СИСТЕМА ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИИ И АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ОАО «ГОРНОЗАВОДСКЦЕМЕНТ»

Компания «Пермавтоматика» является авторизованным системным интегратором AdAstra Research Group, Ltd в Уральском регионе. И уже не один год внедряет SCADA/HMI и SOFTLOGIC TRACE MODE 6 в производство на таких заводах, как «Пермалко», «ОАО Горнозаводскцемент», «Пермский моторный завод». В 2006 году «Пермавтоматика» успешно завершила третий этап внедрения автоматизированных систем управления и учета на ОАО Горнозаводскцемент.

На заводе выпускают различные высокоэффективные цементы. С увеличением объемов строительства в стране роль завода сильно возросла, необходима была замена старого, вышедшего из строя в постсоветское время оборудования, требовался иной подход к организации производства, автоматизация процессов, повышение квалификации рабочего персонала завода.
В конце 2005 года в рамках плановой замены морально и физически устаревшего оборудования было принято решение вводить в эксплуатацию системы диспетчеризации и автоматического управления. Основными требованиями к новым системам диспетчеризации были:

• Унификация оборудования и программных средств;
• Использование, где возможно, существующих линий связи и датчиков;
• Возможность обслуживания системы силами цеха КИПиА;
• Низкая стоимость внедрения системы диспетчеризации.

В ходе изучения программных и аппаратных средств, существующих на рынке, по совокупности качеств было выбрано оборудование фирмы ICP DAS и SCADA/HMI и SOFTLOGIC система TRACE MODE 6. Оборудование ICP DAS перекрывает весь спектр необходимых технических средств. TRACE MODE 6 позволяет не только собирать данные и визуализировать в системе диспетчеризации их, но и программировать контроллеры в единой среде разработки. Помимо этого, не маловажную роль при выборе сыграла простота освоения программы, наличие технической поддержки от производителя, доступность документации.

В результате в основу системы диспетчеризации была положена трехуровневая модель:

• Уровень преобразования физических величин. Применяются датчики давления WIKA, термометры сопротивления с преобразователями ОКБ «Маяк», другие специфические датчики, например волноводные уровнемеры МЕТРАН. Основное требование к применяемым специфическим датчикам: наличие унифицированного выхода 4-20 мА.
• Уровень сбора данных и автоматического управления. Применяются контроллеры и распределенные модули сбора данных производства ICP DAS. Их применение обусловлено большой номенклатурой модулей, что позволяет выбирать оборудование под задачу и минимизировать затраты. Еще одной причиной подобного выбора является то, что TRACE MODE 6, помимо SCADA/HMI является еще и SOFTLOGIC системой, т.е. позволяет в единой среде разработки (IDE) разрабатывать программу для контроллеров этой марки.
• Уровень представления данных (диспетчеризации). Применяются АРМ под управлением SCADA/HMI TRACE MODE 6. Огромные возможности по разработке пользовательского интерфейса системы диспетчеризации, доступ к огромному списку оборудования, другие дополнительные функции, а также низкая стоимость по сравнению с зарубежными аналогами – вот причины использования TRACE MODE 6.

Система диспетчеризации шламоподготовительного отделения ОАО Горнозаводскцемент

Первый этап разработки системы автоматического управления ОАО Горнозаводскцемент заключался в создании системы диспетчеризации шламоподготовительного отделения. В шламоподготовительном отделении осуществляется промежуточное хранение шлама и корректировка его до нужного химического состава, а также транспортировка в отделение обжига. На всех этапах очень важно непрерывно перемешивать шлам, предотвращая его расслоение на воду и сырьевую массу. При корректировке очень важно точно выдерживать количество шлама, сливаемого из конкретного вертикального шламбассейна. В случае неправильной дозировки приходится проводить дополнительные лабораторные исследования получившегося шлама, рассчитывать поправки, проводить дополнительные корректировки. Все это отнимает время, энергетические ресурсы и в конечном итоге может привести к простоям всей технологической цепочки и срывам сроков поставок цемента.

Для обеспечения полного контроля над всеми процессами в систему диспетчеризации были заложены следующие функции:

• Контроль уровня шлама в вертикальных и горизонтальных шламбассейнах – 15 точек,
• Контроль тока двигателей подающих и перекачивающих шламнасосов – 11 точек,
• Контроль тока двигателей мешалок горизонтальных шламбассейнов – 4 точки,
• Контроль положения сливных горловин вертикальных шламбассейнов – 11 точек,
• Диспетчеризация расхода воздуха на перемешивание шлама – 5 точек,
• Диспетчеризация вспомогательных параметров, таких как давления воздуха, расход и давление воды – 9 точек,
• Управление положением и контроль положения воздушных заслонок – 4 точки.

