Разработка технической документации кислородно-конверторного процесса и вертикального конвертора для выплавки стали
Технология производства стали кислородно-конверторным способом. Техническая характеристика конвертора. Основные информационные и управляющие функции АСУ ТП. Оценка погрешностей измерительных каналов. Расчет и анализ показателей надёжности функций АСУТП.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.12.2011 |
| Размер файла | 179,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
38
Тема: Разработка технической документации кислородно-конверторного процесса и вертикального конвертора для выплавки стали
Оглавление
- Введение. 3
- 1. Технология производства стали кислородно-конверторным способом 6
- 1.1 Общие сведения 6
- 1.2 Техническая характеристика конвертора 10
- 1.3 Контроль и автоматизация кислородно-конверторного процесса 10
- 2. Основные информационные и управляющие функции АСУ ТП 18
- 2.1 Функции АСУ ТП 18
- 2.2 Состав АСУ ТП 21
- 2.3 Измерительные тракты системы 21
- 3. Оценка погрешностей измерительных каналов 25
- 3.1 Основы теории и расчетные формулы 25
- 3.2 Расчётная часть 28
- 4. Анализ показателей надёжности функций АСУТП 34
- 4.1 Основы теории и расчетные формулы 34
- 4.2 Расчётная часть 38
- Заключение 40
- Список используемой литературы 41
Введение
Металлургия -- одна из древнейших областей деятельности человека. Неслучайно отдельные эпохи истории названы, исходя из распространения того или иного металла: "бронзовый век", "железный век".
Метод прямого восстановления железа в наши дни по принципу остался без изменения - специально подготовленная, то есть обогащенная, руда, - концентрат, где содержится основной окисел железа восстанавливается в шахтной печи с помощью твердого топлива, как это было в древности, или для этой цели используется конвертированный газ - природный метан, но преобразованный в смесь водорода и угарного газа (СО).
Еще одним, и, конечно, наиболее интересным способом восстановления железа, является возможность - использовать чистый водород. Сам процесс восстановления пойдет достаточно быстро, более того, при этом не возникает лишних примесей: продукт восстановления - железо и вода. Однако получение и хранение водорода сопряжено со множеством чисто технических и экономических трудностей. Поэтому чистый водород пока что используют лишь для получения металлических порошков.
Как известно, черная металлургия после электроэнергетики прочно занимает второе место по расходу топливных ресурсов. И подобно ей все увеличивает свои аппетиты. Если прибавить к этому изрядную долю электроэнергии, потребляемой многочисленными комбинатами металлургической промышленности -- а она стремительно растет,-- становится ясно, сколь необходимо было бы найти хотя бы для специальной металлургии новые источники энергии. Так родилась идея радиационного переплава стали. Радиационные печи интересны, конечно, и тем, что их можно питать энергией самого разнообразного происхождения, лишь бы она была лучистой.
Металлы относятся к числу наиболее распространенных материалов, которые человек использует для обеспечения своих жизненных потребностей. В наши дни трудно найти такую область производства, научно-технической деятельности человека или просто его быта, где металлы не играли бы главенствующей роли как конструкционного материала.
Металлы разделяют на несколько групп: черные, цветные и благородные. К группе черных металлов относятся железо и его сплавы, марганец и хром. К цветным относятся почти все остальные металлы периодической системы Д. И. Менделеева.
Железо и его сплавы являются основой современной технологии и техники. В ряду конструкционных металлов железо стоит на первом месте и не уступит его еще долгое время, несмотря на то, что цветные металлы, полимерные и керамические материалы находят все большее применение. Железо и его сплавы составляют более 90 % всех металлов, применяемых в современном производстве.
Самым важнейшим из сплавов железа является его сплав с углеродом. Углерод придает прочность сплавам железа. Эти сплавы образуют большую группу чугунов и сталей.
Сталями называют сплавы железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14 %. Сталь - важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта и т. д.
Сталеплавильное производство - это получение стали из чугуна и стального лома в сталеплавильных агрегатах металлургических заводов. Сталеплавильное производство является вторым звеном в общем производственном цикле черной металлургии. В современной металлургии основными способами выплавки стали являются кислородно-конвертерный, мартеновский и электросталеплавильный процессы. Соотношение между этими видами сталеплавильного производства меняется.
Сталеплавильный процесс является окислительным процессом, так как сталь получается в результате окисления и удаления большей части примеси чугуна - углерода, кремния, марганца и фосфора. Отличительной особенностью сталеплавильных процессов является наличие окислительной атмосферы. Окисление примесей чугуна и других шихтовых материалов осуществляется кислородом, содержащимся в газах, оксидах железа и марганца. После окисления примесей, из металлического сплава удаляют растворенный в нем кислород, вводят легирующие элементы и получают сталь заданного химического состава.
1. Технология производства стали кислородно-конверторным способом
1.1 Общие сведения
Сталь выплавляется в 350-тонных конвертерах с продувкой чистым кислородом сверху при интенсивности подачи кислорода 600-800м3/мин или 1000-1300м3/мин. Кислородно-конвертерный процесс с верхней продувкой заключается в продувке жидкого чугуна кислородом, подводимым к металлу сверху через сопла водоохлаждаемой фурмы. При этом выгорают примеси чугуна - углерод, кремний, марганец, сера, фосфор и т.д. Кислород подается в конвертер под давлением 1 - 1,5 МПа по водоохлаждаемой фурме. Вода под давлением 0,6-1 МПа подается в пространство между внутренней и средней трубами фурмы и удаляется из пространства между внешней и средней трубой, обеспечивая охлаждение фурмы.
Конвертер имеет грушевидную форму с концентрической горловиной. Это обеспечивает лучшие условия для ввода в полость конвертера кислородной фурмы, отвода газов, заливки чугуна и завалки лома и шлакообразующих материалов. Кожух конвертера выполняют сварным из стальных листов толщиной от 20 до 100 мм. В центральной части конвертера крепят цапфы, соединяющиеся с устройством для наклона. Механизм поворота конвертера состоит из системы передач, связывающих цапфы с приводом. Конвертер может поворачиваться вокруг горизонтальной оси на 360о со скоростью от 0,01 до 2 об/мин. Для большегрузных конвертеров емкостью от 200 т применяют двухсторонний привод, например, четыре двигателя по два на каждую цапфу
Рисунок 1. Конвертер емкостью 300 т с двухсторонним приводом механизма поворота
В шлемной части конвертера имеется летка для выпуска стали. Выпуск стали через летку исключает возможность попадания шлака в металл. Летка закрывается огнеупорной глиной, замешанной на воде.
