Проектирование технического и программного обеспечения систем автоматизации процесса нагрева слитков в рекуперативных нагревательных колодцах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Украины

Приазовский государственный технический университет

Кафедра АТПиП

Курсовая работа

по дисциплине: «Проектирование технического и

программного обеспечения систем автоматизации»

на тему: «Проектирование технического и программного обеспечения

систем автоматизации процесса нагрева слитков в рекуперативных нагревательных колодцах»

Выполнил:

ст. гр.МА-07 Рогов И.И.

Проверил:

доц., к.т.н. Симкин А.И.

Мариуполь 2010

РЕФЕРАТ

нагревательный колодец автоматизация регулировка

В данной курсовой работе рассматривается проектирование технического и программного обеспечения систем автоматизации рекуперативного нагревательного колодца. В нее включена разработка структурной схемы автоматизации нагревательного колодца, построение функциональных схемы автоматизации контуров контроля и регулирования на основе микроконтроллера и регулятора, построения принципиально-электрической схемы на базе контура контроля и регулирования соотношения топливо-воздух (на базе регулятора), принципиально-электрической схемы на базе контура контроля и регулирования давления в рабочем пространстве (на базе регулятора). Для реализации этого были выбраны технические средства, выполняемые необходимые задачи и их взаимосвязь.

Содержание

Реферат

Введение

1. Литературный обзор

2. Нагревательный колодец

2.1 Тепловой и температурный режим

2.2 Конструкция колодцев

3. Автоматизация технологического объекта

3.1 Выбор контуров контроля и регулирования

4. Схемы автоматизации технологического объекта

4.1 Структурная схема

4.2 Функциональная схема автоматизации

4.3 Принципиальная электрическая схема регулирования соотношения смешанный газ-воздух на основе регулятора

4.4 Принципиальная электрическая схема регулирования давления в рабочем пространстве на основе регулятора

Заключение

Список используемых источников

Приложение

Введение

Нагревательными печами обычно называют печи, в которых осуществляется нагрев металла перед обработкой давлением (прокаткой, ковкой). Часто прокатку металла ведут последовательно на нескольких станах, что определяет и состав парка печей.

Производительность вновь строящихся прокатных станов непрерывно увеличивается. Поэтому общей тенденцией в развитии печей является интенсификация нагрева металла, что позволяет увеличить производительность печного агрегата.

Строительство новых промышленных объектов и реконструкцию действующих предприятий осуществляется в соответствии с проектно-сметной документацией, которая представляет собой комплекс технических документов, содержащих технико-экономическое обоснование целесообразности сооружения нового или действующего объекта и чертежи для производства всех видов строительно-монтажных и строительных работ.

Наиболее распространённым является нагрев прямоугольных заготовок для чего применяют печи периодического (садочные) и постоянного (проходные) действия. В печах периодического действия металл загружается в полностью или частично остуженную печь, и затем постепенно нагревается вместе с печью. Такой метод нагрева, когда температура печи меняется во времени, применяют при нагреве крупных слитков, которые надо греть медленно во избежание возникновения чрезмерного температурного перепада

1. Литературный обзор

Неритмичность поступления плавок из сталеплавильных цехов и периодические простои стана, характерные для производства, приводят к перерасходу топливо-энергетических ресурсов и ухудшению качества проката. Для минимизации этих негативных последствий разработали гибкие технологии нагрева. Базовая технология нагрева слитков горячего посада включала периоды подъема температуры до контрольной при максимальной тепловой мощности и томление при этой температуре. Систематическое пересиживание слитков при температурах, близких к температуре томления, приводило к значительному увеличению удельного расхода топлива и к интенсификации окалинообразования. Разработанная технология нагрева предусматривает работу ячейки в режиме термоса с выдержкой слитков после посада при пониженной температуре в случае прогнозируемого пересиживания металла. [3]

Требовалось повысить производительность колодцев с отоплением из центра пода. Повышение производительности за счет увеличения тепловой мощности колодцев путем дополнительного расхода топлива невозможно из-за недостаточной мощности воздушных вентиляторов. Поставленная задача повышения производительности отделения нагревательных колодцев с центральной горелкой была решена за счет перехода их на отопление смешанным коксодоменным азом с повышенной теплотой сгорания. Одновременно улучшилась равномерность нагрева слитков по высоте.[4]

Производительность и экономичность нагревательных колодцев в значительной степени зависят от эффективности работы керамических рекуператоров. Рекуператор колодцев с верхним отоплением одной инжекционной горелкой эксплуатируется в тяжелых температурных условиях. Для увеличения срока службы на комбинате “Криворожсталь” разработали и внедрили новую конструкцию воздушного керамического рекуператора. Наиболее характерными особенностями конструкции являются установка за рабочей камерой нагревательного колодца(перед керамическим рекуператором) полой изолированной камеры, углубленной на 70% высоты насадки рекуператора и занимающей всю ее ширину. Вертикальная(отражательная) перегородка разделяет камеру на 2 части и перекрывает проход продуктов сгорания непосредственно из рабочей камеры в надрекуперативное пространство. [5]

