Проект автоматизації відпалу металу в ковпаковій печі

Размещено на http://www.allbest.ru/

148

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАВДАННЯ

Розробити проект автоматизації відпалу металу в ковпаковій печі. Описати конструкцію об'єкта управління та технологічний процес. Розробити функціональну схему автоматизації та описати контури контролю і регулювання технологічних параметрів. Визначити тип і кількість інформаційних сигналів мікропроцесорного контролера. Здійснити проектне компонування контролера.



РЕФЕРАТ

Розрахунково-пояснювальна записка до курсової роботи об'ємом 27 сторінок містить 3 таблиці та 4 рисунка.

Мета виконання курсової роботи - вивчення технологічного процесу, принципів роботи та методів автоматичного управління процесом відпалу металу в ковпаковій печі. Відповідно до встановлених параметрів скомпонувати контролер Wago 750-841.

Відпал металу, ковпакова піч, об'єкт управління, муфель, уніфікований сигнал, частотний перетворювач, контролер, контур регулювання, інформаційний сигнал.



ЗМІСТ

ВСТУП

1. КОНСТРУКЦІЯ КОВПАКОВОЇ ПЕЧІ І ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ

1.1 Призначення ковпакої печі

1.2 Опис конструкції об'єкта управління

1.3 Опис технологічного процесу

1.4 Ковпакова піч, як об'єкт автоматизації

2. ФУНКЦІОНАЛЬНА СХЕМА АВТОМАТИЗАЦІЇ, ВИБІР ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ КОНТРОЛЮ ТА УПРАВЛІННЯ

3. ВИЗНАЧЕННЯ КІЛЬКОСТІ ТА ТИПУ ВХІДНИХ І ВИХІДНИХ СИГНАЛІВ МІКРОПРОЦЕСОРНОГО КОНТРОЛЕРА

4. ПРОЕКТНЕ КОМПОНУВАННЯ КОНТРОЛЕРА WAGO 750-841

4.1 Опис контролера

4.2 Компонування контролера

ВИСНОВКИ

ЛІТЕРАТУРА



ВСТУП

Широке поширення складних автоматизованих технологічних комплексів, що включають технологічні об'єкти управління (ТОУ) і автоматизовані системи управління технологічними процесами (АСУ ТП), вимагає досить високого рівня підготовки обслуговуючого їх персоналу. Складність такої підготовки обумовлена технічним прогресом в електронній і приладобудівній промисловості. За останнє десятиліття ці галузі освоїли випуск засобів автоматичного контролю, управління і регулювання нового покоління на основі мікропроцесорної і обчислювальної техніки. Ці прилади, володіють широкими функціональними можливостями, мають не дуже високу вартість, дозволяють будувати автоматизовані системи управління технологічними процесами на підприємствах. Сумісність цих засобів з обчислювальними засобами (зокрема персональними ЕОМ), дозволяє застосовувати існуючі програмні засоби для формування керуючих дій і відображення інформації про стан процесу. Все це робить АСУ ТП гнучкою, більш наочною, легко керованою.



1. КОНСТРУКЦІЯ КОВПАКОВОЇ ПЕЧІ І ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ

1.1 Призначення ковпакої печі

Для термічної обробки (відпалу) металу в цехах холодної прокатки широко застосовують ковпакові печі. Відпал металу ? процес термічної обробки, який зумовлює отримання рівноважних (стійких) структур розпаду аустеніту під час охолодження, з певних температур нагрівання в інтервалі перетворень або вище. Відпал здійснюється шляхом нагрівання сталевих листів і рулонів до (або вище) температури в інтервалі перетворень, тривалої витримки при цій температурі і подальшого повільного охолодження. У процесі відпалу відбувається зміна дисперсних фаз і розміру зерен аустеніту; в результаті виходить рівноважна структура ферито-цементної суміші, знижується твердість і підвищується пластичність і в'язкість.

Відпал застосовується з метою зняття напружень, поліпшення пластичних властивостей, усунення структурної неоднорідності.

Застосовувана термообробка може бути класифікована наступним чином:

а) пом'якшувальний відпал;

б) рекристалізаційний відпал;

в) відпустк.

Пом'якшувальний відпал проводиться для зменшення міцності гарячекатаних листів і заготовок легованих сталей. Сталь після прокатки може мати різну структуру і різні механічні властивості залежно від ступеня деформації, від температури кінця гарячої прокатки, від швидкості охолодження і т.п. Тому при виборі режиму відпалу сталі після прокатки, крім хімічного складу, враховується також структура і твердість сталі. Пом'якшувальним відпалом домагаються коагуляції карбідів сталі, збільшення розміру зерна, зняття напруги і зниження твердості.

