Интегрированные системы проектирования и управления
СТАРООСКОЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)
ГОСУДАРСТВЕННОГО
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ
(ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»
Кафедра АИСУ
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: «Интегрированные системы проектирования и управления»
Выполнил: ст. гр. АТП-06-1д
Руководитель: Полещенко Д.А.
Старый Оскол
2011
Отзыв руководителя
на курсовой проект (работу) по дисциплине
«Интегрированные системы проектирования и управления»
студента Мартынова М.А. группы АТП-06-1д
Тема проекта (работы)
«Разработка системы визуализации и управления процессом обжига извести в цехе обжига извести ОАО ОЭМК»
Замечания по выполнению курсового проекта (работы)
(со сроком выдачи данного замечания)
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
Решение о допуске к защите курсового проекта (работы)
______________________________
Руководитель курсового
проекта (работы)
Задание на курсовую работу
по ИСПиУ
- Выбрать технологический процесс для вы
полнения курсовой работы и согласовать его с преподават елем. - Описать уровень автоматизации выбранного технологического процесса.
- Разработать и описать алгоритм программы для контура управления с ПИД регулятором.
- В алгоритме предусмотреть дискретные сигналы для сигнализации об аварийных ситуациях по различным параметрам (минимально 3 сигнала вх/вых)
- Разработать программу на Step 7 для полученного алгоритма управления.
- Разработать проект системы визуализации для выбранного процесса в SCADA системе ProTool (WinCC).
- Интегрировать между собой проект визуализации ProTool (WinCC) с проектом в Step 7.
- В проекте визуализации обязательно реализовать следующее:
- графический интерфейс технологического процесса;
- просмотр мгновенных значений различных параметров (минимально 5);
- формирование уставки для контура управления с пульта оператора;
- просмотр графиков изменения выходной координаты объекта управления, сигнала управления, каналов управления (П, И, Д составляющие);
- выдачу сообщений при возникновении аварийной ситуации;
- архивацию тегов.
После выполнения курсового проекта пояснительная записка, графический материал на отдельных листах и разработанные программные продукты на машинных носителях сдаются руководителю проекта на проверку. В начале пояснительной записки вкладывается бланк для рецензии на курсовой проект. При соответствии курсового проекта заданию, студент получает положительную рецензию с замечаниями и допуск к защите.
В процессе защиты студент должен ответить на замечания по проекту и защитить инженерно-технические решения, принятые в процессе проектирования.
Содержание
Введение 5
Описание технологического процесса 6
Алгоритм работы системы управления печью 8
Разработка программа на языке STEP7 10
Проект системы визуализации
1. Создание элементов главного окна 13
2. Создание элементов окна
3. Создание элементов окна трендов параметров печи 23
Приложение 25
Введение
Одним из важнейших стратегических направлений развития экономики является широкое использование новейших достижений электронной техники - автоматизация управления технологическими процессами, производством и народным хозяйством.
Наряду с созданием новых материалов и технологий, автоматизация технологических процессов и производств является приоритетным направлением экономического развития.
За короткий исторический период автоматизация технологических процессов в промышленности прошла сложный путь от простейших систем контроля до управляющих вычислительных комплексов, автоматических систем управления технологическими процессами и автоматизированных систем управления производством.
Развитие систем автоматического управления на всех этапах происходило на базе достижений приборостроения, промышленной электроники, электротехники и механики. Непрерывно создавались новые и совершенствовались известные методы и средства для автоматического управления. На последних этапах автоматизации большую роль играют электронные информационные и управляющие вычислительные машины и микропроцессоры.
САУ - это система, реализуемая на базе управляющей техники, обеспечивающая автоматическое управление объектом управления по технологическим и технико-экономическим критериям на основе обрабатываемой информации, подготавливающая информацию для решения организационно-экономических задач на вышестоящих ступенях управления.
Передовые области промышленности и энергетики немыслимы без широкой и полной автоматизации управления, которая, облегчая труд человека, повышает культуру человеческого труда, устраняя различия между физическим и умственным трудом. Автоматизация в разы повышает производительность труда, позволяет быстрее и качественнее удовлетворять многообразные потребности человека.
Деятельность SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition
- диспетчерское управление и сбор
данных) определена развитием СУ результатами
научно-технической деятельност
Описание технологического процесса
В процессах получения стали широко используется известь, которую получают из карбонатов кальция (известняка, мела). При этом добиваются их разложения по реакции СаСО3 = СаО + СО2, которая требует для своего развития тепла в количестве 178,2 кДж/моль. Температура разложения природных карбонатов кальция составляет 890-915°С. Следовательно, чтобы организовать процесс получения извести, необходимо, во-первых, обеспечить нагрев карбонатов кальция до температур разложения или несколько выше и, во-вторых, обеспечить подвод тепла для осуществления реакции. На ОЭМК в цехе обжига извести для обжига извести применяются две трубчатые вращающиеся печи.
