Проект автоматизації відпалу металу в ковпаковій печі

 

 

_____________________________________________________________________________________________

(повне найменування вищого навчального  закладу)

_____________________________________________________________________________________________

(повна назва кафедри, циклової комісії)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з ___________________________________________________________

(назва дисципліни)

на тему:_____________________________________________________

____________________________________________________________

 

 

 

 

 

 

 

Студента (ки) _____ курсу ______ групи

напряму підготовки__________________

спеціальності_______________________

__________________________________

(прізвище та ініціали)

Керівник ___________________________

____________________________________

(посада, вчене звання, науковий ступінь, прізвище та ініціали)  

 

Національна шкала ________________   

Кількість балів: __________Оцінка:  ECTS _____

 

 

 

 

 

 

                                                                     Члени комісії          ________________  ___________________________

                                                                                                                                             (підпис)                        (прізвище та ініціали)

                                                                                                      ________________  ___________________________

                                                                                                                                              (підпис)                        (прізвище та ініціали)

                                                                                                                                ________________  ___________________________

                                                                                                                                              (підпис)                         (прізвище та ініціали

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                       м. Запоріжжя – 2014 рік

ЗАВДАННЯ

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

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

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

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

ЗМІСТ

ВСТУП……………………………………………………………………………5

1 . КОНСТРУКЦІЯ КОВПАКОВОЇ ПЕЧІ І ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ …..……………………………………………………………………6

1.1 Призначення ковпакої  печі.….….….….……...…………………… ……6

1.2. Опис конструкції об’єкта управління …………………………………...7

1.3 Опис технологічного  процесу ……………………………...……….……8

1.4 Ковпакова піч,  як об’єкт автоматизації …………………………………11

2. ФУНКЦІОНАЛЬНА СХЕМА АВТОМАТИЗАЦІЇ, ВИБІР ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ КОНТРОЛЮ  ТА УПРАВЛІННЯ ……………………………….….15

3. ВИЗНАЧЕННЯ КІЛЬКОСТІ ТА ТИПУ  ВХІДНИХ І ВИХІДНИХ СИГНАЛІВ  МІКРОПРОЦЕСОРНОГО КОНТРОЛЕРА……………………...20

4. ПРОЕКТНЕ КОМПОНУВАННЯ КОНТРОЛЕРА WAGO 750-841……….22

4.1 Опис контролера……………………………………….………….….22

4.2 Компонування контролера…………………………………………...24

ВИСНОВКИ……………………………………………………………………...26

ЛІТЕРАТУРА…………………………………………………………………….27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 . КОНСТРУКЦІЯ КОВПАКОВОЇ ПЕЧІ І ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ

1.1 Призначення  ковпакої печі

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

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

Застосовувана термообробка може бути класифікована наступним чином:

а) пом'якшувальний відпал;

б) рекристалізаційний відпал;

в) відпустк.

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

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

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

 

1.2. Опис конструкції об’єкта управління

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

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

 

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

 

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

 

1.3 Опис  технологічного процесу

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

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

 

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

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

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

 

1.4 Ковпакова піч,  як об’єкт автоматизації

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

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

2. Відносно великої витрата природного газу.

3. Відсутність централізованого  збору даних.

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

5. Відсутність математичної моделі  ходу ТП.

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