Проектирование системы регулирования температуры в методической печи с шаговым подом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Череповецкий государственный университет»

Кафедра Автоматизации и систем управления

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В МЕТОДИЧЕСКОЙ ПЕЧИ С ШАГОВЫМ ПОДОМ

Агеева П. В., группа 1ЗАП - 51

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра Автоматизации и управления

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой

Харахнин К.А.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине «Проектирование автоматических систем»

НА ТЕМУ: «проектирование системы регулирования температуры в методической печи с шаговым подом»

АВТОР КУРСОВОЙ РАБОТЫ: ___________ АГЕЕВА П. В.

ГРУППА 1ЗАП-51

Руководитель курсовой работы: ____________ Макарова Н. Л.

ПРОЕКТ ЗАЩИЩЁН: ОЦЕНКА:__________________

Череповец

2012

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра Автоматизации и управления

УТВЕРЖДАЮ

Зав.кафедрой

Харахнин К.А.

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект

СТУДЕНТКА Агеева П. В. ГРУППА 1ЗАП-51

1.ТЕМА: «Проектирование системы регулирования температуры в методической печи с шаговым подом»

2.Срок предъявления проекта к защите:

«09» февраля 2012г

Руководитель курсового проекта: _______________ Макарова Н. Л.

Задание принял к исполнению _______________ Агеева П. В.

Введение

АСУ ТП состоит из двух уровней. В нижний уровень входят локальные подсистемы, осуществляющие сбор первичной информации, управление технологическим оборудованием и дистанционное управление технологическими параметрами процесса нагрева [1].

Как правило, нагревательные печи должны работать на автоматическом управлении. Переход на ручное управление может быть разрешен только в исключительных случаях. В локальную систему автоматического регулирования входят:

- регулирование температуры в каждой зоне;

- регулирование соотношения расходов природного газа и воздуха;

- регулирование давления в печи;

- регулирование давления природного газа перед печью;

- контроль параметров;

- система безопасности и система сигнализации.

Верхний уровень содержит подсистемы, работающие по алгоритмам, основанным на методах оптимального управления, и реализуется на базе ЭВМ. К основным задачам, работающим на верхнем уровне АСУ, относятся, в частности, математическая модель процесса нагрева металла, задача расчета заданных значений на температуру в зонах, задача выдачи этих значений на автоматические регуляторы локальных систем, задачи автоматического ведения документации.

Для обеспечения наиболее оптимального нагрева заготовок, предотвращения бесполезных затрат топлива, порчи внутренней поверхности методической печи необходимо осуществлять контроль и регулирование определенных параметров печи. Для этого используются стандартные датчики, преобразователи, контроллеры.

Формулировка проблемы, цель проекта и задачи

В данном проекте объектом автоматизации является методическая печь с шагающим подом. Для этого объекта осуществляется контроль и регулирование таких параметров как:

- температура в рабочем пространстве печи (томильная зона);

- объемный расход газа по зонам;

- объемный расход воздуха по зонам;

- температура отходящих продуктов сгорания;

- температура подогретого воздуха;

- давление газа в общем газопроводе;

- давление в рабочем пространстве печи (под сводом томильной зоны);

- разрежение в дымовом борове печи.

Имеется ряд контуров регулирования:

- температура в зонах печи;

- соотношение газ-воздух в зонах;

- давление в рабочем пространстве печи.

Целью проекта является разработка системы автоматического управления, осуществляющего выбор и поддержание температуры в томильной зоне методической нагревательной печи с шаговым подом, которая обеспечит выдержку заготовок до заданных температур при колебаниях производительности стана и теплофизических параметров заготовок.

К основным задачам управления процессом нагрева металла в томильной зоне относятся:

- исключение погрешности при регулировании температуры в зоне;

- возможность своевременного создания или изменения температурного режима в томильной зоне;

- упрощение эксплуатации системы автоматического управления;

- снижение затрат на ремонт и обслуживание оборудования;

- получение экономического эффекта от рационального использования энергоресурсов.

При разработке автоматизированной системы управления в томильной зоне методической нагревательной печи с шаговым подом к модели нагрева металла предъявляют следующие требования:

- обеспечение информации о температуре металла с заданной точностью;

- простота получения модели заданной точности;

- возможность учета моделью всех изменяющихся величин в процессе работы объекта;

- автоматическая подстройка модели к изменениям температурного режима.

Аппаратура автоматизации должна удовлетворять следующим требованиям:

- автоматическое управление температурным режимом в томильной зоне (контроль положения закрытия задвижки);

- автоматизированное управление температуры воздуха (поддержание требуемой температуры);

- автоматическое управление соотношением «газ-воздух» в томильной зоне (контроль положения закрытия задвижки);

- измерение основных технологических параметров;

- поддержание заданных расходов газа и воздуха в режиме локального управления томильной зоны;

- световая сигнализация при наличии напряжения питания, работе и аварии (падение давления газа и воздуха);

- безопасность электрических цепей датчиков и устройств управления исполнительными механизмами объекта автоматизации;

- быстродействие системы управления;

- простота эксплуатации;

- надежность.

Основной задачей является получение металла с заданной температурой поверхности и допустимым по условиям прокатки перепадом температур по сечению. Выполнить это при постоянной производительности печи и одинаковых параметрах загружаемого металла нетрудно. Для этого достаточно стабилизировать температуру в зонах.

Задачей локальной системы является обеспечение заданной температуры рабочего пространства в томильной зоне путём соответствующего изменения ее тепловой нагрузки.