Из-за несовершенства графиков нагрева, которые были составлены без учета старения ячейки в процессе эксплуатации, металл для прокатки на слябинге выдавался недогретым или с сильным оплавлением слитков. Предложили новые графики с учетом тепловой мощности ячеек, согласно которым их разделили на средние, сильные и слабые. Для уменьшения степени оплавления продолжительность нагрева слитков спокойных сталей увеличили на 30-60 мин. Внедрение новых графиков позволило улучшить качество прогрева слитков и уменьшить брак по пережогу. [6]

2. Нагревательные колодцы

Слитки металла, полученные в мартеновском, конвертерном или электросталеплавильном цехах, перед прокаткой на обжимном стане подвергают дополнительному нагреву. Обычно толщина их не менее 400 мм, поэтому для ускорения и повышения качества нагрева целесообразно греть их с четырёх сторон, располагая вертикально. Подобный нагрев достигается применением нагревательных колодцев, которые по сравнению с печами других типов с точки зрения условий нагрева крупных слитков отличаются следующими особенностями:

- вертикальным расположением слитков, обеспечивающим ускоренный и равномерный нагрев металла, а также исключающим возможность смещения усадочной раковины;

- удобством транспортирования, загрузки и выгрузки металла при вертикальном положении слитков;

К нагревательным колодцам предъявляют определённые требования:

- достаточно быстрый нагрев металла, обеспечивающий высокую производительность (общую и удельную);

- качественный нагрев металла: равномерность нагрева по высоте и сечению слитков без местных оплавлений;

- эффективная работа воздухо- и газоподогревателей, обеспечение невысокого удельного расхода топлива;

- возможность надёжного автоматического регулирования теплового режима;

- высокие эксплуатационные качества (удобство удаления шлака, полное сжигание топлива в пределах рабочего пространства, достаточная герметизация рабочего пространства и теплообменных устройств, достаточная стойкость крышек и других элементов нагревательных колодцев);

- наиболее простая конструкция и невысокие капитальные затраты на строительство.

Каждый нагревательный колодец в отдельности называется ячейкой. Несколько ячеек составляют группу. Для группы ячеек предусмотрены одна дымовая труба и общее помещение для контрольно-измерительных приборов. Производительность нагревательных колодцев обычно исчисляют на группу в год. Зная производительность стана и производительность одной группы, можно найти необходимое число групп нагревательных колодцев.

2.1 Тепловой и температурный режимы

Современные нагревательные колодцы являются камерными печами периодического действия с переменным во времени тепловым и температурным режимом. В большинстве нагревательных колодцев нагрев металла осуществляется садками, т.е. после выдачи всех нагреваемых слитков ячейки колодцев вновь загружают слитками. При выдаче и посадке слитков в результате частого открывания крышки кладка рабочего пространства нагревательных колодцев охлаждается. Поэтому при работе колодцев на горячем посаде в первый момент нагрева температура слитков выше температуры поверхности кладки и основной потребитель тепла в этот период - кладка колодца.

Расход тепла поддерживают максимальным до тех пор, пока температура той части слитка, которая нагревается быстрее, не достигнет предельного значения. Этот период называется периодом нагрева. Вслед за ним наступает период выдержки, в течение которого происходит постепенное уменьшение расхода тепла, так как в течение этого времени температура поверхности слитков остаётся постоянной и тепло расходуется только на прогрев слитка по сечению. В этот период температура отходящих продуктов сгорания остаётся приблизительно постоянной.

Тепловую мощность нагревательных колодцев выбирают так, чтобы обеспечить быстрый подъём температуры кладки и поверхности слитков в начале нагрева. При заниженной мощности период нагрева затянется, а период выдержки сократится, и полный цикл нагрева будет нерационально большим. При завышенном максимальном расходе топлива период нагрева сократится, но увеличится неравномерность температуры по сечению слитка и период выдержки затянется. Это также вызовет чрезмерное увеличение длительности полного цикла нагрева.

На работу нагревательных колодцев очень большое влияние оказывает начальная температура слитков. Обычно нагревательные колодцы работают в подавляющей степени на горячем посаде, т.е. в ячейку для нагрева до температуры прокатки (около 1200 ?С) помещают ещё не полностью остывшие после разливки слитки, температура которых 700 - 850 ?С. Чем выше процент горячего посада и начальная температура слитков, тем больше производительность нагревательных колодцев и тем ниже удельный расход тепла на нагрев металла. Процент горячего посада и начальная температура слитков зависят от уровня организации производства на данном предприятии. На тех заводах, где культура производства достаточно высока, горячий посад достигает 95 %, а начальная температура слитков перед нагревом 800 - 850 ?С.

Оптимальное значение тепловой мощности (по химическому теплу топлива) лежит в пределах 200 - 300 МДж/т садки. Рабочая температура в нагревательных колодцах составляет 1350 - 1400 ?С. Для обеспечения такой рабочей температуры нужно сжигать топливо так, чтобы калориметрическая температура горения достигала 2100 - 2200 ?С.

