Разработана и внедрена «Система управления перемотчиком мембранных материалов Bastian»

В компанию Промэнерго Автоматика обратился заказчик с которым мы тесно сотрудничаем с 2005 года по поставкам различного оборудования для автоматизации технологических процессов, а так же мы внедрили у этого заказчика несколько десятков робототехнических комплексов на различных производственных участках.

Благодаря долгой и продуктивной истории взаимоотношений заказчик решился на модернизацию сложной производственной машины с привлечением специалистов компании Промэнерго Автоматика. За годы эксплуатации перемоточного комплекса стали накапливаться проблемы, в первую очередь из-за морального устаревания контроллера и сервоприводов Siemens на которых изначально была выполнена машина. Установленные производителем машины сервоприводы Siemens давно были сняты с производства, и, в случае выхода одного из них из строя, возникала угроза полной остановки перемотчика.

2. Описание проблемы

В результате многолетней интенсивной эксплуатации перемотчика мембранных материалов Bastian со временем накопились следующие проблемы:

• Моральное и техническое устаревание сервоприводов производства Siemens
• Отказ шкафного кондиционера и, в следствие этого, несоблюдение температурного режима в шкафу управления
• Утрата актуальности комплекта электрических схем в виду постоянно вносимых изменений и доработок в процессе эксплуатации
• Моральное и техническое устаревание головного контроллера системы управления

Установленные производителем машины сервоприводы были сняты с производства, и, в случае выхода одного из них из строя, возникала угроза полной остановки перемотчика.

Кроме того, у Заказчика появилась потребность работы перемотчика по заранее разработанных и отлаженным рецептам, соответствующим каждому из материалов.

3. Техническое задание

В нашу компанию поступил запрос и техническое задание на модернизацию системы управления перемотчиком. В объем работ входили:

• Подбор сервоприводов с характеристиками, соответствующими существующим, но доступным к поставке. Кроме того, замена серводвигателей и их энкодеров не предполагалась, и требовалось обеспечить их подключение к новой системе сервопривода производства Siemens
• Разработка комплекта электрических схем на систему управления перемотчика, включающего как заменяемые шкафы и элементы, так и вновь разрабатываемые
• Разработка, сборка и поставка трехсекционного шкафа управления (H01-H03), включающего силовые коммутационные и защитные аппараты, сервосистему, ИБП, головной контроллер
• Разработка, сборка и поставка пульта оператора на базе промышленного ПК с локальной SCADA-системой и промышленным монитором
• Поставка и замена распределенной периферии на новую, выполненную на базе Siemens Simatic ET 200SP
• Поставка и замена пневмоострова, на новый, оснащенный интерфейсом PROFINET
• Замена абсолютных энкодеров магазина запаса и ножа поперечной резки, производства Siemens
• Разработка проекта прикладного программного обеспечения ПЛК
• Разработка проекта прикладного программного обеспечения SCADA-системы
• Монтаж и пусконаладка всего выше указанного оборудования автоматизации

4. Реализация

4.1.Сбор и анализ исходных данных

По результатам нескольких выездов на обследование объекта, специалистами нашей компании были собраны необходимые исходные данные:

• Комплект электрических схем (актуальность схем находилась под вопросом, маркировка в шкафах управления отсутствовала полностью)
• Копии исходного кода проекта прикладного ПО существующего контроллера
• Фото- и видеоматериалы о состоянии и алгоритме работы перемотчика
• Уточненные требования к новому функционалу машины

4.2. Разработка концепции

В результате реализации проекта, Заказчик рассчитывал, кроме модернизации оборудования автоматизации, актуализировать рабоче-конструкторскую документацию на перемотчик, актуальные версии исходного кода проектов прикладного ПО ПЛК и SCADA.

Специалистами был осуществлен подбор конфигурации сервопривода, обеспечивающей как соответствие мощностных характеристик, так и возможность сохранения существующих серводвигателей. Кроме того, выбранные компоненты серийно производятся в настоящее время, доступны для заказа, что исключает исходную проблему с ЗИП. Был выбран сервопривод Sinamics S120 с единым для всех осей модулем выпрямителя и тормозным модулем. Для рассеивания избыточной энергии был предусмотреть тормозной резистор производства PROMPOWER.

В короткие сроки была разработана архитектура системы управления. Было решено заменить: распределенную периферию на ET 200SP, головной контроллер на специализированные технологический, серии S7-1500T; вместо HMI-панели применить локальную SCADA-систему MasterSCADA на базе промышленного ПК и сенсорного монитора; исключить передачу данных внутри АСУ по интерфейсу PROFIBUS, вместо этого применить PROFINET, в том числе для подключения пневмоострова и энкодеров магазина запаса и ножа поперечной резки.

Силовые коммутационные аппараты, реле, блоки питания были выбраны производства PROMPOWER.

4.3. Проектирование

После согласования концепции с Заказчиком, оперативно было начато проектирование новых шкафов управления, распределенной периферии, пульта оператора.

Особое внимание было уделено грамотному подключению существующего оборудования, не подлежащего замене, к модернизируемой АСУ, в частности – системы противоаварийной защиты на базе реле безопасности PILZ.

Выбранное основное оборудование среднего уровня АСУ и сервопривод были скомпонованы в трехсекционном ШУ H01-03.

Верхний уровень АСУ был скомпонован в корпусе пульта управления оператора.

Проектирование было окончено в назначенные сроки. Объем РДК составил более 600 страниц.