Изменение тепловой нагрузки зон, оборудованных инжекционными горелками, осуществляется путём изменения расхода топлива при воздействии на общую поворотную заслонку на зональном газопроводе. Соответствующее изменение расхода воздуха горения достигается автоматически изменением режима работы горелок.

Следующая задача это контроль давления в томильной зоне методической печи, которое существенно влияет на их тепловую работу. Оно определяет при прочих равных условиях интенсивность нагрева металла, удельный расход топлива, величину угара и окалинообразования, удобство обслуживания и сохранность агрегата.

1. Технологическая часть

1.1 Технологический процесс в методической печи

Методическая печь -- это агрегат непрерывного действия для нагрева металла перед его прокаткой или ковкой. В данном проекте рассматривается методическая печь с шаговым подом [3].

Для нагрева длинномерных металлических изделий, содержащая корпус, свод, шагающий под с подвижными и неподвижными балками, футерованные сварочные и томильные зоны с горелками и соплами, размещенными в своде, сводовый пережим, установленный между сварочной зоной и томильной, с торцевыми горелками, размещенными под углом к горизонту для формирования газового потока.

Недостатком таких нагревательных печей является повышенный расход топлива из-за неравномерного распределения давления по рабочему пространству печи.

Методическая печь, содержащая корпус, шагающий под с подвижными и неподвижными балками, нагревательные элементы, футерованные секции нагрева с горелками и соплами, размещенными в своде, дополнительно содержат пережим в сварочной зоне с установкой торцевых горелок типа "труба в трубе", расположенных в один ряд по ширине печи под углом 18 - 20o к горизонту.

Нагревательная печь состоит из корпуса, свода, шагающего пода, сводовых горелок, пережима в своде и установленных над ним торцевых горелок. Печь имеет пять зон нагрева, из них одна неотапливаемая, где происходит загрузка металла; вторая зона (первая сварочная); третья зона (вторая сварочная); на границе между второй сварочной зоной и томильной зоной устанавливается сводовой пережим; четвертая зона (томильная); пятая зона - зона выдачи металла. В неотапливаемой зоне печи в его боковой стене оборудован дымосборник.

Методическая печь с шагающим подом предназначена для нагрева фасонных и прямоугольных заготовок. Длина печи по кладке 35500 мм, ширина по кладке 13804 мм, в свету 12644 мм. Печь имеет пять зон нагрева, четыре из них с регулированием подачи и сжигания топлива. Первая зона по ходу загрузки - методическая, неотапливаемая. Вторая зона (первая сварочная) оборудована 24 радиационными плоскопламенными сводовыми горелками типа ГР 750. Третья зона (вторая сварочная) оборудована восемью торцевыми горелками типа ДВБ 225/75. Горелки установлены над сводовым пережимом, имеющим высоту 1900 мм, причем нижняя отметка сводового пережима +1200 мм, верхняя отметка дополнительной зоны +3100 мм, считая от подины печи. Четвертая зона (томильная) оборудована 32 горелками типа ГР 500. Пятая зона - зона выдачи металлических заготовок оборудована 24 горелками типа ГР 750. Все горелки работают на холодном газе и подогретом до 400oC воздухе. Подина печи состоит из двух подвижных и трех неподвижных балок. Между балками по всей длине выполнены межбалочные зазоры. Уплотнение со стороны пода выполнено гидрозатворами. Рабочее пространство выложено шамотным кирпичом класса "А", боковые стены снаружи - легковесом. Окалина с пода печи удаляется через окалиносборник, сбрасывается с желоба, а из желоба смывается водой под рольганг выдачи в систему гидрослива. Заготовки поступают в печь по рольгангу. Толкатель перемещает заготовку в печь на глиссажные брусья неподвижных балок, ход его регулируется в зависимости от ширины заготовки и шага раскладки заготовок. В печи металла перемещается при помощи подвижных балок (назад-вверх-вперед-вниз). Воздух для горения подается вентилятором ВМ-18А через металлический 2-петлевой рекуператор, установленный в борове печи. Продукты сгорания поступают в отводящий дымоотвод, заключенный в металлический кожух и футерованный изнутри, далее в общий для всех печей дымовой коллектор, который заканчивается дымовой трубой. Кроме того, в общий дымовой коллектор врезаны два дымопровода котла-утилизатора. Печь оборудована системой водоохлаждения. Водоохлаждаемыми элементами являются балки торцов выдачи и загрузки, балки под дымосборником, балка пережима. Печь оборудована системами контроля и автоматического регулирования теплового режима. Все процессы, связанные с транспортировкой заготовок через печь и обслуживанием печи, полностью механизированы и автоматизированы.

В предлагаемой конструкции методической печи вторая сварочная зона оборудуется пережимом с торцевым отоплением. Для этого устанавливают 8 двухпроводных горелок типа ДВБ 225/75 в один ряд по горизонтали под углом 18 - 20o к горизонту. Сводный пережим устанавливают на границе между второй сварочной зоной и томильной зоной. При этом нижняя отметка сводового пережима +1200 мм, а высота дополнительной зоны +3100 мм (считая от пода). В результате зона отрицательного давления смещается в методическую зону, а в остальных зонах печи давление на уровне пода составляет 10,0 - 15,0 Па (1,0 - 1,5 мм вод.ст.), что близко к оптимальному.

