Система распределённого сбора и обработки данных агрегата АВО-7

История создания системы

ООО «ВИЗ-Сталь» – ведущий производитель холоднокатаной электротехнической стали и крупнейший производитель трансформаторной стали в России. Доля «ВИЗ-Стали» в мировом производстве трансформаторной стали составляет около 11%. Более 80% продукции отгружается на экспорт.

В настоящее время «ВИЗ-Сталь» занимается внедрением системы управления производством цеха холодной прокатки – системы MES компании PSI Metals. В связи с этим перед специалистами ООО «НПП «АИС» была поставлена задача создания системы распределённого сбора и обработки данных (РСОД) агрегата выпрямляющего отжига АВО-7. Сис­тема РСОД создавалась с целью оснащения технологического процесса об­работки металла на агрегате АВО-7 автоматизированной системой. Она предназначена для сбора и обработки информации о значениях технологических параметров и о возникающих производственных событиях, а также для передачи систематизированных данных в систему MES. Помимо этого на систему РСОД возложены функции отображения информации, привязки значений технологических параметров к длине полосы металла определённого рулона и двустороннего обмена данными с системой MES (система РСОД не только передаёт информацию в систему MES, но и получает от неё технологические задания с исходными данными, запросы на определённые операции, извещения о приёме некоторых сообщений).

В дальнейшем подобными системами планируется оснастить все агрегаты цеха холодной прокатки (ЦХП). Ре­ше­ние о первоочередном внедрении системы РСОД именно на агрегате АВО-7 было принято в силу того, что на этом агрегате к тому времени уже функ­ционировал ряд разрозненных устройств КИПиА и программно-технических комплексов (ПТК), контролирующих различные технологические параметры. Эти устройства КИПиА и ПТК были разработаны и внедрены разными организациями в разное вре­мя и имеют различную программно-аппаратную архитектуру.

Структура системы проектировалась таким образом, чтобы максимально за­действовать ресурсы технических и про­граммных средств имеющихся уст­ройств КИПиА и ПТК. В силу этого решение задачи сбора и обработки данных потребовало разработки и реализации различных программно-аппаратных интерфейсов, с помощью которых возможно было бы собрать все необходимые данные с существующих устройств КИПиА и ПТК.

Таким образом, в описываемом проекте в качестве объекта автоматизации рассматривался агрегат АВО-7 с функционирующими на нём устройствами КИПиА и ПТК (далее – подсистемы АВО-7). Подсистемы АВО-7 были представлены в составе:

• устройства контроля температурных и газовых режимов;
• цифровые весы;
• автоматизированная система учёта магнитных свойств электротехнической стали (АСУ МСЭС) в части локального устройства агрегата АВО-7;
• измеритель плоскостности ИП-4;
• магнитно-измерительный комплекс (МИК), состоящий из
  – измерителя толщины покрытия,
  – измерителя тока Франклина,
  – измерителя индукции и потерь намагничивания.

Концепция сбора данных

Агрегат АВО-7 предназначен для выполнения технологических операций по выпрямлению полосы металла после высокотемпературного отжига и нанесению на её поверхность электроизоляционного покрытия (ЭИП). На рис. 1 показана выходная часть агрегата АВО-7.

Для обеспечения непрерывного технологического процесса обработки металла отдельные рулоны (полосы металла) соединяются с помощью транспортного шва, который выполняется на листо-сшивной машине. Все измеренные технологические параметры необходимо привязывать к длине полосы относительно транспортного шва.

Таким образом, помимо сбора и обработки данных о значениях технологических параметров возникает за­дача отслеживания точного времени прохождения транспортного шва в мес­тах расположения измерительных преобразователей – формирование диаграммы значений технологических параметров по длине полосы металла. При этом необходимо учитывать, что агрегат состоит из входной, технологической и выходной частей, которые раз­деляются петлевыми устройства­ми – накопителями, обеспечивающими постоянную скорость движения металла в технологической части агрегата при останове во входной или выходной частях, то есть фактически скорости движения металла в разных частях агрегата различны.

Отслеживание точного времени прохождения транспортного шва в контрольных точках выполняется методом обработки сигналов с листосшивной машины, датчиков контроля отверстий и инкрементных энкодеров. По сигналу с листосшивной машины опре­деляется положение транспортного шва во входной части агрегата. Положение транспортного шва в технологической и выходной частях агрегата определяется с помощью датчиков контроля отверстий ДКО-2 (рис. 2). 

Эти датчики срабатывают по наличию отверстия, выполненного пер­соналом ЦХП на листосшивной машине на полосе металла вблизи транс­портного шва. Скорость движения полосы металла измеряется по сигналам с инкрементных энкодеров ЛИР-158, установленных на приводах разматывателей, тянущих роликов, петлевых устройств, а также по сигналам с тахогенераторов, установленных на моталках.

Длина полосы металла также является изменяемой величиной. Во входной части агрегата перед соединением концов полос непрокатанные участки от наружных витков рулонов вырезают.