4.4. Разработка ПО

На основании собранных исходных данных и разработанной архитектуры АСУ, параллельно сборке ШУ была начата разработка проектов прикладного ПО контроллера и SCADA-системы.

Принципиальная позиция нашей компании в плане поставки систем управления состоит в том, чтобы на объект отправлялись шкафы управления, в которых уже загружен релиз проекта.

4.5. Сборка и поставка на объект

Сборка ШУ и пульта была произведена в г. Санкт-Петербург, в строгом соответствии с разработанной и согласованной с Заказчиком документацией. В процессе сборки специалисты компании непрерывно осуществляли контроль за правильностью монтажа и выполнения электрических соединений. По окончанию проверок и испытаний, в ПЛК был загружен стартовый релиз разработанного проекта прикладного ПО, на промышленном ПК была инсталлирована среди разработки и исполнения SCADA-системы.

На сборочном участке были произведены испытания собранных шкафов: выполнена подача напряжения, контроль работоспособности коммутационных аппаратов и блоков питания, передача данных по протоколу PROFINET между компонентами системы управления, первичное параметрирование сервопривода, с проверкой работоспособности каждой оси.

После проведенных испытаний, шкафы были тщательно упакованы в транспортировочную тару и отправлены Заказчику.

4.6. Монтаж

По причинам, связанным с напряженной производственной программой Заказчика, монтаж был перенесен, относительно изначально запланированной даты, практически на календарный год. Шкафы, пульт, и другое оборудование, поставленные на объект, находились в течение этого времени на ответственном хранении.

Ситуация с загруженностью производства и невозможностью длительных остановов перемотчика по прошествии времени в целом не изменилась. В связи с этим, нами был предложен ряд мер по оптимизации сроков монтажа и ПНР, кроме того, для подстраховки, был предложен вариант выполнения работ, при котором существующая система управления может быть оперативно смонтирована и подключена обратно, если в процессе наладки возникнут непреодолимые трудности в наладке новой АСУ.

Монтаж был осуществлен за 10 календарных дней.

4.7. Пусконаладочные работы

Сигнальная наладка проводилась непосредственно в процессе и сразу после монтажа элементов системы управления и была окончена через 4 дня после завершения монтажа.

Пусконаладочные работы АСУ перемотчика проводились в две стадии: вхолостую и с материалом.

Работы были осложнены несколькими факторами:

• Заказчик запланировал параллельно с модернизацией АСУ перемотчика еще и капитальный ремонт механических компонентов машины. В процессе наладки регулярно возникала неопределенность: связано ли качество работы машины с недостаточно отлаженным алгоритмом работы, либо это – влияние неотлаженных механических компонентов. Данный фактор удалось исключить только на самом финале наладки
• Недоступность исходных данных по алгоритму циклограммы работы машины (отсутствовали GSD-файлы для старых сервоприводов). В связи с этим мы были вынуждены восстанавливать алгоритм по ранее отснятым видео и комментариям местных специалистов, эксплуатировавших ранее данный перемотчик. Что характерно, показания разных операторов зачастую противоречили друг другу
• Неполнота электрических схем на машину. Так, выяснилось, что часть устройств и датчиков, обеспечивающих требуемое качество намотки материала никак не указаны в исходных схемах. Все такие позиции были выявлены и добавлены как в РКД, так и в алгоритм
• Большое количество ручных регулировок механических компонентов машины. Сложилась ситуация, что качество работы машины зависит по крайней мере в равной степени и от работы АСУ, и от корректности данных регулировок. Регулировки в свою очередь осуществляются оператором и зависят от его опыта, профессионализма и ответственного подхода к работе. Соответственно, необходимо было научиться устранять данную неопределенность и выработать критерии качества работы АСУ, исключающие влияние разных операторов
• Большой объем материала, уходившего в брак в процессе наладки. В начале работ этому фактору было уделено недостаточное внимание. Впоследствии нами был разработан метод работы, при котором расход материала был минимальным, так как удалось найти способ обратной перемотки и многократного использования материала
• Явный конструкторский просчет производителя машины. На оси размотчика бигрола (рулона диаметром до 1850мм и массой до 6 тонн) установлен двигатель мощностью 8кВт и отсутствует механический тормоз. Привод на катушку бигрола осуществляется карданной передачей со шлицевым соединением, имеются значительные люфты. При высоких скоростях работы перемотчика или при резких остановах, динамического торможения не хватало для остановки бигрола. Кроме того, дисбаланс бигрола и удары при выбирании люфтов приводили к пиковым забросам момента, в результате чего сервопривод аварийно отключался по срабатыванию защиты от перегрузки. Выяснилось, что специалисты заказчика были в курсе данной проблемы, и старая система управления обеспечивала принудительное занижение скорости перемотки до достижения определенного диаметра бигрола. Оперативно данная защита была реализована и в нашей АСУ
• Длительные простои в работе в связи с регулировкой/ремонтом механических компонентов

В результате, пусконаладочные работы были завершены за изначально запланированное время.

5. Результат

В результате выполненных работ были обеспечены все требуемые параметры работы перемотчика:

• Скорость перемотки – до 120 м/мин
• Точность намотки по длине: ±10 см
• Требуемое качество намотки

Кроме того, дополнительные качества машины и результаты:

• Заказчику передан актуальный комплект РКД на АСУ
• Заказчику передан исходный код проектов прикладного ПО ПЛК и SCADA
• Обеспечена работа по рецептам, индивидуальным для каждого типа перематываемого материала
• Выданы рекомендации по доработке механических компонентов и дооснащению машины