Автоматизация технологического процесса переплава кусковой шихты в секционном кристаллизаторе
Предложена АСУТП переплава кусковой шихты в секционном кристаллизаторе, которая функционирует в операционной системе реального времени и использует цифровое управление оборудованием. АСУТП базируется на использовании архитектуры распределенных систем управления. Ее создание планируется в два этапа....
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96569 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Автоматизация технологического процесса переплава кусковой шихты в секционном кристаллизаторе / Е.В. Шаповалов // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 3 (108). — С. 31-34. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859483233067991040 |
|---|---|
| author | Шаповалов, Е.В. |
| author_facet | Шаповалов, Е.В. |
| citation_txt | Автоматизация технологического процесса переплава кусковой шихты в секционном кристаллизаторе / Е.В. Шаповалов // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 3 (108). — С. 31-34. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Предложена АСУТП переплава кусковой шихты в секционном кристаллизаторе, которая функционирует в операционной системе реального времени и использует цифровое управление оборудованием. АСУТП базируется на использовании архитектуры распределенных систем управления. Ее создание планируется в два этапа. На первом, – реализуется автоматизированная система научных исследований, а на втором, – проводится окончательная корректировка системы.
Automatic system of technological process control (ASTPC) for remelting of a lumpy charge in sectional mould is offered, which is functioning in on-line operational system and applies the digital control of equipment. ASTPC is designed with use of architecture of distributed systems of control. Its design is planned for two stages. At the first stage, the automatic system of research works will be realized, at the second one- final correction of system will be made.
|
| first_indexed | 2025-11-24T15:13:11Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.18.58
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА ПЕРЕПЛАВА КУСКОВОЙ ШИХТЫ
В СЕКЦИОННОМ КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ
Е. В. Шаповалов
Предложена АСУТП переплава кусковой шихты в секционном кристаллизаторе, которая функционирует в опера-
ционной системе реального времени и использует цифровое управление оборудованием. АСУТП базируется на исполь-
зовании архитектуры распределенных систем управления. Ее создание планируется в два этапа. На первом, – реа-
лизуется автоматизированная система научных исследований, а на втором, – проводится окончательная коррек-
тировка системы.
Automatic system of technological process control (ASTPC) for remelting of a lumpy charge in sectional mould is
offered, which is functioning in on-line operational system and applies the digital control of equipment. ASTPC is
designed with use of architecture of distributed systems of control. Its design is planned for two stages. At the first
stage, the automatic system of research works will be realized, at the second one- final correction of system will be made.
Ключ е вы е с л о в а : АСУТП; переплав кусковой ших-
ты; секционный кристаллизатор; безударное управление;
система реального времени
В секционном кристаллизаторе переплавляют в ос-
новном металлы и сплавы, активно взаимодейству-
ющие с воздухом в расплавленном состоянии [1].
В последнее время развивается технология получе-
ния крупных мультикристаллических слитков
кремния [2], используемого для изготовления пре-
образователей солнечной энергии в электрическую.
Переплавляемая шихта обычно представляет собой
некомпактный материал. Ее фракционный состав
охватывает диапазон от сотни микрон до кусков с
характерным размером 70…100 мм. При этом воз-
никают технологические трудности, связанные с са-
мим процессом подачи и плавления шихты, в том
числе с кристаллизацией и безопасностью процесса.
Стабильность процесса переплава кусковой
шихты и безопасность во многом зависят от мастер-
ства плавильщика. Поэтому с целью уменьшения
влияния человеческого фактора на протекание тех-
нологического процесса наиболее целесообразно ос-
нащать печи автоматизированными системами уп-
равления.
Автоматизация установки для переплава куско-
вой шихты в секционном кристаллизаторе предс-
тавляет собой сложную задачу, особенностью кото-
рой, с одной стороны, является отсутствие пол-
ностью формализованных алгоритмов управления
технологическим процессом а, с другой, – повы-
шение требований к надежности управления техно-
логическим процессом. Первое объясняется слож-
ностью и поэтому отсутствием точного математичес-
кого описания технологического процесса перепла-
ва кусковой шихты, второе, – уникальностью
кристаллической структуры, иногда высоким уров-
нем внутренних напряжений в слитке, выходящем
из секционного кристаллизатора. Последнее обсто-
ятельство требует применения технологических
операций по отжигу слитка непосредственно в печи.
При этом качество слитка обеспечивается точностью
поддержания параметров и непрерывностью всего
технологического процесса. Поэтому при разработ-
ке АСУТП целесообразно использовать подходы,
позволяющие создавать надежные контуры автома-
тического управления с высокой степенью готовнос-
ти к непредвиденным ситуациям, приводящим к
прерыванию технологического процесса [3].
