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 автоматизация цементного завода «Пролетарий» ОАО «Новоросцемент»

В статье рассматривается реализация АСУ ТП для цементного завода «Пролетарий»,  в основе которой лежит оригинальное программное обеспечение Trace Mode. Подробно описаны технические и эксплуатационные  характеристики системы.

ОАО «Новоросцемент», г. Новороссийск

Novoroscement.png


История акционерного общества «Новоросцемент» началась немногим позже образования самого города Новороссийска. В 1882 году был построен первый цементный завод, который сегодня носит имя «Пролетарий». В декабре 2007 года предприятию исполнилось 125 лет, а в декабре 1992-го в ходе приватизации было создано ОАО «Новоросцемент».

pic1.jpg

Рис. Административное здание ОАО «Новоросцемент»

На сегодняшний день в составе акционерного общества три цементных завода — «Пролетарий», «Октябрь» и «Первомайский». «Пролетарий» — единственный из трех заводов предприятия — производит цемент марки 600. Годовая производительность завода — 2,3 миллиона тонн цемента. На заводе работают 5 вращающихся печей, три из которых имеют размеры 5 х 185 метров и производят по 72,5 тонны цемента в час. 

pic2.jpg

Рис. Цех обжига клинкера цементного завода «Пролетарий»


История автоматизации

Технологические процессы производства цемента являются длительными и сложными, от качества контроля и полноты информации зависит качество продукции, поэтому вопросы стабилизации и управления технологическими процессами всегда были актуальными.

В конце 1960-х годов цементный завод «Пролетарий» стал объектом автоматизации ВНПО «Союзавтоматстром» (г. Ленинград). В состав Научно-производственного объединения входил головной институт автоматизации промышленности строительных материалов — институт ВИАСМ.

Объектов автоматизации на заводе много. Это основные технологические объекты — сырьевые и цементные мельницы, вращающиеся печи, а также вспомогательные — лаборатория, компрессорное отделение, тепловой пункт и т. д.

В 1970-х годах была внедрена первая система АСУ ТП одного из основных цехов завода — сырьевого цеха — на базе УВМ «М-6000», которая выполняла функции не только контроля, но и управления технологическим процессом. Затем были внедрены системы АСУ ТП других технологических переделов — также на базе УВМ «М-6000». Программы и алгоритмы управления разрабатывал институт ВИАСМ.

pic3.jpg

Рис. Пульт управления сырьевыми мельницами № 1—8

Системы АСУ ТП на базе УВМ «М-6000» просуществовали до середины 1980-х годов. С позиций сегодняшнего дня хорошо видны недостатки тех систем управления, однако можно сказать, что они выполнили свое назначение — положили начало комплексной автоматизации завода.

В период перестройки предприятию удалось сохранить свой производственный  и кадровый потенциал. Никакого развития автоматизации в те годы, конечно, не происходило.

В середине 1990-х годов была начата реконструкция систем АСУ ТП с применением контроллеров РЕМИКОН-110 и персональных компьютеров на верхнем уровне, работающих под DOS. В качестве программы верхнего уровня была использована программа Северодонецкого специализированного производственного объединения. Эти системы зарекомендовали себя уже гораздо лучше предыдущих. Программное обеспечение стало универсальнее, гораздо легче настраивается на различные объекты управления. Это своего рода SCADA-система, только работающая под DOS. В этих системах уже появились текущие и архивные графики, мнемосхемы технологических процессов и так далее. В настоящее время на двух вращающихся печах № 6 и № 7 пока еще работают такие системы.

pic4.jpg

Рис. Шкафы управления вращающихся печей № 8—9

Важно отметить, что основным принципом автоматизации технологических процессов на заводе был и остается следующий — система должна осуществлять не только контроль и визуализацию над процессом, но его стабилизацию и управление. Второй принцип — функции сбора информации и управления выполняет контроллер, функции визуализации, контроля и архивирования — персональный компьютер.

В последующий период по мере выхода из строя устаревшего КИПовского оборудования, оно заменялось более современным. Так на заводе появилось оборудование фирмы «ОВЕН» и некоторых других. На цементных мельницах № 1—4 была установлена SCADA-система ПО ОВЕН «ОРМ», однако даже в сравнении с существующими старыми SCADA под DOS, она проигрывала. Далее на цементные и сырьевые мельницы постепенно были приобретены и установлены весовые дозаторы 4488 ДН-У фирмы ЗАО «АГРОЭСКОРТ», оснащенные системой управления. Установка таких дозаторов с системой управления явилась   важной вехой в автоматизации производства, так как стабильное питание мельниц имеет большое значение для стабилизации технологического процесса. В системах управления дозаторами для сбора информации и управления ЗАО «АГРОЭСКОРТ» использовали модули серии I-7000 и контроллер I-7188EG. В настоящее время на заводе около 50 дозаторов, обслуживанием которых занимаются работники нашего цеха. Нами был приобретен большой опыт в работе с оборудованием серии I-7000.