Рассмотрим назначение зон. Методическая зона - характеризуется изменяющейся по длине температурой. В этой зоне металл постепенно подогревается до поступления в зону высоких температур (сварочную) во избежание возникновения чрезмерных термических напряжений. Тут осуществляется медленный нагрев металла в интервале температур от 0 до 500єC, что особенно важно для высококачественных легированных сталей. Вместе с тем методическая зона представляет собой противоточный теплообменник. Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые газы и металл движутся навстречу друг другу. Металл нагревается дымовыми газами, т.е. утилизирует тепло дымовых газов, отходящих из зон высоких температур. Общее падение температуры дымовых газов в методической зоне весьма значительно. Обычно в зоне высоких температур методических печей температура газов держится на уровне 1300-1400єC, в конце же методической зоны она находится в пределах 850-1100єC. Методическая зона значительно увеличивает коэффициент использования топлива, который достигает 40-45%.

Следующие сварочные зоны или зоны высоких температур. В этих зонах осуществляется быстрый нагрев поверхности заготовки до конечной температуры. Для интенсивного нагрева поверхности металла в сварочных зонах необходимо обеспечивать температуру на 150-250єC выше, чем температура металла на выход из печи.

Томильная зона служит для выравнивания температур по сечению металла. В сварочных зонах до высоких температур нагревается только поверхность металла. В результате создается большой перепад температур по сечению металла, недопустимый по технологическим требованиям. Температуру в томильной зоне поддерживают всего на 30-50єC выше необходимой температуры нагрева металла. Поэтому температура поверхности металла в томильной зоне не меняется, а происходит только выравнивание температур по толщине заготовки.

Режим работы - непрерывный. Заготовки к печам подаются загрузочным рольгангом и фиксируются в определенном положении перед печью, а затем сталкивателем сдвигаются на неподвижные балки печи. Нагретые слябы выдаются с помощью машины безударной выдачи с нижним приводом.

Данная печь обеспечивает нагрев металла до температуры 1050-1120єC для сталей типа 06-14 Г2САФБ, 1150-1250єC для конструкционных сталей типа сталь 15-40.

Путем изменения расходов топлива и воздуха на группу горелочных устройств обеспечивается возможность управления мощностью и режимом сжигания топлива в каждой отапливаемой зоне печи. Отопление печей осуществляется природным газом с помощью двухпроводных горелок типа ДВБ с принудительной подачей газа и воздуха.

Давление газа перед печью составляет 10 кПа, перед горелками - 3 кПа. Давление воздуха соответственно 4 и 2 кПа.

Воздух в печь подается при помощи вентиляторов холодного дутья через металлический рекуператор, где он подогревается до 350-400єС.

Продукты сгорания удаляются из рабочего пространства через расположенный над печью котел-утилизатор со встроенным в него рекуператором, и далее через дымососы на дымовую трубу.

Участок печей должен обеспечить нагрев металла (слябов) перед прокаткой от исходного холодного состояния до температур, обусловленных технологическими требованиями процесса прокатки, и поштучную выдачу слябов на стан в моменты времени, определяемые темпом работы прокатного оборудования. В методической печи нагреваются слябы из различных сталей и разных размеров. На нагрев слябы поступают холодными. Температура нагрева слябов перед выдачей из печи составляет 1050-1100єС.

Перепад температур по сечению нагретого металла 20єС.

Тепловой режим печей регулируется в соответствии с темпом прокатки и обеспечивает равномерный прогрев металла без оплавления окалины.

Давление в печном пространстве весь период нагрева металла поддерживается положительным в пределах 4-5 Па.

1.2 Разработка и описание системы автоматизации регулирования температуры в томильной зоне методической печи

На основании рассмотренных выше задач контроля и управления строится структурная схема автоматизации.

Система автоматизации представляет собой трехуровневую систему. Первый уровень осуществляет сбор информации с помощью датчиков (Д), управление исполнительным механизмом (ИМ) и передачу информации на второй уровень.

Второй уровень состоит из щита КИП и А, регуляторов, микроконтроллеров S7-200. Второй уровень осуществляет обработку информации, поступившей с первого уровня, регистрацию и стабилизацию технологических параметров, подготовку и выдачу оперативной информации на третий уровень, получение производственных ограничений и заданий от третьего уровня. Щит КИП и А включает в себя следующие приборы: средства сигнализации (С), преобразователи (Д), регуляторы (Р), панели управления исполнительными механизмами (СУ), задатчики (ЗД), индикаторы аналоговые и цифровые (ИА и ИЦ), аналоговые регистраторы (РА), процессоры (ПР), вводно-выводные устройства (ВВУ), внешние запоминающие устройства (ВЗУ), диспетчерскую связь (ДС), производственную громкоговорящую связь (ПГС), регистраторы аналоговые (РА).

Микроконтроллер включает в себя: процессор, внешнее запоминающее устройство, вводно-выводное устройство, пульт ручного ввода данных. Микроконтроллер выполняет регистрацию параметров, расчет показателей работы.

Третий уровень управления представляет собой ЦЭВМ, которая включает в себя процессор, внешнее запоминающее устройство, вводно-выводное устройство, пульт ручного ввода данных, видеотерминал, устройство печати.

Второй и третий уровни управления охвачены диспетчерской связью.

2. Специальная часть

2.1 Разработка и описание функциональной схемы автоматизации регулирования температуры в томильной зоне методической печи

Выбранные технические средства представлены в таблице 1.

Функциональная схема состоит из ряда отдельных контуров автоматического регулирования.

Первый контур регулирования температуры по зонам печи. Сигнал от датчика (поз. 1а, 1б), как правило, это термопара, поступает на вход микроконтроллера (поз. 5) также на вход МК подается значение с задатчика (поз. 4). Контроллер формирует регулирующее воздействие (4-20мА), которое подается с МК на вход БРУ (поз. 2ж). С БРУ сигнал подается на пускатель (поз. 2е), формирующий сигнал 0-220В, который воздействует на регулирующий орган типа МЭО (поз. 2д), который, изменяя положение шибера, изменяет подачу топлива по зонам печи. Аналогично производится регулирование температуры по остальным отапливаемым зонам печи.

