НПО ДОНИКС
НПО ДОНИКС
Опросы
Активных опросов на данный момент нет.
RSS / MAP / W3C

RSS - международный формат, специально созданный для трансляции данных с одного сайта на другой. 
Используя готовые экспортные файлы в формате RSS, вы можете разместить на своей странице заголовки и аннотации сюжетов наших новостей. 
Кроме того, посредством RSS можно читать новости специальными программами - агрегаторами новостей - и таким образом оперативно узнавать 
об обновлениях нужных сайтов.
Google SiteMap
Valid XHTML 1.0 Transitional
Твердосплавная продукция

Автоматизированный контроль качества и управление производством сортового прокатного стана

УДК 658.52.011.56:669

С.А. Гуренко, В.В.Володин, А.В. Светличный, И.М. Фонотов (НПО «ДОНИКС»)

Современные условия производства металлопроката характеризуются несколькими особенностями. Первой из них является переход металлургических предприятий в частную собственность и соответственно изменение отношения к планированию производства и учету произведенной продукции. Необходимо видеть реальную картину наличия сырья, полуфабриката и готовой продукции с реальными показателями затрат на ее производство. Причем эта информация требуется не в конце года, квартала или месяца, а ежедневно или лучше всего ежечасно. Второй особенностью является ужесточение требований потребителей к качеству продукции. По информации европейских реализаторов металла, сегодня фактические допуски на отклонения геометрии проката от номинала в два раза жестче действующего стандарта DIN.


В соответствии со сложившейся ситуацией стала актуальной задача автоматизации процессов контроля качества продукции, производимой на прокатных станах, а также планирования и учета объемов производства.

Современный уровень развития средств вычислительной техники и сетевых технологий позволяет решить обе задачи, однако на этом пути есть ряд препятствий. Первым из них является высокая стоимость технических средств, позволяющих контролировать геометрию проката и его механические свойства в производственном потоке. Вторым препятствием для организации автоматизированного планирования и учета производства является неготовность административных служб большинства предприятий к работе с безбумажным компьютерным документооборотом. Оба эти препятствия будут постепенно терять свою остроту. Электронные устройства дешевеют, на предприятия приходит молодежь, владеющая компьютерной техникой. Поэтому в ближайшее десятилетие будут активно разрабатываться и внедряться автоматизированные системы контроля качества и управления производством сортовых прокатных станов и других объектов металлургического производства. Системы подобного назначения классифицируются в технической литературе как MES (Manufacturing ution System).

На сегодняшний день подобные системы уже работают на ОАО Магнитогорский металлургический комбинат, где охвачен сквозной технологический передел, включающий два электросталеплавильных агрегата, два агрегата доводки стали, две установки печь-ковш, две сортовых, одну слябовую МНЛЗ и три сортопрокатных стана с промежуточным складом заготовки [1]. Есть сведения [2] о использовании подобных  систем на Белорусском металлургическом заводе, Алчевском металлургическом комбинате и многих предприятиях Европы. На этих предприятиях в качестве программной платформы для построения автоматизированных систем контроля качества продукции и управления производством используется SteelPlanner. На американском континенте подобные задачи решаются с помощью пакета программных продуктов Quad Mill Operation Systems. [3]. Оба производителя вышеназванных программных продуктов и инжиниринговые фирмы, участвующие во внедрении отмечают, что эффективное использование подобных систем возможно только при коренной реорганизации всей структуры информационных потоков предприятия, развитии как локальных цеховых систем автоматизации, так и привязки цеховых информационных систем к системе управления предприятием (ERP) [4]. Следует отметить, что по своим функциям такие системы не являются принципиально новыми и лучшие системы автоматизации на металлургических предприятиях Советского Союза. Например, системы контроля производства труб ОАО «Днепропетровский завод им. Ленина» выполняли многие функции, заявляемые сегодня разработчиками MES.