В начале нынешнего столетия экономическая ситуация на заводе улучшилась — встал вопрос о реконструкции существу-ющих и о создании новых систем управления технологическими процессами.

В составе цеха пять инженерных работников КИПиА (включая начальника цеха) и 2 программиста, а также наладчики и слесари КИПиА, обладающие достаточным опытом и достаточно высокой квалификацией. Поэтому, когда встал вопрос о реконструкции систем АСУ ТП,  было принято решение о самостоятельной разработке проектов АСУ ТП технологических цехов.

pic5.jpg

Рис. Структурная схема информационных линий связи печи № 8


TRACE MODE

О SCADA-системе TRACE MODE мы узнали на специализированной выставке «Автоматизация». Там же мы узнали, что можно реконструировать РЕМИКОНТ-110, превратив его в ЛОМИКОНТ-ТМ. Для начала было принято решение преобразовать Ремиконт-110 в ЛОМИКОНТ-ТМ, а для верхнего уровня использовать SCADA-систему TRACE MODE 5. Это решение было привлекательным с той точки зрения, что мы не предполагали пока менять нижний уровень системы (датчики, монтаж), достаточно было запрограммировать ЛОМИКОНТ-ТМ и подготовить проект в TRACE MODE 5, а также то, что программирование контроллера и разработка верхнего уровня производилось в одной среде —TRACE MODE 5. Изучение TRACE MODE 5 сначала производилось в базовой версии, затем работники цеха прошли обучение в учебном центре TRACE MODE.

Реконструкция началась в 2004 году с вращающейся печи № 10. Нами были закуплены 2 модуля ПРЦ-ТМ и программное обеспечение — инструментальная система и исполнительные модули TRACE MODE 5. Система АСУ ТП печи №10 включает в себя один контроллер ЛОМИКОНТ-ТМ и один ПК, в котором запущен проект под управлением исполнительного модуля — Монитора реального времени на 128 точек ввода/вывода. Реконструкция производилась без специальной остановки оборудования, был использован плановый профилактический останов печи. Замены шкафов КИПиА не производилось. Система была запущена в режиме контроля и визуализации технологического процесса, затем в процессе работы печи были настроены 2 контура регулирования. Это был наш первый самостоятельный опыт внедрения проекта АСУ ТП на базе TRACE MODE 5. Результат использования TRACE MODE 5 нас полностью удовлетворил, система контроля и управления оказалась устойчивой, работает и в настоящее время, в 2008 году планируем переход на версию TRACE MODE 6 с реконструкцией шкафов управления  КИПиА и заменой всего оборудования КИПиА. Никаких сбоев в работе программы в контроллере и на верхнем уровне не было. Основная неисправность — это выход из строя дисплея и системного блока, условия для вычислительной техники у нас достаточно тяжелые — пыль, вибрация, горячий цех. До настоящего времени мы использовали офисные ПК и мониторы. Начиная с середины 2007 года мы начали переход на промышленные ПК.

pic6.jpg

Рис. Удаленная корзина на шлампитателе печи

На следующем этапе в начале 2005 года была произведена реконструкция вращающейся печи № 9 с преобразованием РЕМИКОНТа-110 в ЛОМИКОНТ-ТМ без замены шкафов управления. Она прошла быстрее, так как обе печи конструктивно и технологически одинаковые. За основу был принят проект печи № 10, в который были внесены необходимые изменения.

В этом же году мы взялись за создание системы АСУ ТП одного из основных технологических цехов завода — сырьевого цеха, но уже с заменой КИПовского оборудования и шкафов управления, так как существующее морально и технически устарело. К этому времени на мельницах уже работали 20 весовых дозаторов со своими системами управления. Наша задача состояла в создании единой системы контроля и управления мельницами. Для производства шкафов управления и монтажа оборудования были привлечены подрядные организации. В качестве оборудования сбора информации и управления было принято решение использовать модули удаленного доступа серии I-7000 и I-8000, а также контроллеры I-8811. Для программирования контроллеров и создания АРМа машиниста сырьевых мельниц мы использовали все ту же, хорошо зарекомендовавшую себя SCADA-систему TRACE MODE 5. Был создан единый проект для автоматизации 8 сырьевых мельниц, который включает в себя 2 контроллера I-8811, несколько корзин I-87Kx, как 4-слотовых, так и 8-слотовых, модулей серии I-7000 и трех ПК. Один ПК работает под управлением Монитора реального времени 5 на 512 точек ввода/вывода, второй — является графической консолью — под управлением NetLink Light 5. Эти два ПК находятся на пульте управления мельниц, третий ПК был установлен в кабинете начальника сырьевого цеха, работает под управлением NetLink Light 5. Внедрение системы производилось без остановки мельниц. В 2007 году проект был изменен под работу с дисплеями 24″, добавлена подсистема контроля за уровнями в шламовых бассейнах и работой отделения насосной подачи шлама в печи.

