АСР давления в нагревательном колодце

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Министерство образования Российской Федерации

Череповецкий государственный университет

Институт информационных технологий

Кафедра АиСУ

Курсовая работа

по дисциплине «Средства локального контроля и управления»

Тема: «АСР давления в нагревательном колодце»

Выполнила студентка:

Группы 1АП-41

Соколова М.С.

Проверил

преподаватель:

Смыслова А.Л.

г. Череповец,

2012 г.

Оглавление

  • Введение
    • 1. Технологическая часть
    • 1.1 Описание технологического процесса
    • 1.2 Рекуперативный нагревательный колодец
    • 1.3 Технологическая схема
    • 1.4 Существующая система
    • 2. Специальная часть
    • 2.1 Функциональная схема
    • 2.2 Выбор технических средств
    • 2.3 Алгоритм и расчет регулятора
    • 2.3.1 Алгоритм
    • 2.3.2 Расчет регулятора
    • Заключение
    • Список литературы
    • Введение

Целью данной работы является повышение уровня автоматизации отделения нагревательных колодцев и соответственно — эффективности работы. В ходе выполнения работы должны быть реализованы следующие задачи:

— проведение анализа процесса нагрева стальных слитков в нагревательных колодцах как объекта автоматизации;

— проведение анализа существующих способов управления нагревательными колодцами и выбрать наиболее целесообразный;

— разработка математической модели управления колодцем в зоне промышленного использования;

— проведение исследования переходных процессов при регулировании температурного режима;

— разработка алгоритмизации системы управления нагревательными колодцами;

— обоснование и разработка схемотехнических решений системы управления нагревательными колодцами.

Роль автоматизации нагревательных колодцев заключается в снижении трудоемкости обслуживания, а также в повышении безопасности и снижении травматизма. Последнее достигается введением необходимых защит и блокировок, расширением информационных возможностей аппаратуры автоматизации. Кроме того, средства автоматизации должны способствовать снижению энерго- и материалоемкости, сокращению простоев из-за выхода из строя электрооборудования. При разработке систем автоматизации должное внимание следует уделять возможному упрощению их структуры и надежности получения информации о параметрах процесса, что весьма важно для эффективного использования этих систем на объектах черной металлургии.

1. Технологическая часть

1. 1 Описание технологического процесса

Нагревательный колодец — печь периодического действия (с верхней загрузкой и выгрузкой) для нагрева крупных стальных слитков перед прокаткой на обжимном стане. В колодце происходит нагрев слитков массой от 2−3 до 25 тонн. Толщина слитков обычно превышает 350−400 мм, поэтому нагрев ведут с 4 сторон, устанавливая слитки вертикально в рабочем пространстве колодца. Колодцы объединяют в группы (по 2 или 4 колодца) и для каждой группы предусматривается отдельная дымовая труба. Нагревательный колодец является печью камерного типа. В нём поддерживается одинаковая температура по всему объёму. Принцип работы любого колодца следующий. Сверху открывается крышка и в камеру с помощью крана загружаются от 4 до 24 слитков. Эти слитки нагреваются до необходимой температуры, а после нагрева извлекаются поштучно и направляются для прокатки на обжимные станы (блюминги и слябинги). Далее цикл загрузки и нагрева слитков повторяется. Нагрев имеет два периода. В первом периоде расход топлива или, другими словами, тепловая мощность печи — М, поддерживается на максимальном уровне. К концу этого периода температура печи достигает такого уровня, который в дальнейшем гарантирует качественный нагрев металла. Качество нагрева обеспечивается выдержкой во 2-м периоде при условии постоянства температуры печи (tпеч = const). В этом периоде достигает заданного значения температура поверхности металла (1200−1350 °С) и перепад температуры по сечению слитка. Известно, что удельный перепад температуры в конце нагрева должен быть не более 100−300 °С на 1 метр толщины слитка. Первый период называют периодом нагрева или М = const, а второй период — периодом выдержки или tпеч = const. Можно отметить, что тепловой поток на металл в начальном периоде (М = const) несколько падает, а температура поверхности слитка повышается с постоянно снижающейся скоростью нагрева поверхности. В нагревательные колодцы обычно поступает до 95% слитков горячего посада с температурой поверхности, не превышающей 950−1000 °С. При этом слиток может иметь жидкую сердцевину. Обычно на металлургических заводах нагревательные колодцы являются своего рода буфером для сжигания низкокалорийного газообразного топлива (доменный газ, коксодоменная смесь). В этом случае высокая температура в рабочем пространстве достигается путём подогрева воздуха, а в ряде случаев (при сжигании доменного газа) — путём подогрева и газа.

