Система измерения уровня чугуна в миксеровозе во время выпуска (ОАО «Северсталь»)

Назначение системы

 Система измерения уровня чугуна в миксеровозе во время выпуска

 (далее Система) предназначена для автоматического бесконтактного измерения уровня жидкого чугуна в миксерах, выпускаемого из доменной печи (ДП) №5, непосредственно во время налива чугуна в миксеры. На основе измерений Система осуществляет:

 - измерение уровня чугуна в миксере в процессе его наполнения; 

 - определение положения миксера относительно оси слива чугуна из качающегося желоба;

 - вычисление веса чугуна в миксере в процессе налива;

 - ручной ввод номера миксера;

 - уровня чугуна и его веса на широкоформатном световом табло;

 - отображение положения миксера относительно оси качающегося желоба на табло машиниста;

 - визуализацию и создание базы данных контролируемых параметров с привязкой к номеру выпуска и номеру миксера;

 - передачу на верхний уровень АСУ в экспертную систему цеха оценку веса чугуна за выпуск и всех контролируемых параметров с привязкой к номеру выпуска и номеру ковша.

 Система позволяет получать информацию о количестве чугуна, выпускаемого на четырех летках.

 Структура и состав Системы

 Система состоит из восьми комплектных блоков: приборного блока и операторской панели - для отображения измеряемого уровня и ввода номера миксера, двух широкоформатных табло, модуля связи и центральной ЭВМ системы. Дополнительно система содержит восемь подсистем для измерения позиции центров горловин миксеров относительно осей качающихся желобов.

       На каждом из четырех проемов в стену укрытия устанавливаются приборные блоки по два на каждое укрытие. Общее количество приборных блоков – восемь штук. Приборный блок содержит радарный блок с уровнемером УЛМ-11 фирмы ЛИМАКО  и блок контроля позиции миксера на базе цифровой видеокамеры (рисунок 1). Микроволновое излучение уровнемера направляется на поверхность чугуна в миксер отражателем, установленным на штанге. Штанга поворачивается в горизонтальной плоскости электроприводом, обеспечивая ее установку в рабочее или сложенное положения для обеспечения ремонта желоба. 

 Рисунок 1 – Приборный блок: а) – рабочее положение; б) - сложенное положение 

 Установка штанги в рабочее положение осуществляется автоматически при включении электропитания операторской панели (рисунок 2 ). 

Рисунок 2 - Расположение радарных блоков на проеме. Штанги отражателей в рабочем положении (вид сверху)

Рисунок  3 - Расположение радарных блоков на проеме. Штанги отражателей в нерабочем положении (вид сверху)

При выключении электропитания операторской панели штанга автоматически убирается в сложенное положение (рисунок 3 ).

 Перевести штангу в сложенное положение также можно с помощью кнопок управления расположенных на операторской панели.

      Подсистема измерения уровня чугуна в миксере состоит из операторской панели и радарного уровнемера (датчика уровня), установленных на каждой стороне слива чугуна и широкоформатного табло. Д ве операторских панели ОП, располагаются на стене в непосредственной близости от пультов управления наливом. Операторская панель оснащена монитором, выключателем питания, кнопками аварийного отключения электропитания, а также содержат элементы звуковой аварийной сигнализации процесса наполнения миксера и световой индикации наличия напряжения питания, состояния оборудования, кнопок управления положением штанги.

Рисунок 4 – Внешний вид и габариты операторской панели

 Операторская панель содержит промышленный компьютер , получающий информацию от радарного уровнемера по цифровой линии связи RS-485. К компьютеру подключен монитор , на который выводится текущая информация об уровне чугуна в графическом и цифровом видах. Оператор вручную вводит номер миксера и номер выпуска, используя встроенную клавиатуру  на операторской панели. При достижении максимального уровня в операторской панели включается звуковой сигнал. С операторской панели также осуществляется ручное управление положением штанги отражателя. Данные из операторской панели передаются на центральную ЭВМ через беспроводную линию связи стандарта Wi-Fi. Д ля отображения информации о текущем уровне чугуна в ковше и весе налитого чугуна служит широкоформатное табло, оно размещается таким образом, чтобы его было видно с двух проемов слива чугуна одновременно, и в тоже время , в стороне от центра летки, чтобы в случае открытия летки, брызги жидкого чугуна и шлака не долетали до него.