Основной технологический
Конструкция применяемого в ЦОИ шахтного противоточного подогревателя представляет собой теплообменник, выложенной огнеупорным кирпичом, выполненный в виде двух шахт, с пустотелым коническим рассекателем в верхней части для равномерного распределения известняка по сечению. В нижней части шахты смонтирован вращающийся тарельчатый питатель для подачи сырья в печь.
Конструкция противоточного шахтного подогревателя, дает возможность благодаря отсутствию в зоне высоких температур элементов с низкой жаропрочностью, подавать на вход подогревателя газы, нагретые до температуры 1100 °С.
В результате переноса большей части тепловой работы на подогреватель, необходимое время пребывания материала в печи уменьшается, что и позволяет значительно сократить длину печи и уменьшить энергозатраты на производство извести.
Холодильная установка расположена в технологической цепи после печи обжига, предназначена для охлаждения обожженной извести и нагрева воздуха, идущего в печь.
Основным элементом печи является стальной цилиндрический барабан (3,6×75 м). Диаметр этого барабана по всей длине печи одинаков.
Внутри барабан футеруется шамотными кирпичами толщиной 150-300 мм. Между металлическим корпусом (кожухом) и футеровкой печи размещают теплоизоляционный слой (10-30 мм). На наружной поверхности барабана закрепляются стальные опорные бандажи. Каждый бандаж опирается на опорные ролики, которые установлены на массивных стальных плитах, укрепленных на железобетонных фундаментах так, чтобы барабан печи имел небольшой уклон к горизонту, достигающий 3,5°. Последнее необходимо для организации транспорта материала через печь.
Рис. 1. Конструкция трубчатой печи
Трубчатая печь (рис. 1) вращается вокруг своей оси со скоростью 0,6-1,34 об/ мин. Привод печи состоит из электродвигателя, редуктора и открытой зубчатой передачи: большой венцовой шестерни, которая закреплена на барабане и связана с редуктором. При вращении печи бандажи катятся по опорным роликам. Для удержания наклонно расположенной печи от продольного перемещения применяются специальные упорные ролики, которые имеют возможность вращаться на вертикальных осях. Горелка для сжигания топлива расположена в головной части печи, которая также включает топочную камеру, уплотнительные приспособления, перекрывающие щель между вращающимся барабаном и неподвижной топочной камерой. В головной части печи расположено устройство для выгрузки извести, которое обеспечивает пересыпание извести из печи в холодильник. Обожженная известь из вращающейся печи через пересыпное устройство поступает в шахтный холодильник извести. В холодильнике известь охлаждается до температуры 800 С.
Сырье подается в печь из специального бункера, расположенного у её верхнего торца. Здесь же отбираются топочные газы.
Из описания устройства вращающейся трубчатой печи следует, что она работает по принципу противотока: загружаемые в печь материалы движутся от газоотводящей головки, а продукты сгорания - в обратном направлении. Отличительной особенностью печей подобного типа является способ транспортирования материала. Материал в печи занимает объем 5-10 %. Благодаря вращению и наклону печи частица, находящаяся у стенки барабана, поднимается вместе с ним на некоторую высоту. Когда частицы оказываются на поверхности слоя, угол поверхности которого превышает угол естественного откоса, они скатываются по наклонной поверхности и затем присыпаются последующими слоями. Частицы скатываются по открытой поверхности не только по хорде, но и в сторону наклона оси барабана. Этим обеспечивается поступательное движение материала вдоль печи. Основным источником тепла в печи является факел горящих газов. Тепло от факела, а там, где он закончился, от продуктов сгорания, передается излучением и конвекцией на поверхность материала, а также к стенке печи, свободной от материала.
Вращающаяся печь - теплообменный агрегат производительностью до 17 тонн/час.
Основным условием для нормального протекания процесса обжига извести во вращающейся печи является поддержание необходимых температур в различных зонах по длине печи (таблица 1), которые не измеряются, но обеспечиваются соблюдением теплового режима работы вращающейся печи.
Обжиг известняка ведут за счет тепла от горения природного газа в рабочем пространстве печи. Воздух для горения природного газа подают в печь вентилятором (типа ВДН-17) через шахтный холодильник извести.
Скорость вращения печи задается из
условий обеспечения
Увеличение скорости вращения печи приводит к сокращению времени пребывания в печи известняка и увеличению недожога, снижение скорости вращения увеличивает время пребывания известняка в печи и способствует повышению температуры во всех зонах. Пользоваться этим способом для разогрева печи без снижения величин загрузки не разрешается во избежание перегруза печи и пересыпания известняка через диафрагму печи в пылевую камеру.
