Проект автоматизації відпалу металу в ковпаковій печі

Таким чином, метою створення АСУ ТП  є ефективний контроль, збір, переробка і видача інформації для управління  технологічним процесом, починаючи від подачі матеріалів із складу і закінчуючи видачею металу з печі.

Після впровадження нової сучасної системи автоматизації значно зростуть всі показники ходу ТП, дана система  призначена  для  автоматизованого  управління  технологічним  процесом термічної обробки металу  в  колпакових печах.

Функції  по  управлінню  технологічними  процесами,  що підлягають  автоматизації,  наступні:

1) централізований  контроль  технологічних  параметрів,  їх  оцінка  сигналізація  виходу  параметрів  за  встановлені   межі;

2) стеження  за інформацією  про  приналежність  до  відпалу,  марки  металу,   часу  посаду  в  піч;

3) визначення  параметрів  теплового  режиму  печей,  необхідних  для термообробки;

4) стабілізація  параметрів  теплового  режиму  на рівні  зазначених  значень;

5) формування,  зберігання  на  зовнішніх  носіях  і  протоколювання  по  виклику  оператора  історії  зміни  параметрів, теплового  режиму  печей;

6) інформаційне  обслуговування  операторів  технологічних  постів;

7) розрахунок  техніко-економічних  показників  роботи  печей  і  облік  часу  роботи  системи  автоматизації;

8) виявлення  відмов  в  роботі  технічних  засобів,  видача  відповідних  повідомлень  і  проведення  своєчасних  ремонтів;

9) діагностика ходу  технологічного  процесу ;

10) дистанційне  керування  технологічним  устаткуванням  і  виконавчими  пристроями;

11) введення  завдання;

12) облік  виробництва  і  складання  даних  на  зміну;

13) контроль  виконання  планових  завдань;

Завдання управління процесом нагріву металу в ковпакових печах полягає у забезпеченні режиму роботи, при якому виходить метал заданої якості при роботі печі з максимальною продуктивністю.

Режим роботи печі характеризується температурою нагріву і охолодження металу, економічністю спалювання палива, тривалістю нагріву, продуктивністю печі.

Основними впливами обурення в процесі нагрівання металу є зміна характеристик садки: маси і розмірів рулону, марки металу, його товщини, щільності намотування, зміна тиску і калорійності газу, зміна тиску в печі.

Ковпакова піч з точки зору автоматичного регулювання є ємнісним статичним об'єктом з великим значенням постійної часу Т і малим за величиною відношенням /Т - менш 0,2.

Ковпакова піч працює таким чином: на стенді формують стопу з декількох поставлених один на одного рулонів. Між рулонами закладають конверторні кільця і зверху стопу закривають кришкою. Потім стопу накривають муфелем, а муфель нагрівальним ковпаком з футеруванням. Циркуляційний вентилятор приводиться в обертання електродвигуном і, під направляючий апарат з системи подачі захисного газу, через вузол підведення  вводять захисний газ (азот 95 - 97 %  і водень 5 - 3 %). Після вентиляції підмуфельного простору захисним газом включають пальники, встановлені в пальникових каналах футеровки ковпака. За допомогою електрозапальника на виходах центральних звужуючихся соплових отворів корпусів пальників, запалюють факели пальників. Димові гази евакуюються через газовий тракт і відходять в димовідвід, за допомогою ежектора. Регулювання кратності ежекції димових газів у повітря здійснюється при зміні витрати повітря через регулювальний орган.

Циркуляційний вентилятор засмоктує захисний газ контрольованого складу з центральної порожнини стопи і подає його догори вздовж стінки муфеля. У періоди нагріву стопи і вирівнюванні температури по висоті і ширині рулонів, забезпечується відповідність інтенсивності підведення теплоти до муфелем від пальників та інтенсивності відводу теплоти від муфеля до захисного газу. При цьому реалізують частоту обертання електродвигуна циркуляційного вентилятора, за допомогою перетворювача частоти, за сигналом контролера. При досягненні заданої температури відпалу стопи, проводять відключення пальників, знімають ковпак. Зменшення частоти обертання електродвигуна циркуляційного вентилятора за допомогою перетворювача частоти, відповідно з темпом охолодження стопи, дозволяє знизити витрату електроенергії на привід і підвищити продуктивність печі.

Регулювання теплового, температурного і аеродинамічного режимів печі в циклі відпалу здійснюється при подачі керуючих сигналів зі стендового датчика температури, фіксуючого температурний режим на стенді під муфелем поруч з нижнім рулоном, на входи контролера, який обробляє за заданим алгоритмом, і видає виконавчі сигнали, які надходять на виконавчі механізми, що регулюють витрату газу, витрату захисного газу, продуктивність роботи вентилятора через перетворювач частоти, відповідно до інтенсивності підведення і відведення теплоти від муфеля в періоди нагріву і вирівнювання температури садки і швидкість циркуляції захисного газу під муфелем в періоди охолодження, а також на виконавчий механізм, що керує регулювальним органом витрати повітря на ежекторі, здійснюючи регульовану евакуацію димових газів відповідно до зміни теплового навантаження печі.