Для создания нужного для этих колодцев давления воздуха [640--680 н/м2 (6,5−7,0 Па)] перед горелкой в целях обеспечения факела требуемой длины воздух через керамический рекуператор не нагнетают, а просасывают эксгаустером и им же подают к горелке. Производительность эксгаустера V0 = = 10 000 м3/ч холодного воздуха, полный напор 1,6 кн/м2 (165 мм вод. ст.). Чтобы не вывести из строя эксгаустер, температура горячего воздуха перед ним должна поддерживаться на уровне 350--400° С, для чего пользуются подсосом перед эксгаустером дополнительного количества холодного воздуха.

В зависимости от способа нагрева воздуха и газа различают регенеративные (самые давние колодцы) и рекуперативные нагревательные колодцы.

Таблица 1- Ориентировочный материальный баланс процессов в рабочем пространстве нагревательного колодца (кг/кг нагретого металла)

Я предлагаю рассмотреть рекуперативный нагревательный колодец с отопление из центра подины.

1.2 Рекуперативный нагревательный колодец с отоплением из центра подины

Рекуперативный нагревательный колодец с отоплением из центра подины — нагревательный колодец, в котором воздух подогревается в рекуператоре, а подвод газа и воздуха осуществляется через отверстия в подине.

Подробнее о рекуператоре см. на с. 7. Схема колодца представлена на рис. 6.4. В квадратной ячейке нагреваются 10−14 слитков. Масса садки — 45−105 тонн. В центре ячейки расположена u1075 горелка, представляющая из себя газовое сопло, окружённое каналом для прохода горячего воздушного дутья. Воздух подаётся в ячейку своим вентилятором. Ширина рекуператора равна ширине ячейки (4−5 метров). Рекуператор собирают из восьмигранных керамических трубок. Трубки сочленяют между собой восьмигранными звездочками (муфтами), что усиливает прочность рекуператора и создает условия для перекрестного движения дыма и воздуха. Охлаждающийся дым движется по трубкам рекуператора сверху вниз. Воздух движется в горизонтальном направлении между трубками. Высота яруса для прохода воздуха обычно равна высоте трубки. Около каждой звездочки имеются 4 отверстия. Если отверстия заложены огнеупорными вставками, то воздух не может попасть на верхний ярус. В конце яруса отверстия возле каждой звездочки открыты и воздух переходит на следующий (верхний) ярус. Таким образом, в рекуператоре имеет место перекрестно-противоточное движение воздуха, что усиливает теплоотдачу от дыма к нагреваемому воздуху.

Принцип работы колодца следующий. Слитки загружаются сверху краном в рабочее пространство (крышка колодца на рис. 6.4 условно не показана). Снизу в рабочее пространство подаются газ и воздух. Температура газа до 250−300 °С, температура воздуха до 750−800 °С. Образующийся при сжигании газа факел заполняет рабочее пространство, ударяется о крышку колодца, что способствует сокращению длины факела, но и снижению стойкости крышки. Пряди факела по стенкам опускаются вниз. Далее через два дымовых окна дым поступает в над рекуператорное пространство, а затем в трубки рекуператоров. По завершении нагрева слитков газ и воздух отключают, а слитки поштучно извлекают клещевым краном и отправляют на блюминг. Недостатки колодца: а) неравномерность нагрева слитка по высоте в связи с недостаточно хорошим перемешиванием газа и воздуха перед горением; б) продолжительность нагрева слитков холодного посада и удельный расход топлива несколько выше, чем у регенеративных нагревательных колодцах и при этом колодцы требуют более калорийного топлива; в) нарушение герметичности рекуператора в процессе его эксплуатации, что при- водит к потерям воздуха. Потери воздуха обусловлены значительным перепадом давления между воздушной и дымовой сторонами рекуператора. Этот перепад давления увеличивается в процессе работы колодца из-за зарастания пылью входных отверстий верхнего ряда трубок. В новом колодце утечка составляет 10−30%, а в конце кампании — 50−60%. Потери воздуха негативно сказываются на качестве сжигания топлива, величине тепловой мощности, длительности процесса нагрева, расходе топлива и на продолжительности кампании работы колодца. Рекуператоры необходимо перекладывать каждые 1,5−2 года. Утечки воздуха разбавляют дым и снижают его температуру. Таким образом, снижается эффективность рекуператора.

Если в первые недели работы рекуператора после ремонта температура подогрева воздуха составляет 750−800 °С, то в дальнейшем температура может снизиться до 400−500 °С.

Удельный расход условного топлива зависит от температуры посада слитков и составляет: при холодном посаде около 55−65 кг у.т. /т стали; при температуре посада 700−800 °С около 30−40 кг у.т. /т стали.