Рекристалізаційний відпал ? процес термічної обробки, який зумовлює виправлення викривлень кристалічної решітки, отриманої при холодному деформуванні металу. Рекристалізаційний відпал здійснюється шляхом нагрівання сталі до температури на 150 - 250 °С вище температури початку зростання нових зерен, що утворюються натомість деформованих, витримки при цій температурі і подальшого повільного охолодження. При рекристалізаційному відпалі відбувається зростання нових зерен, що утворилися натомість легованих, зняття наклепу і внутрішніх напружень при коагуляції цементиту та утворення зернистого перліту, збільшення пластичності сталі, зниження властивостей міцності.

Відпуск ? процес термічної обробки, який зумовлює перетворення нестійких структур загартованого металу (отриманого в процесі прискореного охолодження) в більш стійкі. Відпуск здійснюється шляхом нагрівання металу до температури нижче інтервалу перетворень, витримки при цій температурі і подальшого охолодження. В результаті відпустку виходять більш стійкі структури за схемою мартенсит - троостит - сорбіт, як наслідок цього, виходять необхідні механічні властивості ? зняття внутрішніх напружень.

1.2 Опис конструкції об'єкта управління

Основна маса металу в ковпакових печах знаходиться у вигляді рулонів, але існують також ковпакові печі для відпалу бунтів дроту, листів і деяких видів сортового прокату.

За способом опалення ковпакові печі ділять на два типи: газові (рис.1.1) та електричні. У газових печах проводиться світлий відпал металу в спеціальній захисній атмосфері. Електричні печі звичайно застосовують для високотемпературного нагріву електротехнічних сталей і сталей спеціальних марок. У ковпакових печах для відпалу сталевого листа в стопах використовується комбіноване нагрівання металу: газові пальники розташовують у нагрівальному ковпаку, а електронагрівачі опору прокладають в черені печі.

Рис.1.1 Одностопна ковпакова піч для відпалу рулонів смуги з інжекційними пальниками без підігріву повітря горіння: 1 - стенд; 2 - нагрівальний ковпак; 3 - муфель; 4 - стопа рулонів; 5 - циркуляційний вентилятор; 6 - направляючий апарат; 7 - пальник; 8 - ежектор печі; 9 - пісочний затвор.

Різні типи ковпакових печей мають подібне конструктивне виконання. На стенді розташовують садку металу у вигляді стопи аркушів, або у вигляді стопи з одного або декількох рулонів, поставлених один на інший. Під час нагрівання на стенд встановлюють нагрівальний ковпак, на якому є газові пальники або електричні нагрівачі опору. Після закінчення процесів нагріву і витримки нагрівальний ковпак знімається зі стенду і переноситься на інший, де починають новий цикл нагріву, а на даній печі відбувається процес охолодження.



1.3 Опис технологічного процесу

Ковпакові печі ? це печі камерного типу з мінливими в процесі відпалу тепловим і температурним режимами (рис.1.2).

Рис.1.2 Схема теплового и температурного режимів ковпакової печі; 1 - подача палива в піч; 2 - температура нагрівального ковпака; 3 - температура муфеля; 4 - температура частини садки, яка нагрівається найбільш швидко; 5 - температура частини садки, яка нагрівається найбільш повільно

Принцип роботи ковпакової печі визначається технологічним процесом, який ділиться на три приблизно однакові стадії: нагрівання до 650-800 °С, охолодження під муфелем до 150 ° С і без нього і остання стадія - розвантаження і завантаження стенду. У перший період необхідно забезпечити максимальну швидкість нагріву металу. У цьому періоді в піч подається тепло, кількість якого визначається з умови отримання оптимальних перепадів температур в садці в кінці періоду, так як значні перепади потребують значної тривалості другого періоду і призведуть при скороченні тривалості першого періоду, до збільшення тривалості всього циклу відпалу. Рівність часу за стадіями дозволяє використовувати три стенди з одним нагрівальним ковпаком і двома муфелями. Завантаження металу закінчується опусканням на стенд поверх стопи рулонів муфеля і нагрівального ковпака. Після цього подається захисний газ (зазвичай суміш з 95 % N2 і 5 % Н2) і за допомогою циркуляційного вентилятора здійснюється його циркуляція. Потім включаються пальники. Продукти горіння проходять між нагрівальним ковпаком і муфелем і за допомогою ежектора видаляються в димовідводи і в димовий канал. Температура диму перед ежектором близько 630-660 ° С.

