Zusammenfassung: Dieser Artikel beschreibt den Einsatz der QUANTUM-SPS im System zur Trübungswasserzirkulation und Ölabscheidung mittels Schrägplatten-Sedimentationsbecken der Stranggießanlage der Jinan Iron and Steel Group (1700 mm Stranggieß- und Walzwerk). Die Hardwarekonfiguration, das Softwaredesign und die Implementierungsfunktionen des Steuerungssystems werden detailliert beschrieben und erfüllen die Produktionsanforderungen. 1. Überblick: Das Wasseraufbereitungssystem der Stranggießanlage der Jinan Iron and Steel Group ist das Hauptwasserversorgungssystem für die Anlage. Es gliedert sich in das Abwasser- und Schlammsystem, das Pumpwerk und das System zur Trübungswasserzirkulation und Ölabscheidung mittels Schrägplatten-Sedimentationsbecken. Die wichtigsten elektrischen Anlagen im System zur Ölabscheidung mit Schrägplatten-Sedimentationsbecken für das Kühlwasserzirkulationsverfahren beim Stranggießen umfassen: Ölabscheider, Einlaufmischer, Dosieranlagenmischer, Dosierpumpen, Schlammpumpe, pneumatisches Schlammventil usw. Die Niederspannungsanlagen arbeiten mit einem konventionellen automatischen Wechselstrommotorantriebssystem mit Konstantdrehzahl, Schaltern, Schützen und Thermorelais. Alle Komponenten befinden sich im Niederspannungsverteilerraum des Schrägplatten-Sedimentationsbeckens im Schaltschrank vom Typ GGD2. 2. Systemkonfiguration 2.1 Einführung in das Steuerungssystem Das elektrische und instrumentelle Automatisierungssystem des Schrägplatten-Sedimentationsbeckens ist in Basisautomatisierung (Ebene 1) und Prozessautomatisierung (Ebene 2) unterteilt. Eine separate Schnittstelle für die Managementautomatisierung (Ebene 3) ist ebenfalls vorhanden. Die Leitwarte arbeitet mit zentraler SPS-Steuerung und CRT-Überwachung und -Bedienung, wodurch ein separater Bedienerplatz entfällt. Über eine HMI-Workstation können alle Anlagen online überwacht werden. Dies ermöglicht die sequentielle Steuerung, die Ausgabe von Fehleralarmen und die Anzeige von Statusinformationen für jede Prozessanlage oder jeden Prozessablauf. Die Systeme tauschen Daten über eine Ethernet-Verbindung zur SPS aus. Das Schrägplatten-Ölabscheidersystem für das trübe Umwälzwasser der Stranggießanlage bildet über einen Switch ein übergeordnetes Managementnetzwerk mit der Stranggießanlage. Jede SPS stellt über eine Ethernet-Schnittstelle eine eigene Netzwerk-Webseite bereit, über die Benutzer den Betriebs- und Produktionsstatus des Systems im Browser oder per HTML einsehen können. Das grundlegende Automatisierungssystem des Schrägplatten-Ölabscheiders übernimmt die elektrische und instrumentelle Steuerung der Prozessanlagen. Es besteht aus einer QUANTUM-Steuerung. Im Kontrollraum des Schrägplatten-Ölabscheiders befindet sich eine HMI-Bedienstation. Diese ist über Ethernet mit dem Ethernet-Switch im Wasseraufbereitungsbereich verbunden. Die Kommunikation erfolgt über Glasfaser, um Daten in Echtzeit auszutauschen. Der Systemaufbau ist in Abbildung 1 dargestellt. Abbildung 1: Systemkonfigurationsdiagramm. 