В технической литературе стала классической иллюстрация, представляющая информационное обеспечение предприятия в виде пирамиды (рис.1), на вершине которой находится система управления предприятием (ERP), внизу - локальные системы автоматики и управления технологическим процессом. Замыкание информационных потоков между этими уровнями и производится с помощью MES (систем управления производством).

Рисунок 1 - Иерархическая схема построения системы автоматизации предприятия

Из множества задач, решаемых MES, для металлургического производства наиболее важными являются следующие:

  • составление графика проката товарных партий продукции;
  • отслеживание хода производства и движения единиц продукции;
  • мониторинг технологической информации;
  • мониторинг времени прокатки и времени работы оборудования;
  • визуальное представление информации;
  • составление отчетности.

НПО «ДОНИКС» имеет большой опыт в создании информационных и управляющих систем в прокатном производстве. Внедрены система управления скоростными режимами и контроля технологии прокатки обжимного стана 950/900 «ММЗ» ИСТИЛ-Украина», системы контроля работы оборудования непрерывно-заготовочных станов ОАО «Миттал Стил Кривой Рог», информационная система работы оборудования сортового прокатного стана в городе Queenborough (Великобритания). Накопленный опыт и имеющиеся наработки по математическим моделям процессов прокатки и работы оборудования прокатных станов позволили взяться за выполнение заказа немецкой фирмы MWE  на разработку системы управления производством сортового прокатного стана 390.

Система контроля качества и управления производством сортового прокатного стана реализует следующие функции:

  1. Анализ соответствия ключевых показателей качества продукции, необходимых для обеспечения требований стандартов и технических условий. Выдача информационных и рекомендательных сообщений оперативному персоналу о необходимости внесения коррекции в ход техпроцесса.
  2. Визуализация и печать информации о произведенной продукции, объеме потерь металла, простоях, основных технологических параметрах и расходе ресурсов.
  3. Формирование сертификата качества готовой продукции, включая информацию о номере плавки, марке стали, механических свойствах и точности геометрических размеров.
  4. Диспетчеризация производства, обеспечивающая учет  количества и состава готовой продукции, фактический расход материальных и энергетических ресурсов.
  5. Оперативный контроль состояния и распределения ресурсов: технологического оборудования, материалов,  инструментов и оснастки.
  6. Оперативное планирование расхода материальных (валки, проводки, масло) и энергетических (электроэнергия, газ, вода, воздух) ресурсов и времени для выполнения данного заказа.
  7. Формирование статистической информации об отказах оборудования, авариях и простоях для анализа и определения причин их возникновения.
  8. Планирование технического обслуживания и ремонтов в соответствии  с объемом произведенной продукции, выработкой ресурса оборудования с учетом замен и ремонтов по нештатным ситуациям.

В целом процесс производства прокатной продукции на непрерывном стане характеризуется показателями: производительностью за определенный период времени; удельным расходом топлива и электроэнергии; отношением массы поступивших заготовок к массе произведенной продукции (расходный коэффициент).

Для определения этих показателей в составе оборудования прокатного стана должны быть предусмотрены следующие компоненты: весы для взвешивания поступающих заготовок и готовой продукции; расходомер газа; счетчик электрической энергии; расходомер воды (при отсутствии оборотного цикла водоочистки в составе прокатного стана).

Согласно требованиям стандарта ISO 9001 любое производство материальной или интеллектуальной продукции должно быть представлено в виде последовательности  процессов с входными и выходными параметрами, которые могут быть измерены. Для условий непрерывного прокатного стана в соответствии с его технологической схемой размещения оборудования могут быть выделены процессы, показанные на рис. 2.

Для  приема заготовок контролируемыми параметрами являются размеры каждой заготовки (длина, ширина, высота) и ее масса, состояние поверхности, число заготовок. Дополнительными, непроверяемыми данными являются химический состав металла поступивших заготовок и марка стали. Для измерения вышеперечисленных параметров на участке загрузки заготовок в печь должны быть установлены весы и оптическая измерительная система, позволяющая определить как размер заготовки, так и такие ее расчетные параметры как криволинейность, стабильность площади сечения по длине.