Захисний газ подається циркуляційним вентилятором в зазор між муфелем і рулонами стопи. Газ рівномірно розподіляється по конвекторним кільцям і через них потрапляє у внутрішні порожнини рулонів, омиваючи їх. Опускаючись по внутрішній порожнині стопи газ повертається в циркуляційний вентилятор. Кільця отримують теплоту від захисного газу конвекцією і нагрівають рулони. Муфель випромінює на бічну поверхню металу, але тепловий потік неістотний для нагріву рулонів через низький коефіцієнт теплопровідності в радіальному напрямі. Виняток робиться для верхнього рулону, який отримує теплоту на свій торець, через нерівномірність нагрівання садки по висоті і по перетину, що є наслідком не однакових умов теплообміну різних частин садки (верхній рулон отримує і віддає тепло випромінюванням через всю поверхню верхнього торця і випромінюванням через бічну поверхню, а решта рулонів ? конвекцією через торцеві поверхні і випромінюванням через бічну поверхню; середні витки рулонів нагріваються найбільш повільно), в циклі нагріву передбачений період вирівнювання температур металу, протягом якого температура печі (нагрівального ковпака) підтримується на рівні, що виключає перегрів частин садки, які найбільш швидко гріються; по мірі прогріву садки температура знижується. Після досягнення точки садки, яка гріється найбільш повільно, заданої температури термообробки, починається витримка, а потім період охолодження печі, який закінчується при досягненні заданої температури частини садки, яка вичахає найбільш повільно.

Проблемою є низький коефіцієнт тепловіддачі від муфеля до захисного газу, в результаті чого вимушено підтримуються високими температура муфеля і температура диму під нагрівальним ковпаком. Це призводить до підвищеної температури відхідних газів і високій витраті палива.



1.4 Ковпакова піч, як об'єкт автоматизації

Ковпакові печі знаходять широке вживання завдяки високій якості металу, що відпалюється, високій надійності, невеликим габаритам, простоти в обслуговуванні в порівнянні з іншими термічними печами. Але має такі недоліки в роботі і технології печей:

1. Відсутність надійного автоматичного управління в широкому (350...850)°С діапазоні зміни температурних режимів.

2. Відносно великої витрата природного газу.

3. Відсутність централізованого збору даних.

4. Невисока продуктивність через відсутність систем верхнього рівня, застарілого устаткування.

5. Відсутність математичної моделі ходу ТП.

Для задоволення високих вимог до якості продукції упроваджуються нові АСУ ТП.

Таким чином, метою створення АСУ ТП є ефективний контроль, збір, переробка і видача інформації для управління технологічним процесом, починаючи від подачі матеріалів із складу і закінчуючи видачею металу з печі.

Після впровадження нової сучасної системи автоматизації значно зростуть всі показники ходу ТП, дана система призначена для автоматизованого управління технологічним процесом термічної обробки металу в колпакових печах.

Функції по управлінню технологічними процесами, що підлягають автоматизації, наступні:

1) централізований контроль технологічних параметрів, їх оцінка сигналізація виходу параметрів за встановлені межі;

2) стеження за інформацією про приналежність до відпалу, марки металу, часу посаду в піч;

3) визначення параметрів теплового режиму печей, необхідних для термообробки;

4) стабілізація параметрів теплового режиму на рівні зазначених значень;

5) формування, зберігання на зовнішніх носіях і протоколювання по виклику оператора історії зміни параметрів, теплового режиму печей;

6) інформаційне обслуговування операторів технологічних постів;

7) розрахунок техніко-економічних показників роботи печей і облік часу роботи системи автоматизації;

8) виявлення відмов в роботі технічних засобів, видача відповідних повідомлень і проведення своєчасних ремонтів;

9) діагностика ходу технологічного процесу;

10) дистанційне керування технологічним устаткуванням і виконавчими пристроями;

11) введення завдання;

12) облік виробництва і складання даних на зміну;

13) контроль виконання планових завдань;

Завдання управління процесом нагріву металу в ковпакових печах полягає у забезпеченні режиму роботи, при якому виходить метал заданої якості при роботі печі з максимальною продуктивністю.

Режим роботи печі характеризується температурою нагріву і охолодження металу, економічністю спалювання палива, тривалістю нагріву, продуктивністю печі.

Основними впливами обурення в процесі нагрівання металу є зміна характеристик садки: маси і розмірів рулону, марки металу, його товщини, щільності намотування, зміна тиску і калорійності газу, зміна тиску в печі.

Ковпакова піч з точки зору автоматичного регулювання є ємнісним статичним об'єктом з великим значенням постійної часу Т і малим за величиною відношенням /Т - менш 0,2.

