Мікропроцесорні та програмні засоби автоматизації

Міністерство освіти молоді і спорту України

Запорізька державна інженерна  академія

 

Кафедра автоматизованного управління технологічними процесами

 

 

 

 

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

До курсової роботи

З предмету «Мікропроцесорні та програмні засоби автоматизації»

 

 

 

 

 

 

 

Виконала:                                                                              ст.гр. АТП-09д

    Галуза М.В.

 

 

Перевірив:               проф. кафедри АУТП

  Ніколаєнко А.М.

 

 

 

м. Запоріжжя, 2013 рік

ЗАВДАННЯ

Здійснити проектне компонування контролера PACSystem RX7i розподіленої конфігурації для системи автоматичного управління роботою доменої печі та розробити LD–программу у середовищі Proficy Machine Edition.

 

ВСТУП

В даний час на доменних печах як замінників дорогого і дефіцитного коксу використовують додаткове паливо, зокрема тверде - пиловугільне. Ефективність використання пиловугільного палива в доменній плавці в значній мірі залежить від рівномірного розподілу вдуваного палива у фурми доменної печі. Установка вдування пиловугільного палива складається з:

 - системи завантаження ПВП в інжекційні резервуари для вдування

ПВП в піч;

- двох інжекційних резервуарів;

- системи подачі азоту в резервуари і транспортні трубопроводи;

- загального транспортного трубопроводу ПВП до доменної печі;

- дільника потоку ПВП;

- транспортних трубопроводів від дільника до фурм доменної печі;

- систем регулювання потоку ПВП в загальному трубопроводі і систем рівномірного розподілу ПВП по трубопроводах, що подає його до фурм печі.

Все більш актуальною стає задача автоматичного регулювання продуктивності пиловугільної установки для стабілізації роботи та оптимізації режимів її експлуатації. Основними контрольованими параметрами, які характеризують процес пиловдування в доменну піч, є:

- температура в печі;

- тиск у печі;

- витрата суміші повітря з азотом в трубопроводі;

- витрата пиловугільного палива;

- вага пиловугільного палива в проміжному резервуарі;

- положення регулюючих заслінок і клапанів;

- рівень бункера запасу пиловугільного палива, резервуарів і

трубопроводів відповідними матеріалами.

Регулюючими параметрами установки є:

- витрата вугільного пилу;

- витрата повітря, що надходить на аераційний живильник.

Система управління процесом пиловдування повинна забезпечити:

1. Безперервний контроль основних параметрів процесу;

2. Рівномірний розподіл палива по всіх фурмах, шляхом регулювання витрати пиловугільній суміші;

3. Автоматичне управління процесом пиловдування з пульта диспетчера з дублюванням основних контрольних показань на панелі майстра доменної печі.

 

 

 

1.1. Основні технологічні величини, їх статичні і динамічні характеристики об'єкта автоматизації

Температура в контурі дроблення вимірюється за допомогою вимірювача максимальних значень вимірів 1.x.01 72.03 і 1.x.01 72.02. 
Під час процесу розігріву температура в контурі дроблення повинна збільшуватися поступово. Тому установка задається за таблицею розігріву під час запуску. Якщо процес розігріву закінчений, тобто відпрацьований останній введення по таблиці, активується установка "підтримка в теплому стані ". Після включення розмелювання активується установка "розмел". 
Тиск у контурі дроблення вимірюється за допомогою вимірювача тиску перед млином (1.x.01 70.01) Під час процесу розігріву та підтримання в теплому стані тиск сушильного газу в контурі розмелювання підтримується постійним за рахунок його регулювання з допомогою жалюзійних заслінки перед вивідний трубою. Потік (витрата) сушильного газу в контурі дроблення вимірюється за допомогою витратоміра перед технологічним вентилятором (1.x.01 73.02). Витрата регулюється за допомогою жалюзійних заслінки перед технологічним вентилятором. Під час процесу розігріву та підтримання в теплому стані задається постійна установка.

