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.

Отчет о проведении работ по настройке контура регулирования разрежения печи КС-1 плавильного отделения металлургического цеха на ОАО «Кольская ГМК»

В статье представлен отчет, в котором описываются работы по настройке контуров регулирования на одном из заводов металлургической отрасли с использованием станции инженерного сопровождения САР «P.I.D. – expert», разработанной в «НПО ТЕХНОКОНТ».

ООО «НПО ТЕХНОКОНТ», г. Москва
ОАО «Кольская ГМК», г. Мончегорск-7

Кольская.gif
 int_1.jpg


Обобщенный результат

Ликвидированы паразитные изменения скорости вращения двигателя дымососа.
Улучшилось качество стабилизации процессов.
Снижены динамические нагрузки на печи КС по разрежению со стороны периодически работающих смежных по газоходу конвертеров, что способствует уменьшению пылевыноса из агрегатов.


Общие положения

Представитель «НПО ТЕХНОКОНТ» совместно с сотрудниками отдела эксплуатации ПО АСУ ТП ООО «ИнформКолаСервис» проводили работы по настройке контура регулирования разрежения печи КС-1 плавильного отделения металлургического цеха ОАО «Кольская ГМК».

Целью работ являлась не столько настройка конкретного контура регулирования, сколько отработка технологии автоматизированного сопровождения систем регулирования с помощью станции инженерного сопровождения САР «P.I.D. – expert» разработки «НПО ТЕХНОКОНТ».

В ходе работ были проведены следующие мероприятия:
- инсталляция программы «P.I.D. – expert»;
- подключение к действующей АСУ ТП по ОРС-технологии;
- сбор и архивирование значений переменных;
- анализ действующей системы регулирования;
- модернизация существующей схемы регулирования;
- проведение активного эксперимента по получению переходного процесса в замкнутом контуре регулирования;
- идентификация объекта регулирования;
- расчет настроек регулятора;
- имитационное моделирование;
- установка рассчитанных настроек в регулятор и проверка его функционирования;
- сравнительный анализ работы контура до и после выполнения вышеперечисленных мероприятий;
- составление отчетов по результатам выполненных работ.
Мероприятия проводились при штатных технологических условиях работы печи КС-1.


Инсталляция программы и подключение к действующей системе управления

Программа «P.I.D. – expert» была установлена на рабочей станции WKMG830235, находящейся в помещении отдела эксплуатации ПО АСУ ТП ООО «ИнформКолаСервис».

Для опроса значений переменных в режиме реального времени, их отображения на экране в виде графиков, непрерывного архивирования и последующей обработки было произведено подключение по ОРС-технологии с помощью встроенного в «P.I.D. – expert» ОРС-клиента к ОРС-серверу МРВ1 металлургического цеха. 
Опрос значений переменных был начат 20 апреля в 11:20.


Анализ действующей системы регулирования

Система управления реализована, как на любом другом предприятие, на SCADA-системе.
Система регулирования обеспечивает стабилизацию разрежения, отклонения регулируемой переменной лежат в пределах ±15 кгс/м2, что удовлетворяет требованиям технологии. Со стороны технологов имеются пожелания уменьшить интенсивность изменения скорости вращения двигателей дымососов, т.к. это приводит к излишним нагрузкам на исполнительный механизм и его усиленный износ (на разгон и торможение массивных двигателей и дымососов), а также возникающие при этом перепады скорости газового потока ведут к увеличению пылевыноса из агрегата.

Система регулирования реализована на базе стандартных функциональных блоков (ФБ), входящих в состав SCADA-системы. В связи с «особенностями» реализации некоторых функций в SCADA-системе система регулирования имеет следующие недостатки:
1_Штатный функциональный блок «Зона нечувствительности» имеет «ударный» выход из зоны. Такую зону нечувствительности нельзя применять на входе регулятора, т.к. она будет способствовать возникновению колебаний вблизи заданного значения, в то время как по своей сути она должна служить для их предотвращения. Значительная часть «биений», имеющих место в действующей системе регулирования, вызвана именно неправильной реализацией зоны нечувствительности. Необходимо своими силами реализовать функцию зоны нечувствительности и заменить штатную на нее.

2_Фильтрация реализована в блоке обработки аналоговой переменной. При этом отсутствует возможность оперативно изменять коэффициент фильтра – для изменения коэффициента каждый раз требуется перезагрузка контроллера. В то время как коэффициент фильтра является настраиваемым параметром наряду с коэффициентами регулятора и величиной зоны нечувствительности. Должна быть возможность его оперативного изменения. В связи с этим рекомендовано установить дополнительный фильтр на входе регулятора (в виде отдельного ФБ).