1. Шлакоудаление. В процессе нагрева металла происходит его окисление. Образовавшаяся окалина стекает по граням слитков на подину колодцев и должна быть оттуда удалена. Существуют два метода удаления окалины: сухое шлакоудаление и жидкое.

При сухом шлакоудалении на подину колодца насыпается мелкий коксик, который впитывает окалину и через 5 - 6 всадов вместе с ней удаляется через специальные лючки. Затем сверху при открытой крышке засыпается и разравнивается новая порция коксика.

Вслед за этим металл нагревают вновь.

При жидком шлакоудалении коксик на поду отсутствует; подину выполняют из огнеупорных материалов, не взаимодействующих с окалиной (обычно хромомагнезит); окалина в жидком состоянии удаляется с пода ячейки через специальную летку.

Каждому из этих методов присущи область применения, свои недостатки и преимущества.

Недостатки сухого шлакоудаления:

- непроизводительные затраты времени на засыпку и удаление коксика;

- замедленный прогрев и науглераживание донной части слитка, несколько утопленной в коксик;

- необходимость иметь в цехе хранилище для кокса и плохое санитарное состояние цеха (при засыпке коксика поднимается туча пыли);

- крайне отрицательное влияние коксовой пыли на керамику регенераторов и рекуператоров.

Однако сухое шлакоудаление - это единственный метод удаления окалины в таких конструкциях, где невозможно обеспечить жидкотекучесть окалины на поду ячейки. Этим обстоятельством и определяется область применения метода сухого шлакоудаления.

Жидкое шлакоудаление позволяет устранить недостатки, свойственные сухому шлакоудалению; но и оно также не лишено недостатка, заключающегося в том, что при жидком шлакоудалении неравномерно изнашивается подина колодца, и слитки теряют устойчивость.

2. Футеровка и её служба. В нагревательных колодцах наиболее уязвимы следующие части огнеупорной футеровки:

- подина и нижняя часть стен, поскольку они интенсивно соприкасаются с окалиной и слитками;

- те пояса футеровки стен, на которые опираются слитки;

- футеровка крышки, так как она подвержена действию наиболее высоких температур, колебанию температур и механическому воздействию в связи с частым открыванием и закрыванием крышки;

- керамика регенераторов и рекуператоров (особенно верхние ряды), которая работает в тяжёлых условиях высоких температур, резкой смены температуры, воздействия газовых потоков, несущих окалину и пыль.

Подину колодцев выкладывают обычно в три слоя: 1) внутренний из хромомагнезитового кирпича; 2) шамотный кирпич; 3) внешний теплоизоляционный слой из диатомитового кирпича. При сухом шлакоудалении уровень подины по всей площади колодцев одинаков, при жидком подину выкладывают с уклоном в сторону шлаковой летки.

Стены колодцев также выполняют трёхслойными. Внешний слой - теплоизоляционный, затем слой шамотного кирпича. Внутренний слой в нижней части стен (приблизительно на 1 м высоты) выполняют из хромомагнезита, остальное из динаса. Интенсивнее всего стены изнашиваются на том уровне, где опираются слитки. В связи с этим в этом месте выполняют выступ кладки внутрь колодца. Эти выступы выкладывают из динаса, хромомагнезита, каолинового кирпича. Стойкость выступов из динаса наименьшая.

В настоящее время применяют крышки как с арочной футеровкой, так и с подвесным сводом. И в том, и в другом случае можно применять шамотный кирпич. В последнее время для футеровки крышек всё шире используют каолиновый кирпич. Каолиновый кирпич в футеровке крышек значительно более стоек, поскольку обладает большой огнеупорностью и меньшей дополнительной усадкой.

Керамические рекуператоры, применяемые в нагревательных колодцах, выполняют из восьмигранных трубок. Обычно монтируют 6 - 8 рядов труб, из них два верхних и нижний ряды из карбо-шамотных трубок, остальное - из шамотных.

В рекуператорах насадку следует сменять раз за 1,2 - 2 года.

Смена футеровки крышек осуществляется через 7 - 9 месяцев. В отдельных случаях, чаще всего в регенеративных колодцах, быстро сгорает металлическая рама крышек.

2.2 Конструкция колодцев

Нагревательные колодцы бывают с регенеративным и с рекуперативным подогревом воздуха. Регенеративные колодцы - это устарелые конструкции, которые нигде уже не строятся.

Колодцы с отоплением из центра пода. Такие колодцы (рисунок 2.1) применяют для нагрева слитков перед прокаткой на блюминге производительностью около 2,5 млн. т/год. Они достаточно надёжны в эксплуатации, отапливают их смешанным коксо-доменным газом с теплотой сгорания 5800 - 8400 кДж/м? при помощи горелок, расположенных в центре пода. Группа состоит из двух ячеек. В каждую ячейку помещается по 12 - 16 слитков квадратного сечения.

