Опыт внедрения САПР CADdy в разработку АСУТП для металлургии

Созданное два года назад Научно-техническое производственное предприятие «Системы технологической автоматизации» начинало как типичный поставщик оборудования для промышленной автоматизации, что позволило ему получить необходимые средства для дальнейшего развития. Однако год работы в этом качестве заставил руководство предприятия существенно пересмотреть круг выполняемых задач. Акцент сместился на разработку и реализацию «под ключ» комплексных электротехнических проектов, включая проектирование, монтаж и сопровождение АСУТП для металлургического производства на АО «Северсталь» в г. Череповце. Это потребовало перестроить технологию создания проектов на основе современной САПР, в качестве которой была выбрана система CADdy. Предлагаем нашим читателям интервью, данное журналу «САПР и графика» сотрудниками НТПП «СТА» Владимиром Колосовым и Александром Лопатиным.

«САПР и графика»: Расскажите, пожалуйста, об истории вашей фирмы и ее структуре на сегодняшний день.

Владимир Колосов: Научно-техническое производственное предприятие «Системы технологической автоматизации» существует с декабря 1998 года. С самого начала оно задумывалось как фирма, которая была бы способна разрабатывать и внедрять проекты по автоматизации «под ключ». Исходя из этого формировался коллектив организации. Фирму можно с полным основанием назвать малым предприятием: на настоящий момент ее штат насчитывает одиннадцать человек. Мы стараемся тщательно подбирать людей, создавая сплоченную команду профессионалов. Достаточно, например, сказать, что в фирме работает три кандидата наук.

СГ: Каковы основные направления вашей деятельности?

В.К.: Нам с самого начала было ясно, что недостаточно ограничиться только поставкой комплектующих. Устаревшее оборудование (и особенно устаревшие системы автоматики череповецких предприятий) требует комплексных решений. К сожалению, в настоящее время реальность такова, что большинство современных технических решений на предприятиях базируется на импортном оборудовании. В этой ситуации может существовать два способа проведения реконструкции предприятий. Первый — приглашать зарубежных партнеров, услуги которых стоят недешево. Второй — осуществлять комплексные решения силами своих специалистов.

Второе направление требует, безусловно, постоянного обучения сотрудников в представительствах зарубежных фирм и использования соответствующих технологий разработки проектов.

Александр Лопатин: Процесс проектирования имеет, в сущности, итерационный характер с постоянным — вплоть до запуска системы — внесением корректировок в проект. Поскольку далеко не всегда удается заранее предусмотреть все особенности проектируемой установки, наше предприятие решило взять на себя (в той или иной степени) все этапы автоматизации технологических процессов — от поставки оборудования до запуска систем в эксплуатацию.

СГ: Какие виды работ предлагает сегодня ваша фирма заказчикам?

В.К.: Поскольку в настоящее время НТПП «СТА» ориентируется на разработку и реализацию комплексных проектов АСУТП «под ключ», перечень решаемых нами задач соответствует последовательности звеньев технологической цепи — от подбора оборудования под решение конкретной задачи и разработки проекта до монтажа оборудования и пусконаладочных работ.

Соответственно схема выполнения работ нашими специалистами на первом этапе включает в себя подписание договора, разработку технического задания на проект, а также разработку соответствующих технических решений. Затем осуществляется подбор оборудования и проектирование принципиальных схем и схем подключений. После этого выполняются проектирование компоновки шкафов и прокладки кабельных трасс. Далее наступает этап разработки системы визуализации, а также программирования контроллеров.

После получения необходимой проектной документации и оформления проекта АСУТП мы выполняем монтаж шкафов и датчиков. Затем наступают этапы отладки проектируемой системы и ее ввода в опытную эксплуатацию. И наконец, выполняется ввод системы в промышленную эксплуатацию и ее последующее сопровождение.

СГ: Как все вышеперечисленное повлияло на ваш выбор САПР?

А.Л.: Нельзя сказать, что ориентация нашего коллектива на разработку и реализацию комплексных проектов систем технологического управления была проявлением авантюризма. Как показал опыт, мы спланировали деятельность совершенно правильно. При этом очень значительная доля успеха была обусловлена удачным выбором САПР. Может быть, далеко не все возможности CADdy нам удалось освоить, однако и то, что, можно сказать, лежало на поверхности, оказалось достаточным для быстрой разработки проектов АСУТП. Свою роль сыграло, конечно, то, что сотрудники предприятия обладали солидным электротехническим образованием и имели большой опыт работы с офисным электронным оборудованием и программным обеспечением. Неоценимой оказалась также роль специалистов металлургического завода, для которого разрабатывались проекты.

