Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Идея непрерывного литья была выдвинута в середине XIX в. Г. Бессемером, который предлагал разливать жидкую сталь между двумя водоохлаждаемыми валками. Однако не только при том уровне техники, но и в настоящее время реализовать такую идею бесслитковой прокатки невозможно. В 1943 г. С. Юнган разработал подвижный кристаллизатор для разливки заготовок. В Японии и СССР освоение МНЛЗ началось в 1955 г. Тогда на заводе «Красное Сормово» заработала первая машина непрерывного литья заготовок, созданная под руководством академика И. П. Бардина, удостоенного за эту работу Ленинской премии.

Начало 1970-х годов характеризуется широким промышленным внедрением машин непрерывной разливки слябовой заготовки. На смену низкоскоростным вертикальным МНЛЗ(УНРС) пришли радиальные и криволинейные машины, имеющие значительно большую скорость разливки.

1.1 Технологическая часть

МНЛЗ -- машина непрерывного литья заготовок (или УНРС -- установка непрерывной разливки стали). В настоящее время около 60 % отливаемых непрерывным литьем заготовок разливается на слябовых МНЛЗ. Жидкая сталь непрерывно заливается в водоохлаждаемую форму, называемую кристаллизатором. Перед началом заливки в кристаллизатор вводится специальное устройство с замковым захватом («затравка»), как дно для первой порции металла. После затвердевания металла затравка вытягивается из кристаллизатора, увлекая за собой формирующийся слиток. Поступление жидкого металла продолжается и слиток непрерывно наращивается. В кристаллизаторе затвердевают лишь поверхностные слои металла, образуя твердую оболочку слитка, сохраняющего жидкую фазу по центральной оси. Поэтому за кристаллизатором располагают зону вторичного охлаждения, называемую также второй зоной кристаллизации. В этой зоне в результате форсированного поверхностного охлаждения заготовка затвердевает по всему сечению. Этот процесс слиткообразования является способом получения слитков неограниченной длины. В этом случае по сравнению с разливкой в изложницы резко уменьшаются потери металла на обрезку концов слитков, которые, например, при литье спокойной стали составляют 15--25 %. Кроме того, благодаря непрерывности литья и кристаллизации, достигается полная равномерность структуры слитка по всей его длине.

Кристаллизатор МНЛЗ представляет собой водоохлаждаемую изложницу, внутренняя поверхность которой подвержена истирающему воздействию движущегося кристаллизующегося слитка стали. Кристаллизатор является наиболее важным узлом МНЛЗ. Он обеспечивает быстрое образование достаточно толстой прочной «корочки» на поверхности непрерывнолитой заготовки. На рис.1 показана конструкция кристаллизатора двухручьевой сортовой МНЛЗ, а на рис.2 -- одноручьевой слябовой МНЛЗ.

Рис.1 Поперечный разрез кристаллизатора для одновременной отливки двух слитков квадратного сечения

Рис.2 Составной толстостенный кристаллизатор для отливки слябов

1 -- стальной каркас; 2 -- медные стенки; 3 -- каналы для охлаждающей воды

Внутренняя (рабочая) полость кристаллизатора МНЛЗ собирается из четырех основных деталей (стенок), каждая из которых состоит из высокотеплопроводной медной (2) и опорной (стальной или чугунной) пластины (1), соединенных между собой шпильками. Толщина медной пластины со строганной контактной поверхностью не превышает 20 мм. Медные или стальные пластины имеют каналы для протока охлаждающей воды. Стенки кристаллизатора монтируются в прочном корпусе. Длина кристаллизатора МНЛЗ составляет (500…1500) мм для обеспечения образования «корочки» толщиною (8…25) мм на поверхности заготовки при выходе из кристаллизатора. Внутренняя строганная (или волнистая) поверхность, смазка и непрерывные вертикальные возвратно -- поступательные перемещения кристаллизатора при разливке стали предохраняют поверхность заготовки от образования дефектов (продольных трещин).

Соотношение скоростей качания кристаллизатора: скорость движения вверх на 70% выше скорости движения вниз. Шаг качания -- (10…40) мм, частота -- (10…100) циклов в минуту.

На рис.3 показана конструкция кристаллизатора МНЛЗ для отливки слябов (слитков плоского сечения).