Можно предложить мероприятия для снижения расхода топлива:

1. для поддержания тепловой мощности и улучшения условий сжигания, добавка в рабочее пространство через горелку недостающего количества кислорода;

2. установка в каналах горячего воздуха инжекторов, что поможет снизить давление воздуха и уменьшить потери воздуха;

3. замена керамических рекуператоров на металлические трубчатые и струйные;

применение в устье горелки различного рода рассекателей факела с целью опускания факела от крышки к подине. В этом случае должна снизиться неравномерность нагрева слитков по высоте; замена керамических рекуператоров компактными регенераторами с шариковыми насадками; импульсный способ подачи теплоносителя в рабочую камеру для повышения равномерности температурного поля ячейки.

1.3 Технологическая схема

Нагревательные колодцы, установленные на отечественных заводах черной металлургии, -- многоместные, за исключением нескольких групп старой конструкции. С двух противоположных сторон рабочей камеры колодца расположено по два регенератора: ближайшие к рабочей камере -- для подогрева газа, дальние -- для подогрева воздуха. Каждая группа регенеративных колодцев состоит из 4 колодцев-ячеек обычно с общей дымовой трубой, емкость каждого колодца 6--8 слитков.

Рисунок 1 — Технологическая схема нагревательного колодца

В последние годы сделаны дальнейшие шаги к улучшению показателей работы регенеративных колодцев. Так, широко практикуют добавление к доменному газу в период подъема температуры небольшого количества коксового газа в целях повышения теплоты сгорания газа.

При этом коксовый газ подают в колодец по отдельному газопроводу, а не в виде готового смешанного газа, что имеет свои преимущества.

На ряде металлургических заводов удлинили рабочие камеры колодцев без увеличения их наружных габаритов. Одновременно увеличили тепловую мощность колодцев

1.4 Существующая система

«Автоматизированная система управления тепловым режимом нагревательных колодцев цеха Блюминг-2» (в дальнейшем Система) предназначена для автоматизированного управления технологическим процессом нагрева слитков в нагревательных колодцах обжимного цеха, а также информационного обеспечения оперативно-технологического персонала.

Цель создания:

1. Улучшение управления технологическим процессом нагрева слитков за счет предоставления оперативному производственному персоналу полного объема информации о ходе технологического процесса и результатах работы нагревательного колодца.

2. Сокращение удельного расхода топлива и потерь металла в виде окалины за счет коррекции температурного режима в зависимости от темпа прокатки.

3. Улучшение условий прокатки металла за счет уменьшения отклонения температуры слитков, выдаваемых из колодца, от заданного значения.

Повышение технического уровня производства и улучшение условий труда за счет удобства получения информации и управления технологическим процессом, а также диагностики работы технических средств Системы.

Создание основы для направленного повышения качества прокатной продукции соответствующей ISO 9001: 2000. Объектом управления являются нагревательные колодцы рекуперативного типа с отоплением одной верхней горелкой, которые предназначены для нагрева слитков перед прокаткой на стане Блюминг-13 00 и на непрерывно-заготовочном стане 900/750/500 без промежуточного нагрева. Нагревательные колодцы в количестве 48 штук сгруппированы в группы по 4 колодца. Всего групп 12. В настоящее время в эксплуатации 9 групп — 36 ячеек. Блок № 4 находится на консервации с 1993 года. Каждый колодец имеет: керамический трубчатый рекуператор (для подогрева инжектируемого воздуха), трубчатый металлический U-образный рекуператор (для подогрева инжектирующего воздуха), трубчатый металлический W-образный рекуператор (для подогрева смешанного газа), систему боровов и регулируемый дымовой шибер, индивидуальный подвод газа и воздуха, систему теплового контроля и автоматического регулирования режима нагрева слитков. Каждый колодец оборудован напольно-крышечным краном. Шлакоудаление сухое через летки в подине. Площадь пода колодца 32,5 м2, ёмкость — 16+17(12+13) слитков весом 8,5(12,5)т. Колодцы отапливаются коксодоменной смесью газов калорийностью 1700 ккал/нм3. Максимальная тепловая мощность нагревательного колодца 9 Гкал/час. Давление смешанного газа в цеховом коллекторе 500 кгс/см2. Температура подогрева смешанного газа 250−300°С. Контроль за температурой в колодце осуществляется с помощью импульсной термопары, установленной в торцевой стене колодца. При нагреве металла нагревальщик контролирует по показаниям регистрирующих приборов следующие параметры:

· температура в рабочем пространстве;

· температура воздуха после керамического рекуператора;

· температуры топлива и сжатого воздуха после металлических рекуператоров;

— расход смешанного газа;

— расход инжектирующего воздуха;

— давление в рабочем пространстве.