Завалка и заливка. В конвертер загружают стальной лом и часть извести (в течение 2 минут). Затем заливают чугун. При этом происходит плавление лома находящегося в конвертере. Масса металлошихты должна обеспечивать массу жидкой стали не более 350 тонн. Массовый расход чугуна и металлолома для плавки определяют по рекомендациям АСУТП. Массовый расход чугуна и лома должны обеспечить после окончания продувки заданные значения содержания углерода в металле, FeO. В шлаке и температуры. При отклонении этих параметров от заданных значений, в том числе по температуре металла более чем на 20 град., производят перешихтовку плавки.
Продувка. Продувку плавок производят по режимам с частичным или с полным дожиганием окиси углерода. Положение кислородной фурмы относительно уровня металла в ванне, при расходе кислорода 1100-1300 м3/мин устанавливают исходя из нормативов, определяемых содержанием углерода в ванне, а также заданным количеством углерода в стали. Для продувки используют кислород чистотой не ниже 99,% с содержанием азота не более 0,5%. Давление кислорода в цеховой магистрали перед фурмой должно быть не менее: 2,2МПа - при расходе кислорода 1100 - 1300 м3/мин;
После окончания продувки производят замер температуры и отбор проб металла и шлака с обязательным спуском шлака. В пробах шлака определяют содержание CaO, MgO, SiO, Al2O3, PbO3, Cr2O3, S, FeO и основность. В пробах металла определяют содержание С, Mn, S, F, Cu, Ni, Cr, N. Температура металла перед выпуском плавки должна быть в следующих пределах:
1. 1580 С0 - 1600 С0 - при разливке стали в слябы толщиной 250 мм;
2. 1575 0С - 1595 0С - при разливке стали в слябы толщиной 300 мм.
Выпуск плавки производят после получения анализа металла на содержание C, S, P и температуры заданного значения. Продолжительность выпуска плавки должна составлять не менее 6 мин.
Повалка. Установление заданной концентрации углерода в стали достигается с помощью промежуточной плавки. При этом фурму поднимают, выключают дутье, переводят конвертер в горизонтальное положение, отбирают пробы металла и шлака и замеряют температуру ванны с помощью термопары погружения. Ожидая результаты анализа, немного поворачивают конвертер.
Додувка. Когда после продувки содержание S и F в стали, или его температура не соответствуют заданным значениям параметров, производят додувки плавок. Додувки металла на серу и фосфор рекомендуется осуществлять по следующему режиму: положение фурмы выше базового положения на 300-1500 мм; интенсивность продувки в пределах от 1000 до 1300 м/мин; расход извести из расчета от 3 до 5 т. на каждую минуту додувки; Додувки металла на температуру производят по следующему режиму: положение фурмы обычное, либо повышенное на 300-1500 мм, продолжительность додувки определяют по технологическому расчету; при содержании С в металле равном не менее 0,085 производят присадку О2 и термоантрацита из расчета 300 кг на одну минуту додувки.
Выпуск. При выпуске стали конвертер наклоняют. Сталь сливают через выпускное отверстие в сталеразливочный ковш, шлак в чашу
Доводка. Сталь в ковше подвергается внепечной обработке вакуумом, аргоном, азотом и т.д. Раскисление и легирование металла производят в сталеразливочном ковше. Расход раскислителей и легирующих добавок определяют из расчета получения среднезаданного содержания элементов в готовой стали. Длительность всего цикл составляет 30-45 мин.
Метрологическое обеспечение конвертерного процесса. Основными контролируемыми параметрами в ходе конвертерной плавки являются:
1. концентрация углерода в ванне;
2. температура чугуна в чугуновозном ковше; стали в конвертере, футеровки сталеразливочного ковша.
В ходе технологического процесса происходит контроль:
1. текущего значения расхода кислорода в пределах 0-1600 нм3/мин в рабочем режиме
2. контроль давления кислорода на входе в цех и перед фурмой
3. температура воды на входе в фурму
4. температура воды на выходе из фурму
5. контроль давления воды
6. контроль расхода воды на фурме
7. контроль положения кислородной фурмы
8. контроль длительности продувки и длительности слива стали
9. контроль температуры жидкой стали
10. автоматический контроль состава отходящих газов
11. контроль текущего значения расхода кислорода
12. контроль температуры чугуна
13. контроль температура отходящих газов
1.2 Техническая характеристика конвертора
Техническая характеристика конвертора представлена в таблице 1
Таблица 1
|
№ |
Наименование |
Ед. измерения |
Значение |
|
|
1 |
Рабочий объём конвертора |
т |
350 |
|
|
2 |
Скорость поворота конвертора |
об/мин |
0,05-2 |
|
|
3 |
Расход кислорода на фурме |
м3/мин |
1100-1300 |
|
|
4 |
Расход воды на охлаждение фурмы |
м3/мин |
125-130 |
|
|
5 |
Давление кислорода на входе в цех |
МПа |
2,30-2,25 |
|
|
6 |
Давление кислорода на входе в цех |
МПа |
2,24-2,21 |
|
|
7 |
Давление воды на фурме |
МПа |
0,80-1,00 |
|
|
8 |
Температура чугуна при заливе |
С0 |
1350 |
|
|
9 |
Температура стали на выпуске |
С0 |
1580-1600 |
|
|
10 |
Температура воды на входе в фурму |
С0 |
60 |
|
|
11 |
Температура воды на выходе из фурму |
С0 |
120 |
|
|
12 |
Температура отходящих газов |
С0 |
900 |
|
|
13 |
Концентрация отходящих газов |
%CO2 |
15,62 |
|
|
%CO |
9,01 |
|||
|
%SO2 |
52,74 |
1.3 Контроль и автоматизация кислородно-конверторного процесса
В основу функциональной структуры АСУ ТП положен принцип децентрализации функциональных элементов, образующих единую вычислительную систему, в которой имеются два уровня, каждый из которых делится на два подуровня. Первый уровень включает в себя системы, осуществляющие непосредственную связь с объектом управления и обеспечивающие измерение параметров процесса, состояния оборудования, определение параметров исходных материалов и отработку установок исполнительными механизмами и системы сбора и подготовки информации для реализации функций второго уровня, реализации диалога технологического и эксплуатационно-ремонтного персонала с техническими средствами АСУ ТП в процессе управления. Ко второму уровню относятся системы, обеспечивающие динамическое оценивание и прогнозирование значений важнейших неконтролируемых параметров плавки(оценка состояния ванны), и системы, обеспечивающие расчет статических и программных управлений на предстоящую плавку, а также расчет текущих значений управления, включая программы подачи раскислителей и легирующих. Системы, обеспечивающие непосредственную связь с объектом управления, делятся на информационные и информационно-управляющие. К первому типу относятся системы, обеспечивающие только выполнение измерительных и регистрирующих функций с последующей передачей информации на другие уровни и на индикацию. Ко второму типу относятся системы, обеспечивающие наряду с измерительными и регистрирующими функциями обработку уставок. Их работа возможна в четырех режимах: дистанционном (ручном), полуавтоматическом, автоматическом и от ЭВМ.
