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

Программное обеспечение автоматизированного рабочего места технолога роликовой закалочной машины

АННОТАЦИЯ

В октябре 2007г. на металлургическом заводе HSW-Huta Stali Jakościowych S.A. (Stalowa Wola, Польша) было реализовано программное обеспечение автоматизированного рабочего места технолога новой роликовой закалочной машины поставки НКМЗ. Выполненный сотрудниками ЗАО «НКМЗ» и НПО «Доникс» комплекс работ позволил обеспечить закалку листов толщиной 3-30мм широкого марочного сортамента. Все требования Заказчика по свойствам и плоскостности закаленных листов выполнены.

В статье описывается программное обеспечение автоматизированного рабочего места технолога роликовой закалочной машины, которое позволяет обеспечить заданные свойства листа за счет управления технологией закалки.


Роликовая закалочная машина (РЗМ) предназначена для двухсторонней закалки листового проката (также предусмотрена возможность ускоренного прерванного охлаждения листов) после их нагрева в проходной роликовой печи, расположенной в потоке  толстолистового стана 2150.

РЗМ обеспечивает возможность получения высокой скорости охлаждения в начальной стадии процесса закалки листов и малых скоростей в завершающей стадии, а также поддержание заданной плоскостности листов за счет сбалансированного теплоотвода с верхней и нижней поверхности листов. В системе охлаждения РЗМ предусмотрена возможность регулирования интенсивности охлаждения листов в широком диапазоне в зависимости от толщины листа и технологических требований к его структуре.

Закалке подвергаются листы из углеродистых, низколегированных, легированных и специальных марок сталей, поставляемых в соответствии с требованиями технических условий и стандартов. Толщина закаленных листов составляет от 3 до 30 мм, ширина от 1000 до 2150 мм и длина от 2000 до 12000 мм.


Конструктивно РЗМ выполнена в виде ряда верхних и нижних коллекторов, объединенных в две зоны интенсивного и три зоны малоинтенсивного охлаждения. В интенсивной зоне №1 использованы щелевые коллекторы («водяной нож») конструкции ЗАО НКМЗ, в остальных зонах - плоскофакельные форсунки фирмы «Lechler». Для управления охлаждением  все коллекторы РЗМ объединены в управляемые секции, расход воды в которых регулируется индивидуально. Всего в рассматриваемой РЗМ реализовано  7 верхних и 7 нижних управляемых секций охлаждения.

Управление процессом закалки осуществляется автоматизированной системой управления (АСУ) РЗМ, в состав которой входит автоматизированное рабочее место (АРМ) технолога. Программное обеспечение (ПО) АРМ технолога предназначено для управления процессом закалки, обеспечивающим производство высококачественных листов. ПО АРМ технолога автоматически обеспечивает АСУ РЗМ требуемыми в каждом конкретном случае данными для управления процессом закалки. Помимо автоматического режима работы, при котором требуемый режим закалки выбирается из базы данных, программное обеспечение АРМ технолога включает автономную математическую модель, с помощью которой технолог может рассчитать режим закалки для нового марочного сортамента или промоделировать интересующие его режимы закалки. Все фактические данные о ходе технологического процесса закалки сохраняются в базе данных, что позволяет выполнить анализ интересующих режимов.

Комплекс ПО АРМ технолога является прикладным программным обеспечением, которое работает под управлением операционной системы Windows XP с предустановленным ПО SQL SERVER 2005.

Структурная схема ПО АРМ технолога, включающая связи с другими элементами АСУ РЗМ, приведена на рис.1.

Рисунок 1 -  Структурная схема ПО АРМ технолога.


Рисунок 1 -  Структурная схема ПО АРМ технолога.


В соответствии с рис. 1, ПО АРМ технолога состоит из следующих компонентов:

  • Двухсоставной компонент «Режимные карты/Просмотр архива» представляет собой единый программный продукт и обеспечивает работу с режимными и технологическими картами, с базой данных в рамках СУБД MS SQL Server 2005, а также обеспечивает обмен информацией с другими программными компонентами.
  • Компонент «СУБД MS SQL Server 2005» является основным накопительным элементом АСУ РЗМ и обеспечивает хранение информации, которая поступает от компонента «Режимные карты/Просмотр архива» (информация по режимным и технологическим картам) и от АРМ системы измерения температур. Кроме того, компонент «СУБД MS SQL Server 2005» является источником информации для АРМ удаленного доступа, который обеспечивает доступ к архивным данным в режиме просмотра.
  • Компонент «OPC-сервер» предназначен для связи компонента «Режимные карты/Просмотр архива» с сервером АСУ РЗМ.
  • Компонент «Модель» предназначен для расчета режимных карт закалки для нового марочного и/или размерного сортамента, отсутствующего в базе данных.

