SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Комплексная автоматизированная система линии отделки в трубопрокатном цехе на ОАО «Волжский трубный завод»

В статье рассматривается комплексная автоматизированная система  управления технологическими механизмами и производством, которая включает в себя АСУ ТП и автоматизированную систему прослеживаемости труб (АСПТ). АСПТ относится к классу MES-систем.

Компания «Проматис», г. Челябинск

Promatis.jpg


В 2007 году на ОАО «Волжский трубный завод» началось строительство новой линии отделки обсадных труб, предназначенной для обработки и адъюстажа обсадных труб, в соответствии со стандартами API 5CT, выпуск 8, API 5В, выпуск 4, и ГОСТ 632.80. Обрабатываемые трубы размерами от 219 мм до 339,7 мм длиной от 6 до 13,5 метра со стенками от 6,7 до 20,24 мм.

Генеральный подряд и поставку оборудования транспортировки труб по участку осуществляла фирма ITWH (Германия). Компанией «Проматис» выполнялись работы по проектированию, изготовлению, шеф-монтажу и пуско-наладке электрооборудования для всего технологического оборудования поставки ITWH.

Также компания «Проматис» разработала и внедрила комплексную автоматизированную систему управления технологическими механизмами и производством, которая включает в себя: автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП) и автоматизированную систему прослеживаемости труб (АСПТ). АСПТ относится к классу MES-систем и является предметом повышенного интереса со стороны крупных заводов металлургической отрасли.

pic1.jpg

Рис. Линия отделки cc делки обсадных труб



Назначение линии отделки обсадных труб

Линия оснащена всем необходимым и целесообразно отобранным технологическим оборудованием и условно разделена на три технологических района:

- район 1 – регистрация входящих труб, аттестация и контроль качества, измерение веса (весы Bizerba), измерение длины (измеритель длины Polytec), маркировка (маркиратор ReaJet), ремонт (при необходимости), обрезка концов (пилы Beringer) и ультразвуковой контроль (УЗК Nordinkraft);

- район 2 – нанесение резьбы на передний торец трубы (резьбонарезка Emag) с контролем ее качества, магнитожидкостный контроль (установка МЖК Tiede), навинчивание муфт (муфтонавертка Weatherford), гидроиспытания (гидропресс Bronx) и шаблонирование;

- район 3 – нанесение резьбы на задний торец трубы (резьбонарезка Emag) с контролем ее качества, сор­тировка труб по критериям заказчика, измерение веса (весы Bizerba), измерение длины (измеритель длины Polytec), маркировка (маркираторы ReaJet и Borris), покрытие лаком (лакировка VenJakob) и упаковка. 


Технические решения

Датчики
Применено для определения положения труб и механизмов около 200 индуктивных и 100 оптических датчиков, а также 46 абсолютных энкодеров SSI.

Электроприводы
Механизмы линии, транспортирующие трубы, приводятся во вращение асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. Диапазон мощностей двигателей 0,55 – 4 кВт. 

В соответствии с технологией все электроприводы линии разбиты на следующие группы:
- регулируемые электроприводы – требующие по технологии регулирования скорости (транспортные рольганги, трайбаппараты, шагающие балки, перекладыватели круговые, поворотные ролики). Для реализации скоростных режимов применены частотно-регулируемые приводы (ЧРП) Micromaster 440 и Sinamics фирмы Siemens. Управление приводами (включение, задание скорости) и диагностика (состояние привода) осуществляются по сети Profibus;
- нерегулируемые электроприводы – приводы вспомогательных механизмов, для которых не требуется регулирование скорости, управляющиеся напрямую от силовых контакторов;
- механизмы поперечного перемещения труб (дозаторы, выбрасыватели, укладчики и т.п.) приводятся в действие гидроцилиндрами, для чего установлены две гидростанции с насосами (6 шт. и 5 шт), с мощностью двигателей по 75 кВт. Для плавного пуска двигателей насосов применены устройства плавного пуска фирмы Siemens.

Всего применено 79 частотных преобразователей, 11 приводов с плавным пуском, 12 приводов с прямым пуском.


АСУ ТП

Применены контроллеры Simatic S7-400 с центральными процессорами 414-3, с децентрализованной периферией на базе станций удаленного ввода/вывода ET-200М и Simatic S7-300, подключаемой к сети ProfiBus-DP. К этой же сети подключаются частотно-регулируемые приводы Micromaster и Sinamics. Использовано три контроллера Simatic S7-413-3, по одному на каждый технологический район. 7 cтанций ET‑200М встроены в пульты управления и щиты управления, 2 контроллера Simatic S7-300 – в шкафы управления гидростанциями. На пультах управления установлены панели оператора TP277.