Системы, осуществляющие непосредственную связь с объектом управления, представлены комплексами задач (системами определения), реализуемыми на отдельных программно-технических комплексах (микропроцессорных системах).
Комплекс задач "Кислород" (система управления трактом подачи кислорода) обеспечивает измерение мгновенного нормального расхода кислорода, подаваемого в конвертер верху, отработку установки по расходу кислорода, интегрирование расхода кислорода, отсчет времени от начала продувки и прекращения подачи кислорода после обработки заданных значений интегрального расхода или времени от начала продувки. Установки по расходу и времени, то есть программа, задаются вторым уровнем вычислительной сети или машинистом дистрибутора.
Комплекс задач "Фурма" (система управления положением кислородной фурмы) осуществляет измерение и регулирование положения кислородной фурмы в соответствие с уставкой по положению фурмы над уровнем спокойной ванны с автоматической коррекцией на разгар футеровки и выдачей команды на отсечной клапан. Уставки формируются подсистемой статического управления (в виде программы изменения во времени) и подсистемой динамического управления в режиме работы от ЭВМ либо, как и в предыдущем случае, программа выбирается машинистом дистрибутора в автоматическом режиме. Необходимые данные для корректировки на разгар футеровки конвертера передаются из второго уровня системы.
Комплекс задач "Технологические газы" (системы управления трактом подачи технологических газов) обеспечивает измерение мгновенного нормального расхода технологических газов, подаваемых в конвертер через данные фурмы (кислорода, природного газа, азота, аргона), переключение в тракте подачи газов и обработки уставок по расходам подаваемых газов, интегрирование расходов газов. Задания по виду газа и его мгновенному расходу по каждой фурме формируются вторым уровнем (подсистемами статического и динамического управления) либо машинистом дистрибутора в автоматическом режиме.
Комплекс задач "Температура стали" (система определения температуры стали и содержания углерода при помощи погружного термозонда) предназначен для определения температуры расплавленного металла в конвертере, концентрации в нем углерода и уровня расплава с использованием устройства для замера параметров конвертерной плавки (зонда) без повалки конвертера или определения температуры металла при провалке конвертера. При этом формируются сигналы начала и конца замера, готовности цепи датчика или обрыва, неправильности проведенного замера, контакта датчика с расплавом в ванне. Цифровая индикация результатов измерения предусмотрена в посту управления конвертером на крупномасштабном табло, установленном на рабочей площадке и на выносном приборе.
Комплекс задач "Температура чугуна" (система определения температуры чугуна) обеспечивает определение температуры чугуна в чугуновозном ковше при автоматизированном погружении термопары в чугун. При этом выдаются сигналы начала и конца замера, готовности цепи датчика и ее обрыва, неправильности проведенного замера. Обеспечивается ввод номера ковша и индикация результатов измерения в цифровом виде на табло, установленном на площадке, видеоконтрольном устройстве и выносном приборе.
Комплекс задач "Отходящие газы" (система контроля расхода и состава отходящих газов) обеспечивает контроль расхода и химического состава отходящих от конвертера газов и скорости обезуглероживания ванны. Последняя определяется расчетным путем. Предусматривается аналоговая индикация результатов измерения на видеоконтрольном устройстве.
Комплекс задач "Вес-Доза" (система управления трактом подачи сыпучих материалов в конвертер и ковш) предназначен для обеспечения автоматической отработки программ сыпучих материалов в конвертер с высокой точностью и в соответствие с заданным распределением отдельных доз во времени. Задания по расходу формируются подсистемой статического управления (расчет осуществляется до начала плавки) либо машинистом дистрибутора в диалоговом режиме с помощью комплекса задач "Диалог-Т". Комплекс задач "Вес-Доза" включает два типа связанных задач: опрос датчиков и выдачу управляющих сигналов. Комплекс задач "Вес" обеспечивает дистрибуторщика информацией о массе материала в каждой емкости тракта, а "Доза" - расчет команд для цифрового управления трактом.
Комплекс задач "Ферросплавы" обеспечивает автоматическую обработку программы подачи раскислителей и легирующих с высокой точностью и в соответствие с заданной программой. Программа подачи формируется подсистемой второго уровня либо машинистом дистрибутора в диалоговом режиме с помощью комплекса задач "Диалог-Т". В основном "Ферросплавы" аналогичны комплексу задач "Вес-Доза". Дополнительно предусматривается индикация массы материала в каждом весовом бункере и сигнализация состояния механизмов тракта на посту управления печами прокаливания ферросплавов.
Комплекс задач "Вес лома" (система определения массы лома) предназначен для процесса подготовки лома, слежения за состоянием участка подготовки лома, слежения за совками, подготовляемыми и отправляемыми на каждую плавку, оперативного учета лома, поступающего в цех, представления информации технологическому персоналу на видеотерминалы. При поступлении лома в цех производится его взвешивание крановыми весами при съеме совка с платформы и автоматический ввод информации о массе в систему. Вместе с этим вводится и номер совка. Загрузка лома происходит завалочной машиной, которая оборудована весами. Номера загружаемых в конвертер совков вводятся вручную машинистом дистрибутора. Информация о массе лома поступает с завалочной машины автоматически.