Процесс переплава кусковой шихты состоит из
следующих операций:
предварительной подготовки;
подготовки оборудования к плавке;
плавки в секционном кристаллизаторе;
вытягивания и отжига слитка;
окончания процесса;
извлечения слитка из печи.
© Е. В. ШАПОВАЛОВ, 2012
31
Каждая операция выполняется в соответствии
со своим алгоритмом. В то же время особенно жес-
ткие требования предъявляются при выполнении
нескольких ответственных процедур, связанных с
обеспечением надежности управления в автомати-
ческом режиме. Они заключаются в следующем:
в случае аварийного отключения или отказа
вакуумных насосов в процессе вакуумирования тре-
буется немедленно отсечь вакуумируемое простран-
ство от элементов вакуумной системы с помощью
задвижки, что исключает попадание масла из насо-
сов в вакуумпровод и камеру печи;
необходимо обеспечить высоконадежное управ-
ление нагревом узла отжига (четыре секции), иск-
лючить отказ источника нагрева в целом или любой
секции нагрева;
требуется обеспечить высоконадежное управле-
ние высокочастотным генератором, т. е. переклю-
чение из уставки режима автономной работы в ус-
тавку режима дистанционного управления и обрат-
но следует выполнять безударным способом.
Скачкообразное изменение уставки не должно
превышать 1 % текущего значения. Это предотвра-
щает нарушение технологического процесса и ре-
жима работы высокочастотного генератора. Кроме
того, необходимо обеспечить повторный запуск вы-
сокочастотного генератора в случае непредвиденно-
го отключения.
Для упрощения АСУТП, повышения ее надеж-
ности и быстродействия наиболее целесообразно
цифровое управление оборудованием, которое осу-
ществляется с использованием архитектуры расп-
ределенных систем управления (РСУ) [3, 4]. На
рисунке представлена разработанная схема АСУТП
переплава кусковой шихты. В ней, кроме главного
модуля, цифрового управления с правом формиро-
вать запросы по шинам ПШ1 и ПШ2, имеются так-
же и другие периферийные модули, которые могут
только принимать информацию и отвечать на зап-
росы по шинам ПШ1 и ПШ2. Они предназначены
для замыкания локальных контуров управления и
реализации задач противоаварийной защиты.
АСУТП переплава кусковой шихты состоит из
объекта управления – установки противоаварий-
ной защиты (ПАЗ), распределенной системы РСУ
и обслуживающего персонала (оператора-технолога).
Система ПАЗ представлена единственным кон-
троллером ПЛК»1 с архитектурой «1оо2D». В его
задачу входит управление задвижкой, которая от-
Схема АСУТП переплава кусковой шихты; ИП1, ИП2, ИП3, ИП4, ИП5 – тиристорные источники питания; Тп1, Тп2, Тп3, Тп4,
Тп5, Тп6, Тп7, Тп8 – термопары
32
секает вакуумное пространство от элементов ваку-
умной системы (насосов). В случае остановки ра-
боты вакуумных насосов контроллер ПЛК#1 дол-
жен незамедлительно снять управляющее напряже-
ние с задвижки, вызывая тем самым ее закрытие,
что предотвращает всасывание вакуумного масла из
насосов в вакуумопровод.
РСУ состоит из контроллеров ПЛК#2, ПЛК#3,
ПЛК#4, ПЛК#5, ПЛК#6 и ПЭВМ, в состав кото-
рой входят контроллеры полевых шин ПШ1 и
ПШ2. Работает РСУ следующим образом.
Управляющая программа АСУТП переплава
кусковой шихты функционирует в операционной
системе реального времени, которая инсталлирова-
на в ПЭВМ. В ее задачи входят как интерактивное
взаимодействие с оператором-технологом посредс-
твом сенсорного жидкокристаллического монитора,
так и взаимодействие с главным контроллером
РСУ – ПЛК#2. Контактирование управляющей
программы ПЭВМ с ПЛК#2 представляет собой
периодическое считывание из ПЛК#2 состояния
технологического процесса и оборудования, а также
выдачу с заданным интервалом времени в ПЛК#2
уставок, которые регламентируют требуемое состо-
яние технологического процесса. Допускается вза-
имодействие управляющей программы с другими
контроллерами РСУ только в отладочном режиме.
Главный контроллер ПЛК#2 имеет архитектуру
«1оо2D», что обеспечивает повышенную надеж-
ность выполнения возложенных на него функций.
В его задачи входит следующее:
отработка алгоритмов стабилизации технологи-
ческого режима, который задается множеством ус-
тавок, формируемых управляющей программой из
ПЭВМ;
контроль состояния полевых шин ПШ1 и ПШ2
и своевременное реконфигурирование информа-
ционных потоков в случае отказа одной из них;
сбор, накопление данных о состоянии оборудо-
вания и контроллеров, а также выдача этой инфор-
мации в ПЭВМ;
сбор, накопление данных о состоянии техноло-
гического процесса, и выдача этой информации в
ПЭВМ.
В случае отсутствия связи с ПЭВМ контроллер
ПЛК#2 должен в течение предопределенного вре-
мени выполнять стабилизацию технологического
режима. При отсутствии связи с ПЭВМ более пре-
допределенного времени контроллер ПЛК#2 вы-
полняет программно контролируемый останов тех-
нологического процесса.
Если во время отсутствия связи с ПЭВМ прои-
зошел отказ какого-либо канала управления или
обратной связи в любом из контроллеров с архи-
тектурой «1оо2D» или «1оо2», то выполняется
«жесткий» останов технологического процесса не
более чем через 1 ч.
Два контроллера ПЛК#3 с архитектурой
«1оо2D» предназначены для реализации дистан-
ционного управления высокочастотными генерато-
рами, которые обеспечивают нагрев и поддержание
температуры расплавленной ванны материала слит-
ка выше температуры плавления в кристаллизато-
ре. Основная задача функционирования этих кон-
троллеров состоит в том, чтобы обеспечивать безу-
дарный переход с уставки для мощности генериро-
вания в местном режиме управления на уставку в
дистанционном режиме управления и обратно.
Каждый из контроллеров имеет в своем составе узел
электронного переменного резистора, который ими-
тирует сопротивление потенциометра местного уп-
равления. Это позволяет обеспечивать заданную
точность согласования уставки дистанционного ре-
жима относительно уставки местного управления
при выполнении переключения режима работы, а
также ограничивать динамику изменения уставки в
дистанционном режиме управления.
Контроллер ПЛК#4 имеет архитектуру «1оо2»,
что обеспечивает ему повышенную надежность счи-
тывания показаний температуры четырех секций
узла отжига. Для реализации функции аналогового
ввода от термопар их количество должно быть уве-
личено в два раза – до восьми (против четырех
термопар для архитектуры обычного контроллера
«1оо1»). Контроллер обеспечивает преобразование
сигналов термопар в показания температуры и по
запросу выдает эти значения в главный ПЛК через
шины ПШ1 и ПШ2.
Контроллер ПЛК#5 имеет архитектуру «1оо2»,
что обеспечивает ему повышенную надежность вы-
дачи управлений для источников питания нагревом
секций узла отжига. Количество источников пита-
ния увеличено до пяти (против четырех источников
питания для архитектуры обычного контроллера
«1оо1»). Из них четыре источника питания должны
выполнять непосредственный нагрев четырех сек-
ций узла отжига, а пятый – находиться в горячем
резерве. В случае отказа одного из четырех рабо-
тающий пятый источник должен немедленно быть
подключен вместо отказавшего. С этой целью в кон-
троллере ПЛК#5 имеется по пять каналов аналого-
вого вывода для формирования сигналов управления
источниками питания и аналогового ввода для сигна-
лов от датчиков тока (или напряжения) нагрузки.
Контроллер ПЛК#6 имеет архитектуру обыч-
ных контроллеров «1оо1» и не отличается повы-
шенной надежностью функционирования. В его за-
дачи входит ввод/вывод аналоговых и дискретных
сигналов от остального оборудования установки.
Контроллер ПЛК#6 конструктивно может быть раз-
мещен в отдельном шкафу с набором клеммников,
к которым подключаются цепи управления и обрат-
ной связи остального оборудования. Задачей функ-
ционирования контроллера является считывание
сигналов обратной связи и выдача сигналов управ-
ления на оборудование установки по командам, пос-
тупающим от главного контроллера через шины
ПШ1 и ПШ2.
33
Выводы
1. Разработанная архитектура надежной АСУТП
переплава кусковой шихты является гибкой и поз-
воляет развивать заложенную в ней концепцию за
счет наращивания как аппаратных средств, так и
алгоритмов функционирования.
2. Процесс реализации системы следует разбить
на два этапа. На первом на основе данной архитек-
туры целесообразно реализовать автоматизирован-
ную систему научных исследований, которая обес-
печит отработку технологии, выполнение необхо-
димого множества экспериментов и формализацию
процедур управления технологическим процессом.
На втором этапе с учетом полученных данных не-
обходимо уточнить технические требования и вы-
полнить окончательную корректировку системы.
1. Григоренко Г. М., Шейко И. В. Индукционная плавка в
холодных тиглях и охлаждаемых секционных кристалли-
заторах. – Киев: Сталь, 2006. – 320 с.
2. Солнечная энергетика и возможности индукционной гар-
нисажной плавки в холодном тигле для получения солнеч-
ного кремния (Обзор) / А. В. Шкульков, Ю. В. Черпак,
С. А. Позигун и др. // Индукционный нагрев. –
2009. – № 3. – С. 16—19.
3. Елизаров В. И., Харисов М. А., Ларионова Н. И. Безо-
пасность и методы резервирования АСУТП. – Казань:
Казан. гос. технол. ун-т., 2004. – 84 с.
4. Васильев Р. Р., Салихов М. З. Надежность и диагностика
автоматизированных систем: Курс лекций / Под ред.
З. Г. Салихова. – М.: МИСиС, 2005. – 92 с.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 25.06.2012
http://www.vsmpo.ru
Корпорация «ВСМПО-АВИСМА»
и ОАО «Пермский моторный завод»
подписали долгосрочное соглашение
на поставку титановой продукции
09 июля 2012 г. ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» подписало
соглашение с ОАО «Пермский моторный завод» на поставку про-
дукции из титановых сплавов на период с 2013 по 2015 г. Такой до-
лгосрочный контракт заключается впервые в истории делового парт-
нерства компаний, насчитывающего более пятидесяти лет.
В соответствии с условиями заключенной сделки, ВСМПО-АВИС-
МА поставит Пермскому моторному заводу полуфабрикаты из тита-
новых сплавов (прутки, листы, трубы, штамповки дисков и колец под
программы двигателей гражданского назначения и газотурбинных на-
земных установок). Суммарный объем продаж в рамках трехлетнего
договора составит более 45 млн дол. США.
ОАО «Пермский моторный завод» – российское предприятие, серийно производящее
авиадвигатели наиболее современной конструкции, которые успешно конкурируют с зарубежными
аналогами. Авиационные двигатели производства ОАО «ПМЗ» сегодня эксплуатируются более чем
в 20 ведущих авиакомпаниях России и зарубежных стран. Основу производственной программы
последних лет составляет авиационный двигатель ПС-90А и его модификации для пяти самолетов,
используемых в отечественных и зарубежных авиакомпаниях, в том числе в летном отряде
Президента РФ, а также газотурбинные установки 12 типов для предприятий нефтегазового и
энергетического комплекса.
34
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96569 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-24T15:13:11Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шаповалов, Е.В. 2016-03-18T13:07:53Z 2016-03-18T13:07:53Z 2012 Автоматизация технологического процесса переплава кусковой шихты в секционном кристаллизаторе / Е.В. Шаповалов // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 3 (108). — С. 31-34. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96569 669.18.58 Предложена АСУТП переплава кусковой шихты в секционном кристаллизаторе, которая функционирует в операционной системе реального времени и использует цифровое управление оборудованием. АСУТП базируется на использовании архитектуры распределенных систем управления. Ее создание планируется в два этапа. На первом, – реализуется автоматизированная система научных исследований, а на втором, – проводится окончательная корректировка системы. Automatic system of technological process control (ASTPC) for remelting of a lumpy charge in sectional mould is offered, which is functioning in on-line operational system and applies the digital control of equipment. ASTPC is designed with use of architecture of distributed systems of control. Its design is planned for two stages. At the first stage, the automatic system of research works will be realized, at the second one- final correction of system will be made. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Вакуумно-индукционная плавка Автоматизация технологического процесса переплава кусковой шихты в секционном кристаллизаторе Automation of technological process of lumpy charge remelting in sectional mould Article published earlier |
| spellingShingle | Автоматизация технологического процесса переплава кусковой шихты в секционном кристаллизаторе Шаповалов, Е.В. Вакуумно-индукционная плавка |
| title | Автоматизация технологического процесса переплава кусковой шихты в секционном кристаллизаторе |
| title_alt | Automation of technological process of lumpy charge remelting in sectional mould |
| title_full | Автоматизация технологического процесса переплава кусковой шихты в секционном кристаллизаторе |
| title_fullStr | Автоматизация технологического процесса переплава кусковой шихты в секционном кристаллизаторе |
| title_full_unstemmed | Автоматизация технологического процесса переплава кусковой шихты в секционном кристаллизаторе |
| title_short | Автоматизация технологического процесса переплава кусковой шихты в секционном кристаллизаторе |
| title_sort | автоматизация технологического процесса переплава кусковой шихты в секционном кристаллизаторе |
| topic | Вакуумно-индукционная плавка |
| topic_facet | Вакуумно-индукционная плавка |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96569 |
| work_keys_str_mv | AT šapovalovev avtomatizaciâtehnologičeskogoprocessapereplavakuskovoišihtyvsekcionnomkristallizatore AT šapovalovev automationoftechnologicalprocessoflumpychargeremeltinginsectionalmould |