Установка під час процесу  дроблення залежить від помольне продуктивності млина. Установка інтерполюється на базі таблиці параметрів. 
Фактичне зміст O2 в контурі дроблення вимірюється за допомогою аналізатора CO/O2, розташованого за фільтром (1.x.01 75.02). 
Сухий атмосферне повітря, що додається в контур розмелювання, зменшує вологість газу в контурі. Через це необхідно вдути якомога більше атмосферного повітря в контур розмелювання. З іншого боку, максимальна кількість атмосферного повітря обмежено, оскільки за рахунок додавання атмосферного повітря відбувається збільшення вмісту кисню в контурі дроблення. Таким чином, регулювання керуючої жалюзійних заслінкою атмосферного повітря проводиться в залежності від вмісту O2 в контурі дроблення.

Підвищує тиск вентилятор кауперного газу необхідний для збільшення тиску кауперного газу до необхідного  значення. Кауперний газ використовується для обігріву контуру розмелювання. На обидві установки розмелювання передбачена  загальна труба-колектор, куди надходить  кауперний газ від ДП 2 і ДП 3. Існує можливість активувати / деактивувати подачу кауперного газу за допомогою шиберного затвора, що приводиться в рух двигуном. З труби-колектора кауперний газ розгалужується на установки розмелювання. За допомогою шиберного затвора, що приводиться в рух двигуном, можна (де) активувати подачу кауперного газу на кожну установку розмелювання окремо. За шиберной заслінкою знаходиться вентилятор кауперного газу, який регулюється частотним перетворювачем для регулювання потоку кауперного газу.

Лінія кауперного газу знову  розгалужується після вентилятора. Одна лінія йде на витяжну трубу. На лінії встановлена ​​керуюча  заслінка для регулювання тиску  кауперного газу. Інша лінія йде  на контур розмелювання перед генератором  гарячого газу. На лінії встановлена  ​​керуюча заслінка для регулювання  температури за млином за рахунок  управління потоком кауперного газу в контурі розмелювання. Під помольне чашею потік гарячого газу з макс. температурою 300 °C вдувається у вертикальну млин. Температура перед млином різна і залежить від маси розмеленого вугілля та його вологості. Теплова енергія, в основному, забезпечується кауперним газом, нестача енергії заповнюється генератором гарячого газу при спалюванні повітря для горіння. Вміст кисню в відпрацьованих газі, що виходить з камери згоряння, складає прим. 3% обсягу. Генератор гарячого газу Loesche, використовуваний в установці, розроблений для виробництва гарячих газів для подальшого розмелювання і осушення вугілля. Він спеціально розроблений для спалювання збіднених газових сумішей. Азот використовується для запуску і зупинки установки розмелювання. Він також використовується для інертизації установки. Азот подається із заводської мережі. Максимальний вміст кисню в азоті складає 100 ppm; точка роси - -40 °C. У ємності міститься резервний об'єм азоту. При падінні тиску подачі азоту нижче гранично допустимого значення установка розмелювання вимикається. Таким чином забезпечується достатня кількість азоту, необхідного для інертизації. Для забезпечення азотом установки помолу і сушки і установки вдування встановлено чотири азотних компресора і один осушувач азоту. Чотири компресора підвищують тиск азоту з 5-6 бар на вході до 18 бар на виході. Для роботи установки достатньо трьох компресорів. Четвертий компресор використовується в якості резервного. Для рівномірного розподілу часу роботи кожного компресора використовується циклічне перемикання з одного компресора на інший.