В процесса нагрева металла контролируемыми параметрами является температура поверхности металла на выходе из печи, расчетная среднемассовая температура заготовок, расход газа, масса металла, выданного из печи. Для контроля качества нагрева металла в нагревательной печи обычно используют оптический пирометр, измеряющий температуру поверхности заготовок. Расчет среднемассовой температуры производят на основании математической модели процесса нагрева, входными данными для которой являются временные параметры прохождения заготовкой длины печи и температурные режимы по зонам. Для получения более достоверной информации о среднемассовой температуре заготовок можно использовать данные за цикл прокатки о энергозатратах электроприводов первых клетей черновой группы.

В процессе прокатки контролируемыми параметрами являются размеры проката, его профиль и масса.

Размеры на выходе прокатного стана должны определятся с помощью бесконтактных оптических (лазерных) измерительных приборов. В потоке стана для контроля размеров проката, выходящего из каждой клети можно использовать расчетные данные, полученные сопоставлением измеряемых кинематических и энергосиловых параметров (скорость и момент привода) с теоретической моделью энергозатрат.

В процессе термоупрочнения контролируемым параметром является температура металла. Определение температуры производят оптическим пирометром низкотемпературного диапазона и на основании расчета по математической модели, входными данными для которой являются расход воды и время нахождения металла в зоне охлаждения.

В процессе порезки металла на холодильник контролируемым параметром является длина прутков. Измерение длины осуществляют с помощью системы оптических датчиков в линии стана.

Для процесса пакетирования контролируемым параметром является число прутков в пакете. Подсчет числа прутков осуществляют с помощью емкостного датчика  и датчиков срабатывания механизма перекладывателя.

Для процесса порезки проката на товарные длины контролируемыми параметрами являются длина пакета и его масса. Длину пакета определяют  с  помощью системы оптических датчиков, а. массу пакета - с помощью весов в линии стана.

В процессе складирования контролируемым параметром является размещение продукции на площадях склада. Для контроля размещения продукции по складу используют систему бирок и устройств считывания.

В процессе отгрузки контролируемым параметром является масса продукции, которую определяют с помощью железнодорожных весов.

Минимальной отслеживаемой единицей при производстве проката является заготовка. Укрупненной отслеживаемой единицей является партия. Отслеживание прохождения партии по прокатному стану производится от момента ввода данных «Начало партии № ...» оператором поста загрузки до момента ввода данных «Конец партии №...» оператором ножниц холодной резки. В пределах одной партии заготовки нумеруются от 1 до n, где n- количество заготовок в партии. Присвоение номеров заготовкам в пределах одной партии осуществляется автоматически по срабатыванию механизма загрузки печи на интервале от поступления сигнала «Начало партии № ...» до момента ввода данных «Конец партии №...» оператором поста загрузки. С момента загрузки каждой заготовки в печь до момента ее выдачи для нее производят расчет теплового состояния. Для решения этой задачи рассчитывается ее положение в печи по сигналам срабатывания механизма перекладывателя.

С момента выдачи заготовки из печи ее положение в линии стана определяется по срабатыванию фотодатчиков и датчиков наличия металла в прокатных клетях. В случае «бурежек» металла на основании информации о работе аварийных ножниц и датчиков наличия металла в клетях, порезанные на скрап заготовки исключают из состава партии, а данные о количестве потерянного металла включаются в соответствующий раздел протокола отчетных данных.

Технически система реализована  на базе резервированного сервера для хранения данных и 24 автоматизированных рабочих мест (АРМ) административного и оперативного персонала.

Прикладное программное обеспечение (ПО) системы состоит из трех подсистем и двадцати шести  модулей. Структурная схема прикладного ПО приведена на рис. 3.

