ООО НПФ Системавтоматика - автоматизация технологических процессов и производств

Система диагностики и анализа причин остановов агрегата непрерывного горячего алюминирования

СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ И АНАЛИЗА ПРИЧИН ОСТАНОВОВ АГРЕГАТА НЕПРЕРЫВНОГО ГОРЯЧЕГО АЛЮМИНИРОВАНИЯ (АНГА)

Система предназначена для автоматизированного анализа работы агрегата, диагностики потенциально опасных ситуаций в режиме реального времени, а также выявления причин остановок агрегата и отказов оборудования.

Агрегат функционально и географически делится на зоны: <Голова>, <Середина>, <Печи>, <Ванны>, <Хвост>, <Маслосмазка>, которые одновременно являются и зонами ответственности оперативного персонала. Зона делится на ряд производственных участков, каждый из которых включает в себя один или несколько узлов, объединяющих группу механизмов, выполняющих определенную технологическую функцию. Агрегат включает около 100 последовательных узлов технологической обработки и более 300 механизмов. Агрегаты функционируют в автоматическом или автоматизированном режиме под управлением контроллеров OMRON CV1000, объединенных фирменной локальной сетью SysmacLink (нижний уровень САУ АНГА). По ходу агрегата расположено 175 мест размещения электроаппаратуры (щиты, шкафы, пульты), в том числе более 50 рабочих мест, с которых могут осуществляться вмешательства оперативного персонала.

Продукция агрегатов дорогостоящая, при остановке более чем на полчаса производство несет огромные потери –перевод продукции из экспорта в беззаказную и брак. Поиск причины остановки из-за неисправности технологического оборудования лежит на специалистах Службы Технологической Автоматики (СТА), оперативный анализ на дежурных электромонтажниках СТА. При создании АНГА агрегат управлялся контроллерами КПБ 11-05, и перед институтом, разработавшим контроллер, была поставлена задача разработки диагностического процессора, работающего параллельно с основным процессором контроллера. Разработанный процессор сильно удлинил цикл управления, и от него пришлось отказаться.

Специалисты Системавтоматики в 1994 году предложили разработать информационно-диагностическую систему, базирующуюся на принципиально другом подходе – буферизации в контроллерах переключений входов, выходов, промежуточных переменных, таймеров, с последующей передачей буфера в сервер диагностики, где и выполняется анализ процесса. Процедура удлиняет цикл управления контроллеров примерно на 15%, что вполне приемлемо. Предложенная система диагностики являлась автономной надстройкой над системой управления агрегатом. Анализ базировался на воспроизведении логики работы нижнего уровня, реализованной в программах контроллеров. Тексты этих программ являются частью информационного обеспечения системы диагностики. Агрегаты периодически модернизируются, изменения в АСУ выполняются специалистами СТА и должны автоматически поддерживаться системой диагностики. Со всеми поставленными задачами специалисты Системавтоматики справились, и принятый подход был сохранен и развит при замене контроллеров на OMRON и переходе на ОС Windows NT, дополнив его разработкой мощного аппарата анализа предистории событий, зарегистрированных системой. Для создания эффективной диалоговой системы был разработан пакет визуальных компонентов AVT, имеющий самостоятельное значение.

Объем внедрения - ОАО "Северсталь", производство холоднокатанного листа (ПХЛ)

  • 1995-1996 гг. Система диагностики АНГА (14 ПЛК КПБ 11-05 и ПЭВМ ВУ). 

  • 2001 г. Система диагностики и анализа причин остановов АНГА (сеть “Omron SysmacLink” из 11 ПЛК Omron CV1000, два сервера диагностики, обеспечивающих горячее резервирование, и сеть АРМов под Windows NT). Система разработана в связи с заменой контроллеров КПБ контроллерами OMRON. Несмотря на большой объем программы (свыше 130 000 строк кода) за три года эксплуатации отказов системы диагностики не было. Являясь основным инструментом обнаружения неисправностей в работе оборудования, данная система позволила существенно сократить среднее время простоя линии.

  • 2002 г. Автоматизированная Система Контроля и Оперативного Управления АНГА. Верхний технологический уровень на SCADA Genesis32.