Рис.3 Кристаллизатор МНЛЗ для отливки плоских слитков

Нижняя полость кристаллизатора МНЛЗ плотно закрывается «затравкой» рис.4.

Рис.4 Схема установки “затравки” в кристаллизатор МНЛЗ.

1 - кристаллизатор;2 - «затравка»

Жидкая сталь, кристаллизуясь, приваривается к «затравке» и разъединение «затравки» с заготовкой осуществляется на начальном участке тянуще-правильной клети. Затем «затравка» вновь готовиться к работе по обычной технологии.

Охлаждение кристаллизатора МНЛЗ (система первичного охлаждения разливаемого металла) производиться водой: подвод воды снизу, скорость не менее 5 м/с, температура на сливе не выше 500°С, расход (100…120) мі/час на 1 м размера полости внутреннего диаметра кристаллизатора. Стойкость толстостенного кристаллизатора -- (20…45) тыс. т. стали или до 85 плавок.

Допустимый износ медной пластины по толщине -- 1 мм. Расход меди - (0,09…0,15) кг/т стали.

1.2 Конструкция кристаллизатора мнлз

Рис. 9.3 Схема машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ): 1 - ковш; 2 - промежуточное разливочное устройство;3 - кристаллизатор; 4 - затвердевающий слиток; 5 - тянущие валки; 6 - форсунки; 7 - зона резки; 8 - газовый резак

2 Специальная часть

2.1 Разработка функциональной схемы автоматизации

Приложение А

2.2 Выбор технических средств автоматизации

Выбор промышленных контроллеров

Контроллер CPM1A Omron.

Максимальное число точек входа / выхода : 100

Количество точек блока CPU:10/20/30/40 точек

Память программы: 2 К слова

Количество инструкций: 91

Время исполнения базовой инструкции, мкс:0.72 мкс

Область IR, бит:512

Область SR, бит: 384

Область TR, бит: 8

Область HR, бит: 320

Область AR, бит: 256

Область LR, бит: 256

Область DM: 1024 слов

Счетчики / таймеры: До 128

Коммуникационные возможности:

Ш CompoBus/S

Ш Host Link

Ш NT Link

Ш 1:1 Link

Специальные функции

Ш Аналоговые входы / выходы

Ш Контроль движения / позиционирования

Ш Высокоскоростные счетчики

Ш Модули температурных датчиков

Ш Модули скоростных датчиков

Контроллер CQM1H Omron

Максимальное число точек входа / выхода: 512

Модули входа/выхода (кол-во точек): 8 / 16 / 32 точки

Память программы: 15 К слов

Количество инструкций: 137

Время исполнения базовой инструкции, мкс: 0.357 мкс

Область IR, бит: 2,720

Область SR, бит: 192

Область TR, бит: 8

Область HR, бит: 1600

Область AR, бит: 448

Область LR, бит: 1024

Область DM: 6144 слов

Счетчики / таймеры: До 512

Коммуникационные возможности:

Ш Controller Link

Ш CompoBus/D (Devicenet)

Ш CompoBus/S

Ш AS-i Bus

Ш Host Link

Ш NT Link

Ш 1:1 Link

Ш Protocol Macro

Специальные функции:

Ш Аналоговые входы / выходы

Ш Контроль движения / позиционирования

Ш Высокоскоростные счетчики

Ш Модули скоростных датчиков

Ш Контроль температуры

Ш Модули датчиков

Ш Модули линейных датчиков

Контроллер CPM2A Omron

Максимальное число точек входа / выхода: 120

Модули входа/выхода (кол-во точек): 20 / 30 / 40 точки

Память программы: 4 К слов

Количество инструкций: 199

Время исполнения базовой инструкции, мкс: 0.64 мкс

Область IR, бит: 928

Область SR, бит: 448

Область TR, бит: 8

Область HR, бит: 320

Область AR, бит: 384

Область LR, бит: 256

Область DM: 2048 слов

Счетчики / таймеры: До 512

Коммуникационные возможности:

Ш CompoBus/S

Ш Host Link

Ш NT Link

Ш 1:1 Link

Специальные функции:

Ш Аналоговые входы / выходы

Ш Контроль движения / позиционирования

Ш Высокоскоростные счетчики

Ш Контроль температуры

Вывод: Исходя из технических характеристик в качестве промышленного контроллера мы выбрали контроллер CQM1H Omron. Он обладает большей памятью программ и быстродействием.