Комплекс задач "Вес чугуна" (система определения массы чугуна) предназначен для взвешивания чугуна при наливе из миксера в заливочный ковш, слежения за чугуновозными ковшами, определения массы чугуна, заливаемого в конвертер на конкретную плавку из конвертерного сталеразливочного ковша. При наливе чугуна из передвижного миксера осуществляется дозирование чугуна на плавку с использованием весов, встроенных в чугуновозную тележку. Одновременно осуществляется ввод номера ковша, установленного под налив. При поступлении чугуна в конвертерное отделение и заливке его с помощью крановых весов осуществляется повторное взвешивание и определение массы фактически залитого чугуна. При сливе чугуна в конвертер происходит ввод номера ковша.
Комплекс задач "Вибрация" обеспечивает измерение косвенных параметров состояния конвертерной ванны во время продувки (уровня шума, вибрации корпуса конвертера, вибрации кислородной фурмы). Эти параметры характеризуют в первом приближении состояние шлака в конвертере.
Комплекс задач "Торкретирование" обеспечивает определение положения торкрет-фурмы, измерение расходов воздуха, кислорода и торкрет-массы через торкрет-фурму и регулирование в соответствие с программой (уставками), заданной машинистом дистрибутора в режиме диалога.
Комплекс задач "Крановые весы" обеспечивает прием и обработку информации с крановых весов, установленных на 110-тонных кранах в шихтовом пролете для взвешивания совков с ломом, с весов в конвертерном отделении, установленных на 225-тонных заливочных кранах и на 110-тонных кранах для транспортировки шлаковых ковшей. Информация включает данные о массе объектов взвешивания и их номера (совков, ковшей). Сброс данных о массе тары происходит автоматически микропроцессором, сопряженным с электронным блоком крановых весов.
Комплекс задач "Вес стали" предназначен для определения массы жидкой стали путем взвешивания на сталевозе при сливе металла в ковш и на поворотном стенде перед разливкой на МНЛЗ, слежения за сталеразливочными ковшами, определения количества разлитой стали, представления информации персоналу. При установке ковша на сталеразливочную тележку происходит ввод номера ковша и обнуление показаний для исключения влияния массы тары.
Системы сбора и подготовки информации включают программно-технические комплексы, которые синхронизируют работу перечисленных выше комплексов, выполняют функции контроля и управления режимами работы и обмена информации со вторым уровнем, а также осуществляют документирование технологического процесса. Сюда входят комплексы задач "Диалог-Т", "Диалог-С", "Информация","Протокол".
Комплекс задач "Диалог-Т" реализует человеко-машинный интерфейс и включает задания режима работы системы, ввод (выбор) заданий программы в автоматическом режиме, диагностику сообщений о работе систем первого уровня, вывод рекомендаций, передачу информации, реализацию процедур диалога.
Комплекс задач "Диалог-С" реализует функции централизованного контроля работы технических средств АСУ ТП, включая микропроцессорные системы и датчики, осуществляют диагностику и индикацию отказов для эксплуатационно-ремонтного персонала с протоколированием, формирование и печать системного журнала работы комплекса микропроцессорных систем.
Комплекс задач "Информация" обеспечивает хронометраж плавки и определения моментов и продолжительности технологических операций на основе информации, формирующейся в процессе функционирования рассмотренных выше комплексов, а также сигналов от датчиков угла наклона конвертера; выполняет привязку к конвертеру информации от комплексов, решающих задачи цехового назначения; осуществляет подготовку и передачу информации для "Диалог-Т" и на второй уровень, индикацию информации о чугуне, ломе и выполняемых операциях на групповом цифровом табло на рабочей площадке конвертера.
Комплекс задач "Протокол" формирует и печатает протокол плавки (технологические операции, управляющие воздействия, параметры плавки).
Второй уровень включает в себя подсистемы "Оценки", "Статическое управление", "Динамическое управление".
Подсистема "Оценки" на основе математических моделей осуществляет динамическое оценивание и прогнозирование значений важнейших неконтролируемых параметров плавки (температуры и состава металла, окисленности и основности шлака). Для расчетов используется информация о параметрах металлошихты, шихтовых и сыпучих материалах, загруженных в конвертер, о расходе и составе отходящих газов, о параметрах дутьевого режима, о дискретных замерах температуры и результатах химического анализа состава металла. В подсистеме реализуются функции оценки начального состояния ванны (один раз за плавку), оценки промежуточного состояния ванны (в середине плавки один раз), динамического оценивания переменных после промежуточной оценки с интервалом в 6 сек, динамического прогнозирования состояния ванны с интервалом в 6 сек. Результаты выводятся на видеоконтрольном устройстве программно-технического комплекса этой подсистемы.
Подсистема "Статическое управление" осуществляет расчет рекомендаций по массам шихтовых материалах, по интегральным расходам кислорода и природного газа на подогрев лома, по интегральному расходу кислорода на продувку, по программе управляющих воздействий. Необходимая информация вводится машинистом дистрибутора в режиме диалога, а также хранится в виде предысторий результатов предыдущих плавок. Результаты работы выводятся на видеоконтрольные устройства и после подтверждения машинистом дистрибутора служат заданиями (уставками) для систем нижнего уровня.
Подсистема "Динамическое управление" осуществляет расчет корректирующих управляющих воздействий в процессе продувки на основе косвенной информации о состоянии плавки и результатов дискретных замеров параметров ванны, уточняет момент повалки для скачивания шлака, рассчитывает управления на периоды додувки и доводки, массы раскислителей легирующих, формирует паспорт плавки. В системе используется информация о вибрации корпуса конвертера и фурмы, интенсивности шума, данные газового анализа, дутьевого режима и режима присадок, результаты замера температуры и анализа стали. Результаты работы выводятся на видеоконтрольные устройства в виде рекомендаций и передаются в системы первого уровня (в виде уставок и программ).
2. Основные информационные и управляющие функции АСУ ТП
2.1 Функции АСУ ТП
Важнейшей составной частью контроля является измерение физических величин, характеризующих протекание процесса. Такие физические величины называются параметрами процесса. Металлургические процессы в основном характеризуются значениями таких физических величин (параметров), как температура, давление, расход и количество, химический состав и концентрация жидких, паровых и газовых сред; уровень жидкого металла и сыпучих материалов; гранулометрический состав (крупность) и влажность шихтовых материалов, давление (вакуум) в технологических линиях и агрегатах.
