Реалізація системи автоматизації тракту подачі компонентів шихти та вузлів дозування двох шахтних печей з випалу вапняку

Тип: АСУ ТП Тривалість робіт: з 06.2025 до 10.2025

розробка проектної документації на силове електрообладнання та АСУ ТП (марки ЕМ та АТХ)
розробка програмного забезпечення на АСУ ТП
авторський супровід монтажу шаф силових та управління
авторський супровід монтажу системи кабельних трас, інсталяцій датчиків та виконавчих механізмів
наладка і здача в експлуатацію АСУ ТП

Метою технічного переоснащення вузла дозування, що складається з двох шахтних печей було поліпшення експлуатаційних властивостей:

збільшення енергоефективності,
зменшення витрат палива на випал,
збільшення точності дозування компонентів шихти,
гнучкість та простота ведення технологічного процесу,
облік компонентів, а також централізований контроль з місця оператора роботи всього технологічного ланцюжка (стан механізмів, основних технологічних параметрів, тд. тп.)

З цією метою було проведено глибокий аналіз для заміни технологічного обладнання на більш ефективне та сучасне, а також виконанна комплексна автоматизація обох ліній випалу.

Детальний опис системи:
1. Короткий опис технологічної частини.

В зону, що підлягає технічному переоснащенню війшла ділянка від складу сировини і до вивантаження випаленого вапна, а також окремо, автоматизація трьох водокільцевих компресорів відбору пічного газу. Традиційно, технологічний ланцюг, ділимо на логічні ланки, для ефективної побудови системи автоматизації.

Тракт подачі компонентів шихти, що включає в себе:

Вузол дозування шахтної вапняково-випалювальної печі №1 (піч №2 – аналогічно):

Приймальний бункер з стрічковим живильником
Стрічковий транспортер
Ручний перемикач потоку “Вапняковий камінь – Вугілля”
Грохот вугілля
Грохот вапнякового каміння
Перемикач потоку вугілля на накопичувальний бункер печі №1 або №2
Перемикач потоку вапнякового каменю на накопичувальний бункер печі №1 або №2
Стрічковий транспортер до накопичувальних бункерів сировини печі №2
Ручний перемикач потоку до накопичувальних бункерів сировини печі №2 “Вапняковий камінь – Вугілля”

Накопичувальні бункери компоненів (вапняковий камінь та вугілля)
Лотковий живильник вугілля
Живильник-дозатор вугілля FB-200
Пластинчатий транспортер вапнякового каменю
Ваги ковша скіпового підіймача
Механізм повороту лопати завантажувально-розподільчого пристрою
Завантажувально-розподільчий пристрій
Вузол вивантаження

Відбір димових (пічних) газів:

димосос розпалу та підтримки розрідження в печі
Запірна засувка димососу
Водокільцевий компресор
Ресивер сатураційного газу на виробництво

Детальніше про першу ланку.

Повна автоматизація цієї ланки запланована на наступний рік, після заміни ручних перемикачів потоку. Транспортна ланка має чотири конфігурації: “Вугілля на накопичувальний бункер печі №1”, “Вугілля на накопичувальний бункер печі №2”, “Вапняковий камінь на накопичувальний бункер печі №1”, “Вапняковий камінь на накопичувальний бункер печі №2”. Розлянем роботу ланки на прикладі найдовшого транспортного ланцюга та завантаження вапнякового каменю до накопичувального бункеру печі №2. Оператор ланки попередньо переключає ручні перемикачі потоку в необхідне положення. Потім з місця оператора вибирає маршрут, який збирається автоматично. Погрузчиком вапняковий камінь навантажується до приймального бункеру та за допомогою стрічкового живильника подається на конвейерну стрічку транспортера в галереї, що переміщує вапняк до сортувального вузла з встановленим там грохотом для відсіву пилу, дрібної фракції та бою вапнякового каменю. Відсів попадає у відвал, а очищений вапняковий камінь направляється перемикачем потоку на додаткову конвейерну стрічку до накопичувальних бункерів шахтної печі №2. Контроль за наповненням веде оператор візуально. Вимкнення маршруту здійснює оператор, а зачистка маршруту відбувається автоматично.