Сбор данных с датчиков и выдачу управляющих сигналов осуществляет контроллер I-8811, включающий 4 модуля аналогового ввода I-87017 и один модуль дискретного ввода/вывода I-8042. Сбор данных с удалено расположенных датчиков осуществляется с помощью модулей распределенного ввода серии I-7000. Сбор данных с волноводных уровнемеров МЕТРАН, расположенных над вертикальными шламбассейнами осуществляют 2 модуля аналогового ввода I-7017, а данные о положении сливных горловин - 2 модуля дискретного ввода I-7053. Передача данных от распределенных модулей ввода осуществляется по интерфейсу RS-485.
Данные о расходе воздуха система получает от приборов СПГ-762 производства фирмы Логика через OPC-сервер Логика.

До внедрения системы диспетчеризации данные снимались аналоговыми приборами в разных частях цеха, данные об уровне измерялись вручную и не имели нужной точности, периодичность обновления информации была крайне низкая.

Полученные данные сводятся на  мнемосхему системы диспетчеризации.

Встроенные средства TRACE MODE 6 позволили, используя управление слоями, реализовать гибкий интерфейс пользователя системы диспетчеризации. Каждый оператор может выбирать в какой форме ему удобнее анализировать данные. Можно отображать на мнемосхеме уровень шлама или дистанцию от верха шламбассейна до поверхности шлама или же объем шлама в шламбассейне.

Для большей наглядности в системе диспетчеризации реализованы отдельные бланки на каждый шламбассейн. Бланки реализованы как всплывающие экраны, т.е. оператор может не отрываясь от основной мнемосхемы уточнить какие-либо данные для конкретного шламбассейна.

При разработке системы диспетчеризации ОАО Горнозаводскцемент в полной мере были использованы все возможности TRACE MODE 6. Все основные параметры сохраняются в архивы, оператор может просмотреть тренды по всем параметрам, ведется отчет о событиях в системе, в который заносятся включение/выключение насосов, открывание/закрывание сливных горловин, данные об отказах датчиков и т.д.

На основе данных получаемых на АРМ оператора шламоподготовительного отделения реализован АРМ оператора продувки. АРМ реализован как удаленная графическая консоль по технологии NetLinkLight. Связь между АРМами по сети Ethernet.

В результате внедрения системы диспетчеризации:

• Все данные сведены на одну мнемосхему и вспомогательные экраны, нет необходимости обходить весь цех;
• Данные в системе диспетчеризации обновляются практически в режиме реального времени, задержка на сбор и передачу данных минимальна;
• Вся технологическая информация сохраняется в архивах, ее можно просмотреть по истечению времени;
• Оператор продувки может оперативно смотреть и регулировать расход воздуха в зависимости от наполненности шламбассейнов.

Все это в совокупности позволило: 

• Увеличить удобство работы оператора шлампоподготовки и оператора продувки;
• Снизило время реакции операторов на нештатные ситуации;
• Увеличило информационную прозрачность технологического процесса;
• В результате значительно снизилось количество ошибок при корректировке шлама, что привело к минимизации расхода энергоресурсов на повторную корректировку и в конечном итоге положительно отразилось на себестоимости цемента.

Система автоматического управления компрессорного отделения № 2 ОАО Горнозаводскцемент

На втором этапе специалистам ООО «Пермавтоматика» предстояло автоматизировать  компрессорное отделение №2. Это одна из 3 компрессорных, обеспечивающих воздухом все цеха завода. От бесперебойной работы компрессоров зависит работоспособность львиной доли всего оборудования, т.к. воздух широко применяется на всех этапах производства цемента. Начало работ именно по второй компрессорной было обусловлено профилактическими работами с компрессорами.

На каждом из четырех компрессоров была реализована:

• Система автоматического управления температурой подшипников – всего суммарно 20 точек;
• Система контроля давления и температуры масла – 28 точек;
• Система автоматического управления давлением и температурой охлаждающей жидкости – 8 точек;
• Система автоматического управления давлением и температурой нагнетаемого воздуха – 28 точек;
• Система аварийного останова компрессора по превышению температуры подшипников.

Т.е. по 21 точке контроля на компрессор. Автоматическое управление каждым компрессором было реализовано в отдельном контроллере, что обеспечило возможность оперативного переконфигурирования нужного компрессора без вмешательства в работу остальных.

Сбор данных с датчиков и выдачу сигнала аварийного останова осуществляет контроллер I-8411, включающий 2 модуля аналогового ввода I-8017HS и один модуль дискретного ввода/вывода I-8042. Применение недавно появившихся модулей I-8017HS, имеющих 16 аналоговых позволило использовать более дешевые и компактные контроллеры  I-8411, вместо I-8811.