Використання перетворювача частоти, керованого з контролера від сигналів датчиків температури, дозволяє плавно регулювати число обертів на валу електродвигуна з циркуляційним вентилятором і проводити безперервне підстроювання теплового й аеродинамічного режимів печі до щільності захисного газу і адаптувати швидкість і кратність його циркуляції з умовами підведення теплоти від пальників в період нагріву і вирівнювання температур по стопі рулонів, а в період охолодження садки ‒ з темпом її охолодження.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

На функціональній схемі автоматизації ковпакової печі (додаток А) відображені такі контури регулювання та контролю:

1. Контур контролю та регулювання температури під ковпаком печі;
2. Контур контролю та регулювання  розрідження у димовідвідному каналі;
3. Контур контролю та регулювання витрати захисного газу;
4. Контур контролю тиску природного газу в трубопроводі;
5. Контур контролю тиску повітря в трубопроводі;
6. Контур контролю тиску захисного  газу в трубопроводі;
7. Контур контролю витрати природного газу;
8. Контур контролю витрати повітря.

Вибір технологічних засобів для контурів контролю та регулювання визначається межами виміру технологічних параметрів і умовами експлуатації.

1) Контур контролю та регулювання температури під ковпаком печі

Сигнал 4-20 мА з термопари (поз. 1а) тип ТХА-2088-4 надходить на вхід цифрового реєструючого приладу SIREC DS (поз.1б), де перетворюється в цифровий і фіксується в пам’яті приладу (по стандарту Ethernet передається на ЕОМ робочої станції), та на аналоговий вхід контролера Wago 750. З блока ручного керування БРУ-15 (поз.1г) ​​в контролер на дискретний вхід надходить інформація про те, чи буде температура задаватися за допомогою задатчика вручну, або завдання буде здійснюватися з робочої станції на підставі розрахунку. Якщо температура задається вручну, в контролер на аналоговий вхід подається сигнал з задатчика РЗД-22 (поз.1в).

Контролер на підставі отриманих даних визначає відхилення  між поточним і заданим значенням температури під ковпаком, і за цим відхиленням, по ПІД- алгоритму розраховує керуючий вплив, який надходить на блок ручного керування, БРУ-15 відправляє отриманий сигнал на пускач ПБР-2м (поз.1д). ПБР-2м по сигналу подає живлення на виконавчий механізм МЄО-100/10-0,25 (поз. 1е). Виконавчий механізм впливає на регулюючий орган - газову заслінку, і заслінка змінює поточну витрату газу. Дистанційний покажчик положення ДУП-М (поз.1є) відображає положення валу виконавчого механізму.

2) Контур контролю та регулювання  розрідження у димовідвідному каналі

Сигнал 4-20 мА з датчика абсолютного тиску SITRANS P DS III (7MF4233)  (поз. 2а) надходить на вхід цифрового реєструючого приладу SIREC DS (поз. 2б), де перетворюється в цифровий і фіксується в пам’яті приладу (по стандарту Ethernet передається на ЕОМ робочої станції), та на аналоговий вхід контролера Wago 750. З блока ручного керування БРУ-15 (поз.2г ) ​​в контролер на дискретний вхід надходить інформація про те, чи буде температура задаватися за допомогою задатчика вручну, або завдання буде здійснюватися з робочої станції на підставі розрахунку. Якщо тикс задається вручну, в контролер на аналоговий вхід подається сигнал з задатчика РЗД-22 (поз.2в).

Контролер на підставі отриманих даних визначає відхилення  між поточним і заданим значенням тиску в димовідвідному каналі, і за цим відхиленням, по  ПІД- алгоритму розраховує керуючий вплив, який надходить на блок ручного керування, БРУ-15 відправляє отриманий сигнал на пускач ПБР-2м (поз.2д). ПБР-2м по сигналу подає живлення на виконавчий механізм  МЄО-100/10-0,25 (поз. 2е). Виконавчий механізм впливає на регулюючий орган - заслінку, і заслінка змінює поточну витрату повітря на ежектори печі. Дистанційний покажчик положення ДУП-м (поз.2є) відображає положення валу виконавчого механізму.