Измерением называют нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Конечной целью любого измерения является получение количественной информации об измеряемой величине. В процессе измерения устанавливается, во сколько раз измеряемая физическая величина больше или меньше однородной с нею в качественном отношении физической величины, принятой за единицу.
Сигналом измерительной информации называется сигнал, функционально связанный с измеряемой физической величиной (например, сигнал от термометра сопротивления).
Автоматизация производства - высший уровень развития машинной техники, когда регулирование и управление производством осуществляется без непосредственного участия человека, а лишь под его контролем. Автоматизация производства означает появление качественно новой системы машин, особенностью которой является наличие управляющей цепи, основывающейся на применении электронных вычислительных машин (ЭВМ), приборов и средств автоматизации
Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) - человеко-машинный комплекс, обеспечивающий управление технологическими процессами на современных механизированных и автоматизированных промышленных предприятиях. Основная цель АСУТП - оптимизация технологических процессов, характеризующихся большим числом параметров и сложностью алгоритмов управления. АСУТП предназначена для автоматизации управления технологией получения стали конверторным способом.
Задачей контроля (от французского controle - проверка чего-либо) является обнаружение событий, определяющих ход того или иного процесса. В случае, когда эти события обнаруживаются без непосредственного участия человека, такой контроль называют автоматическим.
Автоматическая система обеспечивает следующие функции:
1) Автоматическая стабилизация теплового режима процесса конвертирования путем регулирования подачи кислорода. При увеличении подачи кислорода происходит возрастание температуры(автогенный процесс)
2) Автоматическая стабилизация охлаждения фурмы за счет изменения расхода воды на охлаждение фурмы.
3) Автоматическая коррекция положения фурмы
4) Автоматическое временное регулирование
5) Автоматический анализ состава отходящих газов и их температуры
6) Обеспечение интерактивного режима работы эксплуатационного и технологического персонала с АСУТП при помощи систем мнемонической индикации и меню пультов на ПЭВМ оператора и технолога, реализация его запросов и команд; изменение с верхнего уровня режимов и параметров алгоритмов работы АСУТП, в том числе режимов регулирования и работы АПГ, числовых значений технологических переменных, установка запретов, выдача управляющих воздействий на привод поворота конвертора и фурмы
7) Отображение на мониторах ПЭВМ пультов оператора и технолога всей оперативной и накопленной информации из базы данных АСУ конверторного производства.
8) Генерация системой набора речевых сообщений о нештатных ситуациях в работе технологического объекта управления (ТОУ) и системы и выдача их на ПЭВМ для эксплуатационного и технологического персонала.
9) Вывод информации базы данных технологического процесса и системы в виде видеокарт и печатных документов.
10) Контроль и диагностика технических и технологических нарушений, блокировка выполнения отдельных функций системы с целью предупреждения развития аварийных ситуаций.
11) Обеспечение живучести системы за счёт передачи функций пультов оператора и технолога любым ПЭВМ общецеховой АСУТП, возможности функционирования АСУТП без ПЭВМ верхнего уровня в течение 10 суток с накоплением в системе и последующим восстановлением на сервере базы данных параметров электролиза.
12) Измерение текущего значения пылевыноса
13) Измерение и отображение на дисплеях КПН и ПЭВМ пультов оператора и технолога расхода воды и кислорода, температуры металла, содержания СО в отходящих газах.
14) Выбор произвольного технологического параметра и его отображение на матричном дисплее.
15) Выдача звукового сигнала и отображение на матричном дисплее аварийной ситации, на котором возник АЭ, с помощью контроллера отображения и сигнализации (КОС).
16) Контроль, сбор и обработка информации о состоянии ТОУ, работе системы, действиях оператора системы и технологического персонала, архивирование информации в базе данных на сервере производства.
17) Автоматическую перезагрузку (при необходимости) рабочих программ во FLASH-памяти функционирующих КЭР с ПЭВМ верхнего уровня без нарушения процесса управления ТОУ.
18) Автоматическое поддержание оговорённых метрологических характеристик измерительных трактов системы во всём диапазоне температур окружающей среды в течение всего срока службы АСУТП за счёт системы периодических тарировок.
2.2 Состав АСУ ТП
1.Контроллер регулирования подачи кислорода(КРК), обеспечивает реализацию функций индивидуального управления подачи кислорода и перехода на пониженный режим подачи при подъёме фурмы.
2. Контроллер регулирования подачи воды и утилизации тепла отводящего водой(КПВ).
3. Контроллер регулирования положения фурмы и состава отходящих газов (КПФиГ).
2.3 Измерительные тракты системы
1. Измерение подачи кислорода и измерение давления кислорода.
Непосредственное измерение осуществляется с помощью расходомера. Обработка полученной информации о подаче кислорода происходит в контроллере. Измерительный тракт КРК работает в двух режимах: измерение и регулирование. Выбор режима работы обуславливается полученной информацией от КРВ .
Измерение и регулирование производится в двух режимах.
Р1 (2,2 МПа) при расходе 1100-1300 м3/мин;
Р2 (3 МПа) при расходе 600-800 м3/мин.
Переключение режимов осуществляется программным путём в зависимости от положения фурмы.
Тракт измерения имеет следующие технические характеристики:
диапазон измерения давления:
при 1 режиме 2,0-2,4 МПа
при 2 режиме 2,8-3,4 МПа
погрешность преобразования, % - Р1 < 0,1 ; Р2 > 0,2.
Преобразование давления на фурме в цифровой эквивалент осуществляется путём промежуточного преобразования давления в частоту следования импульсов F(Р) с последующим преобразованием частоты в цифровой эквивалент.
Режим тарировки используется для оценки погрешности преобразования тракта измерения и последующего её учёта в виде тарировочных коэффициентов в алгоритмах измерения давления.
2. Измерение состава конверторных газов.
Измерение состава отходящих газов технологического технологического процесса осуществляется в КПФиГ. Выбор режима работы газовой горелки задаётся в программе контроллера на этапе запуска системы. Тракт измерения состава отходящих газов отвечает следующим характеристикам.
диапазоны измерения:
СО: 0-250мг/м3
СО2: 0-700мг/м3
SO2: 0-1100мг/м3
погрешность преобразования, % - 0,1.