  • 2004-2005 гг. В настоящее время внедряется аналогичная система диагностики и анализа причин остановов Непрерывного Травильного Агрегата (НТА-3), 12 ПЛК Omron, SysmacLink, два сервера диагностики и сеть АРМов под Windows 2000

Основные функции сервера диагностики

  1. Прием; синхронизация по времени событий от разных ПЛК, обработка текущих данных. Учитывая большой объем информации (9000 переменных), для ускорения навигации база данных структурирована в объекты по различным критериям:

    • Узел, Механизм, Место, Элемент – характеризуют технологический агрегат;
    • Контроллер, Блок, Уравнение (Network), Переменная – характеризуют структуру программы управления;
    • Событие (изменение значения, маски или блокировки переменной), Сообщение (уровень важности задается при проектировании), Извещение – динамически формируются системой.
  2. Вывод оперативной информации о состоянии ТП, необходимой для выполнения функций дежурного персонала операторов-автоматчиков при повседневной работе, в форматах:

  • Сообщения об аварийных и предаварийных ситуациях.
  • Таблицы текущих значений переменных с указанием времени последнего переключения для наборов переменных, определяемых пользователем.
  • Текущие (за последние два часа) графики изменения значений произвольного набора переменных, определяемого пользователем. o Ladder и Functional диаграммы в режиме динамического обновления, с отображением состояния переменных и выделением последних переключений.
  1. Сервис оперативного управления ходом технологического процесса: установка и снятие блокировок, ввод уставок.

  2. Регистрация истории процесса:

В архив записываются значения битовых переменных при их изменении, аналоговых переменных при изменении на величину, превышающую порог нечувствительности, все факты вмешательства оператора, системные события, связанные с функционированием самой диагностической системы. Объем архивирования задается при проектировании и может быть изменен оперативно.

  1. Просмотр архивов с выборкой данных при помощи фильтров в следующих форматах: Таблицы событий и сообщений с указанием первопричины возникновения сообщения; исторические тренды; Ladder и Functional диаграммы с отображением состояния переменных и выделением последних переключений на анализируемый момент времени. Для облегчения навигации по архиву предоставляется следующий сервис:

  • Задание фильтров по нескольким критериям одновременно;

  • Механизм маркировки объектов, с возможностью сохранения полученных наборов и их последующей загрузки;

  • Механизм переходов, использующий отношение между объектами различных типов;

  • Навигатор по уравнениям и переменным-сигнальным лампочкам рабочих мест операторов. Навигация по лампочкам позволяет быстро реагировать на сигналы оперативного персонала, обслуживающего агрегат (загорание тревожного сигнала или отсутствие индикации нормального хода процесса), определив нужное уравнение. Комбинирование указанных способов работы с данными обеспечивает быстрый доступ к интересующему фрагменту информации при анализе производственных ситуаций.

  1. Анализ причин отказов по содержимому архива.

Основное предназначение системы диагностики состоит в поиске событий первопричин возникновения той или иной нештатной ситуации. Под первопричиной понимается переключение входа или срабатывание таймера, которое привело к возникновению данного события. Поводом для поиска первопричин могут быть переключения выходов или промежуточных переменных. Анализ причин производится путем прокрутки уравнений–Networkов в обратном времени. Обычная глубина анализа – несколько уравнений и до 10-20 шагов (сканов) назад. Длительность времени выполнения такого анализа – доли секунды. При запросе фрагмента архива в пределах заданного временного интервала могут быть выполнены 2 вида анализа:

  • Стандартный, для всех событий с определенным уровнем важности, происшедших на анализируемом интервале времени. Для этого класса событий первопричины вычисляются автоматически и выводятся в окне анализа архива на странице сообщений.

  • Детальный, для любых, помеченных оператором событий в выданном фрагменте архива, включая и те, по которым уровень важности не указан. В окне <Результаты поиска причин> по каждому из событий, указанных в запросе, выводится вся история развития процесса от первопричины к поводу – с указанием контроллеров, уравнений, имен и адресов переменных. Если точная причина не установлена, критерии поиска несколько расширяются, и ищется возможная причина, например, переключение промежуточной неархивируемой переменной. Вероятность успешного завершения автоматического поиска причин зависит от "прозрачности" программ контроллеров нижнего уровня и может быть существенно повышена при выполнении определенных требований к ПО контроллеров на стадии проектирования (изменение значений промежуточных переменных не более одного раза за скан, неиспользование косвенной адресации и подпрограмм).

