Автоматизация ДСП - 180

Если температура футеровки  достигает значения, влияющего на её износ, то САУ ЭР переключает печной трансформатор на ближайшую низшую ступень напряжения. Перед началом  продувки ЭВМ УВК выдает задание  в САУ продувкой кислорода  – режим продувки. САУ осуществляет перемещение кислородной фурмы, устанавливает её в заданную позицию, производит управление подачей кислорода  и при заданном количестве введенного в печь кислорода отключает подачу кислорода и поднимает кислородную  фурму.

Экспресс-лаборатория соединена  с системой передачи результатов  химического анализа. ЭВМ УВК  дает команду на отбор пробы металла. При поступлении в экспресс-лабораторию  проба отрабатывается и устанавливается  в квантометр и в течение 40-60 с  анализируется в соответствии с  заданной программой. По результатам  этого анализа ЭВМ вычисляет, какие материалы (легирующие, шлакообразующие  и раскислители) и в каком количестве необходимо ввести в печь. При этом ЭВМ учитывает количество и стоимость  материалов, хранящихся в бункерах, вычисляет оптимальный по себестоимости  вариант наборов материалов.

САУ дозированием сыпучих и ферросплавов посылает команду на включение вибропитателей под соответствующими расходными бункерами, из которых должны отбираться требуемые  материалы. После набора полной дозы материала питатель отключается. Заданная и фактическая массы каждого  из дозируемых материалов инициируются на цифровых табло, установленных на пульте управления. При выгрузке материалов их масса регистрируется и передается в ЭВМ.

Для сталей каждой марки в базе данных ЭВМ хранится оптимальный  закон изменения температуры  металла. УВК в наперед заданные интервалы плавки периодически информирует  сталевара о необходимости произвести замер температуры металла. Измеренные величины температур передаются в ЭВМ  УВК, которая, сопоставив фактические  и заданные температуры металла, определяет их разность и вычисляет  требуемое количество электроэнергии. САУ ЭР устанавливает новый электрический  режим с учетом того, что следующий  замер температуры должен соответствовать  заданной температуре металла.

Непрерывно получая информацию о текущих значениях мощности тепловых потерь, напряжения сети, температуры  подины и футеровки и других показателях, ЭВМ УВК вычисляет электрический  и тепловой режимы, отвечающие условиям минимальных удельных расходов электроэнергии, длительности плавления или себестоимости 1т стали.

 

2 Анализ применяемой системы управления

Представленная система автоматизации  предназначена для больших электродуговых печей с заменой воды на жидкометаллический теплоноситель. Система работает с различными аналоговыми и цифровыми вычислительными устройствами совместно с электронной, электрогидравлической и пневматической аппаратурой регулирования.

В опытных системах комплексного управления представленную выше систему автоматической стабилизации параметров теплового режима стремятся дополнить контурами автоматической коррекции заданий регуляторам стабилизации по некоторым технологическим показателям плавки, ее теплотехническим показателям и ограничивающим факторам с целью возможно более оптимального ведения всего процесса плавки или отдельных ее периодов. При этом велики трудности, вызванные недостатком объективной информации о процессе, о связях производительности и экономичности работы печи с параметрами процесса, и прежде всего такими как теплоусвоение ванны и скорость выгорания углерода.

Использование вычислительных устройств  позволяет несколько компенсировать недостаток информации о процессе, вызванный невозможностью прямого измерения ряда параметров, а также косвенной их оценкой в результате вычислений по ряду других непосредственно измеряемых величин.

В данной системе предусматривают  автоматическое регулирование тепловой нагрузки печи (расхода теплоносителя). Для управления тепловой нагрузкой предусмотрены индивидуальные регуляторы расхода теплоносителя (жидкометаллического, например сплав С - 13). Необходимую тепловую нагрузку устанавливают изменяя расход теплоносителя. Регулирование расхода необходимо для того, чтобы на выходе из печи получить температуру заданного значения (например, 540°С) и дальнейшего применения теплоносителя заданной температуры для выработки перегретого пара и электроэнергии. Также регулирование расхода позволит предотвратить прогар футеровки печи, что может привести  к серьезной аварии. 

Задание регулятору тепловой нагрузки в этой системе автоматически  корректируется в зависимости от изменений температуры свода и панелей, а также ограничивают вручную (в случае перегрева шихты или металла).