Преобразование в цифровой эквивалент осуществляется путём промежуточного преобразования в частоту следования импульсов с последующим преобразованием частоты в цифровой эквивалент.
Тракт измерения состава отходящих газов имеет два режима работы:
режим измерений;
режим тарировки.
В исходном состоянии работает режим измерений, установка в режим тарировки осуществляется программным путём.
Режим тарировки используется для оценки погрешности преобразования тракта измерения и последующего её учёта в виде тарировочных коэффициентов в алгоритмах измерения состава отходящих газов.
3. Измерение положения конвертора и положения фурмы.
Измерение положения конвертора и положения фурмы осуществляется с помощью датчика положения (могут использоваться сельсины) с последующим преобразованием аналогового значения в цифровой эквивалент.
Тракт измерения имеет два режима работы:
режим измерения;
режим тарировки.
В исходном состоянии работает режим измерений, установка в режим тарировки осуществляется программным путём. Режим тарировки используется для оценки погрешности преобразования тракта измерения и последующего её учёта в виде тарировочных коэффициентов в алгоритмах измерения.
Тракт измерения имеет погрешность каждого канала, % - 0,3.
4. Измерение температуры стали. Осуществляется с помощью термопары, вмонтированной в футеровку конвертора (учитывается теплопроводность футеровки)
Тракт измерения имеет два режима работы:
режим измерения;
режим тарировки.
Тракт измерения имеет следующие основные технические характеристики:
диапазон измерения температуры, ?С: 900?1300 С0;
погрешность каждого канала, %: < 0,4.
5. Измерение температуры охлаждающей воды. Осуществляется с помощью термометра сопротивления.
Тракт измерения имеет два режима работы:
режим измерения;
режим тарировки.
Тракт измерения имеет следующие основные технические характеристики:
диапазон измерения температуры, ?С: 0?300 С0;
погрешность каждого канала, %: < 0,4.
Все используемые приборы описаны в приложении 1.
3. Оценка погрешностей измерительных каналов
3.1 Основы теории и расчетные формулы
Синтез системы управления технологическим процессом требует знания, по крайней мере, статических и динамических характеристик технологического объекта, который является предметом автоматизации. Источником информации об объекте управления обычно являются специально поставленные исследования технологических процессов и динамических свойств объекта управления и техническая документация на приборы и средства автоматизации. При проектировании АСУТП технологического передела расчетная оценка погрешности измерительных каналов проводится для ИК, построенных из последовательно включенных аналоговых элементов с линейными функциями преобразования и нормированными метрологическими характеристиками (МХ). Используются данные о номинальных статических характеристиках преобразователей ИК, имеющих выходные сигналы. В АСУТП цифровые сигналы на выходе АЦП подвергаются масштабированию, которое подразумевает перевод сигнала-кода АЦП в численное значение контролируемого параметра в физических единицах измерения (натуральных единицах). Операция масштабирование есть преобразование по формуле:
Xi[ j ] = koi + ki KXi [ j ] ,
где Xi[ j ] - численное значение контролируемого параметра Хi(t) на j-ом шаге опроса датчика сигнала; koi , ki - коэффициенты масштабирования i - го сигнала АСУТП ; KXi[j] - код АЦП на j - ом шаге контроля сигнала Хi(t). Нелинейные сигналы масштабируются по нелинейным формулам. Операции, аналогичные масштабированию по формулам, происходят и при последовательных преобразованиях сигнала в аналоговых элементах, входящих в состав ИК.
Обычно на практике выполняются расчеты оценки погрешностей многозвенных ИК, с учетом следующих допущений:
- значения измеряемого технологического параметра установились и переходные процессы в ИК завершились ;
- все элементы ИК имеют линейную характеристику и находятся в нормальных условиях ;
- распределение погрешностей элементов ИК в диапазоне, ограниченном пределами допустимых погрешностей, равномерное,
- расчеты выполняются для представительных значений контролируемого параметра.
Общее выражение для выходного сигнала ИК X в зависимости от численных значений входного сигнала ИК xo определяется функциональной зависимостью:
X = f (xo, k1, k2,,..., kn);
где k1, k2 ,..., kn - коэффициенты преобразования сигналов на 1, 2,..., n на элементах ИК. Абсолютное значение систематической составляющей суммарной статической погрешности ИК Хс равно полному приращению функции преобразования сигнала:
Х = f(хо,k1+k1, k2+k2, ... , kn+kn ) - f (хо, k1, k2, ... , kn) ;
где ki - систематическая погрешность i-го элемента ИК в пересчете на коэффициент передачи i-го элемента. Это выражение удобно заменить приближенной формулой:
Хс = ki ;
для относительной погрешности с эта сумма запишется в виде:
с = .
На практике часто принимают не занижающие оценки абсолютных погрешностей преобразования сигнала на выходе ИК max по известным абсолютным величинам погрешности преобразования i-го элемента i: максимальная завышающая оценка
max = i ;
среднеквадратическая не занижающая оценка
Хс = 1.1 i2 .
По этим величинам можно рассчитать удобные для сравнения относительные оценки погрешности контроля технологических параметров:
.
3.2 Расчётная часть
1. Измерение подачи кислорода и измерение давления кислорода.
Структурная схема имеет вид:
Размещено на http://www.allbest.ru/
38
Рассчитаем относительно газоанализа СО
Таблица 2.
|
Прибор |
Граница приведённой погрешности, %(?) |
|
|
Датчик |
0,1 |
=0,0 мг/м3 =250 мг/м3
Результаты расчёта:
абсолютная величина погрешности 2 элемента (датчика):
,
где - отношение пределов изменения сигналов на выходе 1-го элемента ИК к пределам изменения измеряемого технологического параметра Х; - отношение измеренной величины параметра Х; - предельное значение основной приведённой погрешности сигнала на выходе 1-го элемента ИК; - нормирующее значение сигнала на выходе 1-го элемента ИК.
=1700 м3/час - предел измерения датчика.
=0,0 м3/час
- принимается 70% от : м3/час
- принимается 70% от : м3/час
Рассчитаем максимальную завышающую оценку:
Среднеквадратическая не занижающая оценка равна:
Относительные оценки погрешности контроля технологических параметров:
Таблица 3.
|
Тип |
,% |
,% |
|||||||||
|
Датчик |
1700 |
0 |
1190 |
0,001 |
0,94 |
1,06 |
1,18 |
1,18 |
0,11 |
0,12 |
2. Измерение состава конверторных газов.