Все компоненты ПО АРМ технолога (кроме динамической библиотеки доступа Donix.dll) работают на ресурсах одной рабочей станции.

ПО АРМ технолога взаимодействует со следующими компонентами:

  • АРМ оператора (сервер АСУ РЗМ) - представляет собой ПО рабочего места оператора, разработанное в среде SCADA-системы WinCC. Данное ПО с помощью компонента «OPC-сервер» обменивается информацией с компонентом «Режимные карты/Просмотр архива» (оба компонента входят в состав ПО АРМ технолога).
  • АРМ системы измерения температур - представляет собой ПО, предназначенное для измерения температуры листа перед и после РЗМ. Данное ПО передает данные о температуре листа элементу «СУБД MS SQL Server 2005» ПО АРМ технолога с помощью разработанной библиотеки доступа Donix.dll, которая является интерфейсом между указанными компонентами АСУ РЗМ и располагается на рабочей станции АРМ системы измерения температур.
  • АРМ удаленного доступа - фактически представляет собой функционально ограниченный вариант элемента «Режимные карты/Просмотр архива» ПО АРМ технолога, ориентированный на работу только с теми данными, которые хранятся в базе данных элемента «СУБД MS SQL Server 2005».


Компонент «Режимная карта» предназначен для решения задач, связанных с выбором, корректировкой режимных карт закалки, обмена оперативными данными с сервером WinCC АСУ РЗМ и формированием технологических карт закаленных листов и выполняет следующие основные функции:

1) Выбор требуемой режимной карты из базы данных (режимная карта содержит всю необходимую информацию для настройки РЗМ при закалке листа данного марочного и размерного сортамента).

2) Передача серверу АСУ РЗМ данных выбранной режимной карты:

  • идентификатор листа;
  • группа режимных карт, в которую входит данная режимная карта;
  • температура охлаждающей воды, для которой рассчитана режимная карта;
  • критическая скорость закалки листов (минимально необходимая скорость охлаждения в интервале температур мартенситного превращения - обычно от 800°С до 400°С, этот интервал назван 1-м диапазоном);
  • расчетная скорость охлаждения в 1-м диапазоне температур;
  • наибольшая рекомендуемая скорость охлаждения листов ниже мартенситной точки (обычно от 400°С до 70°С, этот интервал назван 2-м диапазоном);
  • расчетная скорость охлаждения во 2-м диапазоне температур;
  • заданный расход воды для верхней и нижней секции интенсивного охлаждения №1 (щелевые коллекторы);
  • заданный расход воды для верхних и нижних секций интенсивного охлаждения №2 и №3;
  • заданный расход воды для верхних и нижних секций малоинтенсивного охлаждения №1-4;
  • заданный зазор между роликами РЗМ;
  • заданную скорость перемещения листа в РЗМ;
  • заданную температуру листа на выходе из печи (температуру нагрева);
  • заданную ширину участка охлаждения.


3) Получение данных от сервера АСУ РЗМ:

  • идентификатор листа;
  • код марки стали листа;
  • размеры листа;
  • вид термообработки;
  • фактические расходы воды для управляемых секций охлаждения;
  • фактическая скорость перемещения листа в РЗМ;
  • температура листа на выходе из РЗМ;
  • температура охлаждающей воды;
  • фактический зазор между роликами РЗМ;
  • фактическая ширина охлаждения;
  • количество превышений наибольших заданных усилий вследствие коробления листа и др. причин;
  • режим работы РЗМ;
  • признак "аварии" работы РЗМ;


4) Обмен с сервером АСУ РЗМ служебной информацией (признаки расчета и т.д.);

5) Формирование технологических карт закаленных листов и запись их в базу данных (технологическая карта - данные, содержащие информацию о фактическом режиме закалки конкретного листа).


Компонент «Архив» предназначен для работы с базой данных ранее закаленных листов и выполняет следующие основные функции:

1)      Выбор, просмотр и редактирование режимных карт закалки.

2)      Выбор и просмотр технологических карт закаленных листов за заданный промежуток времени.

3)      Формирование и печать режимных и технологических карт, производственных отчетов за заданный промежуток времени.


Компонент «OPC-сервер» предназначен для обмена информацией между компонентом «Режимная карта/Просмотр архива» ПО АРМ технолога и ПО АРМ оператора (сервером АСУ РЗМ) с помощью технологии OLE for Process Controls (OPC). Входные данные ПО АРМ технолога необходимы как для управления выбором или расчетом режимной карты, так и для ведения архива отчетов. Выходные данные, которые являются фактическим режимом закалки, обновляются после загрузки в печь нового листа.


