Системы Неразрушающего Контроля: Как Они Помогают Производить Продукцию В Условиях Непрерывной Работы Агрегатов

Хабр, здравствуйте.

Я, Роман Юшков, работаю начальником отдела систем неразрушающего контроля в «Северстали».

Расскажу, как осуществляется контроль качества на металлургическом производстве и как в условиях непрерывной работы агрегатов можно добиться однородности характеристик продукции.

В статье речь пойдет о специализированных измерительных системах – системах неразрушающего контроля (НК), автоматизирующих многие этапы контроля.

На территории Череповецкой промышленной площадки ПАО «Северсталь» на всех этапах производства продукции работает около 240 измерительных систем, а наша служба обеспечивает внедрение технологий СНК в производство, сервисное обслуживание систем и экспертную поддержку.

Несколько слов о неразрушающем контроле

Для этого используются методы, проверяющие основные характеристики изделия без нарушения его целостности.

Напротив, существуют разрушающие испытания, которые обычно используются для определения пределов прочности и надежности.

Товар погнут, сломан или полностью разрушен.

Методами неразрушающего контроля можно проверить большое количество характеристик продукции: толщину и ширину материала, выпуклость и серповидность, неплоскостность, овальность и диаметр, химический состав, поверхностные и внутренние дефекты.

малая часть того, что можно проверить.

Невозможно проверить все эти характеристики одним способом, поэтому для неразрушающего контроля используются разные физические процессы.

Например, мы используем шесть основных методов измерения:

1. На основе радиоизотопных устройств (РИД), закрытых радионуклидных источников (СРИ);
2. На основе рентгеновского излучения (РУ – рентгеновские установки);
3. На основе машинного зрения;
4. На основе лазерного излучения (различные спектры);
5. По данным УЗИ (США);
6. На основе радиоволн.

К сожалению, универсального метода не существует: физика процессов разная, условия технической реализации проектов различаются.

Поэтому каждый из этих методов применяется там, где его эффективность будет максимальной при минимальных затратах.

Для наглядности приведу несколько примеров:

1. Машинное зрение используется для распознавания поверхностных дефектов проката.

2. Рентгеновский используются для измерения физических величин (толщина, ширина, плоскостность и т.п.

   ) с высокой точностью (до 0,1% от номинального значения) и частотой.

3. Радиоизотопы обеспечивают стабильные измерения в неблагоприятных условиях окружающей среды (пар, вода, грязь, температура, вибрация и т. д.), а также имеют простую конструкцию и низкую стоимость.

4. УЗИ традиционно используется для определения внутренних дефектов продукции.

Автоматизированные системы неразрушающего контроля

Но в условиях непрерывного производства ручное управление малоэффективно.

Он не позволяет использовать многие из указанных методов, а главное, невозможно вручную проверить всю продукцию, только выборочно.

А современные измерительные системы позволяют контролировать качество при минимальном вмешательстве человека в сам процесс измерения.

Теперь специалисты выступают в роли администраторов или контролеров.

Измерительные системы, которые используются в современных АСНК, как правило, стационарны и достаточно дороги.

Зачастую это узкоспециализированные системы автоматического управления (АСУ) под отдельный проект, стоимость которых может достигать нескольких миллионов долларов или евро.

Измерительный комплекс – это комплекс программных и технических средств, выполняющих процесс измерения параметров изделия, а также периферийной инфраструктуры (металлоконструкции, пневматика, гидравлика, охлаждение, электрика и т. д.), обеспечивающей надежную работу комплекса.

Что делают измерительные системы? Они измеряют физические характеристики объекта, а также обеспечивают представление результатов в необходимом формате, обработку и сохранение.

Добавьте к этому интеграцию с АСУ ТП и общезаводскими системами статистики, аналитики, учета и контроля и портрет автоматизированной системы неразрушающего контроля (АДНТ) готов.

Одним из примеров такой АСНК является система измерения серповидности проката.

Он установлен на линии стана 2000 на участке окончательной обработки горячекатаных листов – перед намоткой в рулоны:



Измерительный преобразователь (Г-образная конструкция) системы измерения серповидности проката стана 2000 листопрокатного цеха ЛПК-2 Эта система представляет собой целый набор взаимосвязанных подсистем, каждая из которых выполняет определенную функцию.

1. Измерение серповидной формы металлического листа осуществляется с помощью линейных лазеров и инфракрасных камер, установленных под определенным углом.

   Измерительная система калибруется по эталонным образцам и имеет определенную метрологическую точность (не более +/- 1 мм на 3 метра длины от номинального значения).

2. Г-образная конструкция, на которой установлено измерительное оборудование, оснащена поворотным механизмом.

