листа для отрезания заднего конца; 10 — окончание резания заднего конца и выключение рольганга.
Функциональная схема СУ ЭП приведена на рис. Она реализует управление частотно-регулируемыми комплектными электроприводами Simovert master drives механизмов с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. Электрическая принципиальная схема СУ ЭП показана на рис.
Главный привод ножниц (привод механизма резания) I выполнен двухдвигательным для уменьшения суммарного момента инерции (два двигателя управляются по схеме «ведущий-ведомый» по связи SIMOLINK с заданным коэффициентом распределения нагрузок по моменту 0,5).
Программно-логическое управление приводами осуществляет программируемый контроллер SIMATIC S-7-400 по сети Profibus, связывающей пульт управления ПУ через систему модулей удаленного ввода-вывода сигналов управления и сигнализации типа ЕТ200М и текстовую панель оператора ОР17 с программируемой функциональной клавиатурой для вывода технологических сообщений, параметров и задания режимов работы.
Сигналы датчиков положения механизмов и проката поступают на входные модули контроллера и обрабатываются программой диагностирования и контроля состояния объекта. С выходных модулей контроллера поступают сигналы включения электромагнитов систем гидроуправления (ГУ) механизмами прижима листа и другими вспомогательными механизмами.
В СУ ЭП выполняются в автоматическом режиме следующие группы операций:
остановка и выравнивание листа перед резом;
установка листа на мерный рез при безупорной остановке рольгангов, приводы которых работают в позиционном режиме, или с передвижным упором при повышенной точности резания (приводы II);
управление главным приводом в позиционном режиме с включением прижимов листа на время резания (привод I);
управление устройством уборки обрези, тележка которого в перерыве между резаниями совершает цикл движений, возвращаясь в исходное положение (привод VI).
В функции ручного управления оператора участка входят: установка листа для отрезания концов, которые могут иметь различную форму и протяженность дефектной части («язык»); разрешение на включение каждой из описанных групп операций автоматического управления; задание технологических режимов работы участка и управление всеми операциями в наладочном режиме.
Значение L используется для задания положения передвижного упора или задания позиционному приводу рольгангов в режиме безупорной остановки листа.
Для измерения текущей длины листа (от передней кромки до линии реза) при движении его по рольгангам предназначена СИ ДЛ.
Принцип бесконтактного измерения длины листов основан на контроле положения передней кромки листа на базовых расстояниях от линии резания (реперных метках) с измерением текущей координаты в промежуточных положениях путем счета количества импульсов, поступающих от импульсного датчика, связанного с роликом рольганга.

Средства управления комплексами

Дата публикации: 18.03.2010
Метки: Системы управления комплексами

Система управления технологическим комплексом представляет собой многоуровневую разветвленную структуру, в состав которой входят промышленные компьютеры, технологические контроллеры, посты оператора, программаторы, средства, реализующие промышленные сети.
Рассмотрим систему управления процессами Process Control System 7 (PCS7) фирмы «Siemens». Данная система предназначена для управления непрерывными технологическими процессами и работы в области управления сборочными производствами. Она ориентирована на управление технологическими комплексами, включающими в себя большое число агрегатов, машин и механизмов со многими системами комплектных электроприводов (КЭП), оснащенных сетевыми средствами.
Комплектные электроприводы переменного или постоянного тока управляются через коммуникационную систему DP/PA LINK и промышленную сеть Profibus-PA от технологического контроллера S7-400. В управлении используется распределенная периферия (РП) ЕТ 200М. Для управления применяется интеллектуальная подсистема (ИП) S7-300. Программирование микропроцессорных электроприводов и систем управления осуществляется с помощью программатора ПГ. Посты оператора ПО обеспечивают наблюдение и корректирование процесса управления.
Инжиниринговая станция ИС осуществляет диагностирование технологического оборудования в режимах рабочего функционирования, реализует средства разработки программ управления, обеспечивает визуализацию процессов управления. Стандартная быстрая последовательная шина Profibus или Industrial Ethernet осуществляет связь систем управления агрегатами с дисплейными системами ПО, КТ, сервером. Скорость передачи информации 19 200 кбод. Последовательные шины Profibus, Industrial Ethernet выполняются с волоконно-оптическим или коаксиальным кабелем.
Представленная система базируется на компонентах семейства SIMATIC S7. Разработаны программные пакеты, которые расширяют спектр функций данных компонентов функциями, типичными для систем управления верхнего уровня иерархии.
Разработанная система позволяет автоматизировать весь производственный процесс, применяя устройства только одного семейства, т. е. на базе одних и тех же устройств можно автоматизировать как непрерывные, так и дискретные технологические процессы.
Визуализация и контроль процесса осуществляются при помощи средств, имеющих одинаковую пользовательскую оболочку в центральных диспетчерских пунктах и непосредственно около управляемой установки. Настройка всей системы осуществляется централизованно с помощью ПК-ориентированного программного обеспечения, в основе работы которого лежит общая для всей системы база данных.
Сетевые средства. Информационная сеть представляет собой систему, состоящую из ПК и программируемых контроллеров, взаимосвязанных между собой каналами передачи данных для обмена информацией. Передача информации регулируется набором правил и соглашений, называемых протоколом сети (обмена). Протокол определяет: аппаратные средства сети (разъемы, кабели, типы интерфейсов), сигналы, форматы данных и способы проверки ошибок, алгоритмы подготовки сообщений и их передачу.
В распределенных системах управления применяются децентрализованные сети. В них используется метод передачи маркера, при котором локальная станция (например контроллер привода) может передавать информацию только тогда, когда она получает маркер; последний представляет собой определенное сообщение и передается последовательно от одного узла к другому.
На рис. представлена функциональная схема организации информационной сети технологического комплекса фирмы «Siemens». На нижнем уровне используется сеть AS-интерфейс (Actuator-Sensor-Interface), стандартизованная IEC. На среднем уровне применяется шина Profibus — европейский стандарт EN 50170,поддерживаемый более чем 600 ведущими производителями средств автоматизации.
Ее модификации предназначены: Profibus-DP — для обеспечения быстрого обмена данными с устройствами децентрализованной периферии (интеллектуальные датчики, сенсоры и исполнительные механизмы); Profibus-FMS — для решения универсальных задач коммуникации; Profibus-PA — для решения задач автоматизации непрерывных технологических процессов, особенно в зонах, требующих высокой степени надежности применяемых систем, и во взрывоопасных зонах.
Промышленная сеть Ethernet (самый высокий уровень) характеризуется возможностью передачи больших объемов информации с наивысшей скоростью. Обычно для этого используется привычный МАР-протокол или современный TCP/IP. Промышленная сеть Ethernet предназначена для подключения персональных компьютеров к промышленным информационным сетям, а также для подключения программаторов и средств визуализации.
Для реализации промышленных сетей, кроме физических носителей данных, применяются: коммуникационные процессоры, серверы, интерфейсные модули, трансиверы, модули OLM/ELM, повторители, разветвители, шинные терминалы.
Информационное обеспечение систем. Под информационным обеспечением систем понимают совокупность данных (технологические переменные, диагностические характеристики, управляющие сигналы, сигналы аварийных режимов и др.), способов их передачи, методов преобразования и форм представления, а также программного обеспечения системы управления. В информационное обеспечение также могут входить нормативная, справочная и директивная информация, динамические модели.
Все сигналы в технологическом комплексе разделяются на входные и выходные, аналоговые и дискретные. Источниками входных аналоговых сигналов являются датчики скорости, положения, температуры и др.
Источниками входных дискретных сигналов являются концевые выключатели и другие сигнализаторы состояния технологического оборудования объекта, а также клавиши и кнопки пультов управления. Вся информация с датчиков поступает на различные модули ввода технологического контроллера. Контроллер, обработав входную информацию, вырабатывает управляющее воздействие, которое посредством модуля вывода поступает на управляемый преобразователь.
Надежность систем управления обеспечивается комплексом мер, к которым относятся контроль обрыва датчиков, контроль целостности цепей исполнительных механизмов, резервирование и др.

Технологические комплексы полиграфического производства

Дата публикации: 18.03.2010
Метки: Системы управления комплексами

Основное назначение печатного оборудования отражено в его названии и заключается в выполнении технологического процесса печатания, т. е. многократного получения идентичных оттисков в процессе нанесения краски на материал. Кроме использования по основному назначению оно приспосабливается также для тиснения, высекания и перфорации материала.
Структурная схема печатной машины изображена на рис., где штриховой линией обведены узлы, которые в отдельных видах машин могут отсутствовать. Название устройства соответствует выполняемому им технологическому процессу.
Классификация печатных машин, отражающая лишь главные принципы их построения, представлена на рис. По виду обрабатываемого материала (ленты, разматываемой с рулона, или листов, подаваемых из стопы) машины называют соответственно рулонными или листовыми. По форме собственно печатающих поверхностей они делятся на ротационные, плоскопечатные и тигельные.
Машины, в которых печатающие органы выполнены в виде цилиндров, называют ротационными. Машины, в которых рабочая поверхность печатной формы расположена в плоскости, а давящая поверхность цилиндрическая, называют плоскопечатными.
Машины, в которых обе рабочие печатающие поверхности плоские, называют тигельными.
В зависимости от числа получаемых на оттиске в машине красок ее называют многокрасочной или однокрасочной. Плоскопечатные и тигельные машины выпускают в виде однокрасочных автоматов для обработки листовых материалов.
Ротационные машины строят исключительно в виде автоматов для печатания на листовых или ленточных материалах. При этом широкое распространение получили одно- и многокрасочные машины.
Многокрасочные машины, составленные из однотипных однокрасочных печатных секций, называются секционными, а многокрасочные машины, имеющие один общий печатный цилиндр, вокруг которого установлены другие цилиндры, — планетарными.
Плоскопечатные и тигельные машины строят для высокого способа печати, а ротационные — для высокого, офсетного и глубокого способов печати.
Кроме перечисленных выше распространены двухсторонние ротационные машины, в которых материал одновременно или последовательно запечатывается с двух сторон.
Наиболее высокую скорость работы имеют рулонные ротационные машины, так как большинство механизмов этих машин являются механизмами непрерывного однонаправленного движения с постоянной скоростью. Наименьшей скоростью обладают тигельные и плоскопечатные машины, имеющие цикловые механизмы привода массивного печатного аппарата и вследствие этого подвергающиеся значительным инерционным нагрузкам, которые и определяют их скоростные возможности. Листовые ротационные машины по своим скоростным возможностям занимают промежуточное положение между рулонными ротационными и плоскопечатными машинами.

Система управления непрерывным станом холодной прокатки

Дата публикации: 18.03.2010
Метки: Системы управления комплексами

Процесс холодной прокатки в металлургическом производстве заключается в следующем. Полосовая листовая сталь, прокатанная в горячем состоянии до толщины от одного до нескольких миллиметров, подвергается затем завершающей прокатке в холодном состоянии до тонкой листовой стали, которая служит материалом для корпусов автомобилей и бытовых электроприборов. Таким образом, холодная прокатка является завершающим процессом, в результате которого достигаются необходимые потребителям размеры и качество.
В связи с требованиями высокой точности изделий по толщине, размерам и другим параметрам в прокатных станах, выполняющих холодную прокатку, применяют управление начальной настройкой и прямое цифровое управление с помощью управляющих компьютеров и устройств, задающих последовательность операций. Модель, по которой осуществляется управление начальной настройкой, называют настроечной моделью; управление выполняется известными в теории прокатки способами.
С помощью такой модели, исходя из размеров, типа и других параметров горячекатаной листовой стали, являющейся заготовкой для холодной прокатки, вычисляют режимы работы прокатного стана, обеспечивающие получение окончательных размеров и формы (зазоры между валками прокатного стана, скорость прокатки, натяжения и т.п.). Управление по такой модели является наиболее важным видом управления, определяющим производительность, стабильность и качество холодной прокатки.
Непрерывный стан холодной прокатки имеет клети К1... К5, в которых одновременно происходит прокатка металла. Металл движется в одном направлении, и в каждой рабочей клети производится последовательное его обжатие. Все клети, разма-тыватель и устройство намотки в рулон (моталка) оснащают автоматизированными электроприводами, осуществляющими регулирование скорости, поддержание межклетьевых натяжений и толщины металла в заданных пределах.
Управление раствором валков рабочих клетей осуществляется автоматизированными электроприводами, обеспечивающими заданные режимы позиционирования и слежения с синхронизацией двигателей электроприводов.
Нормальный режим прокатки металлической полосы до заданных параметров (толщины, ширины, качества поверхности) возможен при стабилизации соотношения скоростей валков всех клетей прокатного стана и одновременном регулировании скоростей электроприводов для того, чтобы получить необходимые заправочные и рабочие скорости. Требования к соотношению скоростей устанавливают из условия равенства количества металла, проходящего в единицу времени, а заданные растворы валков — из условий технологии прокатки металла.
Управление натяжением полосы металла выполняют по двум каналам с помощью измерителя ИНт и датчика ДНт натяжения, нелинейных элементов НЭ1, НЭ2 и регуляторов натяжения РНт1, РНт2. Нелинейные элементы согласованы таким образом, что при малых натяжениях работает канал с элементами НЭ2 и РНт2, при больших — канал с элементами НЭ1 и РНт1.
Упрощенная линеаризованная механическая модель прокатного стана, отражающая упругие взаимосвязи клетей через гибкую металлическую полосу и упругие связи приводов с валками, совместно с контурами регулирования производных обобщенных координат и упругих сил (натяжений) показана на рис.
Использование изложенных приемов декомпозиции систем и типовых алгоритмов управления дает благоприятные возможности для адаптивных настроек сепаратных систем и взаимосвязанных систем управления в целом в режимах наладки и рабочего функционирования.

  • Страница 1 из 3
  • 1
  • 2
  • 3