3) Контур контролю та регулювання  витрати захисного газу

Витрату захисного газу визначають по перепаду тиску на діафрагмі ДК 25 (поз.3а), значення тиску надходить на датчик різниці тиску SITRANS P DS III (7MF4533) (поз.3б), с датчика сигнал 4-20 мА надходить на вхід цифрового реєструючого приладу SIREC DS (поз. 3в), де перетворюється в цифровий і фіксується в пам’яті приладу (по стандарту Ethernet передається на ЕОМ робочої станції), та на аналоговий вхід контролера Wago 750. З блока ручного керування БРУ-15 (поз.3д) ​​в контролер на дискретний вхід надходить інформація про те, чи буде значення витрати захисного газу задаватися за допомогою задатчика вручну, або завдання буде здійснюватися з робочої станції на підставі розрахунку. Якщо температура задається вручну, в контролер на аналоговий вхід подається сигнал з задатчика РЗД-22 (поз.3г).

Контролер на підставі отриманих даних визначає відхилення  між поточним і заданим значенням витрати, і за цим відхиленням, по  ПІД- алгоритму розраховує керуючий вплив, який надходить на блок ручного керування, БРУ-15 відправляє отриманий сигнал на пускач ПБР-2м (поз.3е). ПБР-2м по сигналу подає живлення на виконавчий механізм  МЄО-100/10-0,25 (поз.3є). Виконавчий механізм впливає на регулюючий орган - газову заслінку, і заслінка змінює поточну витрату захисного газу. Дистанційний покажчик положення ДУП-М (поз.3ж) відображає положення валу виконавчого механізму.

4) Контур контролю тиску природного  газу в трубопроводі

Сигнал 4-20 мА з датчик надлишкового тиску SITRANS P DS III (7MF4033)  (поз. 4а) надходить на вхід цифрового реєструючого приладу SIREC DS (поз. 4б), де перетворюється в цифровий і фіксується в пам’яті приладу (по стандарту Ethernet передається на ЕВМ робочої станції), та на аналоговий вхід контролера Wago 750.

У контролері відбувається аналіз отриманого значення і при досягненні ним критичної величини, з дискретного виходу контролера подається сигнал  і спрацьовує сигнальна лампа (лампа комутаторна КМ 24-90 (поз.HL2)) і звукова сигналізація (дзвінок ЗВП 220 (поз.HA1)). Також на щиті КВПіА встановлена ще одна лампа КМ 24-90 (поз.HL1), яка сигналізує присутність напруги в мережі, і дві кнопки SB7-CA65, одна для опробування сигналу (поз.4в), інша для відключення сигналу (поз.4г).

5) Контур контролю тиску повітря в трубопроводі

Сигнал 4-20 мА з датчик надлишкового тиску SITRANS P DS III (7MF4033)  (поз. 5а) надходить на вхід цифрового реєструючого приладу SIREC DS (поз. 5б), де перетворюється в цифровий і фіксується в пам’яті приладу (по стандарту Ethernet передається на ЕВМ робочої станції), та на аналоговий вхід контролера Wago 750.

У контролері відбувається аналіз отриманого значення і при досягненні ним критичної величини, з дискретного виходу контролера подається сигнал  і спрацьовує сигнальна лампа (лампа комутаторна КМ 24-90 (поз.HL4)) і звукова сигналізація (дзвінок ЗВП 220 (поз.HA2)). Також на щиті КВПіА встановлена ще одна лампа КМ 24-90 (поз.HL3), яка сигналізує присутність напруги в мережі, і дві кнопки SB7-CA65, одна для опробування сигналу (поз.5в), інша для відключення сигналу (поз.5г).

6) Контур контролю тиску захисного  газу в трубопроводі

Сигнал 4-20 мА з датчик надлишкового тиску SITRANS P DS III (7MF4033)  (поз. 6а) надходить на вхід цифрового реєструючого приладу SIREC DS (поз. 6б), де перетворюється в цифровий і фіксується в пам’яті приладу (по стандарту Ethernet передається на ЕВМ робочої станції), та на аналоговий вхід контролера Wago 750.

У контролері відбувається аналіз отриманого значення і при досягненні ним критичної величини, з дискретного виходу контролера подається сигнал  і спрацьовує сигнальна лампа (лампа комутаторна КМ 24-90 (поз.HL6)) і звукова сигналізація (дзвінок ЗВП 220 (поз.HA3)). Також на щиті КВПіА встановлена ще одна лампа КМ 24-90 (поз.HL5), яка сигналізує присутність напруги в мережі, і дві кнопки SB7-CA65, одна для опробування сигналу (поз.6в), інша для відключення сигналу (поз.6г).

7) Контур контролю витрати природного  газу

Витрату захисного газу визначають по перепаду тиску на діафрагмі ДК 25 (поз.7а), значення тиску надходить на датчик різниці тиску SITRANS P DS III (7MF4533) (поз.7б), с датчика сигнал 4-20 мА надходить на вхід цифрового реєструючого приладу SIREC DS (поз.7в), де перетворюється в цифровий і фіксується в пам’яті приладу (по стандарту Ethernet передається на ЕОМ робочої станції), та на аналоговий вхід контролера Wago 750.