Кейс: замена иностранных ПЛК на заводе по производству непрерывного стекловолокна, сокращение простоев и внедрение мотивации персонала без остановки производства 

Замена иностранных ПЛК на отечественные: что пошло не так и как исправили 

В 2024 году выполнена замена 12-летних Schneider TSX на отечественные программируемые логические контроллеры (ПЛК) и SCADA-платформу — прямо на работающей линии непрерывного производства стекловолокна, где каждая остановка печи = потеря партии и дорогостоящий простой. В этом посте рассказываем, как за полгода ушли от сбоящих контроллеров к полностью отечественной архитектуре с Modbus-TCP, LD-кодом и отчётами, которые легли в основу механизма мотивации операторов. 

Структура 

Материал основан на практическом опыте инженеров, работавших над миграцией установки по получению непрерывного стекловолокна на отечественные ПЛК и SCADA. В статье описываются технические решения и сложности, с которыми столкнулись в процессе замены оборудования. Все цифры и схемы приведены для наглядности и воспроизводимости. 

Контекст: как рождается стеклонить – экскурс в производственный процесс 

Сырье для волокна – стеклянные шары. Они попадают в металлический сосуд и плавятся. В расплавленном состоянии стекло вытекает из сосуда через т.н. фильерное поле (это донная пластина сосуда, имеющая множество отверстий – фильер). Сосуд сделан из платинородиевого сплава. Он прочный, не боится высоких температур. 

На выходе — пучок из тонких нитей, на который тут же наносят специальный замасливатель (0,5–2% от веса). Это позволяет избежать повреждений при намотке. Нить мотается наматывающим аппаратом со скоростью около километра в минуту на картонную манжету. Далее — перемотка с картонной манжеты на компактную пластиковую шпулю, которая далее используется на ткацком станке для создания стеклоткани. 

На заводе производят два типа стеклонити: кремнеземную и ВМП (высокомодульное высокопрочное магний-алюмосиликатное стекло). В зависимости от типа — отличается способ загрузки шаров в сосуд: либо самотёком (гравитация), либо с помощью барабана. 

В обоих случаях в загрузочном бункере стоит вибратор (мотор с эксцентриком), который обеспечивает подачу шаров. Если используется барабан, то он вращается от трёхфазного двигателя с частотником (VFD), управляемым по классике — сигналом 4–20 мА. 

Почему понадобилась замена? 

Участились сбои в контроллерах Schneider Electric. После многолетней работы устройства все чаще «падали» и переходили в debug-mode, останавливая производственный процесс, охлаждая печи, сокращая их ресурс и повышая вероятность выхода из строя этого недешевого оборудования. Рассматривали три сценария: 

1. Закупка оригинальных контроллеров на «сером» рынке — дорого, без гарантии. 

2. Ретрофитинг существующих плат — высокие риски отказов. 

3. Полная замена на доступные отечественные решения. 

Выбрали вариант №3. Контроллеры на намотке были свежие, менять их не стали, а вот печные — заменили. При этом держали в уме, что линия стекловолокна относится к непрерывному циклу, поэтому любая остановка печей = потеря партии и десятки часов на повторный прогрев. Начали искать оборудование, которое есть в наличии и которые можно легко заменить.  

Параллельно появилась задача обновить SCADA-систему: расширить логику, повысить стабильность и уйти от западных решений. Решили перейти на отечественную «КАСКАД Цифра» и заодно переработать управляющую логику контроллера загрузки. Были и другие апгрейды. 

Техническое решение 

Подбор контроллера с программируемой логикой 

ПЛК СК-1000 выбрали по четырем причинам:  

• достаточная производительность и память;  

• доступность;  

• малый срок поставки (<2 мес.);  

• отсутствие необходимости резервирования контроллеров. 

Печное оборудование было разделено на 4 секции. Поэтому решили использовать 4 контроллера СК-1000-2434 (по одному ПЛК на секцию) для печного оборудования и один контроллер для периферийного.  

В соответствии с входными и выходными сигналами была сконфигурирована корзина контроллеров. Контроллеры каждой секции печного оборудования идентичны по установленным модулям и по программе управления, это повысило удобство обслуживания и сократило затраты на разработку программы. 

SCADA-платформа 

UI-макет рисовали в Figma. Стандартными элементами при разработке не пользовались ввиду отсутствия нужного функционала (например, привязка цвета фона поля вывода к тегу состояния оборудования) и присутствия лишнего.  

Функционал SCADA-системы: 

• Виджет для главного экрана, отображающий все основные параметры и подсвечивающий неисправности. 

• Форма главного экрана, на котором расположены виджеты ячеек, кнопки навигации, панель алармов. Поскольку печей 32, решили использовать 2 монитора: первый – с печами 1-16, второй – с печами 17- 32. 

• Экранные формы настроек параметров печей и наматывающих аппаратов. 

• Экран управления периферийным оборудованием (емкости с миксерами для замасливателя и насосы, перекачивающие замасливатель из нижней ёмкости наверх), также включающий поля отображения:  1. Частоты и напряжения линий электропитания; 2. Температуры воды в двух точках контура охлаждения. 

• список алармов для отображения в журнале. 