Если автоматический поиск причины события не дал желаемых результатов, пользователь имеет возможность осуществить ручной поиск, используя набор специальных функций, позволяющий осуществлять анализ архива как назад по времени, от момента возникновения анализируемого события, так и вперед, для оценки возможных последствий происшедшего события:

  • Переход от данного уравнения к уравнениям, сопряженным с ним по конретному входу или выходу, т.е. формирующим значение входных переменных или, наоборот, использующих значение анализируемой переменной.

  • Переход к предыдущему либо следующему переключению выделенной битовой переменной или переменных,

  • Аналогичный переход по переключению выхода выбранного уравнения.

  • Переход к предыдущему либо следующему состоянию агрегата (шаги по моментам фиксации событий).

В целом архив системы и инструментарий навигации по архиву предоставляет пользователям различного уровня объективный материал для разбора конфликтных ситуаций, изучения статистики отказов оборудования, изучения программы управления агрегатом в процессе обучения персонала.

  1. Выполнение на сервере программы виртуального контроллера, предназначенной для расширения объема диагностики путем программирования дополнительных уравнений, не предусмотренных программами контроллеров. Сюда относится опережающая диагностика путем обнаружения отказов устройств в фазе удержания состояний механизмов, фиксация фактов невыполнения команд и т. п. Персонал СТА может редактировать программу, выполняемую "виртуальным" контроллером, пользуясь редактором SYSWIN.

  2. Поддержка протокола OPC. Сервер диагностики является источником текущих и архивных данных для нескольких OPC–серверов, реализованных в распределенной системе, в частности для системы технологической визуализации процесса АНГА, реализованной специалистами Системавтоматики на SCADA GENESIS32. Отказ от использования пакета FINS GATEWAY фирмы Omron для системы технологической визуализации позволил существенно сократить напряженный трафик в сети SysmacLink, так как вся необходимая технологическая информация уже есть в системе диагностики.

  3. Визуализация архивных данных на мнемосхеме. На базе архивной подсистемы история процесса воспроизводится в ускоренном или замедленном масштабе времени, и через OPC-сервер передается для просмотра динамики процесса на мнемосхемах.

  4. Обеспечение надежности при сбоях.

Исключение потери текущих и архивных данных вследствие перезагрузки, зависания, аппаратных сбоев сервера обеспечивается хранением в контроллерах до 20 минут истории переключений и горячим резервированием двух серверов диагностики в режиме Master/Slave. Смена Masterа влечет автоматическое переключение на него АРМов технологического персонала и служб.

  1. Формирование и ведение базы данных.

Система включает инструментарий для проектирования и ведения базы данных (рабочая область, включающая в себя программы контроллеров, справочники механизмов, элементов, мест; привязка переменных к технологическим данным, уровень важности сообщений, объем архивирования).

  1. Обеспечение дружественного инструментария для разработки, проверки и модификации программ контроллеров, записанных в PMF-файлах. Инструментарий включает:

  • Проверку корректности программ с выводом всех ошибок, обязательно подлежащих исправлению, и информации о некоторых более тонких моментах, на которые стоит обратить на них внимание, так как здесь могут крыться алгоритмические ошибки;

  • Автоматическую корректировку при удалении, добавлении и перемещении переменных на другие адреса;

  • Оптимизацию программ за счет упрощения булевых выражений;

  • Выполнение программ контроллеров в режиме имитации.

Разработанный инструментарий широко используется специалистами СТА при модернизации программ, что позволяет существенно сократить число ошибок и сделать программы более прозрачными для автоматического поиска причин.

Предложение потенциальным заказчикам

Мощное базовое обеспечение системы диагностики в сочетании высокими эксплуатационными качествами позволяют рекомендовать данную систему в качестве платформы для разработки новых и модернизации эксплуатирующихся САУ сложных технологических процессов, требующих развитой диагностики, реализованных на контроллерах других типов. Необходимым условием является наличие однозначно интерпретируемых файлов с текстами программ контроллеров, то есть, возможность их чтения без использования фирменного пакета разработки.


г.Санкт-Петербург, В.О.,Средний пр., д.4,
ООО НПФ Системавтоматика
тел. (812) 323-29-82     факс. (812) 328-78-92

Copyright c 1992-2004.

Последнее обновление: 1.02.2004