Рисунок 2.1 Рекуперативный нагревательный колодец

Колодцы оборудованы керамическими рекуператорами из восьмигранных карбо-шамотных трубок для подогрева воздуха до 800 - 850 ?С. Воздух, пройдя через рекуператоры, поступает к горелке с двух сторон по сборным каналам. Газ подаётся в горелку по специальной трубе снизу вверх, поэтому факел тоже направлен снизу вверх. Продукты сгорания удаляются из рабочего пространства через специальные окна и, пройдя через рекуператор, уходят в дымовую трубу. Рекуперативные колодцы с отоплением из центра пода в настоящее время работают на 90 - 95 % горячего посада, обеспечивая при этом производительность одной группы около 220 - 270 тыс. т/год. Удельный расход тепла на нагрев металла составляет 1100 - 1200 кДж/кг. Процесс нагрева металла в этих колодцах можно автоматизировать. Импульсную точку выбирают на одной из боковых стен в зоне наиболее высоких температур, т.е. несколько выше верхней кромки слитка. Тепловая мощность колодцев с отоплением из центра пода составляет обычно 21,0 - 29,0 ГДж/ч.

Качество металла в рекуперативных колодцах с отоплением из центра пода недостаточно. Вследствие вертикального расположения факела зона наибольших температур создаётся в верхней части рабочего пространства, что приводит к перегреву верхней части слитка при недостаточном нагреве его основания. Перепад температур по высоте рабочего пространства достигает 100 ?С и более, что вызывает неравномерность нагрева слитка. Однако положительным является то, что все слитки, входящие в садку, греются почти одинаково.

Общая площадь рекуператора нагревательных колодцев составляет около 400 м?. В рекуператоре шесть рядов труб. Два нижних и два верхних ряда - из карбошамотных трубок, средние ряда - из шамотных.

Рекуператоры работают при температуре дымовых газов на входе 1200 - 1250 ?С; скорости воздуха 1,5 дымовых газов 0,7 - 1,0 м/с.

Воздух в рекуператор поступает обычно под давлением, в результате чего между воздушной и дымовой сторонами рекуператора возникает значительный перепад давлений (до 200 Па), в результате чего создаётся возможность для утечки воздуха в дымовые каналы. Утечка иногда достигает 40 - 50 % всего воздуха, поданного в рекуператор. Низкая герметичность рекуператоров сильно влияет на работу колодцев, так как в результате утечек количество воздуха, достигшего горелки, становится недостаточным и неопределённым. При недостатки воздуха топливо не сгорает полностью в пределах рабочего пространства и поэтому становится возможным его дожигание в рекуператоре, что вызывает разрушение рекуператора и дальнейшее увеличение утечек.

При уменьшении количества воздуха, попадающего в ячейку, приходится сокращать количество подаваемого топлива, т.е. снижать тепловую нагрузку, а это в свою очередь приводит к снижению производительности.

Ненадёжная (в смысле герметичности) работа рекуператоров наряду с высокой стоимостью сооружения является, пожалуй, самым большим недостатком этих нагревательных колодцев.

Колодцы с отоплением из центра пода работают в основном на жидком шлакоудалении, которое позволяет увеличить производительность ячейки и сократить расход топлива. Однако при жидком шлакоудалении резко возрастает число ремонтов, а следовательно, и удельный расход огнеупоров. Колодцы при жидком шлакоудалении работают более форсированно, что увеличивает толщину окалины и возможность оплавления слитков.

Колодцы с верхним отоплением. В последние годы строят колодцы с одной верхней горелкой, что объясняется увеличением производительности строящихся блюмингов до 6 млн. т/год и более. Повышением производительности блюмингов обусловлены новые требования, предъявляемые к нагревательным колодцам, которые в определённой мере реализуются применением колодцев с одной верхней горелкой. Конструкция колодцев представлена на рисунке 124. Колодец вытянутой формы шириной 2,2 - 2,5 м. В ячейку помещают в два ряда 14 слитков массой по 7-8 т. Каждая группа колодцев включает чаще всего 2 или 4 ячейки. Тепловую нагрузку в этих колодцах поддерживают около 38 - 42 ГВт; удельный расход тепла составляет 1300 - 1350 кДж/кг. Поскольку на поду подобных колодцев температура относительно низкая, применяют сухое шлакоудаление.

Производительность колодцев подобного типа на группу из двух ячеек несколько меньше (200 - 220 тыс. т/год), чем колодцев с отоплением из центра пода. Это объясняется особенностями их тепловой работы.

Колодец отапливают газообразным топливом при различной степени подогрева воздуха. Выходные скорости в горелке должны быть подобраны так, чтобы кинетической энергии струй было достаточно для проталкивания газов от горелки до дымоотборного окна по петлеобразной траектории. Плохое смешение топлива и воздуха приводит к тому, что наибольшая температура развивается около стены, противоположной горелке; на этой стене и выбирают импульсную точку для автоматизации теплового режима. Причём, раньше других нагреваются слитки, находящиеся около этой стены.

Когда температура в импульсной точке достигает заданного значения, то во избежание её дальнейшего повышения расход топлива снижается, и кинетическая энергия струй топлива и воздуха уменьшается. Это приводит к тому, что газы уже не достигают противоположной стенки и двигаются по прогрессивно укорачивающейся петле.