Детальніше про вузол дозування (лінія випалу №1 та №2 має ідентичні вузли дозування):

З під прийомного бункеру вугілля за допомогою лоткового живильника подається до живильника-дозатора FB-200. Задана оператором ділянки порція вугілля (близько 60-70 кг) з нього відвантажується на пластинчатий транспортер, який в свою чергу, завантажує ковш скіпового підйомника. Синхронно з вугіллям пластинчатий транспортер подає вапняк до ковша скіпового підйомника. Іноваційні алгоритми керування дозволяють синхронізувати подачу компонентів та якісно змішати компоненти один з одним.

Детальніше про завантаження шихти в шахту печі:

Ковш скіпового підйомника переміщує завантажену в нього та завздалегідь підготовлену шихту на верх печі до завантажувально-розподільчого пристрою який розподіляє її рівномірно по перерізу печі за допомогою повороту розподільчої лопати. Розподільча лопата змінює своє положення кожного циклу завантаження. Переміщення ковша здійснюється за допомогою лебідки скіпового підйомника. Завантаження відбувається по верхньому рівню в печі.

Детальніше про вивантаження вапни:

Відвантаження готової випаленої та охолодженої вапни відбувається через низ печі за допомогою вузла вивантаження. Продуктивність печі та швидкість вивантаження керується оператором в залежності від потреби основного виробництва

Детальніше про відбір пічних (димових) газів:

Відбір пічного газу (сатураційного газу) з подальшою подачею його на основне виробництво, класично реалізований на схемі відбору водокільцевими компресорами. Вони забеспечують потребу виробництва в сатураційному газі та одночасно виконують підживлення необхідним для горіння палива повітрям через низ печі. За допомогою додатково встановленого димососа реалізовано можливість економічно ефективного розпалу печі та підтримання сталого технологічного режиму випалу за рахунок можливості гнучкого впливу на розрідження та температуру в печі.

2. Опис функцій АСУ ТП:

Функції АСУ ТП:

АСУ ТП тракту подачі компонентів шихти забезпечує:

контроль стану (наявність живлення, аварійне відключення, стан контактора, нажаття кнопки аварійної зупинки, положення ключа “Д-О-М”) та управління стрічковим живильником;
контроль стану (наявність живлення, аварійне відключення, стан контактора, нажаття кнопки аварійної зупинки, положення ключа “Д-О-М”, стан пристроїв безпеки (тросовий захист, кожухи тощо)) та управління стрічковим транспортером галереї;
контроль положення ручного перемикача потоку “Вугілля – Вапняковий камінь”;
контроль стану (наявність живлення, аварійне відключення, стан контактора, нажаття кнопки аварійної зупинки, положення ключа “Д-О-М”) та управління грохотом вугілля;
контроль стану (наявність живлення, аварійне відключення, стан контактора, нажаття кнопки аварійної зупинки, положення ключа “Д-О-М”) та управління грохотом вапнякового каменю;
контроль стану (наявність живлення, аварійне відключення, стан контакторів реверсивної збірки, положення перемикача потоку “Вугілля на прийомний бункер печі №1 – Вугілля на прийомний бункер печі №2”) та управління перемикачем потоку;
контроль стану (наявність живлення, аварійне відключення, стан контакторів реверсивної збірки, положення перемикача потоку “Вапняковий камінь на прийомний бункер печі №1 – Вапняковий камінь на прийомний бункер печі №2”) та управління перемикачем потоку;
контроль стану (наявність живлення, аварійне відключення, стан контактора, нажаття кнопки аварійної зупинки, положення ключа “Д-О-М”, стан пристроїв безпеки (тросовий захист, кожухи тощо)) та управління стрічковим транспортером додатковим;
контроль положення ручного перемикача потоку “Накопичувальний бункер вугілля печі №2 – Накопичувальний бункер вапнякового каменю печі №2”;
візуальна та звукова сигналізація запуску механізмів.