Компонент «Модель» предназначен для расчета режимных карт закалки нового марочного и/или размерного сортамента и выполняет следующие основные функции:

1)      Расчет режимной карты в диалоговом режиме.

2)      Сохранение вновь рассчитанной режимной карты в базе данных.

Изменение температуры листа при его прохождении через последовательно расположенные зоны охлаждения рассчитывается путем численного решения уравнения нестационарной теплопроводности с предварительно рассчитанными коэффициентами теплоотдачи с верхней и нижней поверхности. В расчете учитываются: толщина и ширина листа, скорость его движения, теплофизические характеристики материала, расходы воды по секциям охлаждения, тип и конструктивные параметры охлаждающих устройств, исходная температура поверхности, температура воды.

Главным визуальным компонентом ПО АРМ технолога является программный компонент «Режимные карты/Просмотр архива», который представляет собой полноэкранное приложение ОС Windows  и предоставляет пользователю наиболее полный доступ ко всем функциям ПО АРМ технолога. Учитывая, что разработанное программное обеспечение внедрялось в Польше, интерфейс программы был разработан на польском, русском и английском языках.

Общий вид оконного интерфейса программы приведен на рис. 2


Рисунок 2 - Общий вид интерфейса программы. Главное окно программы.

Рисунок 2 - Общий вид интерфейса программы. Главное окно программы.


Визуальный интерфейс программы состоит из трех основных областей:

  • Главное меню - используется для переключения между основными режимами работы программы, вывода служебной информации, а также для доступа к специфическим функциям.
  • Панель инструментов - используется для быстрого переключения между режимами работы программы.
  • Рабочая область - содержит различную информацию в зависимости от конкретного режима работы программы.


Всего предусмотрено семь основных режимов работы программного обеспечения:

Режим «Главное окно программы» является информационным и используется для вывода на экран оперативной информации различного типа без возможности редактирования. Главное окно программы состоит из следующих основных областей:

  • «Текущая технологическая карта», содержит общую информацию о технологической карте;
  • «Расходы воды по секциям, м3/ч», содержит информацию о заданных и фактических расходах воды для каждой управляемой секции охлаждения;
  • «Температура нагрева, °С», содержит информацию о заданной, минимальной, максимальной и средней температуре нагрева листа, а также о стандартном отклонении. Информация о температуре в разных зонах листа может быть оценена по графическому изображению поверхности листа. Температура на изображении кодируется цветом (от голубого к красному по мере повышения температуры);
  • «История технологических карт», содержит информацию об истории изменения технологических карт;
  • «Журнал событий», содержит информацию о последних событиях, которые были зафиксированы системой фиксации событий ПО АРМ технолога;
  • «Система», содержит информацию о текущем состоянии работы АРМ технолога (режим работы, вид термообработки и т.д.).
  • «Текущий лист», содержит информацию о текущем листе.


Режим «Режимные карты» предназначен для просмотра, редактирования, фильтрации и печати режимных карт. Структурно окно состоит из таблицы с информацией о режимных картах и панели кнопок управления. Таблица режимных карт содержит подробную информацию, входящую в состав каждой режимной карты, такую как номер группы режимных карт, размеры листа, температуры нагрева листа и охлаждающей воды, скорость охлаждения листа по диапазонам, скорость листа в РЗМ, зазор между роликами, расходы воды по управляемым секциям охлаждения и т.д.

Режим «Технологические карты» предназначен для просмотра, редактирования, фильтрации и печати технологических карт. Структурно окно состоит из таблицы с информацией о технологических картах, области дополнительной информации и панели кнопок управления. Помимо таблицы с технологическими картами, из этого режима возможен вызов расширенной информации по выбранной технологической карте, включая информацию о распределении температуры нагрева листа в табличном, двух или трехмерном представлении. В этом режиме предусмотрен также ввод информации о качестве обработанных листов.

Режим «Справочник марок сталей для РЗМ» предназначен для просмотра, редактирования и печати информации по маркам сталей, которые применяются в технологическом процессе закалки листов. В этом режиме предусмотрена возможность добавления (создания) новых групп режимных карт. Под группой режимных карт понимаются режимные карты, которые имеют однозначное значение следующих пяти признаков:

  • Диапазон температур нагрева листа в печи перед закалкой, °С;
  • Критическая скорость закалки листов в интервале мартенситного превращения (в 1-м диапазоне температур);
  • Требуемая скорость охлаждения листов ниже мартенситной точки (во 2-м диапазоне температур);
  • Граница между 1-м и 2-м диапазонами температур;
  • Класс стали по теплофизическим свойствам (справочно).