Ковпакова піч працює таким чином: на стенді формують стопу з декількох поставлених один на одного рулонів. Між рулонами закладають конверторні кільця і зверху стопу закривають кришкою. Потім стопу накривають муфелем, а муфель нагрівальним ковпаком з футеруванням. Циркуляційний вентилятор приводиться в обертання електродвигуном і, під направляючий апарат з системи подачі захисного газу, через вузол підведення вводять захисний газ (азот 95 - 97 % і водень 5 - 3 %). Після вентиляції підмуфельного простору захисним газом включають пальники, встановлені в пальникових каналах футеровки ковпака. За допомогою електрозапальника на виходах центральних звужуючихся соплових отворів корпусів пальників, запалюють факели пальників. Димові гази евакуюються через газовий тракт і відходять в димовідвід, за допомогою ежектора. Регулювання кратності ежекції димових газів у повітря здійснюється при зміні витрати повітря через регулювальний орган.

Циркуляційний вентилятор засмоктує захисний газ контрольованого складу з центральної порожнини стопи і подає його догори вздовж стінки муфеля. У періоди нагріву стопи і вирівнюванні температури по висоті і ширині рулонів, забезпечується відповідність інтенсивності підведення теплоти до муфелем від пальників та інтенсивності відводу теплоти від муфеля до захисного газу. При цьому реалізують частоту обертання електродвигуна циркуляційного вентилятора, за допомогою перетворювача частоти, за сигналом контролера. При досягненні заданої температури відпалу стопи, проводять відключення пальників, знімають ковпак. Зменшення частоти обертання електродвигуна циркуляційного вентилятора за допомогою перетворювача частоти, відповідно з темпом охолодження стопи, дозволяє знизити витрату електроенергії на привід і підвищити продуктивність печі.

Регулювання теплового, температурного і аеродинамічного режимів печі в циклі відпалу здійснюється при подачі керуючих сигналів зі стендового датчика температури, фіксуючого температурний режим на стенді під муфелем поруч з нижнім рулоном, на входи контролера, який обробляє за заданим алгоритмом, і видає виконавчі сигнали, які надходять на виконавчі механізми, що регулюють витрату газу, витрату захисного газу, продуктивність роботи вентилятора через перетворювач частоти, відповідно до інтенсивності підведення і відведення теплоти від муфеля в періоди нагріву і вирівнювання температури садки і швидкість циркуляції захисного газу під муфелем в періоди охолодження, а також на виконавчий механізм, що керує регулювальним органом витрати повітря на ежекторі, здійснюючи регульовану евакуацію димових газів відповідно до зміни теплового навантаження печі.

Використання перетворювача частоти, керованого з контролера від сигналів датчиків температури, дозволяє плавно регулювати число обертів на валу електродвигуна з циркуляційним вентилятором і проводити безперервне підстроювання теплового й аеродинамічного режимів печі до щільності захисного газу і адаптувати швидкість і кратність його циркуляції з умовами підведення теплоти від пальників в період нагріву і вирівнювання температур по стопі рулонів, а в період охолодження садки ? з темпом її охолодження.



2. ФУНКЦІОНАЛЬНА СХЕМА АВТОМАТИЗАЦІЇ, ВИБІР ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ КОНТРОЛЮ ТА УПРАВЛІННЯ

На функціональній схемі автоматизації ковпакової печі (додаток А) відображені такі контури регулювання та контролю:

1) Контур контролю та регулювання температури під ковпаком печі;

2) Контур контролю та регулювання розрідження у димовідвідному каналі;

3) Контур контролю та регулювання витрати захисного газу;

4) Контур контролю тиску природного газу в трубопроводі;

5) Контур контролю тиску повітря в трубопроводі;

6) Контур контролю тиску захисного газу в трубопроводі;

7) Контур контролю витрати природного газу;

8) Контур контролю витрати повітря.

Вибір технологічних засобів для контурів контролю та регулювання визначається межами виміру технологічних параметрів і умовами експлуатації.

1) Контур контролю та регулювання температури під ковпаком печі

Сигнал 4-20 мА з термопари (поз. 1а) тип ТХА-2088-4 надходить на вхід цифрового реєструючого приладу SIREC DS (поз.1б), де перетворюється в цифровий і фіксується в пам'яті приладу (по стандарту Ethernet передається на ЕОМ робочої станції), та на аналоговий вхід контролера Wago 750. З блока ручного керування БРУ-15 (поз.1г) ??в контролер на дискретний вхід надходить інформація про те, чи буде температура задаватися за допомогою задатчика вручну, або завдання буде здійснюватися з робочої станції на підставі розрахунку. Якщо температура задається вручну, в контролер на аналоговий вхід подається сигнал з задатчика РЗД-22 (поз.1в).