2.2 SPS-Auswahl und E/A-Zuordnung: Basierend auf den Betriebsanforderungen des Geräts wurde die kostengünstige speicherprogrammierbare Steuerung Schneider Quantum für den Aufbau des Steuerungssystems ausgewählt. Die verwendete CPU ist die 140-CPU-534-14, und die SPS umfasst einen Erweiterungsrahmen. Das 32-Punkt-Digitaleingangsmodul wird mit einer 24-V-Gleichstromversorgung betrieben und dient der Erfassung von Steuerbefehlen und Schaltzuständen. Das 16-Punkt-Digitalausgangsmodul wird mit einer 220-V-Wechselstromversorgung betrieben und dient der Ansteuerung verschiedener Betriebsschalter und der Anzeige des Status von Kontrollleuchten. Analogeingänge wandeln analoge Messsignale in entsprechende digitale Werte um, die vom Computer empfangen werden. Das System zur Ölabscheidung mit geneigten Platten verfügt über 14 Signalverarbeitungsmodule, darunter 9 Digitaleingangsmodule (140-DDI-853-00), 3 Digitalausgangsmodule (140-DAO-842-10), 2 Analogeingangsmodule (140-ACI-030-00), Erweiterungsmodule (140-CRA-93X-00 und 140-CRA-93X-00) und ein Kommunikationsverarbeitungsmodul (140-NOE-771-10). 3. Design der übergeordneten Überwachungssoftware 3.1 Funktionen der Überwachungssoftware Monitor Pro ist eine übergeordnete Überwachungssoftware, die auf einem Standard-PC mit Windows 2000 oder XP läuft. Sie verfügt über leistungsstarke Netzwerkfunktionen und eine Client/Server-Architektur. Die Software besteht aus zwei Hauptkomponenten: der HMI-Komponente (Host-Schnittstelle) – dem Client Builder – und der Echtzeitdatenbank (RTDB) – dem Konfigurations-Explorer. Sie nutzt die gängige Client/Server-Architektur; die Softwarekonfiguration ist in Abbildung 2 dargestellt. Um Stabilität im industriellen Umfeld zu gewährleisten, verwendet der Server ein englisches Windows 2000-Betriebssystem und die eigenständige Überwachungssoftware Monitor Pro V7.2. Datenbank, Client und Server laufen auf einem einzigen Industrie-PC. In der Client/Server-Architektur werden alle Daten der HMI (Host-Management-Schnittstelle) des Prozessleitsystems des Schrägplatten-Ölabscheiders über den Server zur Abfrage und Änderung übermittelt. Diese Daten werden anschließend über Glasfaser-Ethernet an die SPS-Steuerung verteilt, um die Online-Überwachung und den Betrieb der Feldanlage zu ermöglichen. Der Server hostet eine SQL 7.0-Datenbank, die über eine ODBC-Schnittstelle mit dem MP7 verbunden ist, um historische Daten zu verarbeiten und zu speichern. Abbildung 2 zeigt die Softwarekonfiguration des übergeordneten Steuerungssystems. 3.2 Funktionen des Leitrechners Der Leitrechner erfüllt folgende Funktionen: digitale Anzeige des Sumpfpegels, des momentanen und des kumulativen Durchflusses des Ölabscheidebeckens; Anzeige des Start-, Stopp-, Betriebs- und Fehlerstatus jedes Geräts; grüne Tasten beim Start, rote Tasten im Normalbetrieb und blinkende Farben bei Störungen, wobei gleichzeitig der Fehlertyp in Textform zur einfachen Fehlersuche angezeigt wird; und die Möglichkeit, Fehlerinformationen (Fehlerzeitpunkt, Fehlertyp usw.) für einen Monat zur bequemen Unfallanalyse aufzuzeichnen. Wenn der Wasserstand im Becken den Warnpegel über- oder unterschreitet, wird sofort ein Alarm ausgelöst, um ein Überlaufen oder Entleeren des Beckens zu verhindern und so wertvolle Wasserressourcen zu schonen und die Anlage zu schützen. Die HMI-Überwachungsoberfläche ist in Abbildung 3 dargestellt. Abbildung 3: HMI-Überwachungsoberfläche. 4. Software-Design auf niedriger Ebene: Die Steuerungssoftware verwendet Concept 2.6, eine Windows-basierte integrierte Entwicklungsumgebung. Sie enthält alle in IEC-1131 spezifizierten Programmiersprachen. Benutzer können eigene, wiederverwendbare Funktionsbausteine ​​erstellen. Der integrierte Simulations-Debugger ermöglicht Offline-Simulationen und beschleunigt so die Entwicklung und das Debugging der Anwendungssoftware. Bis zu sieben Ebenen des Softwarezugriffsschutzes verhindern unberechtigten Zugriff und gewährleisten so Sicherheit und Zuverlässigkeit. Umfangreiche Online-Hilfefunktionen, eine benutzerfreundliche Oberfläche und umfangreiche Informationen erleichtern die Arbeit von Anwendungsentwicklern erheblich. Das Ablaufdiagramm des Steuerungsprogramms ist in Abbildung 4 dargestellt. Abbildung 4: Ablaufdiagramm des Steuerungsprogramms. 