Проектирование информационно-измерительной системы измерения температуры в сталеплавильной печи

Расчетная (1) и действительная(2) температура рабочей среды (а) и температуры (б) датчиков (1,2,3).

 

Время, сек

Глубина установки датчиков 10%, 24%, 44% толщины от рабочей среды.

Рисунок 4.

 

Вторичный прибор Диск 250 , используемый в ИИС для измерения, регистрации и сигнализации техпроцессов в ИИС.

• Универсальность: измерение, регистрация, сигнализация, регулирование
• Хорошо видимая издалека круговая шкала
• Широкая гамма применяемых входных сигналов: термопары, термопреобразователи сопростивления, mВ, mА
• Непрерывная линия регистрации на диаграмном диске
• На передней панели расположены оси переменных резисторов для задания уставок
• Светодиодная индикация включения прибора, обрыва датчика, состояния сигнализирующих и регулирующих устройств
• Простота эксплуатации и ремонта

 

 

Рисунок 6 .

 

 

Программа, реализующая алгоритм работы системы, написана на языке программирования Pascal и приведена в приложении 2. Блок - схема алгоритма приведена на рис. 7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7 - блок – схема алгоритма определения температуры жидкого металла в печи

 

В программу вводятся следующие исходные данные:

1) толщина кладки s, м;

2) шаг по времени  Δτ;

3) количество узловых  точек п;

4) теплофизические характеристики  материала кладки (с, λ, р, а_k);

5) температура окружающей  среды Т_oc, °С;

6) расстояния от «холодной» стороны кладки s_j, на которых расположены датчики температуры;

7) коэффициент сглаживания  цифрового фильтра U (0 < U < 1).

Для того чтобы ввести в программу оптимальные значения теплотехнических характеристик материала  кладки и значения расстояний для датчиков температуры нужно сделать следующее: воспользоваться программой, которая рассчитывает температуру кладки по ее сечению на основании измеренной температуры рабочего пространства печи, то есть решить прямую задачу теплопроводности. Нужно подбирать значения теплотехнических характеристик материала кладки и значения расстояний для датчиков таким образом, чтобы расчетные траектории температур по сечению кладки совпали с измеренными. Задача упрощается, если точно известны расстояния s_j, на которых расположены датчики.

Определенные каким-либо образом исходные данные вводятся в  программу для косвенного определения  температуры рабочего пространства печи.

Проведенные метрологические  исследования показали, что разработанный  способ измерения температуры жидкой стали обладает высокой надежностью и позволяет вести непрерывное измерение температуры с погрешностью, не превышающей пятипроцентный барьер, в тяжелых условиях электросталеплавильного цеха. Замена датчиков не представляет больших трудностей и может быть осуществлена во время простоя печи.

Также, ввиду специфичности метода, попутно с непрерывным контролем температуры жидкой стали может решаться задача определения разгара футеровки печи

 

 

 

4. Точность и эксплуатация ИИС.

В этом разделе будут  рассмотрены вопросы метрологического обеспечения, а также условия хранения и эксплуатации приборов задействованных в ИИС в качестве измерителей и измерительных преобразователей.

Для начала рассмотрим датчики  для измерения температуры. Термоэлектрические преобразователи (датчики) ТПП, ТПР предназначены для измерения температуры жидких и газообразных сред.

Условия эксплуатации.

Климатическое исполнение В4 (Д3 для ТПР-0492) по ГОСТ 12997 93 и Т3 по ГОСТ 15150 69, но при температуре не более 85С. Относительная влажность воздуха до 98% при температуре 35С и более низких температурах с конденсацией влаги (для тропического исполнения). Устойчивость к механическим воздействиям N2 по ГОСТ 12997 93. Датчики ТПР(П)-0192-02(04; 06; 08; 09; 10; 11; 12), ТПР-0292(01), ТПР-0492; ТПР-0792 - герметичны к измеряемой среде, рассчитаны на условное давление Ру=0,4 МПа, а ТПР-0492 -на Ру=1 МПа. Остальные датчики не герметичны. Поверка производится по ГОСТ 8.338 84. Межповерочный интервал 1 год. Датчики зарегистрированы в Государственном реестре средств измерения под 3320 92 (ТПП-0192), 13701 93 (ТПР-0492), 3634 (ТПР-0192, ТПР-0292), 3703 (ТПР(П)-0392). Датчики соответствуют требованиям ТУ 311-00226258.022 91 (ТПР(П)-0192, ТПР-0292, ТПР-0792), ТУ 311-00226253.029 92 (ТПР(П)-0392) и ТУ 311-00226253.028 92 (ТПР-0492).  