В 2005 году нами был запущен еще один небольшой проект в среде TRACE MODE 5 на участке отгрузки цемента, осуществляющий контроль за процессом отгрузки. Для сбора информации были использованы модули серии I-7000.

pic7.jpg

Рис. Контроллер WinCon58000 с Micro TRACE MODE 6

В феврале 2006 года на печи № 9 начался длительный ремонт для замены электрофильтров. В это время уже была выпущена 6-я версия SCADA-системы TRACE MODE, в которой появились новые возможности, расширился список поддерживаемого оборудования. Мы решили создать новую систему АСУ ТП печи № 9 с полной заменой шкафов управления и всего оборудования КИПа. В качестве контроллера был выбран WinCon-8000, для сбора данных решили использовать в основном серию I-8000, а проект верхнего уровня создавать в TRACE MODE 6, так как этой SCADA поддерживается выбранное нами оборудование. Нами было закуплены 2 контроллера WinCon-8000, оборудование  I-8000, Микро МРВ для контроллеров, а также приобретено программное обеспечение — инструментальная система и мониторы реального времени TRACE MODE 6. К монтажным работам были привлечены подрядчики, программирование контроллера и создание проекта в TRACE MODE 6 было осуществлено работниками нашего цеха. В процессе работы над проектом выяснилось, что для полноты контроля и визуализации технологического процесса, нам необходимо брать данные с приборов СИ-8 фирмы «ОВЕН» и счетчиков расхода газа фирмы «Логика». TRACE MODE 6 поддерживает работу с этим оборудованием.

pic8.jpg

Рис. Корзина, расположенная в шкафу управления на пульте управления

Одновременно с разработкой проекта по 9-й печи в 6-й версии был подготовлен проект на печь № 8 в TRACE MODE 5, который и был запущен сразу после останова 9-й печи. На печь № 8 был поставлен ПРЦ-ТМ с 9-й печи. Мы не стали покупать новый ПРЦ-ТМ, так как уже решили, что будем использовать в дальнейшем контроллер WinCon и 6-ю версию. Переход с РЕМИКОНТа на ЛОМИКОНТ на 8-й печи носил временный, переходной характер, не требующий больших материальных затрат. Пока работали такие системы, мы оценивали работу SCADA-системы TRACE MODE и продолжали ее изучение. В этом же году наш программист прошла обучение в учебном центре TRACE MODE по 6-й версии.

В июле 2006 года после капитального ремонта был осуществлен пуск 9-й печи с новой системой АСУ ТП, разработанной в среде TRACE MODE 6. Был запущен проект под управлением Монитора реального времени на 512 точек ввода/вывода. Дисплей был использован размером 24″, так как процесс обжига клинкера является сложным технологическим процессом, печь представляет собой сложный агрегат, информацию машинисту надо предоставлять в наиболее полном объеме. В реальном времени возникли некоторые проблемы в работе системы верхнего уровня, связанные с графикой и архивами. Мы неоднократно обращались в службу технической поддержки фирмы AdAstra, всегда получали ответ, необходимые рекомендации, к тому же в это время фирмой был выпущен новый релиз программы. В процессе эксплуатации новой системы был сделан следующий вывод — контроллер WinCon-8000 и 6-я версия TRACE MODE являются наиболее перспективными для распределенных систем АСУ ТП. К этому времени у нас уже назрела необходимость в создании административного уровня АСУ ТП. Дальнейшее развитие АСУ ТП было решено производить в TRACE MODE 6.

pic9.jpg

Рис. Мнемосхема печи № 8

Принцип построения системы у нас остался неизменным — функции сбора информации и управления выполняются в контроллере, ПК служит для визуализации и контроля над процессом.