Структурная схема имеет вид:
Размещено на http://www.allbest.ru/
38
Таблица 4.
|
Прибор |
Граница приведённой погрешности, %(?) |
|
|
Датчик |
0,1 |
=0,0 м3/час =250 м3/час
Результаты расчёта:
=260 м3/час - предел измерения датчика.
=0,0 м3/час
- принимается 70% от : м3/час
- принимается 70% от : м3/час
Рассчитаем максимальную завышающую оценку:
Среднеквадратическая не занижающая оценка равна:
Относительные оценки погрешности контроля технологических параметров:
Таблица 5.
|
Тип |
,% |
,% |
|||||||||
|
Датчик |
260 |
0 |
182 |
0,001 |
0,96 |
1,04 |
0,18 |
0,18 |
0,01 |
0,02 |
3. Измерение положения конвертора и положения фурмы.
Структурная схема имеет вид:
Размещено на http://www.allbest.ru/
38
Таблица 6.
|
Прибор |
Граница приведённой погрешности, %(?) |
|
|
Датчик |
0,3 |
=0,0 м3/час =9000 м3/час
Результаты расчёта:
=9100 м3/час - предел измерения датчика.
=0,0 м3/час
- принимается 70% от : м3/час
- принимается 70% от : м3/час
Рассчитаем максимальную завышающую оценку:
Среднеквадратическая не занижающая оценка равна:
Относительные оценки погрешности контроля технологических параметров:
Таблица 7.
|
Тип |
,% |
,% |
|||||||||
|
Датчик |
260 |
0 |
182 |
0,001 |
0,96 |
1,04 |
0,18 |
0,18 |
0,01 |
0,02 |
Аналогично можно произвести расчеты и для других приборов.
4. Анализ показателей надёжности функций АСУТП
4.1 Основы теории и расчетные формулы
Анализ эксплуатационной надежности реальных УВК показывает, что оценки интенсивности отказов по показателям безотказности элементов не совпадают с реальными, получаемыми в практике работы АСУТП. Показатели безотказности КТС (особенно цеховых ) существенно зависят от условий эксплуатации и окружающей среды; у УВК не наблюдаются участка с постоянной интенсивностью отказов, т.к. период приработки элементов УВК растягивается во времени и накладывается на приработку персонала и программного обеспечения. Поэтому анализ отказов позволяет разработать мероприятия по повышению надежности КТС АСУТП и создать работоспособную службу, способную поддержать постоянство характеристик надежности промышленной АСУТП.
Большинство аппаратуры КТС АСУТП являются приборами общепромышленного назначения, поэтому требования к КТС задают обычно безотносительно к конкретной АСУТП и ТОУ. Из этого следует, что критерии отказов являются понятиями независимыми. Отказы бывают внезапными и постепенными. Внезапный отказ - скачкообразное изменение одного из параметров надежности прибора. Внезапные отказы - поломки, сгорание элементов, залипание контактов, обрыв электрических цепей. Постепенное изменение характеристик прибора является причиной постепенного отказа. Постепенные отказы - изменение сопротивления потенциометров, загрязнение реохордов, дрейф нуля усилителей. По степени нарушения работоспособности отказы бывают полными и частичными. По характеру внешних проявлений отказы бывают явные и скрытые. Для АСУТП помимо отказов КТС важными являются отказы функций, как простых, так и составных, непрерывных, дискретных, комбинированных.
Полагается, что время безотказной работы всех элементов системы распределено по экспоненциальному закону. Время восстановления работоспособности элементов системы (Тв) является “эксплуатационным” и, помимо “технического” по паспорту завода-изготовителя, включает в себя дополнительные составляющие, зависящие от принятой на заводе службы эксплуатации и ремонта технических средств. Эти составляющие включают время ожидания между моментом обнаружения отказа и началом поиска его причины, время, необходимое для обеспечения ремонтного персонала инструментом, материалами, запасными частями и устройствами, время ожидания между моментом завершения устранения отказа и моментом включения элемента и другие менее значимые составляющие.
Используемый подход к определению понятия «времени восстановления работоспособности элементов системы» соответствует современным положениями теории надежности [1]. Возможность применения асимптотического метода проверяется выполнением условия
< 0.1 ;
где n - количество элементов системы, участвующих в выполнении одной функции и обслуживаемых одной ремонтной единицей; вi - время восстановления работоспособности i -го элемента; i - время наработки на отказ i -го элемента.
Расчет надежности производится по участкам в зависимости от принятого критерия отказов для выполняемой участком функции. Для участка, датчики в котором располагаются последовательно, критерий отказов - отсутствие информации хотя бы по одному параметру. Интенсивность отказов на участке у определяется по формуле
у = ;
где , - интенсивность отказов i -го элемента; n - количество элементов на участке.
При критерии отказов - невыполнение функции при отсутствии информации по m параметрам из общего их количества n на участке - расчет интенсивности отказов на участке у выполняется по формулам при m = 1:
; где ; при m = 2: ;
при m = 3: .
Надежность работы системы управления оценивается комплексными показателями надежности, которые включают следующие основные характеристики. Наиболее часто употребляются такие показатели надежности, как коэффициент готовности системы управления, коэффициент оперативной готовности системы управления, коэффициентом технического использования системы управления.
Коэффициентом готовности kг называют вероятность того, что система окажется работоспособной в произвольно выбранный момент времени в установившемся процессе эксплуатации. Можно показать (см., например, [1]), что в альтернирующем процессе восстановления коэффициент готовности системы kг = /( + в) , ( - средняя наработка до отказа системы, в - среднее время восстановление работоспособности системы). Т.е. этот коэффициент численно равен средней доле времени, в течение которого система пребывает в работоспособном состоянии. Для статистического определения коэффициента готовности необходимо поставить на испытания N одинаковых восстанавливаемых систем (обозначим N?{to) число систем, находящихся в состоянии работоспособности в произвольный, достаточно удаленный от начала испытаний момент времени tх ). Тогда статистическое определение коэффициента готовности kг = N?{to)/N.