Заданное значение температуры  свода и панелей , при котором вводится коррекция, может устанавливаться с целью предохранения кладки от перегрева, а также может быть снижено персоналом в зависимости от особенностей технологического режима (задержки завалки или доводки).

Для регулирования процесса изменением подачи теплоносителя используют простейшее вычислительное устройство, определяющее по тепловому потоку печи. С целью максимально использовать тепловыделения в процессе плавки, задание регулятору pacxoдa  теплоносителя автоматически корректируют по результатам непрерывного анализа перепада температур. При предельно возможной подаче теплоносителя по результатам анализа перепада температур ограничивают, в случае необходимости, тепловую нагрузку печи, автоматически снижая задание регулятору расхода теплоносителя.

Дальнейшее развитие опытных систем комплексного управления предусматривает коррекцию заданий регулятором стабилизации теплового режима по объективным показателям хода процесса плавки - теплоусвоению ванны и скорости выгорания углерода. Эти величины вычисляют либо по алгебраическим уравнениям мгновенного обратного теплового баланса и баланса плавки по углероду либо по дифференциальным уравнениям, описывающим процесс изменения этих величин во времени.

 

3 Описание функциональной  схемы автоматического контроля, регулирования и сигнализации  дуговой сталеплавильной печи

Все подлежащие автоматическому контролю параметры можно разделить на четыре группы:

1. параметры процесса – температура и состав металла;
2. теплотехнические параметры агрегата – расход и давление кислорода и газа на горелку, температура футеровки, температура воды в системе охлаждения оборудования печи и т.п.;
3. электрические параметры агрегата – сила тока и напряжение по фазам печи, нагрузка и напряжение печного трансформатора;
4. положение печи, свода и электродов.

3.1 Контур автоматического  контроля, регулирования и сигнализации  расхода теплоносителя на панели ДСП.

Функциональной схемой автоматизации контура предусматривается измерение, индикация  и регистрация текущего расхода теплоносителя на панели , а так же регулирование этого расхода.

Измерение расхода производится по перепаду температур ТР -100 (позиция 15а) установленной в трубопроводе (диаметр трубопровода составляет 80 мм). Измерительный преобразователь объемного расхода Proline Prowirl – 72 T26 (позиция 17б) преобразует пневматический сигнал (перепад теплоносителя) в электрический сигнал. Далее этот электрический сигнал линеаризуется блоком корнеизвлечения ЭП2715 (позиция 1в). Выходной сигнал этого блока изменяется линейно при изменении расхода теплоносителя. Блок корнеизвлечения содержит также блок питания.

Электрический сигнал с ЭП2715 поступает на регистрирующий прибор Диск-250-1221(позиция 1г). Этот прибор позволяет производить индикацию текущего расхода теплоносителя , а также регистрацию этого расхода(на круговой диаграмме). Далее электрический сигнал поступает на аналоговый вход устройства связи с объектом(УСО) микропроцессорного контроллера Simatic S7-400(позиция РК). На следующий аналоговый вход УСО Simatic S7-400 приходит токовый сигнал с ручного задатчика РЗД-22(позиция 1д). Микропроцессорный контроллер формирует управляющий электрический сигнал в зависимости от программы, написанной для него. В нашем случае сигнал с ручного задатчика сравнивается с текущим расходом теплоносителя, и если существует рассогласование  контроллер по ПИ-закону регулирования формирует импульсный управляющий сигнал. Этот сигнал усиливается бесконтактным пускателем ПБР-2М(позиция 1е) до 220 В. Электрический сигнал с пускателя поступает на исполнительный механизм постоянной скорости МЭО-250/63-0,63(позиция 1ж). Этот исполнительный механизм предназначен для открытия либо закрытия регулирующего органа(поворотной заслонки). Исполнительный механизм имеет встроенный указатель положения его вала БСПТ-10.

 Ось поворотной заслонки, которая служит для изменения расхода теплоносителя сочленена с валом исполнительного механизма. Угол поворота заслонки (90°) задается концевыми выключателями исполнительного механизма.

Переключение контура регулирования  расхода теплоносителя с автоматического режима работы на ручной и обратно, а также дистанционное управление исполнительным механизмом осуществляется блоком ручного управления БРУ-32 (позиция к). Блок ручного управления содержит кнопки «больше», «меньше», для управления положением вала исполнительного механизма. Так же БРУ – 32 содержит указатель положения вала исполнительного механизма. Токовый сигнал положения вала ИМ с БСПТ-10 для дополнительного контроля приходит на БРУ-32, и далее поступает на аналоговый вход УСО Simatic S7-400.

