ВАЛЬЦЕВЫЕ СТАНКИ · АВТОМАТИЗАЦИЯ · С 2011 ГОДА
Система управления вальцевыми станками
Функции, состав оборудования, связь с АСУ ТП завода и дополнительные возможности. Собственная разработка и производство ООО «ТАУ 2».
Вальцевый станок — та машина, от ровности работы которой напрямую зависит выход муки. Стакан переполнился или опустел, вальцы пошли всухую, ослаб ремень межвальцовой передачи — и проход выпадает из режима, а рассев получает не тот продукт. Уследить за этим по всему вальцевому парку вручную сменный персонал не может.
Система управления вальцевым станком снимает эту задачу с человека. Она держит питание по уровню продукта, приваливает и отваливает вальцы, контролирует нагрузку приводов и температуру подшипников, останавливает станок при отклонениях и передаёт всё, что видит, в АСУ ТП завода.
Систему мы разрабатываем, производим и внедряем с 2011 года. Она поставляется самостоятельно — для оснащения действующих станков любого изготовителя, — либо входит в состав системы управления заводом как подсистема.
1. Что делает система
- Держит постоянный уровень продукта в питающем бункере (стакане). Стабильный уровень по всему вальцевому парку — это равномерная нагрузка на системы и рассевы и высокий выход муки.
- Плавно меняет подачу продукта на мелющие вальцы частотным преобразователем привода питающих валков. Скачкообразные изменения нагрузки на мелющую пару исключены.
- Автоматически приваливает и отваливает мелющие вальцы при заданных уровнях продукта в стакане, с выдержкой времени и с контролем положения пневмоцилиндров.
- Контролирует параметры станка: температуру подшипников, нагрузку электродвигателей приводов, положение вальцов, наличие продукта, обороты питателя и вращение мелющих вальцов.
- Передаёт измерения, состояния и все аварийные сообщения в АСУ ТП завода и принимает оттуда уставки и команды.
2. Управление питанием и размолом
Ядро системы — контур поддержания уровня продукта в загрузочном стакане. Оператор задаёт требуемое заполнение, система держит его, изменяя обороты питающих валков.
2.1. Автоматическое регулирование
- Уставка заполнения стакана в процентах, с ограничением сверху и снизу по оборотам питания.
- Коррекция разгона питателей по току нагрузки главного привода: система смотрит не только на уровень в стакане, но и на фактическую загрузку размола.
- Настраиваемая фильтрация сигнала уровня и темп изменения оборотов — регулирование остаётся плавным на любом продукте, от драных систем до размольных.
- Пересчёт задания частоты в реальные обороты валка по передаточному числу редуктора: оператор работает в оборотах в минуту, а не в герцах.
2.2. Фиксированные обороты
- Постоянная заданная скорость питания — для наладки, для нестандартных продуктов и на случай вывода датчика уровня из работы.
- Тестовый прогон привода питающих валков с отдельного экрана, с контролем тока и скорости.
2.3. Пара станков под общим стаканом
Если два станка работают под одним загрузочным стаканом с одним датчиком уровня, они связываются в схему «ведущий — ведомый».
- Станок с подключённым датчиком задаёт производительность, второй следует за ним с настраиваемой добавкой или вычетом оборотов.
- Если ведущий остановлен, ведомый переходит на фиксированные обороты и продолжает работать.
2.4. Привал и отвал мелющих вальцов
- Три режима: принудительный привал, принудительный отвал и автоматика по уровню продукта.
- Задержка привала после пуска подачи — продукт успевает дойти до зоны размола, вальцы не сходятся всухую.
- Положение пневмоцилиндров контролируется датчиками. Пропал сигнал или сжатый воздух — подача и привал снимаются.
- В автоматическом режиме привал разрешается только при наличии сигнала от АСУ ТП завода: сначала пускается размольная линия, затем разрешается привал.
- Щётки и скребки очистки вальцов работают синхронно с привалом.
2.5. Опорожнение и очистка стакана
- Режим опорожнения по команде оператора: стакан вырабатывается на заданной скорости за заданное время.