Рисунок 3 - Структура прикладного программного обеспечения системы оперативного управления производством сортового прокатного стана

Подсистема «Прокат» выполняет следующие функции:

  1. Ввод планового сортамента и объемов производства проката на следующий месяц.
  2. Расчет средних плановых показателей функционирования прокатного стана: объем производства проката и поступления металла (за час, за смену), затрат каждого вида энергоресурсов, продолжительности текущих простоев с разбивкой по службам (технологи, механики, электрики) и технологическим причинам (смена сорта и профилактика оборудования) и др.
  3. Расчет средних плановых показателей производства проката для каждой производственной бригады стана.
  4. Автоматический ввод текущего портфеля заказов на производство проката.
  5. Формирование производственных заданий стану  на требуемый оперативный интервал времени (смена, сутки) в соответствии с имеющимся портфелем заказов.
  6. Расчет параметров (сечение и длина) заготовок и массы металла, необходимых для выполнения производственного задания.
  7. Анализ состояния склада заготовок (номер плавки, марка стали, размеры, число и теоретическая масса заготовок).
  8. Формирование производственного задания предыдущему переделу (обжимному цеху) на производство и поставку заготовок требуемого сортамента и массы на требуемый оперативный интервал времени (смена, сутки, декада).
  9. Ввод оперативной информации (на начало каждой смены) о поступлении (наличии) металла (номер плавки, марка стали, химический состав, число заготовок, размеры, масса) на адьюстаже обжимного цеха.
  10. Формирование номера партии, ввод номера плавки, марки стали, химического состава стали, средних размеров и фактического числа заготовок назначенных к посаду и передача данной информации в АСУТП сортового стана.
  11. Оперативный поштучный учет движения металла на стане в разрезе плавок и партий: посадка и выдача металла (в прокатку и на возвратный стеллаж) из методической печи, прокатка (число прокатанных и «забуренных» заготовок), сдача проката на склад готовой продукции (число пакетов, длина, масса и сорт каждого пакета).
  12. Оперативный учет времени возникновения и длительности текущих простоев сортового стана, ввод причин каждого простоя.
  13. Оперативный учет расхода каждого вида энергоресурсов.
  14. Оперативный расчет отклонений фактических показателей хода производственного процесса (часовой объем поступления металла, часовой объем выпуска готовой продукции, расходный коэффициент металла, простои стана, расход энергоресурсов) от плановых.
  15. Оперативный анализ фактических производственных показателей каждой производственной бригады (средний расходный коэффициент, объем произведенного 
    проката, качество проката, среднее часовое производство, длительность текущих простоев).
  16. Оперативная корректировка выданных производственных заданий в соответствии с реальной производственной ситуацией.
  17. Прием информации с уровня АСУТП стана о фактических значениях параметров технологического процесса нагрева заготовок, прокатки и охлаждения проката.
  18. Оперативный анализ соответствия технологических режимов нагрева, прокатки и охлаждения проката, требованиям технических условий на производство проката.
  19. Выдача информационных сообщений оперативному персоналу о необходимости внесения коррекции в ход технологического процесса (проверка зазоров между валками - контроль на основании данных поступающих с уровня АСУТП стана).
  20. Формирование и печать производственных отчетов за требуемый интервал времени (смену, сутки, декада, месяц, квартал, полугодие, год).
  21. Представление данных в виде таблиц, диаграмм и графиков.
  22. Ведение базы данных нормативной и справочной информации сортового прокатного стана.

Подсистема «Валки» выполняет следующие функции:

  1. Автоматизированный расчет необходимого количества и формирование заявки на приобретение новых прокатных валков каждого типоразмера и исполнения на следующий год.
  2. Ввод и хранение информации о поступлении и расходе новых валков каждого типоразмера и исполнения.
  3. Оперативное предоставление инженерно-техническому и административно-управленческому персоналу прокатного стана информации о числе и паспортных данных новых прокатных валков находящихся на складе.
  4. Автоматизированное формирование отчетных документов о движении новых прокатных валков по складу (приход-расход).
  5. Автоматизированное формирование требований на изготовление новых и выполнение ремонта находящихся в эксплуатации комплектов прокатных валков.
  6. Ввод информации о поступлении на стан изготовленных и отремонтированных комплектов прокатных валков, эксплуатационных характеристик (фактический диаметр, число годных калибров) и местонахождения каждого комплекта.
  7. Автоматизированный расчет степени износа и формирование отчетов о техническом состоянии комплектов прокатных валков находящихся в эксплуатации.
  8. Автоматизированное формирование план-графика перевалок рабочих клетей прокатного стана.
  9. Учет выполненных перевалок рабочих клетей стана с указанием причины перевалки.
  10. Учет выполненных смен калибров каждого комплекта прокатных валков, с указанием причины перехода на новый калибр.
  11. Оперативное формирование и учет выполнения заданий на комплектацию рабочих и резервных клетей стана, необходимыми для выполнения производственного задания, комплектами прокатных валков.
  12. Автоматизированный учет числа установок, массы металла прокатанного каждым комплектом валков на каждом калибре и общего на комплект в текущей кампании (в текущем межремонтном интервале) и от момента ввода в эксплуатацию.
  13. Формирование списка прокатных валков и прокатных шайб (бандажей) подлежащих списанию в металлолом с указанием причины списания.
  14. Ведение базы данных списанных валков с сохранением всей характеризующей информации на момент списания.
  15. Автоматизированный расчет и анализ среднестатистической стойкости калибров прокатных валков.
  16. Ведение базы данных нормативной и справочной информации касающейся валкового хозяйства сортового стана.

Подсистема «Техническое обслуживание и ремонт» выполняет следующие функции:

  1. Формирование информационной базы данных оборудования стана.
  2. Планирование проведения технического обслуживания и ремонтов оборудования стана.
  3. Планирование и заказ запасных частей для выполнения технического обслуживания и ремонтов оборудования стана.
  4. Планирование и заказ материалов для выполнения технического обслуживания и ремонтов оборудования стана.
  5. Планирование и заказ ремонтных бригад.
  6. Мониторинг и управление выполнением поставки ресурсов.
  7. Учет поступивших ресурсов.
  8. Оценка готовности к проведению запланированных технических обслуживаний и ремонтов.
  9. Учет объема выполнения технических обслуживаний и ремонтов.
  10. Описание выполненных ремонтов (ведение агрегатного журнала).
  11. Учет фактического времени работы оборудования стана.
  12. Формирование и печать отчетных и заказных документов.
  13. Учет ресурсов, использованных при выполнении технических обслуживаний и ремонтов.

Какие же преимущества дает предприятию внедрение системы контроля качества и управления производством на сортовом прокатном стане?

Общее для всей производственной системы планирование и управление металлургическим производством дает возможность:

  • повысить производительность и загрузку оборудования, рационально использовать производственные и трудовые ресурсы;
  • снизить брак и число претензий к качеству за счет комплексного оценивания результатов испытаний и анализов с рекомендациями экспертной системы по улучшению техпроцесса;
  • повысить выход годного;
  • сократить время выполнения заказов за счет рационального планирования производства и уменьшения непроизводственных простоев;
  • снизить запасы сырья и незавершенного производства, технологической оснастки за счет статистической оценки реально необходимого для бесперебойной работы объема запасов;
  • повысить эффективность управления за счет полной прозрачности производства, комплексных данных о затратах, производительности и качестве продукции каждого звена.

НПО «ДОНИКС» приглашает к сотрудничеству металлургические предприятия, заинтересованные в повышении эффективности производства и конкурентоспособности продукции.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Система управления производством и качеством продукции электросталеплавильного и сортопрокатного цехов. Г.С. Сеничев., И.В. Виер., Д.С Каплан и др. // Сталь. 2006.- №7.-С.95-98.
  2. http://www.aisystems.be.
  3. http://www.quadinfotech.com.
  4. Опыт комплексной автоматизации процессов управления производством и качеством в подразделениях ОАО ММК. И.В. Виер, Д.С. Каплан, В.С. Сеничев и др. // Сталь. 2007.- №2.- С.125-128.


Top
Powered by CMS Danneo ®