Второй контур регулирует соотношение газ-воздух, подаваемых к горелкам печи. Для измерения расхода топлива и воздуха используется диафрагма. С диафрагмы (поз. 2а) снятые давления поступают на расходомер (поз. 2б), на выходе он формирует сигнал 4-20 мА, который подается на МК. Также на МК подаются с задатчиков коэффициенты для расчета необходимого количества воздуха. Параллельно измеряется расход воздуха и подается на МК. Контроллер производит необходимые вычисления и выдает регулирующее воздействие. РВ попадает на вход БРУ и далее аналогично по контуру 1, сигнал подается на пускатель, формирующий сигнал 0-220В который воздействует на регулирующий орган МЭО, изменяя расход воздуха по горелкам.

Следующий контур регулирует давление в рабочем пространстве печи. Сигнал от датчика (поз. 3а) поступает на МК. В МК поступает сигнал от задатчика. Контроллер производит необходимые вычисления и выдает регулирующее воздействие. РВ попадает на вход БРУ и далее аналогично контуру 1, сигнал подается на пускатель, формирующий сигнал 0-220В который воздействует на регулирующий орган МЭО.

2.2 Выбор технических средств

Контроль температуры газа и воздуха осуществляется перед горелками. Измерение температуры в зонах осуществляется датчиками температуры, установленными в своде и боковых стенках печи.

Контроль расходов газа и воздуха и их давления осуществляется перед устройствами сжигания. Все зоны печи оборудованы газоотводящими каналами.

Давление в рабочем пространстве измеряют при помощи комплекта аппаратуры, включающей в себя датчик давления. Расходы газа и воздуха на горение измеряются с помощью аналогичных комплектов измерительной аппаратуры, включающих датчик расхода и вторичный регистрирующий прибор на тепловом щите

Для контроля над состоянием рекуператора предусмотрено измерение разрежения в борове до и после рекуператора и температуры первых по ходу дыма труб рекуператоров.

Определение содержания в уходящих продуктах сгорания кислорода производится с помощью автоматического магнитного газоанализатора.

2.2.1 Сравнительный анализ технических средств

1) Датчики температуры.

«Пирометр» - это средство измерения температуры по тепловому излучению объекта [7], предназначенное для отображения значения температуры на индикаторе прибора или преобразования в аналоговый или цифровой сигнал.

«Тепловизор» - это средство измерения температуры по тепловому излучению объекта [8], предназначенное для определения значения температуры и преобразования её в визуальную картину распределения тепловых полей по поверхности объекта.

«Термопара» - широко применяют для измерения температуры различных объектов, а также в автоматизированных системах управления и контроля. Измерение температур с помощью термопар получило широкое распространение из-за надежной конструкции датчика, возможности работать в широком диапазоне температур и дешевизны.

температура печь нагрев регулирование

Параметры	ТПП Метран 211	Пирометр 2М	Тепловизор
Измеряемые среды	Газообразные нейтральные и окислительные среды, не взаимодействующие с материалом термоэлектродов и не разрушающие материал защитной арматуры	Используются в литейном и металлургическом производстве. используется для бесконтактного измерения температуры поверхностей твердых (сыпучих) и жидких сред по их собственному тепловому излучению	энергетика и энергоаудит, машиностроение, строительство, нефтяная и химическая промышленность, транспорт и т.д
Питание	-	1,5 В х 4 щелочные батареи типа АА или аккумулятор; источник постоянного тока 6$9 В, 200 мА; сетевой адаптер 220 В/50 Гц	3,7 Вх2 аккумуляторы сетевой адаптер 220 В/50 Гц
Габаритные размеры, мм	97х553	208х257х71	177х150х69
Масса	0.97…4.3	0.8	0,86 кг
Диапазон измеряемы температур	0…1300	200…1800	-20...350°С
Допускаемая погрешность	1	1	2

Выбор остановился на датчике «ТПП Метран - 211» т. к., работает в широком диапазоне температур, простота, удобство монтажа, возможности измерения локальной температуры. Более линейны, малая инерционность, возможность измерения малых разностей температур. Нет зависимости показаний от расстояния до измеряемого объекта, от отражательных свойств измеряемой поверхности.

2) Датчик расхода.

Расходомеры - это приборы для измерения расхода вещества, которое проходит через сечение трубопровода в единицу времени.

Параметры	IN-FLOW	Digital YEWFLO	DSK 1000
Назначение	Измерения расхода газов в пищевой, химической, нефте-химической промышленности, в установках ферментации и в биотехнологии Пробоотбор при мониторинге окружающей среды Измерение потребления газа для внутреннего учета Системы отбора воздуха Производство водорода	предназначены для измерения объемного расхода жидкости, пара или газа. Эти приборы измеряют частоту вихрей с помощью вихреобразователя, внутри которого находятся пьезодатчики, преобразующие вибрацию вихреобразователя в электрический частотный сигнал.	предназначен для технологического измерения расхода воздуха или газов в трубопроводах различного сечения и размера. Расходомер воздуха или газа способен определять объемный расход воздуха или газа.
Температура рабочей среды	-20…+1300	-40…+2600	-128…+1400
Тип выхода	Цифровой код	4…20мА, импульсный (частотный) сигнал, статус, цифровая связь (BRAIN или HART протокол), Foundation Fieldbus	Цифровой код
Точность	±0,5%	±1%	±1%

Изучив выбранные расходомеры и проведя сравнительный анализ, был выбран расходомер Digital YEWFLO фирмы YOKOGAWA. Главным фактором, повлиявшим на данный выбор, является наличие унифицированного токового сигнала.