Датчик ТПР-0492 состоит  из корпуса защитной арматуры – без штуцера материал – сталь ХН78Т (ХН45Ю) от керамики до узла герметизации далее – 12Х18Н10Т погружаемая часть – самосвязанный карбид кремния СКК материал головки – алюминиевый сплав. Рабочий спай изолирован. Герметичны к измеряемой среде. Усиленная защита термоэлектродов. Длинна монтажной части 1000*1250*1600*2000 
(для всех l=608), масса 3,5 – 5 кг.

Микропроцессорный одноканальный прибор ДИСК-250, используемый в ИИС в качестве вторичного преобразователя. Применяются для измерения, регистрации, сигнализации и регулирования параметров техпроцессов (температуры, давления, уровня, расхода и т.д.) в металлургии, энергетике, химической, нефтехимической, нефте-перерабатывающей, пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности. В таблице 2, приведены характеристики данного прибора.

 

Характеристика прибора	Значение
Пределы погрешности измерения	+0,25 (1,0)%
Токовый, выходной сигнал	4-20 мА (нагрузка до  500 Ом)
Коммутирующая способность  контактов реле	Ток до 3А~220В или постоянным до 28В
Источники питания внешних  датчиков	36В, нагрузка до 30мА
Емкость архива	До 2970 значений
Напряжения питания	~ 175-245 В, 50 Гц

Таблица 2 – Характеристики прибора диск-250.

Условия эксплуатации 

• температура от +5 до +50°С, влажность до 80% при 35°С (исполнение УХЛ 4.2 по ГОСТ 15150-69)
• температура от +5 до +50°С, влажность до 98% при 35°С без конденсации влаги (исполнение О 4.2 по ГОСТ 15150-69)

Вид защиты:

с передней стороны IP54$ 

с задней стороны IP30

Достоинства

• отсутствие реохорда
• универсальный вход
• простая и надежная механика
• не требует обслуживания
• высокая точность измерения
• межповерочный интервал - 2 года

Рисунок 8 – габаритный размеры диск-250.

 

Монтаж прибора, щитовой (вырез 304+1,5 х 304+1,5 мм) .

На рис. 9 представлена передняя панель данного прибора, элементы индикации и управления.

 

Рисунок 9 – Элементы индикации и управления.

Контроллер микропроцессорный Ремиконт Р-130 предназначен для построения современных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) и позволяет выполнять оперативное управление с использованием персональных ЭВМ, автоматическое регулирование, автоматическое логикопрограммное управление, автоматическое управление с переменной структурой, защиту и блокировку, сигнализацию, регистрацию событий.

 Технологическое программирование контроллера микропроцессорного Ремиконт Р-130 выполняется без программистов специалистами, знакомыми с традиционными средствами контроля и управления в АСУ ТП. Запрограммированная информация сохраняется при отключении питания с помощью встроееной батареи.

Контроллер микропроцессорный  Ремиконт Р-130 имеет проектную компоновку, которая позволяет пользователю выбрать нужный набор модулей  и блоков, согласно числу и виду входных – выходных сигналов.В контроллер встроены развитые средства самодиагностики, сигнализации и индентификации неисправностей, в том числе при отказе комплектующих изделий, выходе сигналов за допустимые границы, сбое в ОЗУ, нарушении обмена по кольцевой сети и т.п. Для дистанционной сигнализации об отказе предусмотрены специальные дискретные выходы.

По интерфейсному входу-выходу контроллеры микропроцессорные  Ремиконт Р-130 могут объединяться в  локальную управляющую сеть «Транзит»  кольцевой конфигурации, которая с помощью блока «Шлюз БШ-1» может взаимодействовать с любым внешним абонентом (например, ЭВМ).

Входные – выходные сигналы.

В процессе сбора и  обработки информации от датчиков пользователь может выполнять необходимую  коррекцию входных сигналов, их линеаризацию, фильтрацию, а также любую арифметическую операцию, в том числе извлечение квадратного корня. В контроллер устанавливаются 2 любых сменных модуля входа – выхода УСО (устройства связи с объектом), выбираемых заказчиком из таблицы.

Входные сигналы

• сигналы от термопар ТХК, ТХА, ТПР, ТВР, ТПП;
• сигналы от термометров сопротивлений ТСМ, ТСП;
• унифицированные аналоговые сигналы постоянного тока 0-5, 0-20, 4-20 мА; 0-10В;
• дискретные сигналы:
• логическая «1» напряжением от 19 до 32В;
• логический «0» напряжением от 0 до 7В.

Выходные сигналы

• унифицированные аналоговые сигналы постоянного тока 0-5, 0-20, 4-20 мА
• дискретные сигналы:
• транзитного выхода – максимальное напряжение коммутации 40В, максимальный ток нагрузки 0,3А
• сильноточного релейного выхода – максимальное напряжение коммутации 220В, максимальный ток нагрузки 2А.