Таким образом, процесс нагревания садки протекает неравномерно, затягивается, поэтому производительность группы, состоящей из двух ячеек таких колодцев, меньше производительности колодцев с отоплением из центра пода. Однако, колодцы с одной верхней горелкой более компактны и при одной и той же общей длине отделения нагревательных колодцев их можно установить несколько больше, чем колодцев с отоплением из центра пода.

На нагревательных колодцах с одной верхней горелкой применяются керамические воздушные рекуператоры, при использовании которых возможны два способа подачи воздуха: при первом, для подвода воздуха от рекуператора к горелке применяют эксгаустер из жароупорного материала. Воздух просасывается через рекуператор, и возможность утечки практически устраняется. Однако, в этом случае температура подогрева воздуха ограничивается 400 - 450 ?С, так как при более высокой температуре существующие эксгаустеры работать не могут.

Второй способ предусматривает подачу воздуха из рекуператора к горелке при помощи инжектора. Инжектирующей средой служит воздух высокого давления (20 - 40 кПа), количество которого составляет 25 - 30 % общего расхода и который подогревается в металлическом трубчатом рекуператоре до 250 - 350 ?С. В этом случае температура воздуха перед горелкой составляет 650 - 700 ?С. Если для инжектирования применять компрессорный воздух (5 - 7 % общего расхода), то температура воздуха перед горелкой составит 700 - 800 ?С.

Сравнение различных нагревательных колодцев по эксплуатационным показателям приведено в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Показатели работы рекуперативных нагревательных колодцев

Параметр	С центральной горелкой	С одной верхней горелкой
Средняя производительность одной группы, тыс. т/год	230	340
Число оборотов колодцев в год	1360	870
Удельный расход топлива, кДж/кг	1150	1320
Простои колодцев на ремонтах, % к календарному времени	3,77	3,98
Удельный расход огнеупоров на 1 т, кг/т	1,85	1,27

Колодцы с двумя верхними горелками отапливают смесью коксового и доменного газов. Горелки расположены в верхней части рабочего пространства в шахматном порядке. Обычно применяют горелки типа «труба в трубе» или простейшие турбулентные. Горелка должна быть рассчитана так, чтобы количество кинетической энергии струй, создаваемых горелкой, было достаточным для проталкивания продуктов сгорания по петлеобразной траектории - от горелки да дымоотводящих каналов.

Колодцы оборудованы керамическими рекуператорами из восьмигранных карбошамотных трубок, аналогичных тем, которые применяют на нагревательных колодцах с отоплением из центра подины. Поперечные размеры нагревательных колодцев с двумя верхними горелками близки к размерам колодцев с отоплением из центра пода, но глубина их больше (4,2 - 4,4 м). Отсутствие горелки в центре пода позволяет увеличить садку металла, однако прироста производительности это не даёт, так как увеличение садки приводит к увеличению времени нагрева металла.

Следует отметить, что колодцы с двумя верхними горелками по основным показателям - производительности, качеству нагрева, расходу топлива, тепловой нагрузке - схожи с колодцами, отапливаемыми из центра пода. Применение жидкого шлакоудаления на колодцах с двумя верхними горелками весьма затруднено тем, что наибольшая температура достигается в верхней части ячейки, внизу температура значительно меньше и сварочный шлак не жидкотекуч.

3 Автоматизация технологического объекта

Каждая ячейка оборудована системой теплового контроля и автоматического регулирования, состоящей из следующих узлов:

а)измерения и регулирования температуры в рабочем пространстве ячеек;

б)измерения расхода газа и воздуха и регулирования соотношения газ -- воздух;

в)измерения разрежения перед дымовым шибером;

г) автоматической перекидки клапанов;

д)измерения температуры отходящих газов;

е)измерения давления смешанного газа в общем коллекторе

Система автоматизации предназначена для автоматизированного контроля и управления процессом нагрева слитков и получения слитков, соответствующих по качеству нагрева требованиям технологии изготовления слябов. Создание системы призвано снизить себестоимость продукции, обеспечив:

? высокое качество нагрева с учетом исходного температурного состояния слитков;

? максимальную производительность нагревательных колодцев;

? отсутствие при нагреве слитков оплава поверхности;

? минимизацию угара металла и расхода топлива;

? стойкость нагревательных колодцев;

? устойчивую технологию нагрева.

Работа нагревательного колодца оценивается по следующим основным параметрам:

- температура нагрева метала;

- экономичность сжигания топлива;

- атмосфера в печи;

- давление в рабочем пространстве;

- температура подогрева газа и воздуха;

- равномерность подогрева заготовки, которая оценивается косвенно по усилиям, возникающим при прокатке.

Процесс управления нагревом происходит в условиях изменяющихся возмущающих воздействий:

- производительности нагревательного колодца;

- подачи топлива и воздуха;

- калорийности топлива;

- теплофизических параметров заготовок (температуры посада, размеров, теплопроводности);

- подсосов;

- выбиваний через окна;

- неплотности печи.