3_Полностью отсутствует режим дистанционного управления. В ручной режим можно переключить только посредством физического разрыва цепи выхода контроллера. Регулятор в контроллере при этом продолжает «жить своей жизнью», т.к. всегда находится в режиме «Автомат». Информация о величине управляющего воздействия при ручном режиме управления  отсутствует. Кроме оперативного неудобства, это делает невозможным автоматизированную идентификацию объекта регулирования в разомкнутом контуре. 

pic1.jpg

Рис. 1. Идентификация объекта


Модернизация схемы регулирования

Исходя из вышеперечисленных недостатков существующей схемы регулирования, последняя была модернизирована:
Из имеющихся ФБ была реализована функция зоны нечувствительности с безударным выходом из зоны. Эта функция была реализована взамен штатной зоны нечувствительности используемой в SCADA-системе.
Добавлен предварительный фильтр на входе регулятора.
Модернизированная схема регулирования была загружена в контроллер 21 апреля в 17:00.


Идентификация объекта регулирования и расчет настроек регулятора

Идентификация объекта производилась по переходному процессу, возникшему в замкнутом контуре регулирования. С этой целью 20 апреля было проведено несколько активных экспериментов, заключающихся в изменении задания регулятору.

После ряда экспериментов была произведена идентификация объекта регулирования, которая показала следующие средневзвешенные характеристики (рис. 1):
- коэффициент усиления объекта Ко=7,5 [кгс/м2/%], 
- постоянная времени объекта То=12 [с], 
- запаздывание τ=7 [с].

По характеристикам объекта были вычислены оптимальные настройки регулятора, которые составили Кп=0,102; Ки=0,00941. С целью уменьшения изменений скорости вращения двигателя дымососа в реакции на паразитные биения регулируемой переменной, не связанные с процессом регулирования, посредством моделирования был выбран фильтр, постоянная времени которого составила 6 секунд, а настройки регулятора были пересчитаны с учетом этого фильтра и составили: Кп=0,065; Ки=0,005. 
Рассчитанные настройки были установлены в регулятор 21 апреля в 17:10.

pic2.jpg
Рис. 2. Отклонение регулируемой переменной снизилось на 5 кгс/м2


pic3.jpg

Рис. 3. Среднемодульное отклонение от задания снизилось на 0,33 кгс/м2


pic4.jpg
Рис. 4. Суммарный ход ИМ снизился на 35,8 %


Результаты

Модернизация схемы регулирования и настройка регулятора с применением современных инструментальных средств привели к следующим результатам.

Отклонения регулируемой переменной снизились с 15 кгс/м2 до 10 кгс/м2 (рис. 2). Паразитные изменения скорости вращения двигателя дымососа были ликвидированы.

Сравнительный статистический анализ работы контура за 3 часа до произведенных работ и за 3 часа ­после показал, что среднемодульное отклонение от задания снизилось с 2,28 кгс/м2 до 1,95 кгс/м2 (рис. 3), что свидетельствует о повышении качества стабилизации. Условный суммарный ход исполнительного механизма (в данном случае – интенсивность изменения скорости вращения двигателя дымососа) снизился с 90,2 до 54,4% (рис. 4), что способствует снижению пылевыноса из агрегата.


Заключение

1_В ходе работ была отработана технология настройки регуляторов с применением станции инженерного сопровождения САР «P.I.D. – expert» в условиях реально функционирующего на ОАО «Кольская ГМК» производственного процесса.

2_Результатом проведенных работ по настройке контура регулирования разрежения печи КС-1 плавильного отделения металлургического цеха удалось не только улучшить качество стабилизации регулируемой переменной, но и снизить интенсивность изменения скорости вращения двигателя дымососа, что способствует снижению пылевыноса из агрегата.

3_Рекомендовать во всех системах регулирования, реализованных на данной SCADA-системе, заменить штатную зону нечувствительности на безударную, функциональная схема которой была разработана в ходе работ, изложенных выше.

4_Рекомендовать во всех системах регулирования, реализованных на данной SCADA-системе, добавить предварительный фильтр на входе регулятора с возможностью оперативного изменения его коэффициента. После реализации такого фильтра коэффициент фильтрации в блоке обработки аналоговой переменной желательно сделать минимальным, особенно в контурах с малоинерционными объектами (расход и давление жидкости, расход газов).


Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 5(29)_2010

И.Г. Варламов, ведущий специалист,
ООО «НПО ТЕХНОКОНТ», г. Москва,
тел.: (495) 652-9160, 
e-mail: info@technocont.ru.
ОАО «Кольская ГМК», г. Мончегорск-7,
Д.В. Беляев, заместитель начальника металлургического цеха по производству; 
В.Д. Жидовецкий, главный специалист ООО «ИнформКолаСервис», 
e-mail: jvd@kolagmk.ru