 

 

4.Математическое моделирование  объекта управления

4.1. Статическая характеристика объекта управления

Зависимость выходной (регулируемой) величины Y от входной (регулирующее воздействие) X в установившемся режиме называется статической характеристикой объекта. Исходной информацией математического  описания статической характеристики оптимизируемого процесса являются полученные экспериментальные данные об установившихся значениях выходного  параметра процесса при фиксированных  значениях входного параметра.

Функциональная зависимость Y=f(X), определяющая статистическую связь между X и Y, называется теоретической линией регрессии. Статическая  характеристика позволяет оценить  границы управляемости объекта, т. е. интервал или границы, в пределах которого может меняться регулируемый параметр при изменениях X от Xmin  до Xmax.Методом наименьших квадратов называется способ расчета коэффициентов линии регрессии, основанный на соблюдении условия:

где   Yi – экспериментальное значение при X=Xi

         Y(Xi) – ордината линии регрессии при X=Xi

         n – число экспериментальных точек n=1,2,3…

Точки экспериментально полученной характеристики занесены в таблицу 1. Входным воздействием является % хода вала исполнительного  механизма, выходным – расход жидкометаллического теплоносителя на панели.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1- Точки экспериментальной  статической характеристики

№ точки	X,  % хода	Y, кг/с
1	10	160
2	20	670
3	30	740
4	40	1310
5	50	1340
6	60	1830
7	70	1890
8	80	2320
9	90	2360
10	100	2800

 

Для получения линии регрессии  используем многочлен, вида:

 Так как статическая характеристика нелинейная, то для получения уравнения статической характеристики используется многочлен четвёртой степени вида:

 Коэффициенты полинома  определяются  из решения системы уравнений,  полученных с использованием  метода наименьших квадратов:

 

 

 

 

 

Для нахождения коэффициентов уравнений  этой системы составим таблицу 2. Получаем следующую систему уравнений:

 

Решая, эту систему в программном  математическом пакете Matcad находим  коэффициенты линии регрессии:

 

a0 =	-180
a1 =	37,880148
a2 =	-0,0203671
a3 =	-0,0024728
a4 =	1,836E-05

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2- Данные для нахождения коэффициентов  уравнений системы

№	X,открытие задвижки, %	Y, расход теплоносителя,.кг/с	X^2	X^3	X^4	X^5	X^6	X^7	X^8	X*Y	X^2*Y	X^3*Y	X^4*Y	Линия регрессии
1	10	160	100	1000	10000	100000	1000000	10000000	100000000	1600	16000	160000	1600000	194,4755
2	20	670	400	8000	160000	3200000	64000000	1,28E+09	2,56E+10	13400	268000	5360000	107200000	552,6107
3	30	740	900	27000	810000	24300000	729000000	2,187E+10	6,561E+11	22200	666000	19980000	599400000	886,1772
4	40	1310	1600	64000	3E+06	102400000	4096000000	1,638E+11	6,5536E+12	52400	2096000	83840000	3353600000	1191,352
5	50	1340	2500	125000	6E+06	312500000	15625000000	7,813E+11	3,9063E+13	67000	3350000	167500000	8375000000	1468,718
6	60	1830	3600	216000	1E+07	777600000	46656000000	2,799E+12	1,6796E+14	109800	6588000	395280000	23716800000	1723,263
7	70	1890	4900	343000	2E+07	1680700000	1,17649E+11	8,235E+12	5,7648E+14	132300	9261000	648270000	45378900000	1964,382
8	80	2320	6400	512000	4E+07	3276800000	2,62144E+11	2,097E+13	1,6777E+15	185600	14848000	1187840000	95027200000	2205,874
9	90	2360	8100	729000	7E+07	5904900000	5,31441E+11	4,783E+13	4,3047E+15	212400	19116000	1720440000	1,5484E+11	2465,944
10	100	2800	10000	1000000	1E+08	10000000000	1E+12	1E+14	1E+16	280000	28000000	2800000000	2,8E+11	2767,203
Сумма	550	15420	38500	3025000	3E+08	22082500000		1,808E+14	1,6773E+16	1076700	84209000	7028670000	6,11399E+11