- Циклическая автоматическая очистка стакана с настраиваемой периодичностью и ограничением по времени — против залёживания продукта у стенок.
- Обе функции отключаются, если по технологии не нужны.
3. Защита оборудования и диагностика
Система контролирует и состояние узлов машины, и протекание процесса внутри станка. Экран сигнализации выводится автоматически при появлении любого нового отклонения — оператору не нужно его искать.
| Событие | Статус | Реакция системы |
|---|---|---|
| Нет привала вальцов: пропал сжатый воздух, отказ электропневматики | Авария | Отвал, снятие подачи, сигнал в АСУ ТП |
| Отказ частотного преобразователя привода питания | Авария | Останов подачи, отвал, сигнал в АСУ ТП |
| Обороты мелющих вальцов вне диапазона — обрыв или проскальзывание ремней | Авария | Останов подачи, отвал, сигнал в АСУ ТП |
| Нагрузка главного двигателя упала до холостого хода | Авария | Останов подачи и привала: размол фактически не идёт |
| Перегрузка двигателя размола | Неисправность | Снятие подачи, сигнализация с указанием причины |
| Перегрузка двигателя подачи | Неисправность | Сигнализация, проверка привода питающих валков |
| Нет вращения питающего валка | Неисправность | Останов подачи и привала |
| Температура подшипников вальцов выше уставки | Неисправность | Сигнализация с указанием конкретного подшипника |
| Переполнение или преждевременное опорожнение стакана | Неисправность | Сигнализация: приход и расход продукта рассогласованы |
| Подпор в приёмном бункере под станком | Неисправность | Сигнализация до того, как забьётся выпуск |
| Нажата кнопка «Стоп» на станке | Состояние | Останов подачи и привала, индикация причины на экране |
3.1. Что это даёт в эксплуатации
Сообщение снимается только после устранения технологической причины: квитировать аварию, не разобравшись, нельзя. По каждому сообщению система показывает вероятные причины и порядок действий — от «увеличить межвальцовый зазор» до «проверить и заменить ремни».
Датчики уровня, тока и вращения выводятся из работы прямо с панели. Станок продолжит работать в ограниченном режиме, а система явно покажет, какие защиты при этом сняты и за чем оператору нужно следить самому. Мельница не останавливается из-за одного оборванного кабеля.
3.2. Тренды и диагностика
- Графики рабочих параметров за последний час с шагом две секунды: скорость питания, ток размола, температура подшипников, уровень продукта, задание преобразователю.
- Служебный экран показывает состояние всех дискретных входов и выходов, значения аналоговых каналов, регистры задания частоты и время цикла программы. Отказ находится без ноутбука и без программиста.
- Калибровка датчика уровня по реальному продукту: оператор набирает стакан и фиксирует точки 0 % и 100 % двумя нажатиями. Второй способ — прямой ввод границ токового диапазона.
- Калибровка канала измерения тока по показаниям токовых клещей, без замены оборудования и без выезда наладчика.
- Три уровня доступа: обороты подачи открыты сменному персоналу, параметры процесса — технологу, настройки оборудования и временные уставки — инженерной службе.
4. Связь с АСУ ТП завода
Станок не остаётся вещью в себе. Обмен с системой управления заводом идёт по цифровому каналу (Modbus), поэтому размольное отделение видно из операторской целиком.
| Со станка в АСУ ТП | Из АСУ ТП на станок |
|---|---|
| Уровень продукта в стакане; ток и процент нагрузки двигателя размола; обороты питающих валков и мелющих вальцов; температура четырёх подшипников; состояние станка — работа, ожидание продукта, останов, привал или отвал; все аварии и неисправности с метками времени. | Уставки рабочих параметров; разрешение привала вальцов в общей последовательности пуска линии; дистанционные команды пуска, останова, сброса и опорожнения. |
Аварии и неисправности передаются наверх с метками времени и ложатся в единый журнал АСУ ТП вместе с событиями остального оборудования. Разбор нештатной ситуации ведётся по общей хронологии, а не по памяти смены: видно, что произошло раньше — подпор под станком, перегрузка привода или останов нории.