Контролер на підставі отриманих даних визначає відхилення між поточним і заданим значенням температури під ковпаком, і за цим відхиленням, по ПІД- алгоритму розраховує керуючий вплив, який надходить на блок ручного керування, БРУ-15 відправляє отриманий сигнал на пускач ПБР-2м (поз.1д). ПБР-2м по сигналу подає живлення на виконавчий механізм МЄО-100/10-0,25 (поз. 1е). Виконавчий механізм впливає на регулюючий орган - газову заслінку, і заслінка змінює поточну витрату газу. Дистанційний покажчик положення ДУП-М (поз.1є) відображає положення валу виконавчого механізму.

2) Контур контролю та регулювання розрідження у димовідвідному каналі

Сигнал 4-20 мА з датчика абсолютного тиску SITRANS P DS III (7MF4233) (поз. 2а) надходить на вхід цифрового реєструючого приладу SIREC DS (поз. 2б), де перетворюється в цифровий і фіксується в пам'яті приладу (по стандарту Ethernet передається на ЕОМ робочої станції), та на аналоговий вхід контролера Wago 750. З блока ручного керування БРУ-15 (поз.2г) ??в контролер на дискретний вхід надходить інформація про те, чи буде температура задаватися за допомогою задатчика вручну, або завдання буде здійснюватися з робочої станції на підставі розрахунку. Якщо тикс задається вручну, в контролер на аналоговий вхід подається сигнал з задатчика РЗД-22 (поз.2в).

Контролер на підставі отриманих даних визначає відхилення між поточним і заданим значенням тиску в димовідвідному каналі, і за цим відхиленням, по ПІД- алгоритму розраховує керуючий вплив, який надходить на блок ручного керування, БРУ-15 відправляє отриманий сигнал на пускач ПБР-2м (поз.2д). ПБР-2м по сигналу подає живлення на виконавчий механізм МЄО-100/10-0,25 (поз. 2е). Виконавчий механізм впливає на регулюючий орган - заслінку, і заслінка змінює поточну витрату повітря на ежектори печі. Дистанційний покажчик положення ДУП-м (поз.2є) відображає положення валу виконавчого механізму.

3) Контур контролю та регулювання витрати захисного газу

Витрату захисного газу визначають по перепаду тиску на діафрагмі ДК 25 (поз.3а), значення тиску надходить на датчик різниці тиску SITRANS P DS III (7MF4533) (поз.3б), с датчика сигнал 4-20 мА надходить на вхід цифрового реєструючого приладу SIREC DS (поз. 3в), де перетворюється в цифровий і фіксується в пам'яті приладу (по стандарту Ethernet передається на ЕОМ робочої станції), та на аналоговий вхід контролера Wago 750. З блока ручного керування БРУ-15 (поз.3д) ??в контролер на дискретний вхід надходить інформація про те, чи буде значення витрати захисного газу задаватися за допомогою задатчика вручну, або завдання буде здійснюватися з робочої станції на підставі розрахунку. Якщо температура задається вручну, в контролер на аналоговий вхід подається сигнал з задатчика РЗД-22 (поз.3г).

Контролер на підставі отриманих даних визначає відхилення між поточним і заданим значенням витрати, і за цим відхиленням, по ПІД- алгоритму розраховує керуючий вплив, який надходить на блок ручного керування, БРУ-15 відправляє отриманий сигнал на пускач ПБР-2м (поз.3е). ПБР-2м по сигналу подає живлення на виконавчий механізм МЄО-100/10-0,25 (поз.3є). Виконавчий механізм впливає на регулюючий орган - газову заслінку, і заслінка змінює поточну витрату захисного газу. Дистанційний покажчик положення ДУП-М (поз.3ж) відображає положення валу виконавчого механізму.

4) Контур контролю тиску природного газу в трубопроводі

Сигнал 4-20 мА з датчик надлишкового тиску SITRANS P DS III (7MF4033) (поз. 4а) надходить на вхід цифрового реєструючого приладу SIREC DS (поз. 4б), де перетворюється в цифровий і фіксується в пам'яті приладу (по стандарту Ethernet передається на ЕВМ робочої станції), та на аналоговий вхід контролера Wago 750.