   Поворотный механизм перемещает измерительный щуп в одно из положений: Измерение или Сервис.

3. Результаты измерений обрабатываются программно и сохраняются на отдельном сервере.

4. Визуализация процесса измерений для персонала осуществляется отдельной машиной на станции управления.

5. Обмен данными осуществляется через внутренние (между устройствами СИ) и внешние (с АСУ ТП 1 и 2 уровня) технологические сети.

6. Для очистки объективов фотокамер и линз лазеров от пыли и грязи используется сжатый воздух, который предварительно сушится и очищается на передвижной станции очистки воздуха.

7. Охлаждение измерительной аппаратуры осуществляется с помощью системы жидкостного охлаждения – отдельного чиллера и системы отвода тепла.

Задача системы — рассчитать этот параметр и предоставить информацию оператору, специалисту по качеству и системе управления технологическим процессом;



Пример определения серповидной формы листа 2. Клиновидная форма листа (поперечное изменение толщины).

- расчетный параметр, показывающий разницу толщины листа в сечении по всей его ширине.

3. Выпуклость листа - расчетный параметр, показывающий увеличение толщины проката от краев к центру или ширины от концов полосы к середине.

Расчет толщины листа и параметров выпуклости 4. Неплоскостность (плоскостность) листа.

- расчетный параметр, показывающий однородность поверхности металлической полосы на определенном участке (площади).

Выражается в отсутствии коробчатости и/или волнистости, иными словами – идеально ровной поверхности на определенном участке; 5. Волнистость листьев — расчетный параметр, показывающий отклонение от плоскостности.

Визуально определяется как периодически чередующиеся гребни и впадины на поверхности; 6. Осторожность с листьями — расчетный параметр, который также показывает отклонение от плоскостности.

Визуально определяется как локальная выпуклость или вогнутость, имеющая на поверхности по одной вершине одновременно в продольном и поперечном направлениях;



Визуализация неплоскостности металлической полосы 7. Профиль температуры листа - значение температуры прокатываемой заготовки в каждой точке по всей площади.

Этот параметр является критическим, так как влияет на образование различных дефектов прокатки.

Пример профиля температуры листа 8. Дефекты при намотке рулона.

— различные дефекты готовой продукции, возникающие из-за неправильных действий оператора или неправильной работы намоточного устройства.

Результатом являются прямые потери производства.

Дефект обмотки рулона телескопа Это лишь некоторые дефекты или расчетные параметры, которые контролируются системами контроля качества, операторами и специалистами по качеству.

Более полную информацию о различных дефектах можно найти в ГОСТах (например, ГОСТ 26877-2008).

Основная задача этих систем – своевременно обнаружить дефект или отклонение номинальных значений, определить его причину, скорректировать работу агрегата, устранить причину дефекта или отбраковать уже произведенную продукцию.

Построение системы управления на примере ЛПК-2

Поскольку этот процесс многогранен и о нем можно говорить долго, предлагаю рассмотреть один пример – производство листового проката.

На этапе производства плоского проката из готовой литой стальной заготовки получают горячекатаную или холоднокатаную сталь в широком диапазоне толщины, ширины и других параметров.

Также здесь производится травление и на металл наносится цинковое, алюминиевое или полимерное покрытие для придания изделию дополнительных свойств.

Рассмотрим этап производства горячекатаных листов в листопрокатном цехе ЛПК-2: 1. Заготовка (сляб), отлитая в сталелитейном производстве, по конвейеру поступает с промежуточного склада в газовые печи стана 2000 для нагрева.

Без нагрева никак нельзя – сталь можно обрабатывать только в горячем состоянии.

Газовые печи листопрокатного цеха ЛПК-2 2. Порядок подачи заготовок определяется системой автоматического распознавания маркировки по заранее составленному графику прокатки.

Заготовка (сляб) на рольганге после нагрева в печах 3. Нагретый сляб подается на линию прокатки для механической обработки на агрегате по требованиям заказчика.

Обработка заготовки осуществляется с помощью прокатных клетей, которые устанавливаются на линии стана.

Прокатные клети черновой группы стана 2000 г.

4. Параметры заготовки и горячекатаного листа контролируются на каждом этапе обработки:

• Система измерения ширины за 1-й клетью черновой группы стана контролирует ширину заготовки перед началом обработки;
• Система измерения ширины за 4-й клетью черновой группы стана контролирует ширину заготовки для корректировки чистовой группы стоек;
• Система измерения толщины за 5-й клетью черновой группы стана контролирует толщину, а также рассчитывает выпуклость и клиновидность листа для корректировки отделочной группы стоек;
• Линейный сканирующий пирометр за 5-й клетью черновой группы контролирует температуру нагрева заготовки перед чистовой группой клетей.