В выходной части агрегата выполняют отбор проб для испытания магнитных, электроизоляционных и механических свойств, производят отмотку металла с низким уровнем электромагнитных свойств ЭИП, а также вырезают транспортный шов. Поэтому помимо сбора и обработки данных система обеспечивает учёт следующих производственных событий:

• установка рулона металла на разматыватель – принятие рулона в обработку;
• частичное или полное снятие рулона с разматывателя;
• вырезка непрокатанных участков от наружных витков рулонов;
• отбор проб;
• снятие рулона с моталки – завершение обработки рулона;
• взвешивание рулона.

События установки рулонов на разматыватели, а также частичного или полного снятия рулонов с разматывателей регистрируются с помощью ультразвуковых датчиков расстояния SICK.

Архитектура системы

Система реализована в виде трёхуровневого комплекса технических средств.

Нижний уровень включает в себя первичные и вторичные преобразователи сигналов, характеризующих технологические параметры, а также датчики контроля положения и состояния оборудования агрегата. Этот уровень выполняет функции формирования сигналов технологического контроля.

Средний уровень использует модули удалённого ввода аналоговых и дискретных сигналов, а также модули удалённого ввода частотно-импульсных сигналов семейства ADAM компании Advantech (рис. 3). Здесь реализуются следующие функции:

• сбор и преобразование в цифровую форму сигналов от датчиков, преобразователей, оборудования агрегата;
• передача данных верхнему уровню.

Верхний уровень состоит из объединённого автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора, представленно­го компьютером промышленного испол­­нения фирмы Advantech, и пульта контролёра ОТК для ввода данных о дефектах полосы обрабатываемого металла, пред­ставленного панелью оператора фир­мы Weintek. Функ­ции верхнего уровня:

• обмен данными с системой MES;
• сбор данных с подсистем АВО-7;
• приём данных от среднего уровня;
• приём данных, вводимых оператором и контролёром ОТК;
• обработка, анализ и хранение (архивирование) полученных данных;
• отображение информации о состоянии контролируемого оборудования и ходе технологического процесса;
• регистрация значений технологических параметров с привязкой к длине полосы металла относительно транспортного шва;
• регистрация штатных и аварийных событий;
• предупредительная и аварийная сигнализация;
• автоматическая диагностика;
• формирование и выдача отчётной документации.

Схема функциональной структуры системы приведена на рис. 4.

Описание управляющей программы АРМ оператора

Управляющая программа АРМ оператора разработана с помощью Microsoft Visual C# и имеет модульную архитектуру. Архитектура управляющей программы АРМ оператора представлена на рис. 5.

Управляющая программа АРМ оператора системы РСОД предоставляет для работы многооконный графический интерфейс (рис. 6). 

Он разработан с учётом удобства использования оператором. Работа оператора с управляющей программой АРМ выполняется в диалоговом режиме. При возникновении определённых событий управ­ляющая программа выводит диалоговые окна для подтверждения действий персонала цеха либо для ввода дополнительной информации о ходе технологического процесса.

При установке рулона полосы металла на разматыватель управляющая программа запрашивает у системы MES входные данные рулона и принимает его в обработку. Во время обработки полосы металла на агрегате управляющая программа собирает и обрабатывает информацию с модулей удалённого ввода сигналов, подсистем агрегата, пульта контролёра ОТК и в систематизированном виде отправляет данные о ходе технологического процесса, из­меренных значениях технологических параметров, де­фектах металла в систему MES. По окончании обработки управляющая программа от­правляет в систему MES информацию о характеристиках обработанного металла.

Обмен данными между системой распределённого сбора данных агрегата АВО-7 и системой MES реализован с помощью PSIiface – инструмента PSI. PSIiface использует обмен данными посредством телеграмм с заранее определённой структурой. В качестве транспортного уровня обмена используются таблицы баз данных (БД). Для работы с локальной и транспортной БД используется система управления БД Microsoft SQL Server. Ло­кальная база данных предназначена для хранения ар­хива событий и параметров, транспортная – для обмена телеграммами с системой MES.

Описание пульта контролёра ОТК

Для ввода данных о дефектах система РСОД оборудована промышленной сенсорной панелью оператора – пультом контролёра ОТК (рис. 7), расположенным вблизи моталок. Ввод данных о дефектах производится в диалоговом режиме.

Все дефекты сгруппированы по вкладкам в соответствии с местом их возникновения. При обнаружении начала дефектного участка контролёр ОТК нажимает кнопку кода дефекта на сенсорной панели пульта и вводит дополнительные параметры, характеризующие дефект:

• категория;
• сторона (верх/низ);
• ширина;
• сторона задания глубины (лево/право);
• глубина.

По окончании дефектного участка контролёр должен нажать кнопку «От­править» для передачи информации в систему. Система выполняет подсчёт длины и определяет положение дефектного участка. Систематизированная информация о дефектах отправляется в систему MES при снятии рулона с мо­талки.

С помощью этого пульта контролёры ОТК могут вводить информацию о дефектах непосредственно на месте их визуального определения, что повышает эффективность работы контролёров.

Уникальные особенности проекта 

Структура технических средств и структура программного обеспечения представленной системы имеют модульную архитектуру, подразумевающую лёгкость наращивания функциональных и технических возможностей при возникновении необходимости модернизации системы или добавления функций автоматического управления механизмами агрегата.

Разработанное решение благодаря своей модульности так­же может быть перене­сено на другие агрегаты цеха с минимальными за­тратами на разработку и внедрение. ● 

E-mail: shustova-ms@mail.ru