3) Датчики давления.

Параметры	САПРФИР 22ДД [13]	Ам2000 [14]	Метран 100 [13]
Назначение	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.	предназначены для измерения абсолютного, избыточного, дифференциального и гидростатического давления, разрежения, давления-разрежения и преобразования в унифицированный выходной аналоговый сигнал постоянного тока и/или цифровой выходной сигнал. Измеряемые среды - газ, пар и жидкости (в том числе нефтепродукты). Область применения - предприятия газовой, нефтеперерабатывающей, энергетической, металлургической, химической, нефтехимической, пищевой и других отраслей промышленности.	предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и обеспечивают непрерывное преобразование измеряемых величин - давления избыточного, абсолютного, разрежения, давления-разрежения, разности давлений, гидростатического давления нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи, цифровой сигнал Приборы используются для измерения расхода жидкости, пара, газа (в т.ч. газообразного кислорода и кислородосодержащих газовых смесей
Нижний диапазон измерения давления, кРa	0,1	0,1	0-0,4
Предел допускаемой основной погрешности, %	0,5; 1.0	0,55	0,1
Верхний предел измерений, МПа	100	41,3	100
Выходной сигнал (мА)	4 - 20		4 - 20
Питание	36± 0,72 В	12 - 45 В	12-42 В
Потребляемая мощность	не более 1,2 В·А	не более 0,9 ВМА	Не более 0,8
Масса (кг)	12,9	2	1,5-5,8

Датчик давления САПРФИР 22ДД. Датчики устойчивы к воздействию температуры окружающего воздуха. Выдерживает кратковременное (импульсное, скачкообразное с последующим спадом до рабочих условий) воздействие температуры контролируемой среды. При этом погрешность датчика за пределами диапазона рабочих температур не нормируется. Датчик с выходным сигналом 4-20 мА.

4) Диафрагмы.

Диафрагмы ДКС выпускаются с впадиной под фланцы исполнения 2 ГОСТ 12815-80, и с выступом под фланцы исполнения 3 ГОСТ 12815-80. Диафрагмы ДФС, ДБС, ДВС выпускаются под фланцы исполнений 1, 2 ГОСТ 12815-80 и под фланцы ГОСТ 12821-80. По требованию заказчика количество пар отбора перепада давления для диафрагм ДКС может быть увеличено до четырех.

Параметры	Диафрагма ДКС [19]	Диафрагма ДФС [18]	Диафрагма ДВС[19]
Назначение, принцип действия	предназначены для измерения расхода жидкостей, газов или пара по методу переменного перепада давления. Диафрагма камерная с угловым способом отбора перепада давления	Предназначены для измерения расхода жидкостей, газов или пара по методу переменного перепада давления. Диафрагма с фланцевым способом отбора перепада давления	Предназначены для измерения расхода жидкостей, газов или пара по методу переменного перепада давления. Диафрагма бескамерная с угловым способом отбора перепада давления на высокое давление
Условный проход трубопровода, мм	50 - 400	50 - 400	50 - 400
Условное давление, кгс/см2	0,6; 10	100	320
Материал диска	Ст. 12Х18Н10Т (Б),Ст.	Ст. 12Х18Н10Т (Б),Ст.	Ст. 12Х18Н10Т (Б),Ст.
Материал камер	Ст. 20; 25 (А)	Ст. 20; 25 (А)	Ст. 20; 25 (А)
Материал фланцев	Ст. 20; 25 (А)	Ст. 20; 25 (А)	Ст. 20; 25 (А)

5) Выбор МЭО

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 [22]:

Номинальный момент на выходном валу, НЧм : 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 [23]:

Номинальный момент на выходном валу, НЧм : 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 [23]:

Номинальный момент на выходном валу, НЧм : 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 У - Токовый. Номинальный момент на выходном валу у него самый максимальный.

6) Выбор пускателя

Показатели	ПБР - 2М [24]	ПБР - 3А [24]	БУРМ - 220 [24]
	Бесконтактное управление электроисполнительными механизмами с однофазными конденсаторными электродвигателями: управление механизмами с электромагнитным тормозом	Бесконтактное управление электроисполнительными механизмами с трехфазными двигателями: управление механизмами с 3-х фазным асинхронным двигателем	Бесконтактное устройства управления асинхронными электродвигателями исполнительных механизмов типа МЭО, электромагнитными пусковыми устройствами, трехходовыми клапанами.
Входное сопротивление	(750±100) Ом	не менее 750 Ом.
Параметры питания:	однофазная сеть переменного тока 220 +22В 33 частотой (50±1) Гц	однофазная сеть переменного тока 220 +22В 33 частотой (50±1) Гц	220 В
Максимальный ток	3 А	4 А
быстродействие (время запаздывания выходного тока при подаче и снятии управляющего сигнала)	не более 25 мс	не более 25 мс
разница между длительностями входного и выходного сигнала	не более 20 мс	не более 20 мс
Мощность, потребляемая	не более 5 Вт.	не более 10 В•А.
Напряжение источника питания цепей управления	18-30В	22-26 В
Масса пускателя	не более 2,0 кг.	не более 4,5 кг	Не более 1 кг
Габаритные размеры	240х120	250х210	89Ч55Ч149 мм.

7) Выбор блока ручного управления [25].

Показатели	БРУ - 22	БРУ - 32	БРУ - 42
	Ручное или дистанционное переключение цепей управления на два положения; световая индикация положения цепей; управление исполнительными механизмами.	Ручное переключение с автоматического режима и обратно. Кнопочное управление интегрирующими исполнительными механизмами. Световая индикация выходного сигнала регулирующего устройства с импульсным выходным сигналом.	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.
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	80х40х150 мм	80х40х150 мм	80х40х150 мм
Масса блоков, кг	0,5	0,7	0,8

Из представленных выше БРУ выбираем блок ручного управления БРУ-32, так как он легок в использовании, и обладает хорошими техническими характеристиками.

8) Выбор контроллера

Показатели	SIMATIC S7-200	SIMATIC S7-400	SIMATIC S7-300
Назначение	Предназначены для решения задач управления и регулирования в небольших системах автоматизации.
Рабочая память	4	144	32 КБ
Загружаемая память (MMC)	2	-64 КБ	64КБ - 4 МБ
Время выполнения операций, мкс:
* логических	0,2	0,1	0.2
* с фиксированной точкой		0,1	5.0
* с плавающей точкой		0,3	6.0
Кол-во флагов/таймеров/счетчиков	256 / 256 / 256	32768/2048/2	1024/128/ 128
Кол-во каналов ввода-вывода, дискретных/ аналоговых, не более		32768/2048/2	256/64
Встроенные интерфейсы	MPI	MPI/DP	MPI
Кол-во активных коммуникационных соединений, не более
Габариты, мм	2	16	6
CPU	90х80х62	25х290х219	40х125х130
Рабочая память	4	144	32 КБ
Загружаемая память (MMC)	2	-64 КБ	64КБ - 4 МБ

Микроконтроллеры SIMATIC S7-200 предназначены для решения задач управления и регулирования в небольших системах автоматизации [26]. При этом, SIMATIC S7-200 позволяют создавать как автономные системы управления, так и системы управления, работающие в общей информационной сети.

9) Задатчики.

Параметры	Исполнения
	РЗД-12	РЗД-22
Входные сигналы	-	- токовый 0-5 мА, Rвх <500Ом; - токовый 0-20 мА, Rвх <100Ом; - токовый 4-20мА, Rвх <100Ом; - напряжение 0-10В, 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 0-10В, 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	40х40х150 мм	80х40х200 мм
Электрическое питание		220В, 240В, или 24В частотой 50 Гц или 60 Гц.

Задатчики ручные РЗД-12 и РЗД-22 рассчитаны на применение в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП) и предназначены для выполнения операций [27]:

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.

2.2.2 Обоснование выбора измерительных средств

При выборе датчиков, необходимо учитывать следующие факторы.

- измеряемый диапазон температуры и допустимые отклонения по точности измерений;

- место расположения датчика внутри измеряемой среды или объекта;

- условия эксплуатации (нормальные, повышенная влажность, высокоокислительная атмосфера, пожароопасные, сейсмоопасные и т.п.);

- время стабильности и возможность демонтажа датчика для периодической поверки;

- возможность индивидуальной градуировки или взаимозаменяемости датчиков;

- вид полученного измеренного сигнала на выходе - градусы, сопротивление, напряжение, ток, возможность самостоятельного перерасчета в температуру.

1. Выбор первичных (измерительных преобразователей давления или цифровых манометров с унифицированным электрическим сигналом) средств измерения давления и вторичных средств предприятия, должно производиться не случайным, фрагментарным, а системным образом в рамках единого и полного проекта, учитывающего как существующее, ранее смонтированное оборудование, так и установку нового.

2. Выбор средств измерения давления должен осуществляться в зависимости от их применения, а также от их использования для измерения давления в расчетных или технологических целях. В случае коммерческого учета следует выбирать приборы более высокого класса по точности, надежности и стабильности, чем в случае технического и тем более, технологического контроля.

3. Выбор или модернизация первичных средств измерения давления должен обязательно выполняться с учетом их совместимости (информационной, электрической, сетевой) с устройствами среднего уровня (контроллерами, многофункциональными преобразователями).

4. Выбор средств измерения должен производиться с учетом соответствия их характеристик конкретным задачам, условиям и особенностям эксплуатации (вид среды, предполагаемый диапазон давления и температуры, требуемая точность, наличие дестабилизирующих факторов, необходимый тип выходного сигнала и т.п.). Следует особое внимание уделять анализу характеристик надёжности и помнить, что самый дорогой путь - это выбор устройства по минимальной стоимости.

Все выбранные приборы занесены в таблицу 1

Таблица1 Выбранные технические средства автоматизации.

№ п/п	Наименование	Марка, тип	Кол-во N, шт.
1	Датчик давления	Сапфир 22 ДД	4
2	Исполнительный механизм	МЭО	12
3	Пускатель	ПБР-2М	12
4	Блок ручного управления	БРУ-32	12
5	Контроллер	SIMANTIC S7-200	1
6	Диафрагма	ДКС	8
7	Датчик расхода	Digital YEWFLO	8
8	ПЭВМ	Intel Pentium 4,	1
9	Задатчики	РЗД - 22	12
10	Датчик температуры	ТПП Метран 211	4

3. Расчет структуры и состава службы КИПиА

Для обеспечения надёжной работы измерительной техники, средств контроля и регулирования необходимо обеспечить их высококвалифицированную эксплуатацию. С этой целью на крупных предприятиях создаются службы эксплуатации контрольно-измерительных приборов и средств автоматики (КИПиА).

Задание:

1. Определить ориентировочную численность персонала службы КИПиА.

2. Определить численность и квалификацию обслуживающего персонала по отделениям службы КИПиА при 41-часовой рабочей неделе.

3. Определить структуру службы КИПиА.

4. Составить график обслуживания и ремонтов КИПиА на календарный год.

Порядок расчета:

1.Укрупленная ведомость парка приборов и средств автоматизации (таблица 3).

Таблица 3 Укрепленная ведомость парка приборов и средств автоматизации

№ п/п	Наименование	Марка, тип	Кол-во N, шт.
1	Датчик давления	Сапфир 22 ДД	4
2	Исполнительный механизм	МЭО	12
3	Пускатель	ПБР-2М	12
4	Блок ручного управления	БРУ-32	12
5	Контроллер	SIMANTIC S7-200	1
6	Диафрагма	ДКС	8
7	Датчик расхода	Digital YEWFLO	8
8	ПЭВМ	Intel Pentium 4,	1
9	Задатчики	РЗД - 22	12
10	Датчик температуры	ТПП Метран 211	4

2.Ориентировочная численность персонала службы КИПиА определяется по числу приведённых приборов

(1)

где Ni - число приборов одного типа или наименования, шт.;

kотi - коэффициент относительной трудоёмкости прибора наименования;

n - количество наименований (однотипных групп) приборов укрупнённой ведомости парка приборов.

238.48

Ориентировочная численность персонала службы - от 4 до 15 человек.

Таблица 3.1.Сумарные затраты времени

№	Наименование	Кол.	Тех. Обслужив.	Текущий ремонт	Капитальный ремонт	Поверка	Пуск и наладка
		№	ti	Pti	ti	Pi	Pti	ti	Pi	Pti	ti	Pi	Pti	ti	Pi	Pti
1	Датчик давления	4	1,20	4,80 III	1	6	24 III	3,0	1	12,0 IV	0,2	1	0,8 IV	0,2	1	0,8 IV
2	Исполнительный механизм	12	2,50	30,00 III	2	4	96 III	5,5	1	66,0 III	1,0	1	12,0 III	0,8	1	9,6 III
3	Пускатель	12	0,01	1,20 III	-	-	-	0,5	0,5	3,0 III	-	-	-	0,1	1	1,2 III
4	Блок ручного управления	12	0,01	1,20 III	-	-	-	0,5	0,5	3,0 III	-	-	-	0,1	1	1,2 III
5	Контроллер	1	3,00	3,00 IV	2	12	24 IV	8,0	0,5	4,0 V	1,5	1	1,5 V	1,0	1	1,0 I
6	Диафрагма	8	0,50	4,00	1	-	8	4,0	-	24,0	1,5	-	12,0	1,0	-	8,0
7	Датчик расхода	8	0,50	4,00 VI	1	6	48 V	4,0	1	24,0 V	1,5	1	12,0 V	-	-	-
8	ПЭВМ	1	3,00	3,00 IV	2	12	24 IV	8,0	0,5	4,0 V	1,5	1	1,5 I	1,0	1	1,0 I
9	Задатчики	12	0,01	1,20	-	-	-	0,5	-	6,0 IV	-	-	-	0,1	-	1,2 I
10	Датчик температуры	4	2,50	10,00 III	2	6	48 III	4,0	1	16,0 III	1,0	1	4,0 III	0,8	1	3,2 III

Итого: III - 5 = 47.2 III - 3 = 168 III - 4 = 88 III - 2 = 16 III - 4 = 15.2

IV - 2 = 6 IV - 2 = 48 IV - 2 = 18 IV - 1 = 0.8 IV - 1 = 0.8

VI - 1 = 4 V - 1 = 48 V - 3 = 32 V - 2 = 13.5 I - 3 = 3.2

57.2 264 138 I - 1 = 1.5 19.2

31.8

3. Расчёт численности электромехаников отделения эксплуатации КИПиА выполняется по формуле:

где Ая - явочная численность дежурных электромехаников;

- суммарные затраты времени на ежедневное обслуживание всего парка приборов (человек-мин), рассчитанные в табл. 3.2;

kз = 1,1 - коэффициент запаса, учитывающий выполнение непредвиденных работ, не предусмотренных нормами времени;

Тсм - продолжительность рабочей смены.

Принимаем Тсм = 480 минут.

Тогда

Ая=1,1 * 936 / 480 = 2

4 Списочная численность персонала, учитывающая все случаи невыхода на работу, предусмотренные законом, определяется по формуле:

где Kc - переходный коэффициент, или коэффициент списочного штата рабочих. Он определяется делением номинального фонда рабочего времени (Н) на эффективный фонд рабочего времени (Э) одного работника в год.

При 41-часовой рабочей неделе эти показатели равны: Н = 2075 часов,

Э = 1832 часа (при 15-дневном очередном отпуске).

Кс=2075/1832=1,2

Асп=2*1,2=2,4

Принимаем троих электромехаников по отделению эксплуатации.

5 Расчёт численности электромехаников отделения ремонта КИПиА выполняется по формуле:

где - суммарные затраты времени на текущий и капитальный ремонты, пуск и наладку, снятие и установку, поверку (см. табл. 3.2.).

Ая=1,1 * 6510 / 2075= 3,45 =4

6 Списочная численность персонала службы КИПиА

Асп = Ая * Кс = 4 * 1,2 = 4,8

Принимаем пятерых электромехаников по отделению ремонта.

Для определения квалификации персонала необходимо подсчитать суммарные затраты времени на выполнение работ по разрядам

Так, по отделению эксплуатации суммарные затраты времени на выполнение работ по III разряду (табл.3.2.):

По IV разряду:

где n - количество приборов, техническое обслуживание которых выполняет электромеханик III разряда или IV разряда.

Определим численность персонала отделения эксплуатации, работающего по III и IV разрядам.

По III разряду:

Принимаем одного электромехаников III разряда.