Технические характеристики контроллера микропроцессорного Ремиконт Р-130

1. Объем памяти: ПЗУ – 32 кбайт, ОЗУ – 8 кбайт, ППЗУ – 8 кбайт.
2. Текущее время (таймеры, программные задатчики и т.д.), постоянные времени, интервалы от 0 до 819 с, от 0 до 819 ч.
3. Время цикла – от 0.2 до 2с.
4. Количество алгоблоков – 99.
5. Количество алгоритмов в библиотеке – 76.
6. Погрешности преобразования: АЦП - ±0.4%; ЦАП - ±0.5%.
7. Время сохранения информации при отключении питания – 10 лет.
8. Каналы интерфейсной связи – ИРПС или RS232С.
9. Скорость обмена – 1,2; 2,4; 4,8; 9,6 кбит/с.
10. Потребляемая мощность контроллера – 15 ВА.
11. Напряжение питания – 220В или 240В переменного тока, 24В постоянного тока (при отсутствии блока БП-1).
12. Условия эксплуатации: температура от 1 до 45°С, влажность до 80%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В данной работе мною была спроектирована ИИС измерения температуры  в сталеплавильной печи, задача была не просто спроектировать систему, а  сделать ее более дешевой, в качестве примера другой системы измерения я привел в работе метод измерения шомпольным термозондом. Помимо минимальных затрат на систему, необходимо было добиться чтобы система имела низкую погрешность измерения, приемлемые условия эксплуатации.

Приборы для ИИС были взяты от российских производителей, поскольку они соответствует всем требованиям к ИИС: стоимость, погрешность измерений, надежность и условия эксплуатации приближены к условиям в которых производится сталь. К примеру температурный датчики, производят на ООО «РОСПРИБОР», микропроцессорный контролер РемиконтР-130, производится одноименной фирмой.

Вся система была протестирована лабораторных условиях и после успешных испытаний была применена на практике, причем успешно используется в производстве стали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Бигеев А.М. Металлургия стали / А.М. Бигеев, В.А. Бигеев // Учебник для вузов. - Магнитогорск: МГТУ, 2000. - 544 с.

2. Поволоцкий Д.Я. Электрометаллургия стали и сплавов / Д.Я.Поволоцкий, В.Е.Рощин, Н.В.Мальков // Учебник для вузов. - М.: Металлургия, 1995. - 592 с.

3. Поволоцкий Д.Я. Основы технологии производства стали / Д.Я.Поволоцкий // Учебное пособие. - Челябинск: ЮУрГУ, 2000. - 189 с.

4. Еланский Д.Г. Тенденции развития электросталеплавильного производства / Д.Г.Еланский // Электрометаллургия. - 2001. - №5. - С.3-18.

5. Еланский Д.Г. Передовые технологи производства стали / Д.Г.Еланский // Электрометаллургия. - 2005. - №10. - С.42-48.

6. Лопухов Г.А. Новая система подогрева лома для дуговой сталеплавильной печи / Г.А.Лопухов // Электрометаллургия. - 2000. - №2. - С.43-44.

7. Рябов А.В. Современные способы выплавки стали в дуговых печах / А.В.Рябов, И.В.Чуманов, М.В.Шишимиров // Учебное пособие. - М.: Теплотехник, 2007. - 192 с.

8. Модульная технология «Динарк» Danieli //Электрометаллургия. - 2007. – №8.-С.44-45.

9. Лапшин И.В. Автоматизация технологических процессов дуговой сталеплавильной печи / И.В.Лапшин // М.: ООО «Квадратум», 2002. - 157 с.

10. Лопухов Г.А. Плавка стали в дуговой печи Соnstее1 с использованием жидкого чугуна в шихте / Г.А.Лопухов // Электрометаллургия. - 2006. -№1.-С.40-42.

11. Глинков Г.М. АСУ технологическими процессами в агломерационных и сталеплавильных цехах / Г.М. Глинков, В.А. Маковский // Учебник для вузов. - М.: Металлургия. - 1999. - 360 с.

12. Парсункин Б.Н. Непрерывное измерение температуры жидкого металла / Б.Н. Парсункин, С.М. Андреев, У.Б. Ахметов // Труды IV всероссийской научно-практической конференции А8'2003. Новокузнецк: СибГНУ. — 2003.-С. 385-388.

13. Спирин Н.А. Метод диагностики состояния футеровки шихты доменной печи / Н.А. Спирин, В.В. Павлов, Ю.В. Федунов, В.С. Швыдкий // Автоматизация управления металлургическими процессами. - Магнитогорск. -МГМА.- 1996. -СП-26.

14. Тулуевский Ю.Н. // Информационные проблемы интенсификации сталеплавильных процессов // Ю.Н. Тулуевский, Е.А. Нечаев // Металлургия, 1978. –С. 102-114.