Основные управляющие воздействия в нагревательных колодцах следующие:

- температура в зонах, которая обеспечивается расходом топлива;

- расход воздуха к горелкам на зону;

- изменение тяги дымовой трубы или эксгаустера.

3.1 Выбор контуров контроля и регулирования

1) Контроль и регулирование температуры в рабочем пространстве

2) Контроль и регулирование давления в рабочем пространстве

3) Контроль и регулирование соотношения смешанный газ-воздух

4) Контроль температуры отходящих газов до рекуператора

5) Контроль давления отходящих газов до рекуператора

6) Контроль давления отходящих газов после рекуператор

7) Контроль температуры отходящих газов после рекуператора

8) Контроль температуры воздуха после рекуператор

9) Контроль температуры смешанного газа после рекуператора

10) Контроль и регулирование температуры стенок металлического рекуператора

4. Схемы автоматизации технологического объекта

4.1 Структурная схема

1) Структурная схема на основе регулятора

Схема 4.1- Структурная схема на основе регулятора“0” (нулевой) уровень в себя включает:

Д - первичные датчики и преобразователи установленные на объекте, для получение информации о ходе процесса продувки;

ИМ -исполнительные механизмы;

“1” уровень в себе содержит:

1. Пульт управления:

Д - датчики;

СУ - системы управления исполнительными механизмами

С - сигнализация;

ИА - индикаторы аналоговые, служат для отображения информации о контролируемых параметрах технологического процесса;

ЗД - задатчик, служит для задания уставок регулируемых параметров;

Р - регулятор.

2. Средства связи:

ПГС - производственная громкоговорящая связь;

ДС - диспетчерская связь.

Цифры, в структурной схеме указывают функции, которые выполняет данный уровень:

1 - контроль параметров;

2 - дистанционное управление;

3 - преобразование параметров;

5 - стабилизация параметров;

6 - выбор режима работы регулятора;

8 - регистрация параметров.

2) Структурная схема на основе микроконтроллера

Схема 4.2- Структурная схема на основе микроконтроллера

“0” (нулевой) уровень в себя включает:

Д - первичные датчики и преобразователи установленные на объекте, для получение информации о ходе процесса продувки;

ИМ -исполнительные механизмы;

“1” уровень в себе содержит:

1. Пульт управления:

Д - датчики;

С - сигнализация;

СУ - средства управления;

ЗД - задатчик, служит для задания уставок регулируемых параметров;

ИА - индикаторы аналоговые, служат для отображения информации о контролируемых параметрах технологического процесса;

2. Контроллер:

ПР - процессор ПЭВМ, выполняющий технологические инструкции верхнего уровня;

ВВУ - вводно-выводное устройство, служит для обеспечения связи и манипулирования с информацией;

УСО - устройство связи с объектом;

ВЗУ - внешнее запоминающее устройство, служит для хранения данных и формирования архива;

3. ЭВМ:

ВТ - видеотерминал, служит для вывода оперативной информации;

УП - устройство печати, служит для получения технологической информации в бумажной форме;

ПРВ - пульт ручного вода данных;

4. Средства связи

ПГС - производственная громкоговорящая связь;

ДС - диспетчерская связь.

Цифры, в структурной схеме указывают функции, которые выполняет данный уровень:

1 - контроль параметров;

2 - дистанционное управление;

3 - преобразование параметров;

4 - контроль и сигнализация состояния оборудования;

5 - стабилизация параметров;

7 - ручной ввод данных;

8 - регистрация параметров;

11 - диагностика состояния оборудования.

Уровень измерительных средств. Состоит из датчиков, измерительных преобразователей. Он предназначен для преобразования технологических величин (значений расхода, давления и т.д.) в электрические величины удобные для передачи на второй уровень автоматизации.

Уровень локальных средств контроля и регулирования. Представляет собой технических средств контроля, находящихся на территории каждого объекта автоматизации, с помощью которых осуществляется контроль параметров процесса. Все эти средства расположены на посту управления нагревательным колодцем и представляют собой: вторичные приборы, контроллеры .

Информация на пост поступает с первичных датчиков на Siemens SIMATIC S7-300, далее передается по линиям связи на ЭВМ, там она обрабатывается и контроллер получает задания.

Также на этом уровне расположены средства диспетчерской связи и производственной громкоговорящей связи.

4.2 Функциональная схема автоматизации

ФСА определяет функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля и управления, а также оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации.

При построении ФСА были рассмотрены следующие контуры:

1) Контроль и регулирование температуры в рабочем пространстве

2) Контроль и регулирование давления в рабочем пространстве

3) Контроль и регулирование соотношения смешанный газ-воздух

4) Контроль температуры отходящих газов до рекуператора

5) Контроль давления отходящих газов до рекуператора

6) Контроль давления отходящих газов после рекуператор

7) Контроль температуры отходящих газов после рекуператора

8) Контроль температуры воздуха после рекуператор

9) Контроль температуры смешанного газа после рекуператора

10) Контроль и регулирование температуры стенок металлического рекуператора

11) Отсечка смешанного газа и воздуха

В первом контуре сигнал от датчика температуры ТПР Метран-212-01 поступает на вторичный показывающий прибор ДИСК 250, а с него на регулятор, а затем на блок ручного управления БРУ-32, пускатель ПБР-2М и МЭО соответственно.