Планируя разработку проектов в качестве одного из главных направлений деятельности предприятия, мы возлагали большие надежды на САПР. Нам нужна была такая САПР, которая бы максимально освобождала проектировщика от рутинной работы. Кроме того, хотелось избавиться от предварительного изучения форм отчетных документов по разрабатываемым проектам, возложив их получение на выбранную систему проектирования. Разумеется, система не должна была быть слишком сложной, поскольку время на ее изучение было крайне ограничено. И здесь важнейшим фактором была полная локализация этой германской САПР, включающая в себя не только русификацию интерфейса и подробной справочной документации по системе, но также и наличие обширных баз данных электротехнического оборудования (импортного и отечественного). Очень существенно и то, что выпуск комплекта документации на проект автоматизирован и включает в себя все необходимые ведомости, спецификации, таблицы и пр.

СГ: Какие общие черты и принципиальные особенности можно отметить в разработке и реализации осуществляемых вами проектов?

А.Л.: Наша фирма занимается проектированием менее года и выполнила пока лишь три проекта. Поэтому процесс их разработки и реализации состоял, можно сказать, только из одних особенностей. В частности, обучение технологии проектированию осуществлялось непосредственно в процессе проектирования. В наших обстоятельствах такой вариант был, видимо, лучшим, поскольку обучение носило исключительно целенаправленный характер. Опыт других фирм-проектировщиков свидетельствует, что преодоление психологического барьера при переходе на принципиально новую САПР — одна из самых трудных задач. К счастью, для нашей фирмы это не было проблемой, так как нам не пришлось переучиваться.

Принципиальной для нас является возможность обеспечить при работе в CADdy автоматизированный выпуск комплекта всей необходимой документации, полностью соответствующей ЕСКД. Особенно удобно автоматическое формирование схемы подключения клеммных колодок, кабельного журнала, а также наличие всевозможных перечней.

В.К.: Как нам кажется, выполнение работ в сфере экономики и производства небольшими коллективами — это знамение времени, и поэтому опыт НТПП «СТА» может представлять интерес для тех организаций, которые, как и мы, взялись за проектирование практически с нуля.

СГ: Расскажите о вашем первом значимом проекте.

В.К.: Осень 1999 года ознаменовалась для фирмы началом нового этапа. Фирма приступила к выполнению проектно-конструкторских работ. Этому способствовали два обстоятельства. Во-первых, предприятие приобрело САПР CADdy 15.0. Во-вторых, АО «Северсталь» нуждалось в замене автоматики на установках непрерывной разливки стали (УНРС), чтобы обеспечить повышение качества металла за счет внедрения новой автоматики в конверторном производстве, а также сократить количество отходов стали за счет немерного реза. Суть работ «СТА» сводилась к созданию автоматизированной системы управления отсечными и регулирующими клапанами, подающими воду для охлаждения слитка, а также управления резом на заготовки требуемой длины.

В качестве исходной в такую систему должна была поступать информация о давлении и расходе воды в зонах охлаждения, а также показания датчиков скорости разливки и данные о состоянии газорезки. Для диспетчерского управления и контроля необходимо было установить три рабочие станции на двух постах управления. Гибкое взаимодействие и тесные контакты специалистов завода и нашей фирмы позволили оперативно справляться с многочисленными проблемами, возникавшими по ходу проектирования. По мере приобретения опыта проектирования, поиска новых технических решений и изменения состава оборудования пришлось неоднократно переделывать проект. Здесь как нельзя кстати пришлось использование САПР CADdy, так как эта система позволяет легко заменить аппараты, клеммы, соединения, кабели с автоматическим изменением содержания всех формируемых системой перечней, автоматически проверяя их на корректность.

Процесс проектирования автоматики на УНРС-1 выглядел в динамике следующим образом. На момент заключения договора с заводом было сформулировано техническое задание, в котором приводились общие сведения о будущей системе, а также особенности эксплуатации и режимы работы установки. Поскольку УНРС включает в себя два идентичных ручья, нами было принято решение разработать проект на один ручей, а затем, внеся в него минимальные корректировки, получить проект для другого ручья.

Вообще говоря, каждая установка непрерывной разливки стали на заводе состоит из двух подсистем. Первая из них, подсистема «Зоны вторичного охлаждения» («ЗВО») обеспечивает требуемую динамику охлаждения металла для каждой марки стали. Другая подсистема условно называется «Слиток» и осуществляет мерный рез охлажденной стали на заготовки требуемой длины. Для каждой из подсистем было целесообразно использовать свой отдельный контроллер, поскольку подсистемы связаны между собой лишь косвенно (а главное, замена автоматики на установках могла осуществляться независимо). Например, для установки УНРС-5 проектирование подсистемы «ЗВО» выполняла финская фирма RAUTARUUKKI.

А.Л.: После того как было принято решение о количестве контроллеров, встал вопрос об их составе и способе изображения в рамках САПР CADdy. Этот способ изображения должен был позволить легко изменять как число модулей, так и их тип (поскольку в подсистеме «ЗВО» не удалось окончательно определиться с регулирующими клапанами и существовала возможность управления ими как с помощью аналоговых, так и дискретных сигналов).