Логика управления печами 

Программу управления печами решили писать на LD (Ladder) из-за опыта в этой сфере и наличия легаси-кода для контроллеров Schneider Electric на LD. Очень скоро пожалели. LD не поддерживает шаблоны и автозамену переменных. Изменения в логике приходилось вносить вручную. Потеряли ценное время и столкнулись с ошибками из-за ручного ввода. 

Алгоритм, изначально написанный под Schneider, сильно переработали под требования заказчика, а все теги увели в %MW для доступа по Modbus-TCP. Заложили запасные теги, чтобы можно было вносить изменения «на горячую» — без полной перезагрузки проекта. 

В будущем — только Structured Text (ST). 

Архитектура сети и протоколы 

• Всем тегам присвоили адресацию в разделе памяти %MW, чтобы их можно было читать и записывать через Modbus-TCP. Заложено 20 резервных тегов на каждую печь для «горячих» доработок.   

• Термопарные модули "общаются" по RS-485/Modbus RTU, а VFD — по аналоговым каналам (сигнал 4-20 мА). Контроллеры Delta Electronics (управляют наматывающими аппаратами) — через ASCII-шлюз SCADA.  

• Связь с КАСКАД организована встроенным драйвером. Тест на чтение/запись пройден до вывода первой секции в опытную эксплуатацию.  

  ПЛК СК-1000-2434 (1-5) -- Modbus-TCP --> SCADA 

  МВ110 -- RS-485/RTU --> ПЛК 

  ПЛК Delta -- Modbus-ASCII --> SCADA 

Проблемы и как их решали 

Разобрались, почему при переключении регуляторов управляющий сигнал внезапно падал до нуля, и что делать, если показания с термопар внезапно начинают «скакать». Плюс немного про борьбу за порядок в шкафу. 

Гладкое переключение между ПИД-регуляторами 

Для тестирования алгоритмов управления нам выделили полноценную печь. На ней команда: 

• испытала работу ПИД-регуляторов; 

• подобрала коэффициенты; 

• реализовала переключение между двумя независимыми ПИД-контурами: по току и по температуре. 

С последним всё оказалось сложно. На словах всё просто: выключил один регулятор — включил другой. Но на практике возникли проблемы: 

Чтобы устранить проблемы, в то время, когда ПИД-регулятор не задействован, на его вход подаем его же уставку, а при переключении на нужный контур заменяем вход ПИД-регулятора на реальное значение с датчиков. 

Общий «минус» термопар → скачущие температуры 

Все датчики подключались напрямую к ПЛК, за исключением термопар. Для них потребовался отдельный модуль ОВЕН МВ110, поскольку контроллеры Сибком не поддерживают термопары типа ТПР (В). Связь с модулем реализовали по RS- 485, протокол Modbus RTU. 

При переходе на новое оборудование заметили, что в конструкции печей предусмотрено заземление корпуса и крепление неизолированного спая термопары непосредственно к корпусу печи. Поскольку в модулях ОВЕН МВ110 входы термопар не гальванически развязаны, при подключении к обоим входам модуля термопар с двух печей оба значения температуры отображались некорректно: значения сильно скакали. Чтобы исправить, увеличили количество используемых модулей ОВЕН в 2 раза – по одному на каждую печь.  

Кабель-менеджмент 

Протестировав запись и чтение параметров контроллера из SCADA-системы, приступили к переводу первой секции с восемью рабочими печами на новую систему управления. Для этого они были контролируемо охлаждены и выключены. После этого был установлен контроллер, и все кабели сигналов были переключены со старого ПЛК на новый. При переключении удалось оптимизировать пространство шкафа. Теперь обслуживать будет удобнее.  

Как из данных SCADA сделали инструмент премирования операторов 

Научили SCADA-систему генерировать таблицу статистики работы оборудования. В конце смены в архив записываются ключевые параметры печи и наматывающего аппарата, а также статистика по эффективности работы и количеству обрывов. На основе архива создаётся таблица с показателями для каждой печи. Результат выгружается в файл .csv, который можно импортировать в таблицу Excel. 

Персонал теперь может получать данные из архива, задав необходимый временной интервал. Результаты:  

• возможность корректировать технологические параметры выработки стекла на основе исторических данных;  

• система мотивации для операторов: чем выше эффективность работы и меньше простоев, тем больше премия. 

Хронология проекта 

Все началось в июне 2024 года с предпроектного обследования. Параллельно закупали оборудование. В августе начали анализ текущих SCADA и ПЛК, создание макета системы в Figma, разработку в «КАСКАД Цифра» и программирование ПЛК для одной печи. В октябре обкатали все на одной печи, в феврале 2025 года – подключили остальные. С апреля по июнь — стабильная промышленная эксплуатация без критических ошибок. Диаграмма Ганта по проекту: 

Выводы  

Замена контроллеров и SCADA-системы на альтернативные решения показала, что при должной подготовке можно добиться стабильной работы линии. Важные выводы: LD оказался неудобен для доработок — стоит рассматривать Structured Text; при подключении термопар необходимо учитывать отсутствие гальваноразвязки; для плавного переключения ПИД-регуляторов может потребоваться дополнительная логика. Эти детали оказались критичными для успешного завершения проекта.