На стороні низького тиску  компресорів встановлений осушувач азоту. У разі наявності вологи в  азоті його необхідно осушити. В  інший час азот йде по байпасу в обхід осушувача. Перш ніж вологий азот буде пропущений через осушувач, він повинен розігріватися протягом 24 годин. Після закінчення часу розігріву відкриється прохід через осушувач, а байпас буде закритий оператором і системою візуалізації. За компресорами встановлено чотири азотних ємності, в яких зберігається азот під тиском 18 бар. З цих ємностей забезпечується подача азоту на всю установку. Для поліпшення горіння вугілля безпосередньо з кінця сопла вдувається кисень. Це робиться на кожній з 16-20 фурм (залежно від ДП). У місці входження кисню в сопло встановлений вогнегасник. Подача кисню (азоту) на кожне сопло здійснюється регламентовано, і кількість кисню регулюється керуючим вентилем (2.х.04 23.01.1). Установка кисню задається операцією через систему ЧМІ. Кисень подається з кисневої станції через фільтр в магістральну трубу. Магістральна труба живить кільцевої трубопровід для подачі кисню на кожне окреме сопло. Азот подається з азотною станції через фільтр в магістральну трубу. Магістральна труба живить кільцевої трубопровід для подачі азоту для охолодження кожного сопла. Азот і кисень відокремлені один від одного трипозиційними клапанами (2.х.04 15.01.1-18). Тиск кисню в мережі в умовах експлуатації складає 9 бар. У разі експлуатації через систему ЧМІ або у разі перебоїв у вдмухуванні вугільного пилу або в подачі кисню, вдування кисню автоматично перемикається на азот. Вдування кисню може бути включено, якщо установка вдування продовжує працювати і розблоковано мінімальна кількість сопел, вугілля йде, і час запізнювання минув. Мінімальна кількість кисню на фурму становить 150 м3 / ч, а максимальна кількість становить 450 м3 / ч.

 

 

1.2. Схема інформаційних потоків

Уявімо пилевугільну установку доменної печі як сукупність технологічного устаткування та інформаційних потоків між його елементами . На встановлення ПВП, яка є об'єктом періодичної дії, у період її роботи, подаються матеріал (вугіль) і газ. З об'єкта при допомозі аераційного живильника і пневмонасосів вдувається матеріал (пілевугільна суміш), кісень і азот у фурму доменій печі. Такоже з повітрянагрівачів доменних печей № 2 і № 3 подається дуття у фурму доменної печі. У контролер вводиться вся інформація про хід технологічного процесу:

- тиск азоту при подачі  його у фурму доменій печі;

- зміст кисню при подачі  його у фурму доменій печі;

- витрата піловугільної суміші при подачі його у фурму доменій печі; 
Інформація з контролера надходить в ЕОМ і навпаки.

- інформаційний потік  від контролера до ЕОМ;

- інформаційний потік  від ЕВМ до контролера.

Вихідними сигналами є:

- зміна витрати піловугільної суміші при подачі його у фурму доменій печі;

- зміна змісту кисню  при подачі його у фурму  доменій печі;

- зміна тиску азоту  при подачі його у фурму  доменій печі.

Сигнали впливають на виконавчі  механізми (ВМ). Вихідний сигнал формується з урахуванням завдання, яке вводиться  в контролері. Завдання в ході технологічного процесу може бути змінено оператором. 
Інформаційна схема керування дозволяє візуально спостерігати матеріальні та інформаційні потоки, що полегшує постановку питання автоматичного управління.

 

 

1.3 Визначення кількості  та типу вхідних і вихідних  сигналів

мікропроцесорного контролера

          Визначення кількості та типу вхідних і вихідних сигналів контролера здійснюється на основі аналізу роботи існуючих засобів вибору режимів роботи, ручного керування, вихідних сигналів  датчиків, що контролюють технологічні параметри, а також виконавчих пристроїв, табл.1.1 ,1.2.