Давление инжектирующего воздуха 1,7кгс/см2. Температура подогрева инжектирующего воздуха 300 °C. Температура подогрева инжектируемого воздуха в керамическом трубчатом рекуператоре 600−650°С. Каждый колодец оборудован горелкой типа «труба в трубе». Воздух из керамического рекуператора инжектируется к горелке инжектирующим воздухом. Максимальная температура в колодце 1300 °C, давление под крышкой должно быть положительным в пределах 20−25 Па. Каждый колодец имеет отдельный дымоход с шибером. Максимальная температура дымовых газов перед металлическим рекуператором 600 °C. Локальная аппаратура теплового контроля и регулирования смонтирована на панелях КИПиА в 4 помещениях-блоках (по двенадцать колодцев в блоке). Посад и выдача слитков из колодцев производится при выключенной подаче газа и воздуха. Прекращение и возобновление подачи газа и воздуха производится автоматически при открывании и закрывании крышки колодца (технологическая отсечка). Нагревальщик обслуживает несколько колодцев (не обязательно соседних групп). Помещение старшего нагревальщика расположено между 6-й и 7-й группами колодцев.

2. Специальная часть

2.1 Функциональная схема

Рассмотрим схему регулирования давление в нагревательном колодце. В качестве датчика используется BD SENSORS DMP331 (1а). Сигнал от датчика через аналогово-цифровой преобразователь поступает контроллер ПЛК SIMATIC S7−400. На вход контроллера поступает сигнал от задатчика РЗД-22 (1г). Контроллер производит необходимые вычисления и на выход выдает регулирующее воздействие. Регулирующее воздействие попадает на вход БРУ-42 (1з) и далее, сигнал подается на пускатель типа ПБР-3A (1д), формирующий сигнал 0−220 В который воздействует на регулирующий орган МЭО100/10−0,25 (1е).

2.2 Выбор технических средств

Датчик давления

В нагревательном колодце поддерживается давления 6,5−7,0 Па.

Датчик давления BD SENSORS DMP 331 имеет общепромышленное применение, в частности для контроля за технологическими процессами.

Датчик давления BD SENSORS DMP 331i применяется для контроля за технологическими процессами.

Датчик серии МТ100 М (Ех) предназначен для постоянного и равномерного измерения давления жидкостей, газа, пара и т. д.

Таблица 2 — Сравнительные характеристики датчиков давления

BD SENSORS DMP 331

BD SENSORS DMP 331i

МТ100 М (Ех)

Диапазон измерения

от 0 до 40 МПа

от 0 до 2 МПа

от 0 до 10 МПа

Погрешность

0,5%

0,5%

0,5%

Выходной сигнал

4… 20 мА

4… 20 мА

4… 20 мА

На основании сравнительной характеристики выбран датчик BD SENSORS DMP 331, обладающий наиболее широким диапазоном измерения.

Преобразователь

Преобразователи предназначены для непрерывного преобразования значения измеряемого параметра — давления абсолютного (ДА), избыточного (ДИ), разрежения (ДВ), давления разрежения (ДИВ), гидростатического (ДГ) и разности давлений (ДД) нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал.

Преобразователи разности давлений могут использоваться для преобразования значений уровня жидкости, расхода жидкости или газов, а преобразователи гидростатического давления — для преобразования уровня жидкости в унифицированный токовый выходной сигнал.

Преобразователи предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, в том числе, для применения во взрывоопасных производствах нефтяной и газовой промышленности, на объектах атомной энергетики (ОАЭ) и для поставок на экспорт. Принцип действия преобразователей основан на воздействии измеряемого давления (разности давления) на мембраны измерительного блока (для моделей 2051, 2144, 2145, 2151, 2152, 2153, 2161, 2162, 2163, 2171, 2172, 2173, 2174, 2351на мембрану тензопреобразователя), что вызывает деформацию упругого чувствительного элемента и изменение сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя.

Это изменение преобразуется в электрический сигнал, который передается от тензопреобразователя из измерительного блока в электронный блок, и далее в виде стандартного токового унифицированного сигнала [(0−5), (0−20), (4−20), (5−0), (20−0) или (20−4)] мА.

Преобразователи комплекса Сапфир-22Р предназначены для непрерывного преобразования значения измеряемого параметра -- давления абсолютного избыточного разрежения гидростатического и разности давлений нейтральных и агрессивных сред, а также преобразования уровня в унифицированный токовый выходной сигнал.

Преобразователи предназначены для работы в системах автоматического контроля регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности в том числе для применения во взрывоопасных производствах нефтяной и газовой промышленности на объектах атомной энергетики (ОАЭ) и для поставок на экспорт. Преобразователь измерительный разности давлений Сапфир-22Р-ДД предназначен для работы в системах контроля, регулирования и управления технологическими процессами путем непрерывного преобразования разности давления среды в стандартный токовый выходной сигнал с передачей его на вторичную аппаратуру или исполнительные механизмы. Приборы используются для измерения расхода жидкостей, газа, пара, уровня жидкости.