У контролері відбувається аналіз отриманого значення і при досягненні ним критичної величини, з дискретного виходу контролера подається сигнал і спрацьовує сигнальна лампа (лампа комутаторна КМ 24-90 (поз.HL2)) і звукова сигналізація (дзвінок ЗВП 220 (поз.HA1)). Також на щиті КВПіА встановлена ще одна лампа КМ 24-90 (поз.HL1), яка сигналізує присутність напруги в мережі, і дві кнопки SB7-CA65, одна для опробування сигналу (поз.4в), інша для відключення сигналу (поз.4г).

5) Контур контролю тиску повітря в трубопроводі

Сигнал 4-20 мА з датчик надлишкового тиску SITRANS P DS III (7MF4033) (поз. 5а) надходить на вхід цифрового реєструючого приладу SIREC DS (поз. 5б), де перетворюється в цифровий і фіксується в пам'яті приладу (по стандарту Ethernet передається на ЕВМ робочої станції), та на аналоговий вхід контролера Wago 750.

У контролері відбувається аналіз отриманого значення і при досягненні ним критичної величини, з дискретного виходу контролера подається сигнал і спрацьовує сигнальна лампа (лампа комутаторна КМ 24-90 (поз.HL4)) і звукова сигналізація (дзвінок ЗВП 220 (поз.HA2)). Також на щиті КВПіА встановлена ще одна лампа КМ 24-90 (поз.HL3), яка сигналізує присутність напруги в мережі, і дві кнопки SB7-CA65, одна для опробування сигналу (поз.5в), інша для відключення сигналу (поз.5г).

6) Контур контролю тиску захисного газу в трубопроводі

Сигнал 4-20 мА з датчик надлишкового тиску SITRANS P DS III (7MF4033) (поз. 6а) надходить на вхід цифрового реєструючого приладу SIREC DS (поз. 6б), де перетворюється в цифровий і фіксується в пам'яті приладу (по стандарту Ethernet передається на ЕВМ робочої станції), та на аналоговий вхід контролера Wago 750.

У контролері відбувається аналіз отриманого значення і при досягненні ним критичної величини, з дискретного виходу контролера подається сигнал і спрацьовує сигнальна лампа (лампа комутаторна КМ 24-90 (поз.HL6)) і звукова сигналізація (дзвінок ЗВП 220 (поз.HA3)). Також на щиті КВПіА встановлена ще одна лампа КМ 24-90 (поз.HL5), яка сигналізує присутність напруги в мережі, і дві кнопки SB7-CA65, одна для опробування сигналу (поз.6в), інша для відключення сигналу (поз.6г).

7) Контур контролю витрати природного газу

Витрату захисного газу визначають по перепаду тиску на діафрагмі ДК 25 (поз.7а), значення тиску надходить на датчик різниці тиску SITRANS P DS III (7MF4533) (поз.7б), с датчика сигнал 4-20 мА надходить на вхід цифрового реєструючого приладу SIREC DS (поз.7в), де перетворюється в цифровий і фіксується в пам'яті приладу (по стандарту Ethernet передається на ЕОМ робочої станції), та на аналоговий вхід контролера Wago 750.

8) Контур контролю витрати повітря

Витрату захисного газу визначають по перепаду тиску на діафрагмі ДК 25 (поз.8а), значення тиску надходить на датчик різниці тиску SITRANS P DS III (7MF4533) (поз.8б), с датчика сигнал 4-20 мА надходить на вхід цифрового реєструючого приладу SIREC DS (поз.8в), де перетворюється в цифровий і фіксується в пам'яті приладу (по стандарту Ethernet передається на ЕОМ робочої станції), та на аналоговий вхід контролера Wago 750.



3. ВИЗНАЧЕННЯ КІЛЬКОСТІ ТА ТИПУ ВХІДНИХ І ВИХІДНИХ СИГНАЛІВ МІКРОПРОЦЕСОРНОГО КОНТРОЛЕРА

Визначення кількості та типу вхідних і вихідних сигналів мікропроцесорного контролера здійснюється на основі аналізу вихідних сигналів датчиків, що контролюють технологічні параметри і методів управління виконавчими механізмами, які отримують керувальний вплив від мікропроцесорного контролера.

Для реалізації системи автоматичного управління роботою ковпакової печі, необхідно здійснювати безперервний контроль технологічних параметрів, характеристика яких наведена у табл. 3.1.