      П одсистемы для измерения позиции центров горловин миксеров относительно осей качающихся желобов осуществляют обработку изображения горловины миксера и расчет её центра, свободного от шлака и иных наростов (козлов). Измеренное положение горловины миксера относительно оси качающегося желоба передается в режиме реального времени одновременно на два табло машиниста. Кроме того, позиция миксера и изображение горловины миксера отображается на мониторе операторской панели.

     Центральная ЭВМ отображает всю измерительную информацию на мониторе в реальном режиме времени, ведет журнал измерений, журнал работы оборудования, передает данные о весе чугуна за выпуск в цеховую АСУ. На центральной машине имеется возможность просмотреть журнал измерений в виде графиков за определенный промежуток времени.

Назначение и взаимосвязь элементов Системы

На рисунке 5 показана функциональная схема Системы.

Рисунок 5 – Функциональная схема системы измерения уровня чугуна в миксеровозе во время выпуска на ДП №5 : БПМ - Блок измерения позиции миксера; Wi-Fi – Беспроводная сеть системы; ОП -  Операторская панель;

 РБ - Радарный блок; ТМ - Табло машиниста; ЦЭВМ - Центральная ЭВМ  Системы; ШТ - Широкоформатное табло; ИСС – Информационная сеть системы

    Центральная ЭВМ системы (ЦЭВМ) устанавливается на ЦПУ ДП-5 (обогреваемое помещение). Эта машина подключена к цеховой информационной компьютерной сети по стандартной сети Ethernet 100 Мбит через маршрутизатор.

    Радарные блоки РБ приборного блока измерения уровня чугуна подключены к операторским панелям ОП. Операторская панель ОП рассчитана на подключение одного радарного блока. Операторские панели ОП располагаются в непосредственной близости от пультов управления наливом. На операторские панели ОП выводится информация о текущем уровне чугуна, его весе, номере миксера и номере выпуска. Панели оборудованы звуковой сигнализацией достижения заданного уровня чугуна в миксере, а также клавишной клавиатурой для ручного ввода номера наливаемого миксера. На время ремонтных работ на проеме операторские панели закрывается защитными крышками. Подключение пультов к центральной ЭВМ системы осуществляется через беспроводное Wi-Fi соединение. Питание операторской панели осуществляется напряжением 220В частотой 50 Гц.  К центральной ЭВМ подключены два широкоформатных табло , расположенных в цехе. Данные об измерениях уровня чугуна отображаются на широкоформатных информационных табло в реальном режиме времени. На каждое широкоформатное табло выводится информация о текущем уровне чугуна в миксере и его весе. Подключение к информационной сети Системы ИСС осуществляется через беспроводное Wi-Fi соединение. Питание широкоформатного табло осуществляется напряжением 220В частотой 50Гц.

     Подсистема измерения положения горловины миксера относительно оси качающегося желоба состоит из блока позиции миксера БПМ (расположены в приборном блоке) и двух табло машиниста ТМ (рисунок 6). Определение позиции миксера выполняется оптическим методом в автоматическом режиме посредством датчика определения позиции миксера ДПМ. Датчик позиции миксера устанавливается стационарно на боковой стене укрытия над позицией постановки миксера под налив так, чтобы горловина миксера оказывалась в поле зрения прибора. Питание датчика +24 вольта постоянного тока осуществляется от операторской панели. Первичная информация с датчика позиции миксера передается в операторскую панель. К Операторской 

 Рисунок 6 – Табло машиниста

 панели подключаются два табло машиниста ТМ. Табло машиниста располагаются на открытом воздухе и выполнено с защитой от атмосферных осадков. Информация о положении горловины миксера относительно штатной позиции слива чугуна выводится на два табло машиниста. Табло машиниста монтируются в позициях постановки миксеров под налив так, чтобы отображаемая информация была видна из кабины машиниста миксеровоза.

