Проекты/ Металлургия

Автоматизированная система управления процессом автоклавного выщелачивания цинка (АСУ ПАВЦ)

Заказчик: ХМК БГМК "Цинковый завод" Корпорации "Казахмыс",
г.Балхаш, республика Казахстан

Описание объекта автоматизации

Цех автоклавного выщелачивания предназначен для извлечения цинка из концентрата в раствор путем выщелачивания в автоклавах под высоким давлением. В цехе предусмотрены три независимые линии выщелачивания, каждая из которых включает в себя: автоклав, бак-самоиспаритель и бак-кондиционер. Выщелачивание цинка производится по двухстадийному принципу. Цех разработан таким образом, чтобы обеспечивать большую гибкость, поэтому каждая из автоклавных линий может работать либо на первой стадии, либо на второй, либо находиться в резерве. Также на всех дозировочных и выгружных линиях предусмотрены резервные насосы. Гибкость дает возможность регулярно переключать автоклавные линии для перенастройки, техобслуживания или ремонта оборудования линий без останова всего цеха.

Количество процессных объектов

Структура системы

АСУ ПАВЦ включает в себя два уровня аппаратных средств - нижний, выполняющий функции сбора, обработки информации и локального управления, и верхний, предназначенный для задач дистанционного управления, наблюдения за ходом процесса, а также архивирования и протоколирования.
Нижний уровень состоит из двух подсистем: автоматизированной системы управления (АСУ – DCS) и системы противоаварийной защиты (ПАЗ – ESD), реализованных на контроллерах фирмы SIEMENS. Подсистема АСУ реализована на контроллере SIMATIC S7-400 с центральным процессором CPU416-2DP и нерезервированной децентрализованной периферией ET200M. Подсистема ПАЗ реализована на резервированном контроллере SIMATIC S7-400H с центральным процессором CPU414-4H и переключаемой децентрализованной периферией ET200M.
Верхний уровень представляет собой три персональных компьютера с системой визуализации WinCC фирмы SIEMENS.
Обмен данными между контроллерами и рабочими станциями производится по высокоскоростному каналу передачи Industrial Ethernet.
Структура системы автоматизации представлена на рисунке ниже.

Структура АСУ ПАВЦ

Перечень реализуемых функций

АСУ ПАВЦ выполняет следующие функции:

• Прием и обработку аналоговых и дискретных сигналов от датчиков технологических параметров, диагностику исправности каналов измерения и датчиков (PROFIBUS PA), приведение измеренных значений к нормальным условиям (расходы пара, кислорода);
• Представление технологической информации на экранах дисплеев (по запросу или автоматически) в различных форматах по выбору оператора;
• Автоматическая сигнализация и регистрация достижения параметром аварийной и предупредительной границ;
• Формирование и вывод на экран дисплея протокола сообщений, в котором фиксируются все сообщения о предупредительной и аварийной сигнализациях, сообщения о действиях оператора и системы автоматизации, а также диагностические сообщения о неисправностях в системе;
• Одноконтурное и каскадное автоматическое регулирование; для особо важных контуров регулирования реализован режим работы с внешней уставкой, в котором уставка по регулируемому параметру рассчитывается автоматически системой, исходя из данных лабораторных анализов, обеспечивая оптимальное по качеству ведение процесса;
• Автоматическое (по алгоритму) и дистанционное (по командам оператора) управление технологическим оборудованием (насосы, мешалки, клапаны, ленточные фильтры, сгустители и т.д.);
• Подсистема противоаварийной защиты (ПАЗ) обеспечивает перевод технологического оборудования цеха в безопасное состояние в случае срабатывания аварийных или технологических блокировок, а также при выходе из строя управляющего контроллера;
• Ввод оператором результатов контрольных (в фиксированное время) и усредненных за сутки (в конце суток) результатов лабораторных анализов;
• Расчет основных технико-экономических показателей (расход сырья, энергетических потоков), формирование ежесуточных сводок по работе первой, второй стадий выщелачивания, сгущения и пр.
• Подсистема архивирования информации обеспечивает архивирование всех аналоговых параметров в кратковременном архиве с циклом опроса 2, 6 или 30 с и временем хранения 3 суток, а также в долговременном архиве с циклом опроса 6 или 30 с и временем хранения 32 суток; архивирование результатов анализов, рапортов и сводок в начале каждых суток и временем хранения не менее 3 мес; архивирование протокола сообщений (последние 10 000 сообщений); отображение архивной информации на экран дисплея (или печать на принтер) в виде таблиц (рапорты и сводки) и трендов (измеренные значения);
• Информационный обмен между управляющими контроллерами и сервером АСУ ПАВЦ по высокоскоростному каналу Industrial Ethernet (10 Mbps), при этом обмен информацией сервера с резервированным контроллером ПАЗ осуществляется по резервированному соединению; в случае отказа одного из CPU или CP контроллера обмен данными с сервером будет продолжаться через другой (работоспособный) CPU и CP;
• Обмен данными между сервером и станциями операторов по высокоскоростной сети Ethernet (100 Mbps);
• Обмен информации между контроллерами подсистем АСУ и ПАЗ по резервированному соединению; в случае отказа одного из CPU (для подсистемы ПАЗ) или CP обмен данными будет продолжаться по второму (работоспособному) соединению;
• Подсистема диагностики диагностирует: программные средства (наличие сбоев и ошибок в работе программного обеспечения); аппаратные средства нижнего уровня – выход из строя процессорных модулей, коммуникационных процессоров, модулей ввода/вывода, интерфейсных модулей и т.д.; наличие связи (обмена данными) сервера с контроллерами и между контроллерами; аналоговые датчики на обрыв, короткое замыкание и пр.; аналоговые выходы на обрыв линии; При выходе из строя аппаратных средств, отсутствии обмена данными или возникновении программных сбоев формируется соответствующее сообщение.

Мнемосхема "Автоклав AU-001"

Количественные и качественные характеристики АСУ ПАВЦ

Питание технических средств АСУ ПАВЦ осуществляется от сети переменного тока напряжением 3~380В 50 Гц. Во избежание порчи и потери информации предусмотрено устройство бесперебойного питания для аппаратных средств нижнего уровня и операторских станций верхнего уровня. Минимальное время буферизации при полном отключении сетевого электропитания – не менее 10 минут.

Количество входов и выходов контроллеров:

В АСУ ПАВЦ предусмотрен циклический опрос контроллером всех датчиков с периодом опроса не менее:

1. Аналоговые датчики АСУ                                                                    600 мс
2. Аналоговые датчики ПАЗ                                                                    400 мс
3. Аналоговых выходы и дискретные входы/выходы АСУ                         300 мс
4. Аналоговых выходы и дискретные входы/выходы ПАЗ                         200 мс
5. Максимальное время реакции на аварийный сигнал блокировки ПАЗ   400 мс

Динамические характеристики системы не превышают следующих значений:

1. Максимальное время обновления данных на рабочем месте оператора          2 с
2. Максимальное время прохождения команды оператора и ее подтверждения  2 с
3. Представление информации оператору о срабатывании                                 2 с
4. Среднее время восстановления работоспособности технических средств        1 ч

Срок службы АСУ ПАВЦ в целом – не менее 12 лет.