Таблица 3 — Сравнительные характеристики преобразователей

Сапфир-22Р

Сапфир-22Р-ДД

Верхний предел диапазона измерения

16 МПа

40 МПа

Погрешность

0,5%

0,5%

Выбран преобразователь Сапфир-22Р-ДД, обладающий наиболее высоким верхним пределом диапазона измерения.

Исполнительный механизм

Механизмы исполнительные электрические однооборотные предназначены для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств.

МЭО 100/10−0,25 У — Токовый:

Номинальный момент на выходном валу, Н? м: 100,00

Номинальное время полного хода выходного вала, с: 10,00

Номинальный полный ход выходного вала, Об: 0,25

Потребляемая мощность в номинальном режиме работы, Вт: 250,00

Масса не более 19кг

МЭО-40/10−0,25-IIВТ4−93Ф:

Номинальный момент на выходном валу, Н? м: 40,00

Номинальное время полного хода выходного вала, с: 10,00

Номинальный полный ход выходного вала, Об: 0,25

Потребляемая мощность в номинальном режиме работы, Вт: 190,00

Масса, не более 10 кг

МЭО 25/10−0,25:

Номинальный момент на выходном валу, Н? м: 25,00

Номинальное время полного хода выходного вала, с: 10,00

Номинальный полный ход выходного вала, Об: 0,25

Потребляемая мощность в номинальном режиме работы, Вт: 150,00

Масса не более 7кг

Из рассмотренных МЭО выбираем МЭО 100/10−0,25. Номинальный момент на выходном валу у него самый максимальный.

Пускатель

Бесконтактный реверсивный пускатель УПР1 предназначен для бесконтактного управления электрическими исполнительными механизмами, в приводе которых использованы трехфазные электродвигатели.

Технические характеристики УПР1:

— Электрическое питание пускателя-переменный трехфазный ток с напряжением 220/380, 260/400 или 240/415V при отклонении от -15 до +10% и частотой 50Hz или 60 Hz при отклонении от -1 до +1Hz. Нессиметрия трехфазной системы — не более 5%.

— Виды входных сигналов, стандартный токовый 4−20мА.

— Входное сопротивление пускателя (750±100)Щ.

— Максимальный коммутируемый ток-3А

— Динамические характеристики пускателя:

— Быстродействие (время запаздывания выходного тока при подаче и снятии управляющего сигнала)-не более 25mS;

— Разница между длительностями входного и выходного сигналов-не более 20mS.

— Мощность, потребляемая пускателем, не более 5W.

— Напряжение источника питания цепей управления 24−28V (среднее значение двухполупериодного выпрямленного тока). Источник допускает также подключение внешней нагрузки между клеммами 8 и 10. Максимальный ток, потребляемый нагрузкой, не должен быть более 100mA.

— Норма средней наработки на отказ с учетом технического обслуживания, регламентируемого настоящим описанием 100 000 часов.

— Полный средний срок службы пускателя 10 лет.

— Масса пускателя не более 2 кг.

Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М предназначен для бесконтактного управления электрическими исполнительными механизмами, в приводе которых используются однофазные конденсаторные электродвигатели.

Технические данные пускателя бесконтактного реверсивного ПБР-2М:

— Электрическое питание пускателя — однофазная сеть переменного тока с номинальным напряжением 220V с частотой 50Hz. Допустимое отклонение напряжения питания от номинального от -15% до +10%. Несимметрия трехфазной системы составляет не более 5%.

— Источник питания цепей управления допускает подключение внешней нагрузки с сопротивлением до 240 Щ между контактами 8 и 10 пускателя. Форма напряжения источника, при сопротивлении нагрузки 240 Щ — двухполупериодное выпрямленное со средним значением (24±6)V при номинальном напряжении.

— Входное сопротивление пускателя 750 Щ.

— Максимально коммутируемый ток — 4А.

— Динамические характеристики пускателя:

— быстродействие (время запаздывания коммутаций выходных ключей при подаче или снятии управляющего сигнала) не более 25ms;

— разница между длительностями входного и выходного сигналов не более 20ms.

— Пускатель допускает работу в повторно-кратковременном реверсивном режиме с частотой включений до 630 в час при ПВ 25%.

— Мощность, потребляемая пускателем при отсутствии сигнала управления, не более 7W.

— Норма средней наработки на отказ с учетом технического обслуживания 100 000 часов.

— Средний срок службы пускателя — 10 лет.