Коэффициентом оперативной готовности kо.г(t) называют вероятность того, что система окажется работоспособной в произвольно выбранный момент времени в установившемся режиме эксплуатации и что, начиная с этого момента, система будет работать безотказно в течение заданного интервала времени t. Из этого определения следует, что в альтернирующем процессе восстановления системы
kо.г(t) = ,
где P(tx , t) - условная вероятность безотказной работы системы на интервале (tx , tx+t) при условии, что в момент tх система была работоспособна.
Если распределение времени безотказной работы системы является экспоненциальным, то приведенную формулу можно упростить, учитывая свойство экспоненциального распределения: независимость вероятности безотказной работы на интервале (t, t+t) от момента t. Тогда
kо.г(t) = .
Отметим, что при определении коэффициента готовности и коэффициента оперативной готовности из рассмотрения исключены планируемые периоды времени, в течение которых применение систем по назначению не предусматривается (например, интервалы планового технического обслуживания). Эти периоды времени учитываются коэффициентом технического использования kт.н = ps / (ps + т.оs + вs), где ps , т.оs , вs - соответственно математические ожидания суммарного времени пребывания системы в работоспособном состоянии, технического обслуживания и восстановления за некоторый период эксплуатации s .
4.2 Расчётная часть
конвектор управляющий погрешность кислородный
Используя таблицу 11 рассчитаем вероятность безотказной работы НФС, которая выражается через показатели.
Таблица 11. Паспортные характеристики промышленных средств КИПиА
|
№ п./п |
Наименование и шифр изделия |
Наработка на отказ о , час |
Интенсивность отказов о , 1/час |
Время восстановления в, час |
|
|
1 |
Термопара ТПР-0290 |
9500 |
0,0001053 |
1,2 |
|
|
2 |
Вторичный прибор Ш711 |
65790 |
0,0000152 |
8 |
1. коэффициент готовности
;
?;
( - средняя наработка до отказа системы, в - среднее время восстановление работоспособности системы)
2. коэффициент оперативной готовности (сохранения работоспособности в течение времени? t):
; Rp = 1?ln , ln =
где ln интенсивность отказов системы из n элементов.
ln =0,0001053+0,0000152=0,0001205
Rp = 1?ln=1-0,0001205=0,9998795, выберем интервал времени 100000
Аналогично можно рассчитать для других систем.
Заключение
Данный курсовой проект, заключающийся в расчете и описании средств автоматизации основных технологических параметров кислородно-конверторного процесса, наглядно показал пример решения задачи автоматизации такого сложного процесса. В реальности конвертора на металлургических предприятиях сложнее, поэтому необходимо уметь пользоваться навыками расчета таких систем, что и помогла сделать данная курсовая работа. Используя полученные данные, можно спроектировать более приближенную к используемым на производстве систем автоматизации вертикального конвертора. Схема автоматизации и структурная схема приводятся отдельно от данной записки.
Список используемой литературы
1. Описание сигналов управления контроллеров АСУТП «Электра», 2000г., Екатеринбург, ООО «ПРОНИКС».
2. М.А. Ястребенецкий “Надежность технических средств в АСУ технологическими процессами”. М. Энергоиздат, 1962 г.
3. Зайдель А.Н. Погрешности измерений физических величин. - Л. : Наука, 1985, - 112 с.
4. Справочник по приборам и средствам автоматики. Тимофеев В.А.
5. Основы металлургического производства (черная металлургия) Москва «Металлургия» 1988
6. Энциклопедия «Радость познания», Том 1 «Наука и вселенная» Москва «МИР» 1983
Подобные документы
Особенности технологии выплавки стали. Разработка способов получения стали из чугуна. Кислородно-конвертерный процесс выплавки стали. Технологические операции кислородно-конверторной плавки. Производство стали в мартеновских и электрических печах.
лекция [605,2 K], добавлен 06.12.2008Управление процессом кислородно-конвертерной плавки в целях получения из данного чугуна стали необходимого состава с соблюдением временных и температурных ограничений. Упрощенный расчет шихты. Оценка количества примесей, окисляющихся по ходу процесса.
лабораторная работа [799,1 K], добавлен 06.12.2010Анализ мирового опыта производства трансформаторной стали. Технология выплавки трансформаторной стали в кислородных конвертерах. Ковшевая обработка трансформаторной стали. Конструкция и оборудование МНЛЗ. Непрерывная разливка трансформаторной стали.
дипломная работа [5,6 M], добавлен 31.05.2010Особенности обработки на штамповочных молотах, его конструктивная схема. Производство стали в кислородных конверторах. Устройство и принцип работы конвертора. Исходные материалы и виды выплавляемых сталей. Характеристика кислородно-конвертерного процесса.
контрольная работа [931,1 K], добавлен 01.04.2013Способы передела чугуна в сталь. Производство стали в конвертерах на кислородном дутье. Кислородно-конвертерный процесс. Примерный расчет кислородного конвертора. Определение основных размеров конвертера. Увеличение производительности конвертеров.
курсовая работа [44,3 K], добавлен 12.11.2008Кислородно-конвертерное производство, основные грузопотоки цеха. Определение числа совков для лома, скраповозов. Непрерывная разливка стали. Расчёт числа миксеров. Выбор оборудования сталеразливочного пролёта. Определение количества стрипперных кранов.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 23.07.2013Технология выплавки углеродистых марок стали на "болоте" в ДСП-100И7. Материалы, применяемые при выплавке стали. Роль мастера в организации производства. Расчет калькуляции себестоимости выплавки 1 т стали. Экономическая эффективность работы цеха.
курсовая работа [638,9 K], добавлен 24.10.2012Основные задачи, решаемые при производстве стали, перспективы развития кислородно-конвертерного производства. Максимально возможный расход металлического лома и уточнение количества шлака. Расчет потерь и выхода жидкого металла, материальный баланс.
курсовая работа [93,2 K], добавлен 25.03.2009Обоснование строительства кислородно-конвертерного цеха ОАО "ММК". Производственная структура отделения ковшевой обработки стали. Конструкция агрегата "печь-ковш" и установки циркуляционного вакуумирования стали. Автоматизация производственных процессов.
дипломная работа [788,6 K], добавлен 22.11.2010Особенности, назначение и классификация бизнес-плана. Оценка рынка сбыта, маркетинговая и производственная стратегия. Составление финансового плана. Снижение себестоимости стали с помощью внедрения вращающейся печи в кислородно-конвертерное производство.
курсовая работа [804,6 K], добавлен 02.08.2015
