CC BY
205
УДК 62-83.001.76:669.1
П.В. Шиляев, В.В. Головин, А.В. Косенков
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОДЕРНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ В ХОДЕ РЕКОНСТРУКЦИИ ОАО «ММК»
Коренная реконструкция, внедрение современных технологических решений вывели ОАО “ММК” на ведущие позиции среди самых современных предприятий мировой металлургии. Не -сомненно, что долговременное удержание лвди-рующих позиций невозможно без современного уровня оснащения производства и постоянного внимания к вопросам его модернизации Программа реконструкции и технического перевооружения реализуется по нескольким направлениям: модернизация существующих цехов и отдельных агрегатов, полная замена морально и физически устаревших производств, ввод в эксплуатацию принципиально новых технологических комплек-сов. Все это приводит к коренным изменениям в структуре применяемого электрооборудования.
За период с 2001 по 2005 гг. произведена модернизация действующего оборудования и вве-дены в строй новые технологические объекты в кислородно-конвертерном цехе (ККЦ), цехе покрытий, листопрокатных цехах (ЛПЦ) и других подразделениях ОАО “ММК” [1].
В 2004 году закончилась реконструкция электроприводов чистовой группы стана 2500 ЛПЦ-4. Были выполнены модернизация тиристорных преобразователей главных электроприводов клетей и полная либо частичная замена приво-дов всех вспомогательных механизмов (моталок, линеек, манипуляторов и др.).
Основным и целями реконструкции явились [2]:
- повышение надежности работы электроприводов;
- уменьшение времени обслуживания оборудования, поиска неисправностей;
- наиболее полная и прозрачная интеграция их в новую систему автоматизации всей чистовой группы стана;
- организация системы постоянного сбора данных о протекании технологических процессов и состоянии оборудования.
Были реконструированы:
- 7 преобразователей главных приводов чистовой группы (плюс один резервный);
- 14 преобразователей нажимных винтов чистовой группы (плюс два резервных);
- 6 преобразователей приводов петледержа-телей (плюс один резервный);
- 6 преобразователей приводов межклетье-вых линеек-манипуляторов (плюс один ре -зервный).
Для выполнения вышеуказанных задач было решено провести реконструкцию тиристорных преобразователей электроприводов на базе цифровых модулей Simoreg фирмы Siemens, уже широко применяющихся в ОАО “ММК “ при строительстве новых агрегатов и технологической реконструкции существующих.
Основным отличием, новизной данного проекта явились необходимость переделки уже существующих преобразователей большой мощности и проведение реконструкции без остановки про из -водства. В этих условиях логичной оказалась раз -бивка реконструкции на два этапа. На первом этапе была осуществлена модернизация собственно тиристорного преобразователя с сохранением всех старых внешних связей, с управлением по прежним схемам и выдачей информации в существующие устройства отображения. По окончании первого этапа фактически был введен в действие полностью модернизированный индивидуальный электропривод. Такая “оцифровка” уже обеспечивает повышение надежности работы электропривода, упрощает обслуживание и диагностику оборудования.
На втором этапе произведена передача управления и обмена информацией с новой системой автоматизации стана в цифровую локальную сеть РгойіЬш ЭР. Завершающим этапом модернизации явилась интеграция электроприводов в АСУ ТП стана.
В ходе технико-экономического анализа было принято решение о проведении полной замены преобразователей малой и средней мощности (линеек и петледержателей) и модернизации системы управления с “привязкой” к существующей силовой части преобразователей большой мощности (главные электроприводы клетей и приводы нажимных устройств).
Реконструкция в условиях действующего цеха, без остановки и снижения производства означала, что окончательная наладка и ввод в работу модернизированных электроприводов каждой клети должны быть проведены в регламентные ремонты (24- и 32-часовые ремонты стана). На монтажные, проверочные и предварительные наладочные ра-
боты предоставлялось 5-7 дней, непосредственно перед ремонтом, когда реконструируемый электропривод работает от резервного тиристорного преобразователя.
В результате первый этап реконструкции действующих электроприводов чистовой группы был проведен за восемь месяцев, с сентября 2003 года по май 2004 года. За это время в условиях действующего производства были реконструированы более трвдцати преобразователей
После модернизации электроприводов стана 2500 количество отказов только по главным при -водам чистовой группы за пять месяцев работы снизилось в 3 раза - с 34 до 12 за аналогичный период, и это притом условии, что на модернизированных преобразователях не была закончена режимная наладка, когда большинство отказов было связано с выявлением недостатков монтажа и наладки.
В июле 2002 года пущен в эксплуатацию реверсивный стан холодной прокатки с годовой производительностью 800 тыс. т холоднокатаного листа. Генеральным подрядчиком была машиностроительная компания SMS Demag (Германия), а субподрядчиком - германская фирма Siemens, установившая уникальное электронное оборудова-ние. Стан фирмы SMS Demag - первый стан холодной прокатки в ОАО “ММК”, оснащенный всеми современными системами, необходимыми для получения высококачественного холод ноката-ного листа: системой осевой сдвижки рабочих валков, системой автоматического контроля плоскостности и геометрии полосы, плавающими моталками, системами гвдроизгиба и зонного охлаждения рабочих валков, современными перевалочными машинами и устройствами обвязки рулонов. Новый комплекс систем автоматического регулирования толщины и натяжения (САРТиН), управления режимами стана (СУРС), управления гвдро-нажимными устройствами (СУ ГНУ) выполнен на контроллерах Simadyn D фирмы Siemens, специально предназначенных для создания высокодинамичных систем управления электро- и гидроприводами.
Крупными проектами 2001-2003 годов были АСУ ТП агрегатов отделки полосы ЛПЦ-5. В проектах приме не ны электроприводы постоянного тока на базе тиристорных преобразователей с цифровым управлением с применением модулей управления Simoreg СМ фирмы Siemens. Регулируемые электроприводы переменного тока выполнены на базе Simovert Master Drive и Micromaster 440 той же фирмы [3].
На агрегатах продольной резки (АПР) установлено 18 регулируемых электроприводов по-
стоянного тока и 5 приводов переменного тока. На каждой из хвостовых частей непрерывных травильных агрегатов (НТА-1, 2) установлено 7 регулируемых приводов постоянного тока и 2 регулируемых привода переменного тока. На каждом из агрегатов АПР - 4, 5 установлено 8 регулируемых приводов постоянного тока.
АСУ ТП каждого объекта является двухуров-невой системой с использованием децентрализо-ванной периферии. Первый уровень - базовый уровень управления, второй - информационный (система визуализации, диагностики и контроля). Кроме того, со второго уровня осуществляется связь агрегатов с цеховыми АСУ. Ведущим элементом систем является контроллер Simatic S7-400 с центральным процессором CPU-414 и коммуникационными модулями. В системах широко ис-пользуется обмен информацией с применением сетевых связей фирмы Siemens: Profibus-DP, MPI, промышленный Ethernet, сеть USS.
В проектах использована децентрализация управления посредством станций ЕТ200М, которые установлены в шкафах связи с гидро- и пневмоприводами, нерегулируемыми электроприводами, дат -чиками на механизмах и в пультах управления.
Локальные системы смазки, насосные аккумуляторные станции (НАС), системы центрирования полосы и следящие системы моталок выполнены на контроллерах S7-300 с центральным процессором CPU-315, связанных с ведущим контроллером по сети MPI.
Для визуализации технологических процессов и диагностики работы оборудования агрега-ты оснащены АРМами оператора, технолога, электрика, связанными с ведущим контроллером по сети Indastrial Ethernet.
Для программирования АСУ ТП применено следующее системное программное обеспечение фирмы Siemens:
- программный пакет Step7 V5.1 - для программирования контроллеров Siemens S7-400, Simatic S7-300;
- комплексный пакет WinCC V5.0 и InTouch -для реализации задач визуализации;
- программа Simovis - для параметрирова-ния управляющих модулей Simoreg;
- пакеты PDA-Bundle и IBA Analyzer фирмы IBA GmbH, NL West для записи аналоговых и дискретных сигналов;
- при параметрировании систем управления наиболее сложных электроприводов использованы опции свободного программирования Simoreg.
Спроектированная АСУ ТП на АПР-4, 5 и 8 позволила получить точность подрезки кромки
не ниже +1 мм и телескопия ность смотки рулонов не более 1 мм. Точность подрезки кромки с управляемой системой центрирования полосы на НТА-1, 2 составила +2 мм, а телескопичность смотки рулонов со следящими системами моталок не более 5 мм.
В 2004 году была произведена полная реконструкция непрерывного травильного агрегата НТА-1 и реконструкция технологической части НТА-2 ЛПЦ-5. В процессе реконструкции были заменены ванны травления на более современные турбулентного типа немецкой фирмы “иУК” с ис-пользованием соляной кислоты. На НТА-1 все электроприводы постоянного тока заменены на наиболее надежные в эксплуатации приводы переменного тока с частотным управлением. Это позволило увеличить скорость движения полосы во входной части до 800 м/мин. АСУ ТП является также двухуровневой системой с использованием децентрализованной периферии. Внедрение совре -менной системы управления и контроля на основе микропроцессорной техники позволило объединить одиночные операции технологического процесса в автоматические последовательности, что позволило существенно сократить время на выполнение операций по задаче полосы в агрегат, контролировать все возможные технологические параметры в ввде графиков, трендов и журналов, внедрить систему сопровождения полосы на агрегате.
Не менее важным событием стал пуск в 2002 году агрегата непрерывного горячего цинкования с годовой производительностью 500 тыс. т, который является логичным завершением технологического цикла “кислородно-конверторный цех - стан 2000 горячей прокатки - двухклетье-вой реверсивный стан холодной прокатки”. С вводом этого агрегата Магнитогорский металлургический комбинат стал крупнейшим в России производителем оцинкованного стального автомобильного листа. Проект реализован совместно с итальянской фирмой “ОашеИ”.
АСУ ТП агрегата непрерывного горячего цинкования выполняет следующий ряд функций:
- центрирование полосы;
- автоматическая загрузка рулона на разма-тыватель, управление разматывателем;
- управление смоткой полосы, разделением непрерывной полосы на отдельные рулоны;
- управление моталкой и съемом рулонов с моталки;
- управление обвязочной машиной;
- управление петлевыми накопителями, согласование скоростей входной и технологической секций, технологической и выходной секций;
- сопровождениесварного шва;
- управление сварочной машиной.
АСУ ТП машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) ККЦ предназначена для автоматизированного управления технологическим процессом непрерывной разливки стали и формирования мерных слябовых заготовок.
Основными целями модернизации системы явились:
- повышение качества и увеличение выпуска годного металла за счет оптимизации процесса разливки;
- сокращение расхода материалов и энергоресурсов;
- создание комфортных и безопасных условий деятельности персонала;
- минимизация отходов производства и за -грязнения окружающей среды.
АСУ ТП МНЛЗ является системой агрегатного уровня, ее деятельность обеспечивается многокомпонентными взаимодействующими системами технического, информационного, программного и организационного обеспечения и построена как децентрализованная двухуровневая система, выполняющая информационные и управляющие функции. Уровень базовой автоматизации вклю-чает в себя локальные микропроцессорные системы, реализуемые на программируемых контроллерах, средствах визуализации процесса и архивирования. Уровень организационного управления реализует оптимальное управление по математическим моделям, планирование работы агрегатов, слежение за качеством продукции Все происходящее на технологическом объекте архивируется в АСУ ТП с целью создания отчетных документов за определенный период времени Базовая автоматизация выполняет следующие информационные и управляющие функции:
- контроль массы металла в стальковше;
- контроль температуры жвдкого металла в пром ковше;
- слежение за прохождением слитка;
- контроль отклонений аварийных параметров и действий защит;
- контроль работы электрооборудования, систем смазки, гвдравлики, механического оборудования;
- токовая диагностика;
- контроль и управление уровнями металла в промковше и кристаллизаторе;
- контроль и управление работой кристаллизатора;
- контроль теплового режима зоны вторич-ного охлаждения;
- контроль процесса порезки слитка;
- управление приводами роликов МНЛЗ;
- управление тепловыми режимами зоны вторичного охлаждения
и ряд других функций.
Производственный процесс, связанный с разливкой жидкого металла, предъявляет повышенные требования к электрооборудованию с точки зрения надежности и безопасности Грамотно проработанные и внедренные идеи по автоматизации МНЛЗ сократили вмешательство человека в технологический процесс, тем самым максимально снизили влияние “человеческого фактора”. Автоматизированная система управления построена таким образом, чтобы обезопасить персонал, обеспечивающий процесс разливки (аварийное закрытие шиберов стальковша и промковша). Управление процессом разливки осуществляется с помощью программируемых контроллеров SIMATIC фирмы SIEMENS со станциями удаленного ввода-вывода. В целях обеспечения надежности и защиты оборудования от исчезновения и снижения напряжения, питание устройств автоматизации осуществляется от источников бесперебойного питания фирмы MASTER GUARD.
В реконструкции машин при тесном сотруд-ничестве с производителем ОАО “Уралмаш” и “Дата-центр” учтен весь опыт работы цеха, родстве иных российских и зарубежных предприятий. Автоматизация МНЛЗ мартеновского цеха выполнена на современной промышленной базе с использованием оборудования ведущих фирм мира: SIEMENS, ABB, DANFOSS, LENZE, CONTROL TECNIQUES и др.
Производство непрерывнолигых слябов и блюмов за последние годы заметно возросло. Особый прогресс наметился с момента широкомасштабного внедрения высокоскоростной разливки в начале 1990-х годов. Такой прогресс в новой технологии разливки стал возможным во многом бла-годаря совершенствованию конструкции кристаллизатора, секции вторичного охлаждения и прочего оборудования. Помимо конструкционных новшеств реализовывались также и технологические решения с целью повышения скорости разливки без ухудшения качества продукции.
Технология M-EMS продемонстрировала весьма благоприятное воздействие на внутреннее качество отливаемой продукции, особенно наиболее востребованных марок стали С этой точки зрения роль электромагнитного перемешивания в кристаллизаторе является главенствующей в повышении производительности и улучшении каче-ства продукции Оно обеспечивает равномерность
затвердевания корки заготовки и смягчает негативное воздействие высоких скоростей разливки
Как известно, разливка через стакан-дозатор требует более интенсивного перемешивания в зоне мениска для предупреждения образования пор, пузырей и захватывания шлака коркой заготовки. При использовании погружного стакана перемешивание в области мениска должно быть менее интенсивным во избежание разрушения смазки кристаллизатора, захватывания шлакообразующей смеси и эрозии самого погружного стакана. Эти особые условия потребовали внесения ряда модификаций в M-EMS системы, работающие на одной индукционной катушке.
Максимальная эффективность перемешивания и эксплуатационная гибкость могут достигаться лишь в условиях независимого управления интенсивностью перемешивания в области мениска и в остальных зонах кристаллизатора. Только такой контроль обеспечивает полную совместимость системы перемешивания с моделями разливки в открытый ручей и через погружной стакан. Двухкатушечная система M-EMS обеспечивает этот контроль.
Оборудование конвертера представляет собой большой и взаимосвязанный комплекс механизмов и датчиков, количество электроприводов превышает 200. На всех этапах реконструкции специалисты службы автоматизации ККЦ совместно с наладчиками участка (группа разработчиков), имея богатый опыт проектирования подоб-ных систем, явились полноценными разработчиками вдеологии, принципов управления и структуры АСУ ТП. Этой группой было разработано техническое задание для тевдера на поставку оборудования, в результате которого контракт на поставку системы автоматизации выиграла австрийская фирма «УА1».
На этапе проектирования системы поиск и изучение новинок на рынке автоматизации управления электроприводами позволил применить для управления механизмами принципиально новые технические решения. Так, впервые на ММК для развязки слаботочных цепей кон -троллера и силовой части приводов было решено для сокращения затрат на монтажные работы и кабельную продукцию применить импортные малогабаритные реле и установить их внутри шкафов с модулями ЕТ в непосредственной близости от модулей ввода-вывода. Это позволило избавиться от промежуточных панелей с развя-зывающими реле и подключить кабели цепей управления непосредственно в шкафах ЕТ.
Для управления маломощными (до 5,5 кВт) асинхронными электроприводами впервые на
комбинате применены интеллектуальные силовые модули из серии БТ200Б. Модуль состоит из автоматического выключателя и реверсивного (или нереверсивного) пускателя с необходимыми обвязками, конструктивно объединёнными в од -ном каркасе. Модуль на разъёмах легко вставляется в шину ЕТ и не требует никакой дополнитель-ной обвязки, силовые кабели подключаются к шине. Преимущество данных модулей в том, что они легко заменяемы (без какой либо коммутации), компактны и управляются контроллером по шине данных, не требуя никакого дополнительного уст -ройства управления.
Для мощных электроприводов, опять же впервые, применены программируемые модули управления, контроля и защиты “Зітосойе”. Эти модули имеют в своём составе все компоненты , необходимые для реализации любой существующей схемы управления короткозамкнутым асинхронным двигателем. Управляется модуль по сети «РгойЬш» от контроллера. В своём составе модуль имеет также датчики тока, что позволяет реализовать комплекс защит электропривода при возникновении аварийных сигуа-
ций Модуль является свободно программируе-мым, внутри него возможно запрограммировать требуемый алгоритм воздействия на сигналы контроллера от внешних источников. Програм-мирование Simocode позволяет, во-первых, уменьшить загрузку контроллера, во-вторых, оптимально для каждой требуемой задачи настроить интерфейс обмена данными с контроллером, и, если это требуется, реализовать алгоритм автономной работы механизма даже при неработающем контроллере. Причем переход на автономную работу и обратно может происходить автоматически, что существенно повышает надёжность работы электропривода в нештатных ситуациях.
Таким образом, применение модулей
Simocode позволило не только практически полностью избавиться от применения релейной схе-мы управления, но и дополнить систему управления конкретным приводом функциями, реализация которых была ранее затруднительной либо экономически невыгодной (контроль тока, контроль утечек на землю, контроль асимметрии тока либо обрыв фазы двигателя и т.д.).
Библиографический список
1. Головин В.ВКарандаев А.С. Промышленное внедрение и опыт эксплуатации современных электроприводов в ОАО «ММК» // Регулируемый электропривод. Опыт и перспективы применения: Доклады науч.-практ. семинара. М.: МЭИ, 2006. С. 9-35.
2. Шиляев П.В.Модернизация электроприводов чистовой группы стана «2500» горячей прокатки // Труды IV Международ-ной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: путиразвития» (АЭП-2004). Ч. 2. Магнитогорск, 2004.С. 23-27.
3. Последние разработки фирмы «Уралмаш - Металлургическое оборудование» в области АСУ ТП агрегатов обработки холоднокатаной полосы / А.Е. Браун, Т.Т. Бусылко, А.С. Валдырев и др. // Труды IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития» (АЭП-2004). Ч. 2. Магнитогорск, 2004. С. 28-30.
УДК 621.31.001.57
А.Ю. Коваленко
РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ ПРИ РАБОТЕ АГРЕГАТА «КОВШ-ПЕЧЬ»
В ОАО «ММК» установлено несколько агрегатов «ковш-печь» (АКП), в которых производится доводка стали до заданного химсостава и поддержание температуры перед разливкой. Наиболее мощный из работающих агрегатов имеет емкость ковша 375 т, его печной трансформатор мощностью 45 МВА присоединен по схеме глубокого ввода к шинам 110 кВ. Вместе с пуском электродуговых печей планируется ввод еще нескольких агрегатов. Подобные приемники
отличаются резкопеременным, прерывистым характером изменения мощности (см. рисунок).
С учетом сказанного особую актуальность приобретают вопросы расчета потерь мощности и электроэнергии в питающей сети, поскольку упрощенные методики, применяемые в настоящее время, приводят к существенным погрешностям и искажениям в оценке распределения электрических потерь в заводской схеме электроснабжения. Доля электрических потерь в питающей сети от подоб-