Попутно в 2006 году был разработан и запущен еще один проект АСУ ТП в среде TRACE MODE 5 — контроль за работой 4 мельниц сухого помола №1—4, где до этого работала SCADA «ОРМ» фирмы «ОВЕН». Для сбора информации было применено оборудование фирмы ОВЕН и модули I-7000. Широкий спектр поддерживаемого оборудования и принцип автопостроения, все это опять же говорит в пользу использования TRACE MODE.

pic10.jpg

Рис. Технологические параметры печи № 8

В 2007 году мы продолжили внедрение проектов на 6-й версии TRACE MODE. После реконструкции печи № 8, с учетом опыта работы системы на 9-й печи, было проведено создание новой системы АСУ ТП с заменой шкафов управления, оборудования КИПиА, контроллера и программного обеспечения. Мы решили создавать единый проект в среде TRACE MODE 6. В проект по печи № 9 был добавлен новый узел — печь № 8. Для сбора информации и управления было использовано такое же оборудование, как на печи № 9. По-прежнему подрядные организации привлекались только к поставке шкафов управления и монтажным работам. Узел печи № 8 работает под управлением Монитора реального времени 6. В шкафах управления остались самописцы коммерческого узла по учету расхода газа. В настоящее время на заводе происходит внедрение нового современного коммерческого узла учета расхода газа с передачей данных по модемной связи в учетную организацию. После окончательного внедрения последние самописцы будут сняты.

Таким образом, три печи № 8, 9 и 10 автоматизированы в среде TRACE MODE (10-я — 5 версия, 8-я и 9-я — 6 версия), встал вопрос о передаче информации начальнику цеха ОБЖИГ. В проекте был добавлен узел — АРМ начальника цеха, работающий под управлением NetLink Light 6. Данные по 10-й печи через ОРС-сервер опрашивает МРВ6 9-й печи, затем они предоставляются средствами 6-й версии начальнику цеха.

Освободившийся ключ на МРВ5 был использован для создания проекта внутреннего учета электроэнергии на заводе. Связь со счетчиками СЭТ 4-ТМ осуществляется через драйвер.

В это же время была создана оптоволоконная сеть на территории ОАО «НЦ». Линия оптоволоконной связи была проложена и в цех АСУ ТП, где мы решили установить ПК в качестве сервера для связи с работающими Мониторами реального времени TRACE MODE. В настоящее время по выделенным линииям осуществлена связь с цехами ОБЖИГ и Сырьевой, в едином проекте добавлен узел Сервер АСУ ТП (опрос Сырьевого МРВ5 через ОРС сервер), затем по оптоволоконной связи (через вторую сетевую карту) данные с Сервера передаются в административную подсеть управленческого аппарата. Пока создан АРМ Главного инженера производства ц/з «Пролетарий», работающий под управлением NetLink Light 6. Уже прокладываются кабели для выделенных линий связи с другими существующими МРВ как 5-й, так и 6-й версии.

В конце 2007 года был также разработан проект верхнего уровня по учету тепловой энергии и контроля параметров работы собственного теплового пункта. В единый проект добавлен новый узел, который работает под управлением МРВ6, связь осуществляется со счетчиками тепловой энергии фирмы «Логика» и приборами фирмы «ОВЕН».

Принцип единого проекта был принят за основу, так как узлы проекта должны обмениваться некоторыми технологическими данными между собой, а так-же чтобы через Сервер АСУ ТП данные по всем технологическим и другим объектам автоматизации передавались на административный уровень.
Теперь более подробно мы расскажем об одной из систем — системе управления печи № 8.

pic11.jpg

Рис. Настройка контуров управления печи № 8


Система АСУ ТП вращающейся печи № 8 

Печь № 8 представляет собой сложный технологический агрегат диаметром 5 и длиной 185 метров, имеет так называемые «холодный», «горячий» концы, холодильник, контролируемых параметров около 100, поэтому было принято решение о построении распределенной системы АСУ ТП. На «холодном» конце и на холодильнике мы установили корзины I-87K4, затем по интерфейсной связи RS-485 данные передаются на контроллер WinCon-8000 (7-слотовый), который расположен в шкафу управления на пульте управления печи. Кроме контроллера в щит управления мы установили 8-ми слотовую корзину I-87K8. Данные по всем параметрам поступают на контроллер. Только один сигнал — питание печи в секундах со счетчика импульсов СИ8, подключается непосредственно к ПК, так как связь со счетчиком осуществляется через ОРС-сервер.

В системе управления были использованы модули аналогового, частотного и дискретного ввода, а также для управления — модули дискретного вывода.

