автоматизированная система контроля и управления воздухонагревателем доменной печи

Формула изобретения

Автоматизированная система контроля и управления воздухонагревателем доменной печи, содержащая уровень управляющей подсистемы, включающий блок входных сигналов, блок заданий, блок сигнализации, контролирующий предаварийные и аварийные состояния и формирующий массив сообщений, а также блок управления клапанами и регулятор, предназначенный для регулирования температуры купола воздухонагревателя поддержанием соотношения "воздух-газ", выходы которых соединены с блоком выходных сигналов, отличающаяся тем, что блок заданий введен в уровень визуализации и последовательно соединен с входящими в данный уровень блоком технологического интерфейса, предназначенным для отображения состояния процесса в режиме реального времени, и блоком хранения данных процесса, а в уровень управляющей подсистемы введены блок диагностики системы, предназначенный для определения правильности и достоверности входных сигналов, координатор технологического процесса, предназначенный для формирования заданий на управление в соответствии с текущим состоянием воздухонагревателя, и блок межуровневого обмена, предназначенный для организации двустороннего обмена данными между подсистемами, причем второй выход блока технологического интерфейса последовательно соединен с блоком межуровневого обмена и первым входом координатора технологического процесса, первый выход которого, в свою очередь, соединен через блок межуровневого обмена со вторым входом блока технологического интерфейса, а второй выход координатора технологического процесса последовательно соединен с блоком управления клапанами и блоком выходных сигналов, третий выход координатора технологического процесса соединен последовательно с регулятором и блоком выходных сигналов, а четвертый выход - с входом блока сигнализации и блоком выходных сигналов, второй выход блока сигнализации соединен со вторым входом координатора технологического процесса, а блок входных сигналов соединен последовательно с блоком диагностики и третьим входом координатора технологического процесса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами и может быть использовано для эффективного функционирования воздухонагревателя доменной печи.

Известна система управления воздухонагревателями доменной печи, которая функционально представлена одним уровнем автоматизации, содержащим блок входных сигналов, блок заданий, блок сигнализации, блок управления клапанами, регулятор, блок выходных сигналов. (Электрическое оборудование доменных цехов под редакцией к.т.н. Агроника С.Г. - М.: Металлургия, 1966 г., с.137-158).

Недостатком данной системы управления является то, что система имеет жесткую логику управления и представлена локальными блоками, реализованными на контакторных электрических схемах, что не обеспечивает достаточную надежность технических средств и устойчивую работу воздухонагревателя, а также система управления представлена одним уровнем автоматизации (первый уровень), что не позволяет иметь наиболее полное и оперативное представление о ходе технологического процесса на воздухонагревателе и состоянии технологического оборудования. Такая реализация системы управления существенно ограничивает функциональные возможности при управлении воздухонагревателями.

Описанный выше аналог является наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче и выбран заявителем за прототип.

Задачей изобретения является расширение функциональных и технических возможностей системы управления, позволяющих обеспечить безотказную и безаварийную работу воздухонагревателя, эффективное управление тепловым режимом воздухонагревателя и электроприводами клапанов, а также сбор, хранение информации и контроль за состоянием технологического оборудования воздухонагревателя.

Поставленная задача достигается тем, что в системе управления, содержащей уровень управляющей подсистемы, включающей блок входных сигналов, блок заданий, блок сигнализации, предназначенный для контроля предаварийных и аварийных состояний и формирования массива сообщений, а также блок управления клапанами и регулятор, предназначенный для регулирования температуры купола воздухонагревателя поддержанием соотношения "воздух-газ", выходы которых соединены с блоком выходных сигналов, согласно изобретению блок заданий введен в уровень визуализации и последовательно соединен с входящими в него блоком технологического интерфейса, предназначенным для отображения состояния процесса в режиме реального времени, и блоком хранения данных процесса, а в уровень управляющей подсистемы введены блок диагностики системы, предназначенный для определения правильности и достоверности входных сигналов, координатор технологического процесса, предназначенный для формирования заданий на управление в соответствии с текущим состоянием воздухонагревателя, и блок межуровневого обмена, предназначенный для организации двустороннего обмена данными между подсистемами, причем второй выход блока технологического интерфейса последовательно соединен с блоком межуровневого обмена и первым входом координатора технологического процесса, первый выход которого, в свою очередь, соединен через блок межуровневого обмена со вторым входом блока технологического интерфейса, а второй выход координатора технологического процесса последовательно соединен с блоком управления клапанами и блоком выходных сигналов, третий выход координатора соединен последовательно с регулятором и блоком выходных сигналов, а четвертый выход - с входом блока сигнализации и блоком выходных сигналов, второй выход блока сигнализации соединен со вторым входом координатора технологического процесса, а блок входных сигналов соединен последовательно с блоком диагностики и третьим входом координатора технологического процесса.

Технический результат заключается в том, что введение в уровень управляющей подсистемы координатора технологического процесса, блока диагностики, блока межуровневого обмена данными позволило объединить сбор информации, обеспечить контроль и осуществить скоординированное автоматическое управляющее воздействие на механизмы, а также осуществить обмен информацией с уровнем визуализации. С введением в систему уровня визуализации в составе логических блоков: задания, технологического интерфейса и блока хранения данных процесса достигается наиболее полное и достоверное оперативное представление информации о технологическом процессе, что, в свою очередь, обеспечивает эффективное функционирование воздухонагревателя.

На фиг.1 представлена функциональная блок-схема автоматизированной системы контроля и управления воздухонагревателем доменной печи.

На фиг.2 изображена техническая структура автоматизированной системы контроля и управления воздухонагревателем доменной печи.

По функциональной структуре система представляет собой двухуровневую систему: первый уровень - управляющая подсистема, второй уровень - уровень визуализации технологического процесса.

Управляющая подсистема содержит блок входных сигналов 1, координатор технологического процесса 2, формирующий задания на управление в соответствии с текущим состоянием воздухонагревателя, блок управления клапанами 3, регулятор 4, обеспечивающий регулирование температуры купола поддержанием оптимального соотношения "воздух-газ", блок диагностики системы 5, определяющий правильность и достоверность входных сигналов, блок сигнализации 6, контролирующий предаварийные и аварийные состояния и формирующий массив сообщений, блок выходных сигналов 7, блок межуровневого обмена данными 8, организующий обмен данными между подсистемами.

Уровень визуализации содержит блок заданий 9, блок технологического интерфейса 10, обеспечивающего отображение состояния процесса в режиме реального времени, блок хранения данных процесса 11.

При этом блок заданий 9, блок технологического интерфейса 10 и блок хранения данных процесса 11 последовательно соединены между собой, причем второй выход блока технологического интерфейса 10 также последовательно соединен с блоком межуровневого обмена 8 и первым входом координатора технологического процесса 2, первый выход которого соединен через блок межуровневого обмена 8 со вторым входом блока технологического интерфейса 10, а второй выход координатора технологического процесса 2 последовательно соединен с блоком управления клапанами 3 и блоком выходных сигналов 7, третий выход координатора технологического процесса 2 соединен последовательно с регулятором 4 и блоком выходных сигналов 7, а четвертый выход координатора технологического процесса 2 соединен с входом блока сигнализации 6 и блоком выходных сигналов 7, второй выход блока сигнализации 6 соединен со вторым входом координатора технологического процесса 2, а блок входных сигналов соединен последовательно с блоком диагностики 5 и третьим входом координатора технологического процесса 2.

Система функционирует следующим образом.

Информация с датчиков, исполнительных механизмов, электроприводов клапанов, ключей управления воздухонагревателя поступает в блок входных сигналов 1, где производится перевод входных аналоговых сигналов в физические величины по разработанному алгоритму и прием входных дискретных сигналов. Полученные сигналы с выхода блока входных сигналов 1 поступают на вход блока диагностики 5 системы, где проверяются аппаратно-программным способом на достоверность, правильность. Обработанная информация с выхода блока диагностики 5 передается в координатор технологического процесса 2. Координатор технологического процесса 2 на основе выходной информации блока диагностики 5, а также по данным, полученным от блока межуровневого обмена данными 8, определяет текущее состояние, заданный режим работы и управления воздухонагревателем. Обработанная и проанализированная текущая информация координатором технологического процесса 2 поступает на вход блока сигнализации 6 для контроля и формирования массива сообщений, определяющих предаварийное или аварийное состояние воздухонагревателя. Сформированный массив сообщений с выхода блока сигнализации 6 поступает в координатор технологического процесса 2, который, в свою очередь, через блок межуровневого обмена данными 8 передает массив сообщений в систему визуализации на блок технологического интерфейса 10, а через второй выход блока сигнализации 6 поступает на третий вход блока выходных сигналов 7, где полученные данные об аварийном или предаварийном состоянии выводятся на посты управления в виде звуковой и световой сигнализации. В случае возникновения предаварийных ситуаций и технологических блокировок информация от блока сигнализации 6 поступает в координатор технологического процесса 2 и согласно алгоритму его работы формирует запрет на работу того или иного клапана воздухонагревателя. В случае отсутствия предаварийных ситуаций и технологических блокировок координатор технологического процесса 2 формирует задание на управление клапанами воздухонагревателя, которое передается на вход блока управления клапанами 3, а также формирует задание на регулирование температуры купола с поддержанием оптимального соотношения "воздух/газ", которое передается в регулятор 4. Блок управления клапанами 3 по алгоритмам, соответствующим работе различных типов клапанов и приводов, формирует управляющие воздействия и передает их в блок выходных сигналов 7 для управления этими механизмами. Регулятор 4 по заданию от координатора технологического процесса 2 по разработанному алгоритму организует двухконтурное регулирование температуры купола с определением и поддержанием оптимального соотношения "воздух/газ" и формирует управляющее воздействие через блок выходных сигналов 7 для изменения текущего соотношения "воздух/газ" путем изменения расхода воздуха.

Блок межуровневого обмена данными 8 организует двухсторонний обмен данными между управляющей подсистемой и уровнем визуализации процесса, что дает возможность обеспечивать оперативными данными блок технологического интерфейса 10, который, в свою очередь, получает настроечные параметры и задания для управления технологическим процессом от блока заданий 9, на основе которых блок технологического интерфейса 10 формирует динамические экраны для обеспечения отображения состояния процесса на технологических серверах в режиме реального времени.

Через блок технологического интерфейса 10 информация, необходимая технологическому персоналу для дальнейшего анализа, поступает в блок хранения данных процесса 11, где организованы долгосрочные архивы данных процесса.

Техническая структура (фиг.2) автоматизированной системы представлена следующим образом: функции управляющей подсистемы осуществляются с использованием логического свободно программируемого устройства управления, состоящего из центрального модуля с управляющим процессором и программной памятью 1, модулей ввода/вывода 2, подключеных к датчикам контрольно-измерительных приборов 3, исполнительным механизмам 4, электроприводам клапанов 5 и ключам управления 6. Связь центрального модуля с модулями ввода/вывода осуществляется по сети PROFIBUS-DP. (Ганс Бергер. Программирование управляющих устройств на языке STEP5, том 3, перевод 3-го переработанного издания, 1985 г.; Системный курс SIMATIC S15, SIMENS AG, 1989 г., стр. 11).

Посредством логического свободно программируемого устройства управления 1 обеспечивается сбор данных с датчиков, исполнительных механизмов 4 и электроприводов клапанов 5 воздухонагревателя, а также физический обмен данными с уровнем визуализации.

Разработанное программное обеспечение позволяет формировать управляющие воздействия на исполнительные механизмы 4 и электропривода клапанов 5 в соответствии с заданным режимом работы и управления воздухонагревателя с поддержанием оптимального соотношения "воздух/газ" и подготовить данные для обмена информацией с уровнем визуализации процесса.

Функции уровня визуализации технологического процесса реализованы на персональном компьютере 7 (технологический сервер), подключенного к информационно-технологической сети цеха. Разработанное программное обеспечение позволяет производить прием заданий и настроек от технологического персонала, получать отображение текущей информации в удобном для технологического персонала виде: цифровые значения, графики, мнемосхемы, которые максимально приближены к технологическим схемам воздухонагревателя, а также позволяет выполнять архивирование результатов измерений, регистрировать технологические данные и параметры настройки конфигурации системы.

Связь логического свободно программируемого устройства управления с уровнем подсистемы визуализации реализуется по сети Industrial Ethernet.

Функционирование предлагаемой системы производится круглосуточно, в режиме реального времени.

Предлагаемая автоматизированная система контроля и управления воздухонагревателем доменной печи промышленно применима и может быть использована для эффективного функционирования воздухонагревателя с оперативным предоставлением информации технологическому персоналу. Внедрение предлагаемой системы позволяет обеспечить надежность и безопасность эксплуатации воздухонагревателя, газового и вспомогательного оборудования за счет замены устаревшего оборудования и применения автоматического управления клапанами с учетом взаимных и технологических блокировок в соответствии с заданным режимом работы воздухонагревателя. Эффективное сжигание топлива достигается за счет автоматического управления температурным режимом воздухонагревателя с поддержанием соотношения "воздух/газ".