Управление всеми механизмами линии осуществляется по принципу прямого контроллерного управления. Интеграция с системами управления отдельных станков и установок с целью согласованного безаварийного перемещения трубы и сбора параметров выполнена по сети Profibus через DP/DP Coupler.

pic2.jpg

Рис. Карта плавки. Отображение текущего состояния плавки
на участке с потрубным отображением статуса



pic3.jpg


pic4.jpg

Рис. Структура комплекса технических средств



Система прослеживаемости

Основные функции системы:
- управление маршрутом перемещения трубы по участку, включая участок ремонта труб;
- слежение за перемещением труб по участку;
- автоматизированный сбор данных прослеживаемости по ходу выполнения технологических, контрольных и измерительных операций с каждой трубой на участке;
- регистрация и хранение собранных данных в базе данных в привязке к идентификационному номеру трубы (учетной единицы);
- предоставление текущих данных прослеживаемости в наглядном графическом и табличном виде на автоматизированных рабочих местах системы;
- ручной ввод и корректировка данных прослеживаемости на автоматизированных рабочих местах системы;
- автоматизированное изменение маршрута трубы в соответствии с результатами контроля качества;
- формирование рапорта прослеживаемости в виде карты-бегунка на каждую трубу; 
- предоставление всех необходимых данных, достаточных для принятия решения по соответствию трубы определенному пакету;
- передача данных прослеживаемости в смежные и вышестоящие автоматизированные системы.


Архитектура системы 

Архитектура системы двухуровневая. Верхний уровень выполнен по клиент-серверной архитектуре. 

Серверная часть реализована с использованием программного пакета Broner Metals Solutions. Через базу данных реального времени IP.21 осуществляется связь с нижним уровнем системы и смежными системами для получения информации об объектах прослеживаемости, вся информация сохраняется в цеховом архиве прослеживаемости Batch.21. 

Связь с нижним уровнем осуществляется через OPC-сервер, для онлайн отображения положения и состояния труб используется более 1600 тэгов. Одномоментно может быть получено и поставлено в обработку около 600 сигналов и команд, поступивших от контроллеров. Клиентские автоматизированные рабочие места (АРМ) через обмен данными с серверной частью получают и передают необходимую информацию. Программное обеспечение АРМ реализовано с использованием технологии .net. Всего в системе 12 АРМ.

Нижний уровень системы реализован на ПЛК Siemens Simatic S7. Он осуществляет слежение по датчикам, регистрацию технологических параметров и передачу данных на верхний уровень системы через ОРС-сервер SimaticNet. На этих же контроллерах реализована система управления механизмами участка и стыковка с локальными системами управления станков и отдельных установок, что позволяет обеспечить непрерывную и достоверную прослеживаемость труб во всех режимах.

Компоненты системы уровня базовой автоматизации связаны между собой по сети Profibus. Компоненты системы верхнего уровня связаны между собой и контроллерами базовой автоматизации по сети Ethernet.

pic5.jpg

Рис. «Пост +Р100». Пост управления механизмами района 1



pic6.jpg

Рис. Главная форма АРМ участка ремонта УООТ2. Пример применения технологии
«drag-and-drop»



Особенности системы

Особенностью системы является тесная интеграция с системой базовой автоматизации, которая осуществляет непосредственное управление транспортной механизацией участка. Это позволило реализовать автоматический режим работы не только отдельных механизмов, но и всего участка.

При входе трубы на участок производится осмотр и аттестация ее контролером ОТК, результаты вводятся на АРМ ОТК, по ним определяется маршрут, а дальнейшее перемещение трубы происходит автоматически. При дальнейшем перемещении трубы по участку к ней привязываются результаты контролей и технологических операций, в зависимости от которых система определяет маршрут трубы и осуществляет перемещение автоматически. 

Вся информация о технологическом процессе сохраняется в архиве системы. В итоге формируется паспорт трубы, содержащий подробную информацию о результатах всех технологических операций и параметрах трубы, что соответствует требованиям стандарта API 5CT к качеству готовой продукции.

Особую трудность для системы представляло наличие крановых операций по перемещению трубы. Для их регистрации в системе был разработан регламент и удобный графический интерфейс по технологии «drag-and-drop», что позволило решить проблему.


Заключение

В марте 2009 г. система сдана в промышленную эксплуатацию.

Автоматизированная система управления, разработанная компанией ПРОМАТИС, является сложным комплексным решением, охватывающим полевой уровень, АСУ ТП и MES-уровень, интегрированный с ERP завода. 

В настоящее время сотрудники компании имеют большой опыт проектирования и внедрения подобных систем. Мы готовы к решению новых сложных проблем комплексной автоматизации.


Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 2(22)_2009

Компания «Проматис», г. Челябинск, 
тел.: (351) 265-71-56, 
e-mail: info@promatis.ru