Окно режима состоит из следующих элементов:

  • Вкладка «Общая информация» - содержит таблицу с общей информацией о марках стали;
  • Вкладка «Химический состав» - содержит информацию о химическом составе марок сталей;
  • Вкладка «Группа режимных карт» - содержит информацию о параметрах групп режимных карт.


Режим работы «Модель» предназначен  для расчета режимных карт закалки листов в РЗМ. Расчет может производиться в автоматическом и диалоговом режимах.

В диалоговом режиме пользователь самостоятельно задает расходы воды по зонам охлаждения РЗМ и в результате единичного расчета получает скорость охлаждения металла в двух регламентированных диапазонах температур (до и после точки мартенситного превращения). После этого пользователь может либо скорректировать расходы воды и повторить расчет, либо, если результаты расчета его устраивают, сохранить их в виде режимной карты.

В автоматическом режиме программа решает обратную задачу и самостоятельно рассчитывает расходы воды, обеспечивающие заданные скорости охлаждения. При этом возможны два варианта автоматического режима:

  • расчет одной режимной карты;
  • расчет всей группы режимных карт для сталей одного класса (группа режимных карт охватывает весь размерный сортамент РЗМ и возможный диапазон температуры охлаждающей воды).


Адаптация ПО АРМ технолога. Для адаптации разработанного программного обеспечения автоматизированного рабочего места технолога были проведены экспериментальные исследования нагрева в проходной роликовой печи и последующего охлаждения в РЗМ опытного листа с термопарами. По результатам экспериментальных исследований была адаптирована математическая модель, с помощью которой были рассчитаны режимные карты закалки.

Для экспериментальных исследований использовался лист длиной 2000 мм, шириной 1250 мм и толщиной 30 мм из стали 45. По оси листа на расстоянии 600мм от заднего конца была установлена цилиндрическая пробка с термопарами. Материал пробки соответствует материалу листа, а ее высота соответствует толщине листа. Верхнее и нижнее основания пробки устанавливается заподлицо с поверхностями листа. От места установки пробки до заднего конца листа выполнен паз для размещения термопар, который сверху закрывается металлическими пластинками. Для измерения температуры листа в процессах нагрева и охлаждения в РЗМ использовался термопарный кабель КТМС-ХА с диаметром оболочки 4мм и диаметром термоэлектродов 0,85 мм. Всего в измерительной схеме задействовано две термопары длинной 40 м каждая. Для регистрации термоЭДС была разработана компьютеризированная система сбора данных с термопар. Всего было проведено 9 экспериментов, которые отличались различной температурой нагрева листа в проходной роликовой печи, расходами воды и скоростью транспортировки листа. Результаты одного из экспериментов приведены на рис.3.

Рисунок 3 - Изменение температуры опытного листа при прохождении его через РЗМ.

Рисунок 3 - Изменение температуры опытного листа при прохождении его через РЗМ.



На рисунке показаны:

И1В(Н), И3В(Н) - расходы воды в верхних (нижних) секциях №1 и №3 интенсивного охлаждения; МИ2В(Н), МИ3В(Н) - расходы воды в верхних (нижних) секциях №2 и  №3 малоинтенсивного охлаждения;  V - скорость перемещения листа в РЗМ; Vохл - скорость охлаждения на отмеченном временном диапазоне.


Заключение. Разработано и внедрено в промышленную эксплуатацию комплексное программное обеспечение АРМ технолога РЗМ, предназначенное для расчета режимных карт закалки листов различного размерного и марочного сортамента и управления процессом их закалки.

В период гарантийных испытаний с использованием ПО АРМ технолога было произведено более 400 тонн товарной продукции. Требования к закаленным листам, предъявленные Заказчиком, выполнены в полном объеме.

Результаты работы могут быть использованы при разработке автоматизированных систем управления роликовыми закалочными машинами, а также других систем принудительного охлаждения металла в потоке толстолистовых и широкополосных станов.

Выполненная работа продолжает серию разработок НПО «Доникс» в области создания термоупрочняющих агрегатов с системами автоматического управления.

Авторы:

Остапенко А.Л., Бейгельзимер Э.Е., Егоров Н.Т., Гончаров Н.В., Миненко Н.В (отдел листопрокатного производства НПО «Доникс»)

Кузьмин А.В., Козленко Д.А., Цололо С.А. (отдел автоматизации НПО «Доникс»)

Гриценко С.А., ВакуленкоА.М., Кожевников Г.В. (ЗАО «НКМЗ»)


Статья опубликована в Бюллетене научно-технической и экономической информации "Черная металлургия" Выпуск 8(1304) 2008



Top
Powered by CMS Danneo ®