По IV разряду:

Следовательно, по отделению эксплуатации можно принять на работу двух электромехаников, из них одного электромеханика IV разряда и одного электромехаников III разряда.

Определяем численность персонала отделения ремонта, работающего по соответствующим разрядам:

По I раязряду:

По III разряду:

По IV разряду:

По V разряду:

Принимаем четверых электромехаников на работу.

Одного электромеханика III разряда, одного электромехаников IV разряда и одного электромехаников V разряда.

6. Определение структуры службы КИПиА

Определим численность инженерно-технических работников (ИТР) из условия, что их число составляет 25 % от общего числа электромехаников (N).

Определим общее число электромехаников:

2+4=1,5

где Э - число электромехаников отделения эксплуатации; Р - число электромехаников отделения ремонта.

Таким образом, численность ИТР - два человека.

Административно-хозяйственное и техническое руководство подразделениями службы осуществляет ее руководитель (начальник). Поскольку на предприятиях 1 категории служба КИПиА состоит из небольших отделений эксплуатации и ремонта, организация унифицированных подразделений нецелесообразна.

Отделение эксплуатации представляет собой бригаду дежурных слесарей по КИПиА, отделение ремонта - мастерскую, выполняющую все ремонтные, монтажные и поверочно-наладочные работы. Структура службы КИПиА имеет вид, показанный на рис. 3.1.

Таблица3.3 График планово-предупредительных ремонтов и профилактических мероприятий

Рисунок 3.1 Структура службы КИПиА

7 Составление графика планово-предупредительных ремонтов и профилактических мероприятий.

График ремонтных работ и поверок приборов и средств автоматизации составляем, пользуясь табл. 3.2.

Таблица3.3 График планово-предупредительных ремонтов и профилактических мероприятий

№

Наименование

Янв.

Фев.

Март

Апр.

Май

Июнь

Июль

Авг.

Сен.

Окт.

Ноб.

Дек.

1

Датчик давления

П

Кр

2

Исполнительный механизм

Тр

Тр

Тр

Тр

Тр

3

Пускатель

Кр

4

Блок ручного управления

Кр

5

Контроллер

Тр

Тр

Тр

Тр

Тр

Тр Кр

Тр

Тр

Тр

Тр

Тр

Тр П

6

Диафрагма

7

Датчик расхода

8

ПЭВМ

Тр

Тр

Тр

Тр

Тр Кр

Тр

Тр

Тр

Тр

Тр

Тр П

Тр

9

Задатчики

П

Кр

10

Датчик температуры

П

Кр

Заключение

На данный момент отделение методических печей занимает важное место в цикле производства проката различных сортов, видов и т. д. Для эффективной работы методической печи необходим серьезный контроль и автоматизация всех ее узлов.

Рост производства проката, повышение требований к его качеству, а также поточность технологических процессов создали условия для широкого внедрения эффективных средств автоматического контроля и управления и поставили задачу дальнейшего повышения уровня автоматизации. Автоматическое управление внедряют практически на всех участках отделения методических печей. Автоматизируются процессы нагрева, расходов топлива и воздуха, получают развитие новые, более совершенные способы контроля и управления процессами нагрева металла.

В рамках данного курсового проекта были рассмотрены контуры контроля и регулирования.

Система будет поддерживать температуру в заданных пределах, устанавливая температуру подогрева воздуха, тем самым регулируя расход газо-воздушной смеси на газовом трубопроводе.

Литература

1 Глинков Г. М., Маковский В. А. «АСУ ТП в черной металлургии» М.: «Металлургия», 1999.

2 Глинков Г. М., Маковский В. А. «Проектирование систем контроля и автоматического регулирования металлургических процессов» М.: «Металлургия», 1986.

3 Малый С.А. «Автоматизация методических печей» Москва 1962.

4Матвеев А.Г. «Теплотехника». М.: «Высшая школа» 1981.

5 Сушкин И.Н. «Теплотехника» М. «Металлургия» 1973.

6 Телегин А.С. «Теплотехнические расчеты металлургических печей».

7 ссылка: http://www.ecounit.ru/goods_470.html/

8 ссылка: http://www.thermoview.ru/

9 http://www.radioradar.net/hand_book/documentation/terpara.html

10 http://ru.wikipedia.org/wiki/Аналого-цифровой_преобразователь

11 http://td-str.ru/file.aspx?id=28

12 http://infohighway.ru/cat/kip/preobrazovatel-sh-72.html

13 http://kipia.ru/catalog/datchiki_davleniya_s_unifitsirovannyim_vyihodnyim_signalom_609/

14 ссылка: http://www.tpchel.ru/rus/production/

15 http://npovalentina.ru/catalog/dev/1471/

16 http://neftandgaz.ru/?p=1803

17 http://www.kipexpert.ru/component/content/article/99-opredelenie/316-vihrevoi-rashodomer.html?directo

18 http://www.skbr.ru/prod5_4/

19 http://www.ooopribor.ru/cgi-bin/go.pl?i=58

20 http://www.piezoelectric.ru/Dymetic1223t.html

21 http://kipexpert.nichost.ru/component/alphacontent/?ordering=6&limit=10&start=70

22. http://www.tps21.ru/magazin/ispolniteljnye-mehanizmy/mehanizmy-meo/meo-100/meo-100-10-0-25-99k.html

23 http://www.postavka-kip.ru/items/005040.html

24 http://www.recont.z500.ru/download.htm

25 http://www.tpchel.ru/rus/production/

26 http://psbprivod.ru/catalog/kontrollery

27 http://www.maksim-llc.ru/rzd.html

Размещено на Allbest.ru