Проведя анализ учебных проектов, включенных в пакет CADdy—Электротехника, и рассмотрев примеры создания символов, мы, не мудрствуя лукаво, пошли по наиболее естественному и простому пути. Создав символ корзины с необходимым количеством мест для изображения модулей, мы поместили в нее созданные отдельно стандартные модули. Разумеется, создание нового формата листа никаких затруднений не вызвало. Окончательный вариант корзины контроллера подсистемы «ЗВО» установки УНРС-1 представлен на рис. 1.

Следующей проблемой, которую необходимо было разрешить при проектировании, стало представление сигналов модулей и их связи с другими элементами принципиальной схемы. Естественно, нам хотелось иметь ясную картину прохождения каждого сигнала от датчика до модуля и от модуля до исполнительного механизма. Попутно следовало разобраться с формами представления на листах принципиальной схемы собственно датчиков и исполнительных механизмов.

«Руководство пользователя» CADdy по каждому прикладному направлению содержит не только полное описание меню, экранных масок, функций системы, но и учебные проекты, помогающие быстрому освоению этой САПР. Однако подход, реализованный в учебном проекте CADdy—Электротехника, не вполне устраивал заводских специалистов. И здесь как нельзя кстати пришлась электронная библиотека символов, поставляемая вместе с CADdy, благодаря которой удалось практически без каких-либо изменений использовать символы, подготовленные для SIMATIC S5. Более того, как нам стало известно, в последнюю версию CADdy 16.0 уже включены новые библиотеки контроллеров SIMATIC S7. Эта практика пополнения баз данных системы CADdy всеми «свежими новостями» от отечественных и зарубежных производителей оборудования, наряду с постоянно действующей «горячей линией» компании ПОИНТ, позволяет нам значительно ускорить разработку проектов.

Для изображения датчиков и исполнительных механизмов мы сочли самым правильным применить принцип «черного ящика». Важно было показать входы и выходы. В окончательном варианте схемы подключения датчиков давления показаны на рис. 2, а регулирующих клапанов — на рис. 3-4.

Сэкономить массу времени и избежать многих ошибок в процессе работы над принципиальной схемой позволили такие функции САПР CADdy, как отслеживание цепей с помощью функции перехода, автоматическое обозначение элементов принципиальной схемы, оперативное получение перечней аппаратов, клемм, кабелей.

Заслуживает особого внимания таблица подключений, позволяющая получить полную картину каждой клеммной колодки в виде, удобном для монтажа. Ручное построение таблицы подключений требует много времени и связано с большими трудозатратами (к тому же в процессе этой работы сложно избежать ошибок). Модуль CADdy ET1 по созданной принципиальной схеме автоматически генерирует таблицы подключений для каждой клеммной колодки (рис. 5). Единственное, что нас не устраивало в предлагаемых системой таблицах подключений, так это формат (по договоренности со специалистами завода было принято длинное обозначение клемм, которое в этот формат не укладывалось).

Создание собственного формата таблицы подключений не вызвало у нас трудностей, за исключением реализации механизма автоматического формирования перемычек. У нас попросту не хватало времени для детального изучения тех способов, которые предлагаются в системе CADdy для создания перемычек. Выручил нас механизм замены одного А-символа на другой. За основу мы взяли существующую в CADdy таблицу подключений и заменили ее формат на свой, сохранив при этом так называемые А2-символы, обеспечивающие автоматическое формирование перемычек. Кстати, функцию замены символов в дальнейшем мы широко использовали для модификации выходных таблиц кабелей, жил кабеля, аппаратов и входов-выходов контроллера.

СГ: Расскажите подробнее о взаимодействии системы с базами данных на примере ваших проектов.

А.Л.: Модуль CADdy ЕТ1—Принципиальные электрические схемы и схемы подключений обладает широким спектром возможностей, облегчавших и ускорявших проектирование. Среди них:

• автоматическое обозначение элементов принципиальной схемы и включение их в базу данных;
• отслеживание цепей с помощью функции перехода;
• оперативное получение перечней аппаратов, клемм, кабелей и их использование при создании принципиальной схемы;
• автоматическое получение и модификация клеммного плана;
• использование планшетов для представления входов и выходов модулей контроллера;
• использование символов T9… для представления корзины и модулей контроллера в корзине;
• простое и ясное представление датчиков и исполнительных механизмов;
• наглядная реализация схем питания;
• эффективные функции прокладки кабельных трасс и т.д.

Далеко не все из удобных функций CADdy были нами использованы. Так, для создания принципиальных схем мы вводили данные по изделиям в базу, хотя она может быть заполнена автоматически — путем экспорта необходимой информации в формате ECAD, так как ведущие фирмы-производители (например, Siemens) распространяют файлы в данном формате.