  Заготовка должна нагреваться в печах равномерно по всей ширине и длине.

  Равномерный нагрев обеспечивает одинаковую пластичность металла.

• Система центрирования полосы перед чистовой группой клетей контролирует положение заготовки перед подачей ее в летучие ножницы чистовой группы.

  Летучие ножницы перед обработкой в чистовой группе срезают «голову» и «хвост» заготовки.

• Система измерения прокатного профиля за 12 клетью чистовой группы удостоверяет выходные характеристики металлической полосы после обработки в чистовой группе клетей: толщину, ширину, неплоскостность, клиновидность, выпуклость.

  Результаты измерений заносятся в паспорт рулона.

• Система измерения прокатного профиля за 12 клетью чистовой группы (дубликат) выполняет аналогичные функции, что и предыдущая система.

  Совместная работа необходима для подтверждения результатов измерений и сертификации выпускаемой продукции.

• Система распознавания дефектов поверхности за 12 клетью чистовой группы контролирует отсутствие поверхностных дефектов горячекатаного листа с обеих сторон после обработки на линии стана.

  Используется для сертификации и браковки рулонов.

• Система измерения серповидной формы проката за чистовой группой клетей контролирует серповидную форму полосы.

• Система контроля качества намотки рулонов групп моталок №1 и №2 контролирует качество намотки катушки.

  Качественная намотка нужна не только для эстетической привлекательности, но и для сохранения параметров геометрии прокатки и защиты от дефектов, таких как застревание кромок листа или передавливание.

• Система распознавания маркировки рулонов на промежуточном роликовом конвейере распознает маркировку готовых рулонов и передает информацию на склад. Склад определяет дальнейший путь данного рулона, а также порядок дополнительной обработки (при необходимости).

• Также отдельно, на участке подготовки валков стана 2000 Используется проходной метр собственной разработки.

  Пассаметр — измерительный прибор для расчета наружных диаметров деталей, в данном случае прокатных валков.

  Качество подготовки поверхности прокатных валков напрямую влияет на качество изделия, так как именно с помощью валков заготовке придаются необходимые геометрические параметры.

Измеренные значения отображаются на экране визуализации оператора, контролирующего работу установки.

Они также передаются на машину более высокого уровня для автоматической настройки и анализа процесса.

Ниже приведен один из примеров визуализации.

Вверху находится текущая задача с определенными параметрами.

Слева приведены примеры параметров, которые необходимы оператору для принятия решений и контроля состояния.

На этом снимке экрана показана толщина в нескольких точках, параметр клина и вариации толщины.

Плюс параметры толщины и ширины проката сразу отображаются графически через каждые 0,5 метра в привязке к длине заготовки.

Визуализация процесса измерения толщины и ширины проката на посту оператора Одновременно с измерением геометрических параметров контролируется наличие дефектов поверхности: вмятин, царапин, сколов и т.п.

Вот несколько примеров дефектов, которые можно распознать с помощью автоматизированных систем:



Примеры дефектов поверхности металла, образующихся в процессе производства Обнаружение дефектов поверхности металла реализовано на основе машинного зрения.

Система фотографирует поверхность металлических полос с помощью высокоскоростных камер.

Программное обеспечение распознает возможные дефекты поверхности и выделяет их на отдельных изображениях.

Выявленные дефекты привязываются к длине полосы, это позволяет специалисту по контролю качества просмотреть весь список обнаруженных дефектов в каждом отдельном рулоне.

Визуализация процесса распознавания дефектов поверхности металла На основании этих данных специалист по контролю качества решает, что делать с листом дальше: отгрузить его заказчику, списать в лом или отправить на переработку.

Также этот лист можно отправить по более низкой цене другому покупателю, менее требовательному к качеству.

Новые виды дефектов, которые могут быть обнаружены в процессе производства, заносятся в специальный классификатор дефектов измерительной системы и сохраняются.

Разработка собственных измерительных систем

Но не всегда могут учесть требования заказчика, ведь необходим индивидуальный подход с учетом специфики производства.

Поэтому мы либо самостоятельно модифицируем поставляемое оборудование, либо реализуем собственные проекты.

Например, мы сами разработали систему контроля качества намотки рулонов стана 2000, ЛПК-2. Дефекты намотки рулона встречаются довольно часто.

Как правило, они возникают из-за неправильной настройки оборудования или ошибок персонала.

Это приводит к значительным потерям, так как ни один покупатель не примет продукцию с таким дефектом.

Для контроля работоспособности намотки и оперативного устранения причин мы разработали систему контроля качества намотки рулонов:

• разработал концепцию;
• разработал проект;
• определили необходимое место на агрегате;
• написал программное обеспечение;
• завершены пуско-наладочные работы.