 

Таблиця 1.1      Технічні засоби, що формують вхідні сигнали контролера

 

№	Параметр	Назва і тип	Вихідний сигнал	Постачальник
1	Витрати азоту	Датчик різниці тиску Метран 100-ДД	4-20 мА	«Метран» М. Челябінськ
2	Відсоток кисню в азоті, дутті	Газоаналізатор Флюорит-Ц	4-20 мА	Ангарское ОКБА Г. Ангарск
3	Сігнал рівня в ємності	СУ 200МАИ	4-20 мА	КОНТАКТ-1, Г. Рязань
4	Вологість у бункері	Нейтронный влагомер сыпучего материала MOLA 7200A	4-20 мА	Thermo Electron Corporation Німеччина
5	Регістрація	Багатоканальний реєструючий прилад Альфалог-100М	4-20 мА	«Теплоприбор-Юнит», г.Челябинск
6	Вимірювання надмірного тиску	Перетворювач тиску Cerabar M	4-20 мА	Endress Hauser
7		Блок ручного управління БРУ-7	4-20 мА	«Мікрол» Україна
8	Вимірювання надмірного тиску	Манометр електроконтактний ДМ2010ф	4-20 мА	«СТАРОРУСПРИБОР» Старая Русса
9	Вимірювання температури	ТСМ 1088	4-20 мА	«Промприлад» М.Харків
10	Вимірювання масової витрати	«Ирка»	4-20 мА
11	Вимірювання температури	Термопара Pt100	4-20 мА	Shanghai China (Mainland)
12	Рівень ПВП	Сигналізатор граничного рівня Pointek ULS 200	Нормально відкритий контакт	«СВ Альтера»
13	Рівень ПВП	Сигналізатор граничного рівня Pointek ULS 200	Нормально відкритий контакт	«СВ Альтера»

 

 

 

 

 

Таблиця 13. 3               Виконавчі пристрої, що змінюють параметр

№ п/п	Параметр	Назва і тип виконавчого пристрою, що змінює параметр	Сигнал керування виконавчим механізмом	Постачальниктехнічного засобу
1	Витрата дуття	Пускач ПБР з виконавчим механізмом МЕО-16/10-0,25-93	Імпульсний	ООО «ПЭК» м. Чебоксари
2	Витрата повітря	Пускач ПБР з виконавчим механізмом МЕО-40/63-0,63-93	Імпульсний	ООО «ПЭК» м. Чебоксари
3	Витрата природного, газу	Пускач ПБР з виконавчим механізмом МЕО-63/10-0,25-92С	Імпульсний	ООО «ПЭК» м. Чебоксари
4	Витрата доменного газу	Пускач ПБР з виконавчим механізмом МЕО-63/10-0,25-92С	Імпульсний	ООО «ПЭК» м. Чебоксари
5	Витрата ПВП	Пускач ПБР з виконавчим механізмом МЕО-63/10-0,25-92С	Імпульсний	ООО «ПЭК» м. Чебоксари
6	Витрата азоту	Пускач ПБР з виконавчим механізмом МЕО-63/10-0,25-92С	Імпульсний	ООО «ПЭК» м. Чебоксари

 

Виходячи з приведеної вище інформації задачу керування можна розділити  на дільниці за типами сигналів. Керування завантаженням та вивантаженням бункерів ПВП  реалізується на датчиках, які мають дискретні виходи . Тому задачу цієї дільниці можна віднести до логічних.

 

1.4 Проектне компонування контролера PACSystem RX7i

Одним з лідерів на ринку засобів  автоматизації є GE Fanuc - спільне підприємство відомого концерну General Electric (США) і японської корпорації Fanuc. Продукцією GE Fanuc і його служб підтримки є програмні продукти CIMPLICITY, високоякісні програмовані логічні контролери, широкий діапазон пристроїв ЧПУ, пристроїв контролю переміщення, інтерфейси оператора, промислові комп'ютери, лазери і широкий перелік послуг з сервісного обслуговування споживачів.

        Новітніми  розробками компанії GE Fanuc, що створені саме на основі стандартної відкритої архітектури РАС є контролери PACSystems RX3i і PACSystems RX7i. В цих засобах автоматизації використовуються високопродуктивні процесори Intel з частотою 1800/700/300 Мгц, а також високошвидкісні PCI (PACSystems RX3i) 27Мгц та інтеграційні VME64 (PACSystems RX7i) шини. Ці контролери прийшли на зміну популярним моделям Series 90-70/90-30. При цьому була забезпечена спадкоємність з модулями вводу-виводу контролерів попереднього покоління.