— Масса пускателя не более 2 кг.

Бесконтактный реверсивный пускатель ПБР-3А предназначен для бесконтактного управления электрическими исполнительными механизмами, в приводе которых использованы трехфазные электродвигатели.

Технические данные пускателя бесконтактного реверсивного ПБР-3А:

— Электрическое питание — переменный трехфазный ток с напряжением 220/380, 260/400 или 240/415V при отклонении от -15 до +10% и частотой 50Hz или 60 Hz при отклонении от -1 до +1Hz. Нессиметрия трехфазной системы не более 5%.

— Входное сопротивление (750±100)Щ.

— Максимальный коммутируемый ток-3А

— Динамические характеристики пускателя бесконтактного реверсивного ПБР-3А:

— Быстродействие (время запаздывания выходного тока при подаче и снятии управляющего сигнала) — не более 25mS;

— Разница между длительностями входного и выходного сигналов — не более 20mS.

— Мощность, потребляемая пускателем, не более 5W.

— Напряжение источника питания цепей управления 24−28V (среднее значение двухполупериодного выпрямленного тока). Источник допускает также подключение внешней нагрузки между клеммами 8 и 10. Максимальный ток ПБР-3А, потребляемый нагрузкой, не должен быть более 100mA.

— Норма средней наработки на отказ с учетом технического обслуживания, регламентируемого настоящим описанием 100 000 часов.

— Полный средний срок службы 10 лет.

— Масса не более 2 кг.

Поскольку в качестве исполнительного механизма выбран трехфазный МЭО 100/10−0,25, в качестве пускателя используется бесконтактный реверсивный пускатель ПБР-3А.

Блок ручного управления

Блоки ручного управления БРУ используются для переключения цепей управления исполнительными устройствами, индикации положений цепей управления в автоматизированных системах управления различными технологическими процессами.

БРУ-22 — ручное или дистанционное переключение цепей управления на два положения; световая индикация положения цепей; управление исполнительными механизмами.

БРУ-32 — ручное переключение с автоматического режима и обратно. Кнопочное управление интегрирующими исполнительными механизмами. Световая индикация выходного сигнала регулирующего устройства с импульсным выходным сигналом.

БРУ-42 — ручное или дистанционное переключение с автоматического режима управления на ручной и обратно. Кнопочное управление интегрирующими исполнительными механизмами. Световая индикация режимов управления, выходного сигнала регулирующего устройства с импульсным выходным сигналом.

Таблица 4 — Сравнительные характеристики блоков ручного управления

БРУ-22

БРУ-32

БРУ-42

Электрическое питание блоков

переменный однофазный ток с напряжением 24 В при отклонении от -3,6 до +2,4 В и частотой 50 или 60 Гц.

переменный однофазный ток с напряжением 24 В при отклонении от -3,6 до +2,4 В и частотой 50 или 60 Гц.

переменный однофазный ток с напряжением 24 В при отклонении от -3,6 до +2,4 В и частотой 50 или 60 Гц.

Габаритные размеры

80×40×150 мм

80×40×150 мм

80×40×150 мм

Масса блоков, кг

0,5

0,7

0,8

Из представленных выше БРУ выбран блок ручного управления БРУ-42, обладающий наилучшими техническими характеристиками.

Ручной задатчик

Задатчики ручные РЗД-12 и РЗД-22 рассчитаны на применение в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП).

РЗД-22 — ручная установка сигналов задания для стабилизирующих регуляторов и регуляторов соотношения, преобразование одного вида унифицированного сигнала постоянного тока или напряжения в другой.

РЗД-12 — ручная установка задания для стабилизирующих регуляторов и регуляторов соотношения.

Таблица 5 — Сравнительные характеристики ручных задатчиков

РЗД-12

РЗД-22

Входные сигналы

-

— токовый 0−5 мА, Rвх < 500Ом;

— токовый 0−20 мА, Rвх < 100Ом;

— токовый 4−20мА, Rвх < 100Ом;

— напряжение 0−10 В, Rвх < 10кОм

Выходные сигналы

плавное изменение коэффициента деления потенциометра с сопротивлением 10кОм или 2,2кОм в зависимости от исполнения

— токовый 0−5 мА, Rн < 2,5кОм;

— токовый 0−20 мА, Rн < 1кОм;

— токовый 4−20мА, Rн < 1кОм;

— напряжение 0−10 В, Rн < 2кОм

Разрешающая способность

0,5% в зависимости значения сигнала

Погрешности:

— установки задания по шкале отсчетного устройства;

— преобразования входных сигналов

2,5%

1,5% от максимального значения выходного сигнала

Пульсация выходного сигнала

< 0,3% от максимального значения выходного сигнала

Потребляемая мощность

не более 4В*А.