Пульты управления компрессорами в настоящее время используются для вывода компрессора на рабочий режим. В перспективе выход на режим будет осуществляется полностью автоматически.

Как уже было сказано ранее, управление слоями позволило создать интерфейс гибко настаиваемый под конкретную ситуацию. В зависимости от количества работающих в данный момент компрессоров, оператор выбирает что он будет видеть на мнемосхеме.

Внедрение системы автоматического управления позволило:

• Увеличить удобство работы оператора компрессорной, за счет объединения всей информации на одном экране и предоставления возможности выбора отображаемой информации;
• Отслеживать работу оборудования в динамике, за счет ведения архивов с различной периодичностью сохранения данных;
• Снизить до пренебрежимо малой величины вероятность выхода компрессора из строя из-за перегрева подшипников. И в долговременной перспективе сэкономить на ремонте и увеличении срока службы компрессоров.

Автоматизированная система технического учета электроэнергии ГПП «Сланцы» ОАО Горнозаводскцемент

Третий этап включал в себя внедрение автоматизированной системы технического учета электроэнергии. Объектом автоматизации была главная питающая подстанция, включающая 16 узлов учета. На каждый узел учета был установлен счетчик электроэнергии ЦЭ-6822, производства концерна «Энергомера». Счетчики были связаны в единую сеть RS-485 и с помощью коммуникационного контроллера I-7188e2 через существующие линии Еthernet данные передаются в систему диспетчеризации на АРМ энергетика. Подобная организация системы диспетчеризации позволила значительно минимизировать затраты на оборудование.

Данные со счетчиков поступают на АРМ энергетика, на котором можно просмотреть текущие показания потребления, потребление за прошедшие сутки и потребление с начала текущих суток. Ведутся получасовые и посуточные архивы. Предусмотрена возможность просмотра графиков потребления по дням недели, по месячному периоду. С необходимой периодичностью система автоматически генерирует отчеты о потреблении в форме, необходимой службе главного энергетика.

Главная питающая подстанция значительно удалена от местонахождения службы главного энергетика, поэтому возможность получения данных о расходе электроэнергии в реальном времени очень сильно облегчила жизнь энергетикам, позволила оперативно отслеживать ситуации с повышенным потреблением по отдельным цехам. Внедрение системы автоматического документирования значительно снизило затраты времени на подготовку рутинной отчетной документации.

Перспективы развития систем автоматического управления ОАО Горнозаводскцемент

Работа ООО «Пермавтоматика» по автоматизации объектов ОАО Горнозаводскцемент еще далеко не закончена.

Сейчас работа ведется в трех основных направлениях:

• Увеличение числа участков автоматизации, внедрение новых автоматических рабочих мест. В частности близка к сдаче система автоматического управления компрессорным отделением №3, в процессе работы по автоматизации отделения дробления сырья. Также в процессе находится внедрение единой базы данных центральной производственной лаборатории, которая позволит существенно упростить получение доступа к данным различных специалистов лаборатории. В ближайшей перспективе внедрение АРМ оператора обжига, АРМ оператор кислородной станции, АРМ оператора котельной.
• Дальнейшее расширение функций уже существующих систем. Например, в ближайших планах полная автоматизация компрессорных отделений. Результатом должно стать управление компрессором на уровне кнопок «пуск», «стоп».  Также в ближайших планах расширение системы учета электроэнергии до всеохватывающей системы учета всех энергоресурсов, включая тепло, газ, воду. 
• Интеграция отдельных участков автоматизации в единую систему диспетчеризации.

В рамках этого направления планируется:

• Ведение всеобъемлющих архивов по всему предприятию. Планируется применение глобальных регистраторов данных системы диспетчеризации уровня предприятия.
• Автоматическая выдача ежедневных отчетов всем ведущим специалистам предприятия по всем участкам. Планируется использование глобального сервера документирования.
• Внедрение рабочих мест центрального диспетчера, гостевого (демонстрационного)  «супервизора» и т.д. на основе технологии NetLinkLight.
• На стыках различных участков автоматизации возможно создание систем с элементами экспертной оценки. Например, на основе данных о количестве шлама в вертикальных шламбассейнах (шламоподготовительное отделение) и его качестве (центральная производственная лаборатория) система сможет сама, без участия человека принять решение о том, какое количество шлама и из каких именно шламбассейнов нужно слить, чтобы получить шлам с заданным химическим составом. На основе такого решения она сможет самостоятельно провести корректировку шлама в горизонтальных шламбассейнах.

Максимова О.В., инженер проектировщик
ООО «Пермавтоматика»
E-mail: o.maksimova@mail.ru