АСУ ТП вузла дозування шихти забезпечує:

контроль стану (наявність живлення, аварійне відключення, стан контактора, нажаття кнопки аварійної зупинки, положення ключа “Д-О-М”) та управління лотковим живильником вугілля;
контроль стану (наявність живлення, аварійне відключення, стан “Робота”, нажаття кнопки аварійної зупинки, положення ключа “Д-О-М”) та управління живильником-дозатором вугілля. Регулювання швидкості вивантаження вугілля з живильника-дозатора;
вимірювання та контроль ваги та дози вугілля;
контроль стану (наявність живлення, аварійне відключення, стан “Робота”, нажаття кнопки аварійної зупинки, положення ключа “Д-О-М”) та управління пластинчатим транспортером вапнякового каменю. Регулювання швидкості подачі вапнякового каменю;
вимірювання та контроль ваги та дози шихти;
контроль стану (наявність живлення, аварійне відключення, стан “Робота”, нажаття кнопки аварійної зупинки, положення ключа “А-О-М”, контроль положення, контроль провисання тросу) та управління лебідкою скіпового підйомника. Регулювання швидкості обертів. Плавний розгін та пригальмовування вгорі та внизу печі;
контроль рівня в печі;
контроль стану (наявність живлення, аварійне відключення, стан контакторів реверсивної збірки, нажаття кнопки аварійної зупинки, положення ключа “Д-О-М”, контроль положення за кінцевими вимикачами) та управління пристроєм завантажувально-розподільчим;
контроль стану (наявність живлення, аварійне відключення, стан контактора, нажаття кнопки аварійної зупинки, положення ключа “Д-О-М”) та управління механізмом повороту лопати завантажувально-розподільчого пристрою;
контроль повороту лопати завантажувально-розподільчого пристрою;
контроль стану (наявність живлення, аварійне відключення, стан “Робота”, нажаття кнопки аварійної зупинки, положення ключа “Д-О-М”) та управління вузлом вивантаження вапни. Регулювання швидкості обертів;
вимірювання та контроль температури пічнох (димових) газів;
вимірювання та контроль розрідження в печі;
візуальна сигналізація спуску ковша скіпового підйомника.

АСУ ТП на ланці відбору димових (пічних) газів забеспечує:

контроль стану (наявність живлення, аварійне відключення, стан “Робота”, нажаття кнопки аварійної зупинки, положення ключа “Д-О-М”) та управління димососом. Регулювання швидкості обертів;
контроль стану (наявність живлення, аварійне відключення, стан контакторів реверсивної збірки, положення засувки) та управління засувкою перед димососом;
вимірювання, контроль та регулювання рівня води в ресивері – збірнику водокільцевого компресора №1;
вимірювання, контроль та регулювання рівня води в ресивері – збірнику водокільцевого компресора №2;
вимірювання, контроль та регулювання рівня води в ресивері – збірнику водокільцевого компресора №3;
регулювання температури в печі засувкою розвантаження водокільцевого компресора №1;
регулювання температури в печі засувкою розвантаження водокільцевого компресора №2;
регулювання температури в печі засувкою розвантаження водокільцевого компресора №3;
вимірювання та контроль тиску сатураційного газу на виробництво.

Програмні функції АСУ ТП:

Функція напівавтоматичного збирання маршруту до накопичувальних бункерів сировини
Функція адаптивної настройки параметрів дозування забезпечує максимальну точність дозування компонентів. Ця функція забезпечується алгоритмом який аналізує поточні дані зважування і автоматично вносить корегування в параметри налаштувань.
Функція адаптивної синхронізації змішування компонентів дозволяє керовано та динамічно впливати на приготування шихти.
Функція комплексного та розумного впливу на температур в зоні випалу вапняку за допомогою збалансованої роботи основного важеля – водококільцевого компресора та допоміжного – димососа.
Функції обліку:
- Облік витрат сировини в розрізі часу: за годину, зміну, місяць;
- Облік роботи обладнання: мотогодини, фіксація аварійних подій.

3. Апаратна частина системи.