Масса

0,2 кг

0,7 кг

Габаритные размеры

40×40×150 мм

80×40×200 мм

Электрическое питание

220 В, 240 В, или 24 В частотой 50 Гц или 60 Гц.

Выбран ручной задатчик РЗД-22, реализующий большее количество функций.

Прибор-регистратор

Аналоговые регистраторы применяются в системах регулирования и управления техпроцессами в энергетике, металлургии, химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности.

Таблица 6 — Сравнительные характеристики регистраторов

А 100

А 543

А100-Н

Число независимых каналов

1 или 2

3

1 или 2 или 3

Входные сигналы

— термопары ПР (B), ПП (S или R), ХА (K), ХК (L);

— термопреобразователи сопротивления 10П, 50П, 100П, 10 М, 50 М, 100 М;

— напряжения: 0−1, 0−10, -10−0-+10 В; - тока 0 — 5, 0 — 20 или 4 — 20 мA; - пирометры радиационные (0 — 5 или 4 — 20 мА)

одноканальные и двухканальные: — термопары ПР (B), ПП (S), ХА (K), ХК (L); - термопреобразователи сопротивления 50П, 100П, 50 М, 100 М; - напряжения: 0−20, 0−50, 0−100 мВ;

трехканальные: — термопары ПР (B), ПП (S или R), ХА (K), ХК (L); - термопреобразователи сопротивления 10П, 50П, 100П, 50 М, 100 М; - напряжения: 0−20, 0−50, 0−100 мВ, 0−10 В; - 0−5 или 4−20 мА

Выходные устройства

сигнализации: два двухпоциционных устройства сигнализации (две независимые уставки, реле 220В/1А) на каждый измерительный канал

сигнализации: одно двухпозиционное устройство сигнализации (две независимые уставки, реле 30В/0,2А или 127В/0,13А)

сигнализации: два двухпозиционных устройства сигнализации (две независимые уставки, реле 220 В/1 А) на каждый измерительный канал преобразования: выходной токовый сигнал 0−5 или 4−20 мА (без линеаризации)

Основная погрешность

± 0,5% по показаниям; ± 1% по регистрации и сигнализации

± 0,5% по показаниям и преобразованию; ± 1% по регистрации и сигнализации; для узкопредельных: ± 1% по показаниям и преобразованию; ± 1,5% по регистрации и сигнализации

Быстродействие

1 или 2,5 или 5 или 10 с

1 с

Выбран прибор A100-H, обладающий наилучшими техническими характеристиками и высоким быстродействием.

Программируемый логический контроллер

Программируемые контроллеры семейства SIMATIC S7−200 имеют модульную конструкцию и являются идеальным средством для построения эффективных систем автоматического управления при минимальных затратах на приобретение оборудования и разработку системы. Контроллеры способны работать в реальном масштабе времени и могут быть использованы как для построения узлов локальной автоматики, так и узлов комплексных систем управления. Они обеспечивают поддержку обмена данными через сети PPI, MPI, Industrial Ethernet, а также через Internet/ Intranet и системы модемной связи, способны обслуживать системы распределенного ввода-вывода на основе AS-Interface, работать в составе систем распределенного ввода-вывода на основе PROFIBUS DP.

SIMATIC S7−300 программируемый SIEMENS контроллер стандартного исполнения для эксплуатации в нормальных промышленных условиях для решения задач автоматизации низкой и средней степени сложности. SIMATIC S7−400 модульный программируемый Siemens контроллер предназначен для построения систем автоматизации средней и высокой степени сложности, имеет модульную конструкцию. Она может комплектоваться широким спектром модулей, устанавливаемых в монтажных стойках в любом порядке. Система включает в свой состав:

— Модули блоков питания (PS): используются для подключения SIMATIC S7−400 к источникам питания =24/ 48/ 60/ 120/ 230 В или ~120/ 230 В.

— Модули центральных процессоров (CPU): в составе контроллера могут использоваться центральные процессоры различной производительности. Все центральные процессоры оснащены встроенными интерфейсами PROFIBUS-DP. При необходимости, в базовом блоке контроллера может быть использовано до 4 центральных процессоров.

— Сигнальные модули (SM) SIEMENS контроллера: для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов.

— Коммуникационные модули (CP): для организации последовательной передачи данных по PtP интерфейсу, а также сетевого обмена данными.

— Функциональные модули (FM): для решения специальных задач управления, к которым можно отнести счет, позиционирование, автоматическое регулирование и т. д. Выбран ПЛК SIMATIC S7−400, обладающий наиболее широкими возможностями по сравнению с другими представленными моделями.