Журнал показывает и то, какие узлы отказывают чаще других. Это основание для планового ремонта вместо аварийного.
Резервно сохраняются «сухие» контакты обобщённых сигналов «Авария», «Неисправность» и «Контроллер в работе» — на случай, если станок подключается к существующей релейной схеме завода.
5. Аппаратная платформа
Контроллер и панель оператора — серийное оборудование OMRON, привод питания и датчики подбираются из доступных марок. Состав измерительных каналов подобран так, чтобы закрыть контроль машины минимальным числом приборов: лишние датчики — это лишние кабели, каналы ввода и точки отказа.
| Узел | Исполнение |
|---|---|
| Контроллер | Программируемый контроллер OMRON CP1L-EM со встроенным портом Ethernet для связи с сенсорной панелью оператора, с двумя коммуникационными модулями CP1W-CIF12 для связи по Modbus с АСУ ТП завода и с конвертерами 1-Wire/Modbus, через которые подключаются датчики температуры подшипников, с модулями расширения аналоговых входных и выходных каналов |
| Панель оператора | Сенсорная панель OMRON NB7W-TW01B. Интерфейс на русском и латинице, переключение языка с любого экрана |
| Привод питания | Частотный преобразователь OMRON MX2, Yaskawa или «Веспер» с картой параметров под конкретную машину |
| Датчик уровня в стакане | Аналоговый ёмкостной зонд VEGA, «Сенсор» или ОВЕН с выходом 4–20 мА. Он же определяет наличие продукта в стакане: отдельный дискретный датчик не ставится — на прибор, кабель и канал ввода меньше |
| Контроль тока размола | Измерительный преобразователь тока 4–20 мА, канал калибруется с панели |
| Контроль вращения | Датчики оборотов питающего валка и медленного мелющего вальца |
| Температура подшипников | Входит в состав системы. Четыре канала — ведущий и ведомый вальцы, левая и правая опоры — по шине 1-Wire через конвертер в контроллер |
| Привал и отвал | Электропневмоклапан с датчиками положения штоков пневмоцилиндров |
| Подпор под станком | По желанию заказчика: датчики в приёмном бункере, один или два по схеме завода |
Панель управления ставится на каждой стороне двухсекционного станка; стороны работают независимо друг от друга.
6. Что включается по желанию заказчика
Базовый состав закрывает питание, привал и отвал, защиты и обмен с АСУ ТП. Сверх него в систему включаются дополнительные контуры — при условии, что оснащение станка это позволяет.
Если на станке установлен моторизованный привод регулировки зазора, система управляет им с позиционной обратной связью: зазор задаётся дистанционно с панели или из АСУ ТП, текущее положение отображается и контролируется. Переход на другую помольную партию перестаёт быть ручной операцией на каждом проходе.
На машинах, где завод-изготовитель такой привод не устанавливает, зазор остаётся механическим, а автоматика управляет двухпозиционным пневматическим привалом и отвалом.
Система рассчитывает и отображает расход электроэнергии в киловатт-часах на тонну по каждому проходу и передаёт его в АСУ ТП. Видно, какой проход и в какую смену обходится дороже, и как на это влияет состояние рифлей.
Предупреждают о забивании выпуска под станком до того, как остановится линия. Ставятся по схеме завода — один или два на станок.
7. Что нужно для проработки проекта
Чтобы предложить состав системы и стоимость, нам достаточно исходных данных по вашему вальцевому парку.
- Марка и тип вальцевых станков, их количество, схема размола.
- Данные приводов: мощность и номинальный ток двигателей размола и питания, передаточное число редуктора питателя.
- Исполнение загрузочного стакана и существующие датчики уровня.
- Наличие и тип пневматики привала, наличие сжатого воздуха у станков.
- Наличие моторизованного привода межвальцового зазора и датчиков его положения.
- Действующая АСУ ТП завода: платформа, протокол обмена, состав передаваемых сигналов.
- Нужные опции: управление зазором, учёт удельного энергопотребления, датчики подпора.
Присылайте исходные данные по вашему вальцевому парку — предложим состав системы и стоимость. Связаться с нами.