 На каждое укрытие устанавливают по два приборных блока. Шасси приборных блоков монтируются в стену укрытия с укреплением по периметру стальными защитными пластинами. Сверху и снизу шасси устанавливаются защитные отбойники. В шасси приборного блока устанавливают приборные блоки. Шасси приборных блоков устанавливаются с внешней стороны укрытий на рабочей площадке оператора так, чтобы ось луча радарного уровнемера отстояла от центра качающегося желоба на расстоянии 30 см (смещение требуется для того, чтобы избежать попадания луча радарного уровнемера на струю чугуна). Датчики позиции миксера устанавливаются приборный блок так, чтобы ось датчика совпадала от центром качающегося желоба.

Программное обеспечение Системы

 Программное обеспечение радарных блоков

 Радарный блок РБ (в составе приборного блока) подключаются к операторской панели по интерфейсу RS-485 (протокол ModBus RTU).

 Программное обеспечение операторской панели

 Операторская панель должна:

 - обеспечивать получение данных от радарного блока, обработка измеренного значения с уровнемера, пересчет значения в уровень наполнения миксера и его веса, обеспечивать индикацию данных параметров на мониторе в удобном для оператора виде с периодом обновления данных в 1 секунду и передаче данных на центральную ЭВМ;

 - Осуществлять прием и вывод на монитор изображения горловины миксера с датчика положения миксера. По полученному изображению определять расстояние рассогласования между центром горловины миксера (с учетом зарастания горловины шлаком) и центром струи. Расстояние рассогласования выводить на монитор и табло машиниста.

 - предоставлять сводный поток данных для архивирования на центральной ЭВМ;

 - обеспечивать получение сигнала готовности измерения от датчика положения штанги и выводе сигнала готовности на экран монитора;

 - включать сирену при превышении определенного уровня налива миксера.

 - Выводить информацию о состоянии аппаратуры, аварийных ситуациях, ошибках.

 Программное обеспечение центральной ЭВМ

 Центральная ЭВМ, главным образом, предназначена для отображения сводной информации по функционированию системы, ведению сводной базы данных, отображения диагностической информации, настройки системы и предоставления возможности доступа к данным системы из цеховой проводной локальной сети Ethernet.

 Программное обеспечение центральной ЭВМ должно:

 Иметь возможность ввода настроечных параметров уровня до рельс для каждого радара. 

 - реализовывать клиент базы данных хранения сводной информации по наливу миксеров и внесения поправок на разгар футеровки;

 - дублировать или агрегировать коммуникационные программные интерфейсы средств визуализации;

 - реализовывать графическое отображение сводной информации по функционированию системы "литейный двор" в целом;

 - обеспечивать передачу данных о текущем наливе чугуна в миксеры на цеховые широкоформатные табло (на два табло);

 - реализовывать сервер базы данных физической конфигурации системы;

 - реализовывать SQL совместимый сервер базы данных архива сводной информации по системе «литейный двор» с возможностью вывода архивных данных за разные временные промежутки;

 - предоставлять права для осуществления SQL запросов из цеховой проводной локальной сети, с целью интегрирования системы в АСУ цеха;

 - по завершению налива чугуна в миксер предоставлять в автоматическом режиме для АСУ ТП ДП №5 (в экспертную систему) следующую информацию: номер выпуска, номер миксера, вес чугуна;

 Взаимодействие центральной ЭВМ с АСУ цеха осуществляется через SQL совместимую СУБД. Архивные и рабочие данные системы хранятся в локальной БД центральной ЭВМ. Взаимодействие с АСУ цеха может инициироваться как центральной ЭВМ, посредством запросов на запись и чтение в СУБД АСУ цеха, так и из цеховой сети, посредством запросов к СУБД центральной ЭВМ, для чего предоставляются клиентские реквизиты доступа с требуемыми правами. Для инициирования взаимодействия центральной ЭВМ, необходимы реквизиты доступа к БД АСУ цеха, имена БД, таблиц, и полей данных, в которые должна осуществляться запись.

 Таким образом, взаимодействие системы измерения уровня чугуна с цеховой АСУ ТП ДП №5 (экспертной системой) осуществляется через отдельную сеть, подключенную к центральной ЭВМ и не связанную физически с остальной частью системы.