Выбор ЭВМ

ПЭВМ G5000Ba/Pro

Процессор компьютера	AMD
Видео компьютера	Quadro 2000
Сетевая карта компьютера	10/100/1000 Мбит/сек
Case	Блок питания INWIN POWER MAN <IP-S600AQ3-0> 600W ATX (RTL) (24+4+6+8пин)
CPU	CPU AMD Phenom II X6 1100T Black Edition (HDE00ZF) 3.3 ГГц/ 3+6Мб/4000 МГц Socket AM3
Cooler	Arctic Cooling Freezer 7 Pro rev.2 Cooler (775/1156/1366/754-AM2/AM3/FM1, 900-2500об/мин,27Дб,Cu+Al+тепл.трубки)
RAM	2 шт. Original SAMSUNG DDR-III DIMM 4Gb <PC3-10600>
HDD	HDD 1 Tb SATA 6Gb/s Western Digital Caviar Black <WD1002FAEX> 7200rpm 64Mb
Video	1Gb <PCI-E> DDR-5 PNY VCQ2000DVI (RTL) DualDVI <NVIDIA Quadro 2000>
CD ROM	DVD RAM & DVD±R/RW & CDRW Optiarc AD-7280S <Black> SATA (OEM)
FDD	Sema <SFD-321F/TS41UB Black>3.5" Internal USB2.0 CF/MD/xD/MMC/SD/MS(/Pro/Duo)Card Reader/Writer+1portUSB2.0
M/B	GigaByte GA-970A-UD3 rev1.0(RTL) SocketAM3+ <AMD 970> 2xPCI-E+GbLAN+1394 SATA RAID ATX 4DDR-III
ПО	Microsoft Windows 7 Профессиональная SP1 32&64-bit Рус

Выбор датчика скорости

Сигнализатор движения радиоволновый СДР101П (бесконтактный датчик скорости) предназначен для непрерывного контроля скорости транспортеров, перемещения ковшей норий и других подобных механизмов, наличия продукта на конвейерной ленте. Сигнализатор движения может быть использован для своевременного отключения механизмов при их холостой (без продукта) работе в целях экономии электроэнергии.

Достоинства:

- Отсутствие контакта.

- Простота и надежность прибора.

- Современная элементная база.

- Малые габаритные размеры и масса.

Устройство контроля скорости СС505 Сигнализатор скорости СС505 (счетчик ипульсов) предназначен для контроля частоты вращения (скорости) привода производственных механизмов и их аварийного отключения при снижении частоты вращения относительно установленного предельного значения

Достоинства:

-Предотвращение ложного отключения привода при пуске или кратковременном снижении скорости контролируемого механизма.

-Быстрое отключение привода при значительном снижении скорости.

-Не требуются дополнительные источники электропитания.

-Выходное реле надежно коммутирует электромагнитные пускатели 1-ой величины с катушкой 220 В, 50 Гц.

-Предусмотрена возможность инвертирования состояния реле с помощью встроенного переключателя.

Устройство контроля скорости УКС.210И (датчик скорости) предназначено для контроля скорости движения ленточных и скребковых транспортеров, реле, конвейеров и т.п.

Достоинства:

- Современная элементная база.

-Высокая степень защиты.

-Бесконтактный.

-Высокая точность измерения.

Датчик Параметры	СДР101П	СС505	УКС.210И
Интервал рабочих температур, °С	-40 … 100	-20 … 90	-30 … 50
Влажность, %	95	100	95
Напряжение питания, В	15 … 50	21…27	25 … 150
Потребляемый ток, А	2…20	0,2…50	5 … 40
Диапазон контролируемых скоростей, м/с	0,02 … 1,3	0,03 … 2	0,05 … 10
Вибрационные нагрузки, Гц	до 80	до 80	до 80
Срок службы, часов	250000	100000	250000
Цена, руб	59000	62000	74000

Вывод: Исходя из технических характеристик датчиков, мы выбрали датчик СДР101П. Он обладает высоким интервалом рабочих температур, а так же длительный срок службы.