Алгоритм работы системы управления печью
Печь запускается в следующем порядке (рис. 2): происходит разжигание печи путем открытия задвижек газа и воздуха. По мере нарастания температуры в печи увеличивается деформация печи (провисание). Поэтому после разжигания печи включается привод, обеспечивающий вращение печи, уменьшая эффект «провисания». Регулирование подачи газа начинает осуществляться при достижении температуры печи, равной 700 °С, после чего включается регулятор (задание по температуре вводится оператором) и управление задвижкой газа осуществляется уже им. Предусмотрен ручной режим управления задвижкой газовой трубы.
Аварийными могут считаться случаи, когда происходит погасание факела по каким либо причинам, переполнение холодильника извести и превышение температуры выходящих печных газов (предел 1100 С°). При наступлении одного или нескольких из этих событий (рис. 3), формируется сигнал аварийной остановки (рис. 4), по которому производится последовательный останов агрегатов.
Обжиг останавливается (рис.5) при возникновении аварийной ситуации либо по сигналу оператора. Останов производится в следующем порядке: перекрывается подача газа, заслонка воздуха открывается, осуществляя продувку печи, останавливается вращение печи.
Рис.2 Алгоритм запуска обжига
Рис. 3. Алгоритмы формирования аварийных сигналов и вывода аварийных сообщений
Рис.4. Алгоритм формирования сигнала аварийной остановки
Рис.5. Алгоритм останова обжига
Разработка программа на языке STEP7
Проект системы визуализации
Была построена следующая система визуализации с помощью пакета WinCC.
Рис.6. Главное окно (стартовое)
Рис.7. Окно трендов параметров ПИД-регулятора
Рис. 8 Окно трендов параметров печи
(положение задвижки газа, расход газа, температура в пылевой камере)
1. Создание элементов главного окна
Создал новый проект в WinCC, настроил соединение с Simatic S7-300. Создал необходимые теги.
Рис 9. Список тегов в WinCC
Создал новый кадр в графическом редакторе WinCC.
В левой части окна WinCC Explorer [Проводника WinCC] щелкнул правой кнопкой мыши на "Graphics Designer [Графический дизайнер]". При этом откроется всплывающее меню.
Во всплывающем меню выбрал пункт "New Picture [Новый кадр]. При этом создался и отображен в правой части окна WinCC Explorer [Проводника WinCC] файл кадра. Назвал его MAIN.
Рис 10. Задание фонового цвета кадру
Разместил в поле окна необходимые элементы и сконфигурировал их.
Рис 11. Конфигурирование часов (WinCC Digital/Analog clock)
Рис 12. Конфигурирование поля статического текста (Windows Objects – Static Text)
Рис 13. Конфигурирование кнопки «Вкл» для ручного режима
Рис 14. Конфигурирование кнопки «Откл» для ручного режима
Рис 15. Конфигурирование Поля ввода-вывода для задания ручного режима
Аналогично конфигурируются и поля задания скорости вращения печи,
температуры выходных газов печи,
задания коэффициентов ПИД регулятора
Рис 16. Конфигурирование Полей ввода-вывода
для задания коэффициентов ПИД-
Поля выходов каналов ПИД регулятора:
Рис 17. Конфигурирование Полей вывода для значений каналов ПИД-регулятора
Рис 18. Конфигурирование Поля вывода для положения задвижки газа
Аналогично настраиваются поля вывода для:
- расхода газа
- Расхода воздуха
- Положения задвижки воздушного клапана
- Уровня извести в холодильнике
- отображения текущей
Для отображения трендов создаются отдельные 2 кадра: Trends и Trends_pid. На них будут ссылаться следующие кнопки:
Рис 19. Конфигурирование кнопок переходов к окнам отображения трендов
Рис 20. Конфигурирование кнопки запуска системы
Рис 21. Конфигурирование кнопки остановки системы
Рис 22. Конфигурирование Индикатора (элемент Bar) включения ручного режима
Рис 23. Конфигурирование Индикатора (элемент Bar) горения факела
Настроим параметры окна сообщений (WinCC Alarm Control)
Рис 24. Конфигурирование окна сообщений
Для осуществления отображения различных сообщений необходимо сначала задать параметры сообщений и условия, при которых они будут отображаться на экране. Это необходимо сделать с помощью инструмента Alarm Logging.
Система сообщений состоит из компонента проектирования и компонента исполнения:
Компонентом проектирования системы сообщений является редактор Alarm Logging [Регистрация аварийных сообщений]. В редакторе Alarm Logging [Регистрация аварийных сообщений] определяются тип и содержание сообщения, а также события, при которых соответствующие сообщения отображаются на экране. Для отображения сообщений в Graphics Designer [Графическом дизайнере] есть специальный объект – вышеупомянутый WinCC Alarm Control [Окно отображения аварийных сообщений WinCC]. Создадим сообщения с помощью мастера «File – Select Wizard».