Операторская станция построена на базе программного модуля МРВ+ на 512 каналов. Монитор реального времени реализует следующие функции:
- обеспечивает связь с контроллером по протоколу Ethernet и с прибором СИ8 по интерфейсу RS-485 через конвертер интерфейса;
- производит обработку сигналов программными средствами TRACE MODE 6;
- архивирование всех параметров в СПАД архивы;
- отображение схемы технологического процесса;
- отображение информации в виде трендов и числовых параметров сигналов;
- ввода машинистом заданий по контурам регулирования;
- осуществляет предупредительную и аварийную сигнализацию;
- настройка регуляторов контуров управления;
- отображение информации о нарушении интерфейсной связи с контроллером и корзинами и о недостоверности каналов ввода/вывода.

Список контролируемых параметров и оборудования представлены на иллюстрациях в данной статье. 

В системе управления печи № 8 работают 5 контуров регулирования: два — для печи и три — для холодильника. В печи работает контур регулирования температуры в пыльной камере и контур стабилизации подачи шлама в печь, в холодильнике — контуры регулирования расхода воздуха в 3 камерах.

Программы для контроллера написаны в основном на языке FBD. В графической части проекта были разработаны несколько мнемосхем технологического процесса, необходимое количество экранов как для контроля над процессом, так и для настройки системы и контроля ее работоспособности. Для предупредительной и аварийной сигнализации были использованы отчет тревог, звуковые файлы, всплывающие окна. Хочу отметить, что система находится в динамическом развитии, так как в процессе эксплуатации возникают вопросы, которые не были учтены при первоначальной разработке проекта. Мы учитываем также пожелания и замечания не только машинистов печей, но и других инженерно-технических работников цеха — начальника цеха, мастеров, технологов, что является преимуществом разработки проекта своими силами.

Комплектация оборудования КИП была составлена с учетом перспективы развития, так как на рынке автоматизации появляются новые датчики, мы всегда имеем возможность включить их в нашу систему. Мы стараемся также учитывать новые возможности TRACE MODE 6, появляющиеся в новых релизах. Работники цеха повторно обучались в учебном центре ADASTRА по 6-й версии. Хотим отметить доброжелательное отношение к нам службы технической поддержки и его руководителя Фридлянд Анатолия Викторовича. Мы неоднократно обращались в службу технической поддержки по телефону, приезжали в Москву специально для консультаций, а также во время обучения и всегда находили понимание и поддержку.

Работа системы оказалась устойчивой, информативной, мы учли пожелания не только технологического, но и энергетического персонала. Разработаны экраны для контроля работы основного и вспомогательного электрооборудования печи, получаемую информацию используют для анализа не только электротехнические работники цеха ОБЖИГ, но и сотрудники энергетической службы завода.


Заключение

Исходя из опыта полуторагодовой эксплуатации созданного нами единого проекта АСУ ТП завода, мы пришли к следующему решению — продолжать развитие автоматизации завода, используя программное обеспечение TRACE MODE 6.

Наши планы на 2008 год:
- установка в цехе АСУ ТП Double Force MPB+ с сервером документирования и GSM интерфейсом, а также модемного пула для связи по выделенным линиям с Мониторами TRACE MODE производства «Пролетарий»;
- организация графических консолей на административном уровне;
- создание АСУ ТП вращающихся печей № 6,7 и № 10 с заменой шкафов управления, с использованием современных контроллеров и SCADA-системы TRACE MODE 6;
- создание АСУ ТП цементных мельниц № 7—10 с заменой шкафов управления, с использованием современных контроллеров и SCADA-системы TRACE MODE 6;
- создание АСУ ТП отбора проб шлама и передачи их при помощи пневмопочты в лабораторию для определения химического состава шлама в среде TRACE MODE 6;
- по мере финансирования перейти с 5-й на 6-ю версию TRACE MODE некоторых узлов проекта;
- доработка существующего проекта вследствие приобретенного опыта эксплуатации и новых возможностей TRACE MODE, а также выполнение замечаний и пожеланий технологического и административного персонала.

Помимо внедрения систем АСУ ТП, мы хотели бы в этом году попробовать у себя в цеху для учета материальных ценностей, основных средств и кадров создать и запустить проект в T-FACTORY6, чтобы оценить и эту подсистему. В проекте мы хотим создать также паспорта автоматизированных объектов, графики калибровок и регламентных операций оборудования КИП.

Надеемся, что поставленные перед собой задачи мы успешно выполним.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 2(18)_2008

Пустовит В.А., начальник цеха АСУ ТП цементного завода «Пролетарий»
Кутовая Т.П., инженер-программист цеха АСУ ТП цементного завода «Пролетарий»
ОАО «Новоросцемент», г. Новороссийск,
тел.: (8617) 614-0-00,
е-mail: automation@novoroscement.ru