Выбор преобразователя скорости.

Преобразователь частоты (скорости) PI8100а предназначен для управления синхронными двигателями конвейеров, мешалок и т.д., как самостоятельные устройства и в составе комплексных систем автоматизации.

Функции:

Ш Управление скоростью и направлением вращения двигателя;

Ш Потенциометр на съемной панели управления;

Ш Диапазон выходных частот от 0 до 900 Гц;

Ш Ручное управление режимами работы двигателя со съемной панели управления, с клеммной колодки с использованием внешних кнопок, потенциометра, датчиков, управление с внешнего контроллера или компьютера при применении опциональной платы RS485;

Ш Автоматическое управление двигателем по сигналам от внешних датчиков в режиме ПИД-регулирования;

Ш Автоматическое управление работой двигателя по заданному временному алгоритму;

Ш Автоматическое восстановление режима работы при кратковременном прерывании питания;

Ш Управление в скалярном режиме, векторном режиме с датчиком, векторном режиме без датчика;

Ш Улучшенная функция поддержки повышенного крутящего момента на низких оборотах двигателя;

Ш Вольт-частотная кривая (V/F) может программироваться с учетом характера нагрузки автоматически или по произвольным точкам, задаваемым пользоветелем;

Ш Защита двигателей от перегрузок и др.

Преобразователь частоты (скорости) PI7800 7R5G1 предназначен для управления синхронными двигателями конвейеров, реле и т.д., как самостоятельные устройства и в составе комплексных систем автоматизации.

Функции:

Ш Управление скоростью и направлением вращения двигателя;

Ш Потенциометр на съемной панели управления;

Ш Диапазон выходных частот от 0 до 800 Гц;

Ш Ручное управление режимами работы двигателя со съемной панели управления, с клеммной колодки с использованием внешних кнопок, потенциометра, датчиков, управление с внешнего контроллера или компьютера при применении опциональной платы RS485;

Ш Автоматическое управление двигателем по сигналам от внешних датчиков в режиме ПИД-регулирования;

Ш Автоматическое управление работой двигателя по заданному временному алгоритму;

Ш Автоматическое восстановление режима работы при кратковременном прерывании питания;

Ш Защита двигателей от перегрузок и др.

Вывод: Мы выбрали PI8100а т.к. он обладает большим диапазоном частоты, а так же Вольт-частотная кривая (V/F) может программироваться с учетом характера нагрузки автоматически или по произвольным точкам, задаваемым пользователем.

Выбор датчика температуры.

Датчик 32208519,темп Pt100 -196+500гр B C416 3,9*1,5мм

Характеристика:

Минимальная измеряемая температура,С -196 Производитель Heraues Sensor Technology Максимальная измеряемая температура,С 500 Чувствительный элемент платина(RTC) Точность,% В(-70...600)

Датчик 32208209,темп Pt100 -70+500гр B M410ax 3,9*0,9мм

Характеристика:

Минимальная измеряемая температура,С	-70
Производитель	Heraues Sensor Technology
Максимальная измеряемая температура,С	500
Чувствительный элемент	платина(RTC)
Точность,%	В(-40...600)

Вывод: Исходя из характеристик датчиков температуры мы выбрали датчик 32208519,темп Pt100 -196+500гр B C416 3,9*1,5мм так как он обладает большим диапазоном точности и температуры.

Выбор преобразователя температуры

Преобразователь температуры P17

Характерные особенности:

выходной сигнал 4...20 мА

время опроса 1 сек

потребляемая мощность 0,7 ВА

время выхода на режим 15 мин

параметры источника питания токовой петли: 19...30 В DC

рабочая температура -65...+125°С

рабочее положение - любое

класс защиты, обеспечиваемый корпусом: IP54

габариты (ВхШхГ) 120 х 22,5 х 100

масса 110 г

Преобразователь температуры P15

Характерные особенности:

выходной сигнал 4...20 мА

время опроса 1 сек

потребляемая мощность 0,7 ВА

время выхода на режим 15 мин

параметры источника питания токовой петли: 19...30 В DC

рабочая температура -55...+115°С

рабочее положение - любое

класс защиты, обеспечиваемый корпусом: IP54

габариты (ВхШхГ) 120 х 22,5 х 100

масса 110 г

Вывод: Мы выбираем преобразователь температуры P17 так как он обладает более высоким диапазоном температуры.