Во втором контуре сигнал с датчика давления Метран-100, с унифицированным сигналом выходным сигналом 4-20 мА, поступает на Диск 250 и на регулятор, а затем на блок ручного управления БРУ-32, пускатель ПБР-2М и МЭО соответственно.

В третьем контуре первичным преобразователем являются диафрагмы. Вторичными - дифманометр - расходомер Метран-350-Р-Вн. Сигналы с метранов поступает на показывающие приборы ДИСК-250, с выходов поступают на вход регулятора соотношения МИК-25 со встроенным задатчиком, а затем на блок ручного управления БРУ-32, пускатель ПБР-2М и МЭО соответственно.

В четвертом контуре сигнал с датчика температуры ТПР Метран-212-01 поступает на вторичный показывающий прибор ДИСК 250.

В пятом и шестом контурах сиганл с датчика давления Метран-100 поступает на вторичный показывающий прибор ДИСК-250.

В седьмом, восьмом, девятом контурах используется датчик температуры ТХА Метран-271, сигнал с этого датчика поступает на ДИСК-250

Десятый контур. С датчика температуры ТХА Метран-271 сигнал поступает на ДИСК-250 и на регулятор, а затем на блок ручного управления БРУ-32, пускатель ПБР-2М и МЭО соответственно.

Контур отсечек представляет собой контроль и сигнализацию давления газа, чтобы в случае возникновения аварийной ситуации полностью перекрыть подачу газа, с помощью отсечного запорно-регулирующего клапана КЭО-Г, установленного на трубопроводе природного газа. На базе контроллера, сигнал со вторичного прибора, фиксирующего давление в трубопроводе природного газа, поступает на вход контроллера, при повышении давления на аварийный уровень, управляющее воздействие с выхода регулятора подается на пускатель и на регулирующий клапан, с помощью которого происходит перекрытие подачи смешанного газа.

4.3 Принципиальная электрическая схема регулирования соотношения смешанный газ-воздух на основе регулятора

Принципиально-электрические схема (ПЭС) - схемная реализация отдельных контуров функциональной схемы автоматизации. Данная схема задает полный состав всех приборов и технических средств, которые входят в данный контур. На основе ПЭС разрабатывают монтажно-коммутационные схемы внешних соединений и подключений.

Принципиальная электрическая схема контура контроля и регулирования может быть разделена на две части. Первая - ввод данных с объекта, вторая реализация управляющего воздействия.

В данной работе реализована ПЭС контура контроля и регулирования соотношения «природный газ-воздух», которая представлена в графической части курсовой работы. Рассмотрим ее содержание.

Измерение расхода осуществляется методом переменного перепада давления. В комплект измерения расхода входит камерная диафрагма, установленная на трубопроводе, и дифманометр-расходомер типа Метран 350-Р-Вн. Перепад давления на сужающем устройстве датчиком Метран 350-Р-Вн преобразуется в стандартный токовый сигнал 4-20 мА, что позволяет избежать установки преобразователя. Датчики подключается по двухпроводной схеме, рисунок 4.3. Для этого используем Блок питания БП-24.

Рисунок 4.3 - Двухпроводная схеме подключения.

На место входного сопротивления Rвх подключаем последовательно вторичные приборы ДИСК 250 и регулятор. Для безопасности системы, и ее дальнейшей работоспособности в случае выхода из строя какого-либо из приборов входы вторичного прибора и регулятора шунтируются стабилитроном.

Со вторичных приборов, сигналы о текущем значении параметров (природного газа и воздуха, клеммы 1), поступают на вход регулятор МИК-25(соответственно клеммы 1 и 5), он является регулятором соотношения со встроенным задатчиком, заданное значение формируется в самом регуляторе. Кроме того, МИК-25 комплектуется встроенным блоком извлечения квадратного корня (что позволяет сделать шкалы вторичных приборов линейными).

Управляющее воздействие с выхода регулятора поступает на блок ручного управления БРУ-32. БРУ позволяет задать режим регулирования «Автомат»/«Дистанция», осуществляет индикацию управляющих сигналов «Больше»/«Меньше» и положение регулирующего органа.

Импульсный сигнал «Больше» с дискретного выхода регулятора соотношения МИК-25 (клемма 19) поступает на блок ручного управления (клемма 12), и с клеммы 13 поступает на вход МЭО (нормально замкнутый контакт, клеммы 9 и 10). Пройдя через конечные выключатели, сигнал поступает на вход бесконтактного реверсивного пускателя ПБР-2М (клемма 9). С выхода пускателя (клемма 6) сигнал идет на двигатель МЭО (клемма 3).

Импульсный сигнал «Меньше» с дискретного выхода регулятора (клемма 20) поступает на вход блока ручного управления (клемма 6), и с клеммы 7 поступает на вход МЭО (нормально замкнутый контакт, клеммы 5 и 6). Пройдя через конечные выключатели, сигнал поступает на вход бесконтактного реверсивного пускателя ПБР-2М (клемма 7). С выхода пускателя (клемма 4) сигнал идет на двигатель МЭО (клемма 2).