Участок измерения качества обмотки стана 2000 г.

Система распознает три типа дефектов обмотки: «Телескоп», «Незакрепленные обмотки» и «Неравномерная намотка».

Последствия нарушения технологии намотки рулонов Процесс контроля и измерений основан на принципе лазерной триангуляции.

Измерение проводится с помощью 2D лазерных профилометров российского производства.

В результате реализации данного проекта удалось:

1. Автоматизировать процесс контроля качества намотки рулонов и сократить количество брака;
2. Автоматизировать процесс отбраковки/переназначения рулонов на последующих этапах обработки, а также на складе готовой продукции;
3. Визуализируйте процесс измерения на станции оператора.

В качестве активного изотопа используется америций 241 или цезий 137. Эти системы используются для измерения и контроля толщины металла или дополнительного покрытия.

Дополнительные покрытия для металлических листов могут включать в себя:

• полимерное покрытие;
• цинковое покрытие;
• алюминиевое покрытие;

Исходный блок, в котором установлен изотоп, создает коллимированный пучок.

С другой стороны, блок детекторов на основе ионизационной камеры и плат преобразования преобразует интенсивность излучения в сигнал, который передается на контроллер.

Визуализация замеров толщины проката на экране оператора установки Наша служба занимается не только техническим обслуживанием и внедрением новых измерительных систем, но и метрологическим сопровождением оборудования.

Значительная часть систем внесена в государственный реестр средств измерений РФ.

Это означает, что не реже одного раза в год системы необходимо калибровать или проверять с использованием эталонных стандартов.

Эти стандарты с фактических марок проката собираются специалистами СНК совместно с метрологической службой ПАО «Северсталь».

Пример стандартных толщиномеров для новой измерительной системы стана 1700 ЛПК-1. Также нередко приходится модифицировать уже поставленное оборудование на месте и адаптировать его к особенностям существующего агрегата и технологического процесса.

Например, после поставки оборудования возникли трудности с его настройкой на агрегате, поскольку проектное положение оборудования не соответствовало фактическому.

Неправильная настройка привела к увеличению неопределенности измерений и потенциальному производству дефектной продукции.

Наши специалисты изготовили специальный регулировочный стенд, повторяющий геометрические параметры рольганга и позволяющий настроить измерительное оборудование под особенности существующего агрегата.

Дополнительные лазеры для корректной настройки показателей Измерительные системы зачастую разрабатываются по индивидуальным проектам и состоят из разнообразного оборудования, периферийных устройств и специального программного обеспечения.

Обслуживание таких систем должно осуществляться в комплексе.

Поэтому к специалистам предъявляются различные требования.

Найти готового специалиста, который выполнит хотя бы часть необходимой работы, довольно сложно.

Обычно новые специалисты СНК многому учатся на работе: технологическим процессам, физике измерений, метрологическому обеспечению средств измерений СНК, особенностям работы с рентгеновскими лучами, РИП, лазерными приборами и так далее.

Специалист СНК должен понимать как особенности самого технологического процесса, так и особенности работы конкретного измерительного оборудования.

Только в этом случае можно обеспечить непрерывную и точную работу СНК.

Это достаточно большой объем знаний, который специалист получает на месте в течение 2-3 лет.

Переход на общекорпоративные автоматизированные системы управления

Это приводит к унификации информационных потоков снизу вверх; наблюдается тенденция перехода от локальных автоматизированных систем управления к общекорпоративным, с обменом Теги: #Инженерные системы #компьютерное зрение #промышленность #автоматизированная система управления #северсталитлюди

• Great Plains Var, Реселлер, Партнер По Внедрению В Иллинойсе

  19 Oct, 24

• Где Отдыхают Российские Предприниматели И Представители It-Индустрии: Часть Вторая

  19 Oct, 24

• Децентрализованные Электронные Валюты – Когда Они Войдут В Повседневную Жизнь?

  19 Oct, 24

• Hft-Компания Оштрафована На $5,7 Млн ​​И Обвинила В Нарушениях Собственных Трейдеров.

  19 Oct, 24

• Обещаем, Будет Интересно

  19 Oct, 24

• Страницы Истории Intel. 1101 — Первый Моп С Кремниевым Затвором

  19 Oct, 24

• Сервис Location Magic Будет Отслеживать Положение Вашего Устройства Без Gps

  19 Oct, 24

• Тема Секса В Рунете: Приближается Полночь...

  19 Oct, 24

• О Математике, Пандемиях И Карантинах, Продолжение

  19 Oct, 24

• Хьюман Райтс Вотч: Западные Компании Поддерживают «Китайский Файрвол»

  19 Oct, 24