Таблиця 3.1 Технологічні параметри

№ п/п	Параметр	Одиниці вимірювання	Min	Номінальна величина	Max
1	Температура під муфелем	°С	650	700-730	850
2	Розрідження у димовідвідному каналі	мм.вод.ст	-15	0,1	5
3	Тиск природного газу	кгс/	0,8	0,85-0,9	0,95
4	Тиск повітря в колекторі	мм.вод.ст	300	400	600
5	Тиск захисного газу	мм.вод.ст	60	140-150	180
6	Витрата природного газу	/год	0	62	120
7	Витрата повітря на для двох ежекторів	/год	0	320	400
8	Витрата захисного газу	/год	0	8-12	15

Керуючись даними, що наведені у табл.3.1 і каталогами провідних виробників технічних засобів автоматизації, було підібрано необхідні датчики та виконавчі механізми і визначили їх вхідні та вихідні сигнали, табл.3.2 і 3.3.



Таблиця 3.2 Датчики контролю технологічних параметрів

№ п/п	Параметр	Назва і тип датчика	Вихідний сигнал датчика	Постачальник технічного засобу
1	Температура під муфелем	Термоелектричний перетворювач з уніфікованим сигналом ТХАв-2088-04	4-20 мА	ВАТ "Электротермометрия", Україна, г.Луцьк
2	Розрідження у димовідвідному каналі	Датчик абсолютного тиску SITRANS P DS III (7MF4233)	4-20 мА	Концерн «Siemens AG» М.Берлін
3	Тиск природного газу	Датчик надлишкового тиску SITRANS P DS III (7MF4033)	4-20 мА	Концерн «Siemens AG» М.Берлін
4	Тиск повітря в колекторі	Датчик надлишкового тиску SITRANS P DS III (7MF4033)	4-20 мА	Концерн «Siemens AG» М.Берлін
5	Тиск захисного газу	Датчик надлишкового тиску SITRANS P DS III (7MF4033)	4-20 мА	Концерн «Siemens AG» М.Берлін
6	Витрата природного газу	Датчик різниці тиску SITRANS P DS III (7MF4533)	4-20 мА	Концерн «Siemens AG» М.Берлін
7	Витрата повітря на ежектори	Датчик різниці тиску SITRANS P DS III (7MF4533)	4-20 мА	Концерн «Siemens AG» М.Берлін
8	Витрата захисного газу	Датчик різниці тиску SITRANS P DS III (7MF4533)	4-20 мА	Концерн «Siemens AG» М.Берлін

Таблиця 3.3 Виконавчі пристрої, що змінюють параметр

№ п/п	Параметр	Назва і тип виконавчого пристрою, що змінює параметр	Сигнал керування виконавчим пристроєм	Постачальник технічного засобу
1	Витрата природного газу	Пускач ПБР-2М з виконавчим механізмом МЕО-100/10-0,25	Імпульсний	ТОВ "ПЭК" м. Чебоксари
2	Витрата захисного газу	Пускач ПБР-2М з виконавчим механізмом МЕО-40/25-0,25	Імпульсний	ТОВ "ПЭК" м. Чебоксари
3	Витрата повітря для двох ежекторів	Пускач ПБР-2М з виконавчим механізмом МЕО-40/25-0,25	Імпульсний	ТОВ "ПЭК" м. Чебоксари



4. ПРОЕКТНЕ КОМПОНУВАННЯ КОНТРОЛЕРА WAGO 750-841

4.1 Опис контролера

WAGO 750-841, рис.4.1-4.2, є оновленою версією Ethernet TCP/IP програмованого контролера сімейства WAGO-I/O-SYSTEM, яка має значно збільшений об'єм пам'яті.

Рисунок 4.1 - Fieldbus контролер ETHERNET TCP/IP

Рисунок 4.2

Оснащений 100-Mbit портом Ethernet, контролер підтримує протоколи ModbusTCP і EtherNet/IP. WAGO 750-841 є безініціативним контролером, тому працює під управлінням будь-якого інтелектуального пристрою, наприклад комп'ютера зі SCADA-програмою.

Він програмується інструментальною системою програмування WAGO-I/OPRO CAA (СoDeSys) відповідно до стандарту IEC 61131-3, використовуючи 512 Kбайт пам'яті програм, 128 Kбайт пам'яті даних і 24 Kбайт незалежної пам'яті.

Контролер побудований на базі 32-бітового процесора, який працює в мультізадачному режимі і має вбудований годинник - таймер реального часу.

Контролер має напругу живлення 24В постійного току. Експлуатаційний режим контролера відображається за допомогою індикаторів у формі світлодіодів. В деяких випадках, вони є різноколірними (червоними/зеленими або червоними/ зеленими/рожевими).