Для виконання функцій і завдань АСУ ТП, управління обладнанням і збору технологічної інформації були розроблені щити управління [1]ЩУ1 ([2]ЩУ1 для лінії 2 відповідно), а також силові щити на кожну лінію [1]ЩС1, [1]ЩС2 ([2]ЩС1, [2]ЩС2 для лінії 2 відповідно), силовий щит для тракту подачі компонентів шихти – [0]ЩС1 та спільний для обох ліній силовий щит керування димососами – [12]ЩС3. Крім того було розроблено щити місцевого керування ЩМУ для можливості котролю та керування окремими пристроями та механізмами по місцю.

3.1. Щит управління [1]ЩУ1 ([2]ЩУ1 для лінії 2 відповідно).
Щит управління [1]ЩУ1 обладнаний ПЛК (PLC) M340 виробництва Schneider Electric і забезпечує роботу систем управління в автоматичному режимі. Збирає і аналізує інформацію про стан технологічного обладнання, контролює технологічні параметри роботи установки, виконує алгоритмічні завдання дозування, транспортування. Щит управління є нестандартним обладнанням, виконаним для вирішення конкретних завдань на конкретній установці. Відрізняється від щита управління другої лінії розширеним набором обладнання та функцій для виконання завдань автоматизації тракту подачі компонентів шихти на накопичувальні бункери.

3.2. Щит силовий [0]ЩС1.
Щит електротехнічний [0]ЩС1 обладнаний захисною та пусковою апаратурою виробництва Schneider Electric. Призначений для керуваня електроприводом пристроїв та механізмів тракту подачі компонентів шихти на накопичувальні бункери. Щит є нестандартним обладнанням, виконаним для вирішення конкретних завдань на конкретній установці.

3.3. Щит силовий [1]ЩС1 ([2]ЩС1 для лінії 2 відповідно).
Щит електротехнічний [1]ЩС1 обладнаний захисною, пусковою апаратурою та частотними перетворювачами виробництва ABB. Призначений для керуваня електроприводом пристроїв та механізмів вузла дозування шихти, завантаження та вивантаження з печі. Щит є нестандартним обладнанням, виконаним для вирішення конкретних завдань на конкретній установці.

3.4. Щит силовий [1]ЩС2 ([2]ЩС2 для лінії 2 відповідно).
Щит електротехнічний [1]ЩС2 обладнаний частотним перетворювачем виробництва АВВ. Призначений для керуваня електроприводом лебідки скіпового підіймача та реалізовує алгоритми з плавного розгону та гальмування ковша. Щит є нестандартним обладнанням, виконаним для вирішення конкретних завдань на конкретній установці.

3.5. Щит силовий [12]ЩС3.
Щит електротехнічний [12]ЩС3 обладнаний захисною, пусковою апаратурою та частотними перетворювачами виробництва ABB. Призначений для керуваня електроприводом димососами печі №1 та №2 та управління приводами запірних засувок перед відповідними димососами. Щит є нестандартним обладнанням, виконаним для вирішення конкретних завдань на конкретній установці.

3.6. Фрагменти мнемосхеми робочого місця оператора.

3.6. Зовнішні ланцюги.
Монтаж зовнішніх силових ланцюгів виконаний кабелем з мідними жилами, з ізоляцією і оболонкою з полівінілхлоридного пластикату – ÖLFLEX CLASSIC 100 450/750V, типорозмірами 4х10, 4х4, 4х2.5, 4х1,5. Монтаж зовнішніх ланцюгів сигналізації, контрольних та ланцюгів управління виконаний монтажним кабелем з мідними жилами та ізоляцією і оболонкою з полівінілхлоридного пластикату, цифровим маркуванням жил – ÖLFLEX CLASSIC 110 450/750V, типорозмірами 18х0.75, 12х0.75, 5х0.75, 4х0.75, 3х0.75. Для виконання трас використовувався оцинкований закритий короб, сітчастий короб і тонкостінна труба. Гнучкі переходи виконані гофротруби, а спеціальні кабельні вводи забезпечили герметичне підведення кабелю до кнопкових постів, розподільних коробок, датчиків, щитів.

3.7. Використовувані в проекті бренди обладнання.