ЭВМ

ПЭВМ G5000Ba/Pro

Процессор компьютера

AMD

Видео компьютера

Quadro 2000

Сетевая карта компьютера

10/100/1000 Мбит/сек

Case

Блок питания INWIN POWER MAN < IP-S600AQ3−0> 600W ATX (RTL) (24+4+6+8пин)

CPU

CPU AMD Phenom II X6 1100T Black Edition (HDE00ZF) 3.3 ГГц/ 3+6Мб/4000 МГц Socket AM3

Cooler

Arctic Cooling Freezer 7 Pro rev.2 Cooler (775/1156/1366/754-AM2/AM3/FM1, 900−2500об/мин, 27Дб, Cu+Al+тепл. трубки)

RAM

2 шт. Original SAMSUNG DDR-III DIMM 4Gb < PC3−10 600>

HDD

HDD 1 Tb SATA 6Gb/s Western Digital Caviar Black < WD1002FAEX> 7200rpm 64Mb

Video

1Gb < PCI-E> DDR-5 PNY VCQ2000DVI (RTL) DualDVI < NVIDIA Quadro 2000>

CD ROM

DVD RAM & DVD±R/RW & CDRW Optiarc AD-7280S < Black> SATA (OEM)

FDD

Sema < SFD-321F/TS41UB Black>3. 5″ Internal USB2.0 CF/MD/xD/MMC/SD/MS (/Pro/Duo)Card Reader/Writer+1portUSB2. 0

M/B

GigaByte GA-970A-UD3 rev1. 0(RTL) SocketAM3+ < AMD 970> 2xPCI-E+GbLAN+1394 SATA RAID ATX 4DDR-III

ПО

Microsoft Windows 7 Профессиональная SP1 32& 64-bit Рус

2.3 Алгоритм и расчет регулятора

2.3.1 Алгоритм

Алгоритм регулирования давления в нагревательном колодце приведен на рисунке 2.

Рисунок 2 — Схема алгоритма регулирование давления в нагревательном колодце

2.3.2 Расчет регулятора

Данные для расчета регулятора:

Объект — статический

Переходный процесс — апериодический

%/% хода и.м. — коэффициент передачи объекта

с — постоянная времени объекта

с — запаздывание объекта

с — время регулирования ()

% - возмущение ()

% - статическая ошибка

% - динамическая ошибка

Ход выполнения расчета

1. < 1 — ориентировочный тип регулятора — непрерывный.

2. Динамический коэффициент регулирования для статических объектов:

Находим:

(1)

3. И-регулятор

Проверка условия: — условие не выполняется, значит И-регулятор не подходит.

4. П-регулятор

Проверка условия:

(2)

— условие выполняется

% - статическая ошибка

Проверка условия:

(3)

— условие не выполняется.

5. Пи-регулятор

Проверка условия: — условие выполняется

Ввиду выполнения необходимых условий Пи-регулятор удовлетворяет требованиям для данного технологического процесса.

6. Расчет ОПФ Пи-регулятора

Расчет коэффициента передачи:

(4)

=0. 6(5)

ОПФ Пид-регулятора:

(6)

.

Заключение

В ходе работы были выявлены основные критерии управления работой рекуперативного нагревательного колодца, по которым достигается его оптимальная работа.

На основании этих критериев была разработана система автоматического управления нагревательным колодцем, которая отвечает выдвинутым к ней требованиям и позволяет регулировать работу колодца в соответствии с поставленной задачей оптимального функционирования печи.

Был разработан алгоритм работы системы регулирования, который разрешает регулировать температуру в ячейке колодца и прочие технологические показатели выходя из условия наибольшего общего ККД при условии выполнения заданной производительности, которая сводит потери энергии к минимуму. Таким образом, выполняется поставленная задача энергосбережения.

И, как результат проведенной работы, было разработано устройство автоматизации колодца, которое позволяет технически реализовать управление исследуемым объектом по разработанным законам управления.

Список литературы

рекуперативный преобразователь регистратор контроллер

1. Интернет сайт «каталог продукции» http: //www. platan. ru/cgi-bin/qweryv. pl/0w32404. html

2. Интернет сайт: «каталог продукций» http: //www. pribor-opt. ru/kipia/bru42. html

3. Интернет сайт: «каталог продукции» http: //www. kontakt-1. ru/sdr101p. html

4. Л. Г. Аксельруд Нагревательные колодцы. М.: Металлургиздат, 1962 г

5. В. И. Гребельный Повышение эффективности работы нагревательных колодцев прокатных цехов. Киев: Техника, 1975 г.

6. Л. Г. Аксельруд Современные нагревательные колодцы. Сталь № 3, 1955 г.

7. Интернет сайт: http: //metallicheckiy-portal. ru/

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой