Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП) туннельной печи кирпичного завода

В начале 2007 года специалистами ОАО «ЗЭиМ», г. Чебоксары были проведены пуско-наладочные работы и сдана в эксплуатацию автоматизированная система управления технологическими процессами туннельной печи №1 (АСУТП ТП №1, Система) Давлекановского кирпичного завода, г. Давлеканово, Республика Башкортостан.

АСУТП ТП №1 предназначена для автоматизированного контроля и управления технологическими процессами при обжиге кирпича в обжиговой туннельной печи №1. Туннельная печь №1 производит обжиг керамического кирпича пластического формирования с влажностью после сушки 6%.

При создании системы было решено несколько задач:

• замена морально устаревших технических средств автоматизации, находящихся в эксплуатации;
• обеспечение повышения точности и стабильности измерения и поддержания технологических параметров;
• повышение эффективности сжигания топлива и, как следствие, его экономия, улучшение технико-экономических показателей работы;
• обеспечение оперативного и объективного контроля текущих значений технологических параметров в виде чисел (текущих значений) и графиков;
• формирование архивов данных о ходе технологических процессов обжига кирпича;
• повышение качества продукции и снижение объемов брака за счет улучшения технологических режимов и контроля параметров.

В составе АСУТП ТП №1 реализованы подсистемы контроля и регулирования технологических параметров печи и противоаварийной защиты (ПАЗ).

Система выполнена как трехуровневая иерархическая система управления. Первый уровень предназначен для получения информации о работе объекта управления и оказания управляющих воздействий на объект. Он включает в себя: датчики технологических параметров, регулирующие органы с исполнительными механизмами, электропривода и электромагнитные клапана.

Второй уровень — шкаф контроля и управления (ШКУ) на базе микропроцессорного контроллера «КРОСС-500» производства ОАО «ЗЭиМ» — используется для преобразования и обработки информации с первого уровня управления, формирования управляющих воздействий на исполнительные устройства первого уровня. Также второй уровень занят подготовкой информации для передачи ее на третий уровень.

Третий уровень — автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора, реализованное на базе SCADA-системы — отвечает за получение информации со второго уровня, ее обработку и хранение, представление оператору-технологу в удобном для принятия решений виде. Задачей третьего уровня также является дистанционное управление технологическим процессом через технические устройства второго уровня.

АСУТП ТП №1 может работать в автоматическом, ручном и дистанционном режимах. Автоматическое управление процессом обжига является основным режимом управления. Ручное управление осуществляется с местного пульта оператора и органов управления, расположенных на лицевой панели ШКУ. Дистанционное управление позволяет управлять оборудованием и арматурой печи с АРМ оператора через ШКУ.

Созданная Система исполняет множество функций на уровнях различных подсистем.

Подсистема контроля и регулирования технологических параметров печи выполняет измерение технологических параметров, ввод дискретных сигналов, реализацию алгоритмов регулирования и дистанционного управления, включая отработку при срабатывании защит. Эта же подсистема отвечает за выдачу управляющих воздействий на исполнительные устройства по реализации регулирования, дистанционного управления и прием/передачу по линиям цифровой связи информационных пакетов (сообщений) от АРС и обратно. Подсистема также контролирует работу гильотинных ворот и исключает включения гидравлического толкателя при закрытых или не полностью открытых первых, вторых или третьих воротах. Подсистема осуществляет контроль времени выполнения промежуточных технологических операций по открытию/закрытию ворот, работе гидравлического толкателя с выдачей световой и звуковой сигнализации в случае обнаружения отклонений от нормального хода технологических операций.

Рис. График температур в туннельной печи № 1 (в зонах подготовки, обжига и охлаждения)

Подсистема противоаварийной защиты (ПАЗ) производит измерение технологических параметров и ввод дискретных сигналов, участвующих в реализации защит, исполняет алгоритмы защит, выдает управляющие воздействия на исполнительные устройства по реализации защит.

Рис. Мнемосхема технологического процесса туннельной печи №1

В данной системе появляются следующие функции АРС оператора:

1. контроль технологических параметров печи и световая сигнализация рабочего состояния основного и вспомогательного оборудования;
2. контроль работоспособности измерительных каналов и каналов состояния;
3. регистрация значений контролируемых параметров, состояния основного и вспомогательного оборудования, действий оператора;
4. просмотр зарегистрированных данных в графическом и табличном виде, печать графиков и таблиц;
5. управление контурами регулирования (смена режима, задания);
6. светозвуковая сигнализация предава-рийных, аварийных ситуаций;
7. светозвуковая сигнализация отказа измерительных каналов и каналов состояния, цифровых линий связи;
8. составление отчетов (сменные, суточные рапорта) в файловых и печатных формах (графические и табличные);
9. администрирование пользователей по ограничению доступа по работе с системой;
10. конфигурирование, настройка программно-технического комплекса.

Рис. Шкаф контроля и управления на базе контроллера КРОСС-500

В системе реализовано регулирование температуры в каждой из семи зон обжига кирпича, при котором используются электрические исполнительные механизмы на трубопроводах подачи газа и воздуха на горелки (семь регуляторов). Регулируется давление газа в общей магистрали перед горелками (один регулятор), разрежения в печи путем изменения частоты вращения электродвигателя дымососа с использованием преобразователя частоты. Температура горячего воздуха, отбираемого из печи на сушила, контролируется путем изменения частоты вращения электродвигателя с использованием преобразователя частоты. Контроль давления воздуха на горение в общем трубопроводе осуществляется путем изменения частоты вращения электродвигателя вентилятора с использованием преобразователя частоты.

Алгоритм защит обеспечивает светозвуковую сигнализацию и отсечку газа при понижении тяги перед дымососом ниже допустимого значения; при падении давления газа на вводе ниже допустимого значения; при повышении давления газа на вводе сверх допустимого значения; при падении давления воздуха на горение ниже допустимого значения; при повышении содержания метана и окиси углерода в воздухе рабочей зоны свыше 10% НКПР; при исчезновении напряжения питания.

Реализация данной Системы позволила повысить эффективность сжигания топлива, обеспечить высокую точность и стабильность измерения и поддержания технологических параметров, повысить качество продукции и снизить объёмы брака за счёт улучшения технологических режимов и контроля параметров работы туннельной печи №1.