Рис 25. Связывание тега с определенным сообщением
В результате создал набор сообщений различных типов
Рис 26. Окно Alarm Logging с созданными сообщениями
Среди них так называемые аналоговые (№4, 5, 6), выполняющие функции контроля предельных значений/ уставок (англ. limit value monitoring), с помощью них можно контролировать теги с тем, чтобы их значения оставались в определенном допустимом диапазоне.
Сначала необходимо выбрать тег для создания аналоговых сообщений
Рис 27. Окна выбора тега и настройки границ в Analog Alarm
Созданные сообщения будут отображаться при выполнении указанных условий и установки указанных для каждого сообщения битов.
Рис 25. Конфигурирование элемента Bar для отображения уровня насыпи извести в холодильнике
Разместим на главном экране необходимые для понятной визуализации объекты из графических библиотек WinCC
Рис 26. Добавление шаблонов графических объектов
Объекты, изображений которых нет в библиотеках, рисуем с помощью стандартных инструментов графического редактора.
В результате компоновки объектов получаем конечный экран
Рис 27. Окно графического редактора WinCC c готовым главным экраном
2. Создание элементов окна трендов параметров ПИД-регулятора
Для отображения трендов сначала необходимо назначить архивирование тегов, для которых будут строиться графики, с помощью раздела Tag Logging. Выбираем из контекстного меню Значка Archives пункт New и следуя инструкциям, создаем архивы для нужных тегов
Рис 28. Создание нового архива с помощью Tag Logging
Рис 29. Список созданных архивов
Теперь разместим в кадре Trends_pid помимо кнопки возврата на главную страницу (создается аналогично кнопкам перехода на окна трендов) элемент Online Trend Control.
В окне настроек указываем архивы тегов и название графика.
Рис 30. Окна настроек графиков
Аналогично создаем график для значений каналов ПИД регулятора
Рис 31. Окна настроек графиков
В результате получим окно следующего вида:
Рис 32. Окно трендов параметров регулятора
3. Создание элементов окна трендов параметров печи
Разместим на кадре Trends помимо кнопки возврата на главную страницу (создается аналогично кнопкам перехода на окна трендов) элемент Online Trend Control.
Всего на кадре будет 3 поля для графиков: для положения задвижки газа, расхода газа и температуры выходящих газов.
Рис 33. Создание и настройка окон трендов
Также разместим поле Online Table Control для отображения данных в табличной форме, для удобства вопсприятия.
Рис 34. Создание и настройка окон таблиц
Так же создал формы для отображения
трендов и таблицы для
Рис 35. Готовое окно кадра Trends
Приложение
Адрес |
Описание |
M 0.0 |
Вкл/выкл ручное управление задвижкой газа |
MD1 |
Температура отходящих газов (0-1100 0С) |
MD5 |
Задание температуры отходящих газов (0-1100 0С) |
MD9 |
Вход MAN регулятора (0-100%) |
MD13 |
Положение задвижки газа (0-100%) |
MD17 |
Задание положения задвижки при ручном управлении (для входа MAN) |
MD21 |
Положение задвижки воздуха (0-100%) |
MD25 |
Расход газа (0-4000 м3/ч) |
MD29 |
Расход воздуха (0-50000м3/ч) |
MD33 |
Уровень насыпи в холодильнике (0-100%) |
MD38 |
Скорость вращения печи (0-1.34 об/мин) |
M37.0 |
Кнопка «Пуск» |
M37.1 |
Сигнал «Факел погас» |
M37.2 |
Сигнал «Холодильник переполнен» |
M37.3 |
Сигнал «Превышение допустимой температуры» |
M37.4 |
Включение регулятора температуры |
M37.5 |
Кнопка «Стоп» |
M37.6 |
Аварийная остановка системы |
M37.7 |
Разрешение проведения обжига (нет аварий) |
M50.2 |
Заслонки открыты |
- Интегрированные Системы Управления Предприятием (ИСУП)
- Интегрированные структуры международного бизнеса
- Интегрированные уроки
- Интегрированные уроки изобразительного искусства и развития речи в начальной школе
- Интегрированные цепи поставок в управлении бизнес-процессами (на примере ОГУП «Печать»)
- Интегрированный подход как средство активизации творческого мышления обучающихся на уроках изобразительного искусства в начально
- Интегрированный урок по истории
- Интегрированные маркетинговый коммуникации для детского центра
- Интегрированные пакеты MS Office
- Интегрированные пакеты для офисов
- Интегрированные пакеты для офисов
- Интегрированные пакеты математических расчетов
- Интегрированные программные среды
- Интегрированные системы менеджмента