5. Funktionsimplementierung: Alle elektrischen Geräte lassen sich per Mausklick auf der HMI steuern. Jedes Gerät verfügt über eine lokale Steuereinheit mit zentralen/lokalen Wahlschaltern. Im Vor-Ort-Betrieb erfolgt die Steuerung über die Start- und Stopp-Tasten am Bedienfeld. Dies ist ein eigenständiger Einzelaktionsmodus, der während der Inbetriebnahmephase verwendet wird. Bei zentraler Steuerung können Mischer, Ölabscheider und Dosierpumpe über die HMI gestartet und gestoppt werden. Tauchpumpe, Schlammpumpe und Schlammventil verfügen über automatische und manuelle HMI-Betriebsmodi. Die Tauchpumpe wird nur bei hohem Wasserstand im externen Rohrleitungssumpf eingesetzt. Sobald der Wasserstand im Sumpf den Maximalwert von -7,65 m überschreitet, startet die Tauchpumpe automatisch die Wasserentnahme. Sinkt der Wasserstand im Sumpf auf den Arbeitspegel von -8,10 m, schaltet sich die Tauchpumpe ab und das System kehrt in den Normalbetrieb zurück. Änderungen des Wasserstands im Saugtank werden auf dem Bildschirm am Ölabscheider angezeigt, um das Personal vor Ort rechtzeitig zu alarmieren und ein Eingreifen zu ermöglichen. Manuelle HMI-Bedienung: Klicken Sie auf die Schaltfläche „HMI Auto“, um den entsprechenden Unterbildschirm zu öffnen. Klicken Sie auf die Schaltfläche „Pumpenstart“. Nach dem Anlaufen des Motors leuchtet die Pumpenbetriebsanzeige grün. Nach einer Verzögerung von 5 Sekunden klicken Sie auf die Schaltfläche „Ventil öffnen“. Nach dem Anlaufen des Ventilmotors leuchtet die Ventilbetriebsanzeige grün. Klicken Sie auf die Schaltfläche „Ventil schließen“. Der Ventilmotor stoppt, und die Ventilbetriebsanzeige leuchtet rot. Beim Schließen des Ventils stoppt auch die zugehörige Pumpe automatisch. HMI Auto: Klicken Sie auf die Schaltfläche „HMI Auto“. Dadurch werden alle Schlammpumpen und Schlammventile automatisch miteinander verbunden. Schlammpumpe 1 startet; nach 5 Sekunden öffnet sich Schlammventil 1; nach 15 Minuten Laufzeit schließt es sich wieder. Gleichzeitig startet Schlammpumpe 2; nach 5 Sekunden öffnet sich Schlammventil 2; nach 15 Minuten Laufzeit schließt es sich wieder; gleichzeitig startet Schlammpumpe 3 usw. Die Schlammpumpe 12 startet. Nach 5 Sekunden öffnet sich das Schlammventil 12. Nach 15 Minuten Laufzeit schließt das Schlammventil Nr. 12, und die erste Schlammpumpe startet. Bei einer Störung einer der Schlammpumpen springt automatisch die nächste an. Sind fünf Pumpen defekt, wird der Betrieb aller Schlammpumpen und Schlammventile unterbunden. 6. Fazit: Die von diesem SPS-System gesteuerte Anlage erfüllt die Produktionsanforderungen und kann den Betriebszustand und Alarmmeldungen entfernter Anlagen in Echtzeit auf dem Host-Rechner anzeigen. Dies vereinfacht die Bedienung und beschleunigt die Fehlerbehebung, wodurch das Ziel der Produktionsautomatisierung erreicht wird. Referenzen: Yu Qingguang. Programmable Logic Controller Principles and System Design. Beijing: Tsinghua University Press, 2004. Ansprechpartner: Li Xia. Postanschrift: Automation Department, Jinan Iron and Steel Group Corporation, No. 21, Industrial North Road, Jinan. Tel.: (0531) 88866647. E-Mail: [email protected]. Li Xia (1979–), Diplom-Ingenieur, tätig im Bereich Elektroautomation.