Выбор исполнительного механизма.

Исполнительный механизм МЭО-6,3

Технические характеристики:

Напряжение и частота питания - 220/380, 230/400, 240/415 V, 50 Hz; 220/380 V, 60 Hz.

Степень защиты - IP 54 по ГОСТ 14254.

Режим работы механизма - S4, частота включений до 320 в час при ПВ до 25 %.

Максимальная частота включений до 630 в час при ПВ до 25 %.

Выбор заслонки.

Клапан КРРП-400

Давление: 2.5 МПа

Диаметр: 400 Ду

Цена: 115000 рублей

Клапан КРРП-800

Диаметр: 800 Ду

Давление: 2.5МПа

Цена: 135000 рублей.

Вывод: Мы выбираем КРРП-400. Так как она практически не отличается от КРРП-800, и выгоднее по цене.

Блок ручного управления.

БРУ-42 (БРУ-42М) предназначен для переключения цепей управления исполнительными устройствами, индикации положений цепей управления в АСУ ТП.

Выполняемые фунции:

ручное или дистанционное переключение с автоматического режима на ручной и обратно;

управление исполнительными механизмами с помощью кнопок "больше-меньше";

индикация положения выходного вала исполнительного механизма с помощью миллиамперметра;

световая индикация режимов управления и состояния цепей управления;

определение положения регулирующего органа.

БРУ-42 (БРУ-42М) имеет модифицированное исполнение, в которых жгут с контактным разъемом заменен установленным в корпус, стандартным 25-ти контактным разъемом типа D-SUB.

2.3 Разработка алгоритма работы

Рисунок 3 - Алгоритм работы САУ

машина непрерывный литье заготовка

2.4 Расчет регулятора

Данные для расчета регулятора:

Объект - статический

Переходный процесс - апериодический

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

с - постоянная времени объекта

с - запаздывание объекта

с - время регулирования ()

% - возмущение ()

% - статическая ошибка

% - динамическая ошибка

Ход выполнения расчета

1. < 1 - ориентировочный тип регулятора - непрерывный.

2. Динамический коэффициент регулирования для статических объектов:

Находим :

(1)

3. И-регулятор

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

4. П-регулятор

Проверка условия:

(2)

- условие выполняется

% - статическая ошибка

Проверка условия:

(3)

- условие не выполняется.

5.Пи-регулятор

Проверка условия: - условие выполняется

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

6. Расчет ОПФ Пи-регулятора

Расчет коэффициента передачи:

(4)



=0.6(5)

ОПФ Пид-регулятора:

(6)

.

Вывод

В ходе данной курсовой работы был рассмотрен принцип работы агломерационного производства и разработана САУ теплового режима кристаллизатора мнлз. Для реализации САУ были рассмотрены реально существующие приборы и выбраны наиболее подходящие: датчик скорости СДР101П, ПЭВМ G5000Ba/Pro, контроллер CQM1H Omron, исполнительный механизм МЭО-6,3,преобразователи PI8100а и P17. В качестве регулятора используется Пи-регулятор с Кр=3.1. Все приборы были использованы для разработки функциональной схемы. Также в работе представлен алгоритм работы системы.

Список литератур

1. Интернет сайт «каталог продукции»

http://www.platan.ru/cgi-bin/qweryv.pl/0w32404.html

2. Интернет сайт: «каталог продукциий»

http://www.pribor-opt.ru/kipia/bru42.html

4. Шандров Б.В; Чудаков А.Д. «Технические средства автоматизации», 2007- М. Издательский центр «Академия», 2007.

5. Ю.Н. Федоров «Справочник инженера по АСУТП: Проектирование и разработка». - М.: Инфра-Инженерия, 2008.

6. Интернет сайт: «каталог преобразователей» http://www.energometrika.ru/catalog/753/

7. Интернет сайт:«каталог заслонок»

http://www.klapan-50.com

8. Интернет сайт:«каталог продукции»

http://www.kontakt-1.ru/sdr101p.html

Размещено на Allbest.ru