После разработки принципиальных схем в базу данных проекта (модуль CADdy ET2–Система управления базами данных электротехники) была включена информация по комплектующим, а затем автоматически сформирован список устройств для работы в прикладном модуле CADdy ЕТ3–Компоновка электротехнических изделий. Следует отметить, что процесс компоновки шкафов с использованием модуля CADdy ЕТ3 оказался чрезвычайно удобным и потребовал очень мало времени. Оказалось достаточным просто разместить на монтажной панели устройства из имеющегося списка в соответствующем масштабе (рис. 6).

СГ: Какие работы вы выполняете для заказчиков, осуществляющих эксплуатацию уже реализованных проектов?

А.Л.: Вообще говоря, на проект может потребоваться несколько типов проектной документации. Первый — презентационный (например, для заказчика, объявляющего тендер на разработку проекта) может включать в себя кроме чертежей и спецификаций также трехмерные представления шкафов и пр. Второй — комплект рабочих чертежей для монтажников и наладчиков — содержит все необходимые принципиальные и монтажные схемы, кабельные журналы, таблицы подключений и др. Третий, предназначенный для специалистов, которые будут эксплуатировать уже готовую АСУТП (рис. 7), а также ремонтировать и заменять некоторые элементы ее оборудования, включает в себя соответствующие инструкции и т.д.

СГ: Как бы вы оценили перспективы российского рынка в сфере вашей деятельности?

В.К.: Прежде всего нужно отметить появление (хотя и недостаточно быстрое) отечественных фирм, осуществляющих комплексную разработку и внедрение проектов АСУ технологических процессов. Это способствует здоровой конкуренции между разработчиками, позволяя заказчику проводить реальные тендеры и получать в результате не только хорошо выполненные электротехнические проекты, но и высококачественную их реализацию «в металле». При этом нужно подчеркнуть, что разработка проекта и его реализация одной и той же фирмой позволяет, как правило, существенно сократить затраты, а также своевременно корректировать и улучшать проект.

А.Л.: Кроме того, переход проектно-конструкторских центров, бюро, отделов промышленных предприятий на современные САПР связан с серьезными проблемами обучения и переквалификации специалистов, а также преодоления связанных с этим психологических барьеров.

СГ: Какие факторы обеспечивают преимущество при конкуренции с другими фирмами-разработчиками проектов АСУТП?

В.К.: Основные факторы — это сроки разработки, качество проектирования и полнота комплекта итоговой документации. Собственно, все эти факторы во многом определяются возможностями САПР по автоматизации соответствующих звеньев технологической цепочки создания проекта. Если бы мы не приобрели систему CADdy, то разработка первого же проекта оказалась бы под большим вопросом. Благодаря CADdy нам удалось уложиться в требуемые сроки, выполнить проект практически без ошибок и представить необходимую документацию в полном объеме. И это — при полном отсутствии опыта проектирования в CADdy! О размере же указанного проекта можно судить по следующим цифрам. Он включает в себя 102 кабеля с общим количеством жил 3068, 3766 аппаратов, включая клеммы, 720 входов-выходов контроллера.

СГ: Что, по вашему мнению, следует улучшить в технологии проектирования с помощью CADdy?

А.Л.: Исходя из того непродолжительного опыта эксплуатации САПР CADdy, каким мы обладаем, можно сказать, что система зарекомендовала себя наилучшим образом. Она устойчива в работе, достаточно удобна, хорошо документирована и иллюстрирована примерами. В CADdy заложена масса возможностей, значительная часть из которых нами пока не освоена. При этом система может быть освоена самостоятельно, хотя генеральный дистрибьютор CADdy (компания ПОИНТ) предлагает различные курсы обучения на базе реальных проектов (в том числе с выездом в фирмы, эксплуатирующие CADdy). К числу недостатков пакета следует отнести разве что отличие интерфейса модуля CADdy ЕТ2 от остальных модулей пакета CADdy—Электротехника.

СГ: Какова сегодняшняя ситуация с подготовкой специалистов для технологического проектирования?

А.Л.: Во-первых, есть множество прекрасных специалистов, ориентированных на кульман или AutoCAD. Соответственно при традиционном проектировании имеют место колоссальные потери во времени и качестве (из-за обилия рутинных операций и т.п.). Во-вторых, переподготовка проектировщиков сопряжена со значительными трудностями психологического характера. В силу этого процесс переобучения на передовые САПР идет очень медленно. В таких условиях можно ожидать, что в конкурентной борьбе выиграют те предприятия, которые сочетают опыт проектировщиков старой формации и современные компьютерные технологии в области применения этого опыта.

СГ: Желаем вашему предприятию дальнейших успехов.

Материал подготовлен Дмитрием Красковским

«САПР и графика» 9'2000