В ручном режиме управление осуществляется с помощью кнопок «Больше»/«Меньше» на блоке ручного управления БРУ-32. При нажатии кнопки «Больше» сигнал с БРУ (клемма 20) идет на клемму 14, а дальше с клеммы 13 идет на конечные выключатели МЭО. При нажатии кнопки «Меньше» сигнал с блока ручного управления (клеммы 18) идет на клемму8, а дальше с клеммы 7 идет на конечные выключатели МЭО.

Для питания датчиков используются блоки питания БП-24.

4.4 Принципиальная электрическая схема регулирования давления в рабочем пространстве на основе регулятора

Давление в рабочем пространстве Метран-100 преобразуется в стандартный токовый сигнал 4-20 мА, что позволяет избежать установки преобразователя. Датчики подключается по двухпроводной схеме,

Рисунок 4.4. Для этого используем Блок питания БП-24.

Рисунок 4.4 - Двухпроводная схеме подключения.

На место входного сопротивления Rвх подключаем последовательно вторичные приборы ДИСК 250 и регулятор. Для безопасности системы, и ее дальнейшей работоспособности в случае выхода из строя какого-либо из приборов входы вторичного прибора и регулятора шунтируются стабилитроном.

Со вторичных приборов, сигналы о текущем значении параметров (природного газа и воздуха, клеммы 1), поступают на вход регулятор МИК-21(соответственно клеммы 1 и 5). Управляющее воздействие с выхода регулятора поступает на блок ручного управления БРУ-32. БРУ позволяет задать режим регулирования «Автомат»/«Дистанция», осуществляет индикацию управляющих сигналов «Больше»/«Меньше» и положение регулирующего органа.

Импульсный сигнал «Больше» с дискретного выхода регулятора соотношения МИК-21 (клемма 19) поступает на блок ручного управления (клемма 12), и с клеммы 13 поступает на вход МЭО (нормально замкнутый контакт, клеммы 9 и 10). Пройдя через конечные выключатели, сигнал поступает на вход бесконтактного реверсивного пускателя ПБР-2М (клемма 9). С выхода пускателя (клемма 6) сигнал идет на двигатель МЭО (клемма 3).

Импульсный сигнал «Меньше» с дискретного выхода регулятора (клемма 20) поступает на вход блока ручного управления (клемма 6), и с клеммы 7 поступает на вход МЭО (нормально замкнутый контакт, клеммы 5 и 6). Пройдя через конечные выключатели, сигнал поступает на вход бесконтактного реверсивного пускателя ПБР-2М (клемма 7). С выхода пускателя (клемма 4) сигнал идет на двигатель МЭО (клемма 2).

В ручном режиме управление осуществляется с помощью кнопок «Больше»/«Меньше» на блоке ручного управления БРУ-32. При нажатии кнопки «Больше» сигнал с БРУ (клемма 20) идет на клемму 14, а дальше с клеммы 13 идет на конечные выключатели МЭО. При нажатии кнопки «Меньше» сигнал с блока ручного управления (клеммы 18) идет на клемму8, а дальше с клеммы 7 идет на конечные выключатели МЭО.

Для питания датчиков используются блоки питания БП-24.

Заключение

В курсовой работе было разработано проектирование техническое и программное обеспечение системы автоматизации рекуперативного нагревательного колодца. В результате выполнения работы были разработаны следующие схемы: структурная схема (на базе контроллера и регулятора), функциональная схема автоматизации (на базе контроллера и регулятора) и принципиальная-электрическая схема на базе регулятора. Для построение этих схем были выбраны необходимые технические средства. Была составлена программа, которая отображает основные параметры при нагреве слитков.

Список использованных источников

1. Глинков Г.М - «Проектирование систем контроля и автоматического регулирования металлургических процессов» М.: Металлургия, 1970г.

2. Клюева А.С.- «Проектирование систем автоматизации технологических процессов» М.: ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1990 г.

3. “Сталь” №4 1998г. С.С. Тильга, Н.М. Омесь, В.А. Лозовая, И.И. Иванов, М.Г. Тряпичкин “Совершенствование технологий нагрева слитков в нагревательных колодцах”

4. “Сталь” №4 1998г В.А. Лозовая, И.Т. Ротару, Б.Л. Дынкин, Т.В. Бургутина “Совершенствование тепловой работы нагревательных колодцев с центральной горелкой”.

5. “Сталь” №2 1991г В.А. Лозовая, С.С. Тильга, Л.Д. Заименко, Л.Г. Панюхно, А.А. Дубынина “Реконструкция керамического воздушного рекуператора”

6. “Сталь” №2 1992г О.В. Мордухович, О.А. Гришина “Совершенствование графиков нагрева слитков с учетом тепловой мощности ячеек”

Приложение

Блок-схема расчета температуры в рабочем пространстве

Размещено на Allbest.ru