У нижній частині мережного адаптера під захисною стулкою знаходиться конфігураційний і програмний порт, а також операційний перемикач режимів. технологічний відпал ковпаковий піч

Конфігураційний і програмний порт зв'язку використовується для програмування контролера за допомогою середовища розробки WAGO-I/O-PRO CAA (CoDeSys), а також для завантаження мікропрограм. Операційний вимикач режиму має три положення:

- у верхньому положенні - обробка програми активована;

- у середній позиції - програмований пристрій працює, додаток контролера зупинений;

- нижнє положення вимикача режиму - апаратні засоби скинуті, змінні встановлені в нуль або приведені в початковий стан.

Всі модулі I/O SYSTEM 750 виконані на основі вібростійкого не обслуговуваного затиску CAGE CLAMP, який забезпечує системі найвищу надійність.

4.2 Компонування контролера

Проектне компонування контролера здійснюється на основі інформації про кількість та вид вхідних і вихідних сигналів, з якими працює контролер у процесі автоматичного управління технологічним процесом, бажану конфігурацію вводів-виводів та мережну структуру.

Вхідні сигнали

Відповідно табл.3.2, та функціональної схеми автоматизації, кількість інформаційних сигналів:

- від датчиків до контролера - 8 аналогових;

- від задатчиків - 3 аналогових;

- від блоків ручного керування - 6 дискретних (по 2 сигнали з кожного) для задання режиму роботи (ручний /автомат);

Вихідні сигнали

За результатами обробки вхідних сигналів контролер формує керувальний вплив на витрату природного газу, повітря на ежектори та захисного газу. Здійснюється це за допомогою виконавчих механізмів сталої швидкості, які працюють від імпульсних сигналів управління, через блок ручного керування. Оскільки при регулюванні технологічних параметрів виконавчий механізм має здійснювати компенсацію збурень шляхом збільшення або зменшення витрати повітря, природного та захисного газу, при розрахунку кількості задіяних дискретних каналів виводу необхідно передбачити на кожний виконавчий механізм два виходи - «більше» і «менше». Як показано у табл.3.3, зміну витрат технологічних параметрів здійснюють три виконавчих механізми.

Кількість вихідних сигналів:

- від контролера на ВМ - 6 дискретних;

- від контролера в схему сигналізації - 3 дискретних.

- дистанційне встановлення режиму (ручний /автомат) по сигналу з контролера - 6 дискретних (по 2 сигнали на кожен БРУ-15);

Для компонування контролера необхідно 11 каналів аналогового вводу, 6 каналів дискретного вводу, 15 каналів дискретного виводу.

Загальне компонування:

- Промислова шина WAGO 750-841;

- Три 4-х канальні модулі аналогового вводу 750-455, вихідний сигнал 4-20 мА;

- Один 4-х канальний модуль дискретного вводу 750-403, 24 В постійного струму;

- Один 2-х канальний модуль дискретного вводу 750-401, 24 В постійного струму;

- Два 8-ми канальні модулі дискретного виводу 750-530, 24 В постійного струму;

- Кінечний модуль 750-600.



ВИСНОВКИ

На базі літературних джерел зроблено опис конструкції та технології відпалу металу в ковпаковій печі, а також описані основні недоліки та вимоги до АСУ ТП ковпакової печі. Розроблена функціональна схема автоматизації та описано контури контролю і регулювання об'єкта управління. По каталогам технічних засобів автоматизації підібрані датчики технологічних параметрів і виконавчі механізми, які отримують керуючий вплив від мікропроцесорного контролера. Було скомпоновано контролер Wago 750-841 відповідно до кількості інформаційних сигналів.



ЛІТЕРАТУРА

1. Ніколаєнко А.М., Міняйло Н.О. Мікропроцесорні та програмні засоби автоматизації: Навчальний посібник. - Запоріжжя, ЗДІА, 2011 - 444 с.

2. Автоматическое управление металургическими процессами: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп./Беленький А.М., Бердышев В.Ф., Блинов О.М., Каганов В.Ю. - М.: Металлургия, 1989. - 384 с.

3. Свинолобов Н.П., Бровкин В.Л. Печи черной металлургии: Учебное пособие для взов. - Днепропетровск: Пороги, 2004. - 154 с.

4. Гусовский В.Л., Ладыгичев М.Г., Усачев А. Б. Современные нагревательные и термические печи: Справочник / Под. ред. А. Б. Усачев. - М.: «Теплотехник», 2007. - 656 с.

5. Каталог КОНТРОЛЛЕРЫ WAGO I/O СЕРИИ 750

6. Автоматизация технологических процессов колпаковой печи - http://knowledge.allbest.ru/manufacture/d-2c0a65635b2ad78b5d43b89521306d37.html

7. Реферат к патенту: Колпаковая печь - http://poleznayamodel.ru/model/6/61286.html

Размещено на Allbest.ru