Автоматизация методической печи. Разработка АСР температуры

 

 

Содержание

 

 

1 Краткая  характеристика устройства, работы  и теплового режима нагревательной  печи. 3

2 Построение  и описание структурной схемы  автоматической системы регулирования  расхода воздуха в трубопроводе, подаваемого на нагревательную печь. 8

3 Расчёт  и выбор аппаратуры для реализации  автоматической системы регулирования  расхода воздуха в трубопроводе  подаваемого на нагревательную печь:

3.1 Расчёт  и выбор закона регулирования  и регулятора. 11

3.2 Расчёт  и выбор параметров настройки  регулятора. 19

4 Построение  и описание функциональной схемы  автоматической системы регулирования  расхода воздуха в трубопроводе  подаваемого на нагревательную  печь. 24

5 Спецификация  и оборудование. 27

Заключение. 28

Литература. 29

Приложение А – Задание на курсовой проект. 33 
1 Краткая характеристика устройства, работы и теплового режима нагревательной печи

 

     Методические толкательные печи до самого последнего времени удовлетворяли требованиям по производительности и удельному расходу тепла. В последние время наметилась поргрессивная тенденция к увеличению длины заготовки, и как следствие, к увеличению ширины нагревательных печей.

Расширяется применение более совершенных печей с шагающими балками, которые могут работать так же, как и толкательные печи, в режиме методического нагрева.

Тепловой и температурный режим методических печей неизменны во времени. Вместе с тем температура в методических печах значительно меняется по длине печи. Характер изменения температуры по длине печи определяет число и назначения её зон.

Методические печи по числу зон нагрева металла могут быть двух, трёх – и многозонными с односторонним и с двусторонним нагревом металла.

Методическая зона-первая (по ходу металла), с изменяющейся по длине температурой. В этой зоне металл постепенно подогревается до поступления в зону высоких температур (сварочную).

Вместе с тем методическая зона представляет собой противоточный теплообменник.

Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые газы и металл двигаются навстречу друг другу. Металл нагревается дымовыми газами, то есть утилизирует тепло дымовых газов, отходящих из зоны высоких температур.

Зона высоких температур или сварочная – вторая по ходу металла. В этой зоне осуществляется быстрый нагрев поверхности заготовки до конечной температуры.

Томильная зона (зона выдержки) – третья по ходу металла. Она служит для выравнивания температуры по сечению металла. В сварочной зоне до высоких температур нагревается только поверхность металла.

Температуру в томильной зоне поддерживают всего на 30-50 выше необходимой температуры нагрева металла. Поэтому температура поверхности металла в томильной зоне не меняется.

Подобный трёхступенчатый режим необходим в тех случаях, когда нагревают заготовки, в которых может возникнуть значительный перепад температур по толщине (более на 1м толщины металла). Такие печи называют трёхзонными методическими печами.

В ряде случаев при нагреве тонких заготовок нет необходимости делать выдержку для выравнивания температур по сечению, так как возникший в сварочной зоне перепад температур небольшой. Томильную зону при этом не предусматривают и применяют двухзонные печи – с методической и сварочной зонами.

В других случаях при нагреве металла перед прокаткой  на листовых и сортовых станах выполняют четырёх – и пятизонные методические печи для повышения общего температурного уровня печи и получения большей производительности. В этом случае делают две или три сварочные зоны, в каждой из которых устанавливают горелки. Это позволяет повышать температуру в конце (по ходу газов) методической печи, уменьшив её длину и увеличить общую длину зоны высоких температур, в результате чего достигается более форсированный нагрев металла. В зависимости от толщины заготовки в методических печах можно применить односторонний или двусторонний нагрев заготовок. При толщине заготовок до 100 мм двусторонний нагрев не рационален, так как для таких заготовок интенсивный (ускоренный) нагрев поверхности заготовки в сварочной зоне приведёт к удлинению выдержки в томильной камере. Причём увеличение длительности выдержки будет больше, чем выигрыш во времени нагрева в сварочной зоне, достигнутый за счёт применения нижнего обогрева. При одностороннем нагреве заготовки движутся по монолитному поду. Для обеспечения двустороннего обогрева на всю длину сварочной и методической зон делают специальную камеру со своим собственным отоплением.

Выбор конструкции методической печи и графика нагрева зависит от толщины заготовки, пластичности металла в холодном состоянии и теплофизических свойств нагреваемого металла.

Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи металла из печи. Различают торцевую и боковую выдачи металла. При торцевой выдачи необходим один толкатель, который выполняет и роль выталкивателя. Для печей с боковой выдачей устанавливают не только толкатель, но и выталкиватель, поэтому такие печи при размещении в цехе требуют больших площадей. Однако сточки зрения тепловой работы печи с боковой выдачей имеют преимущества.

Методические нагревательные печи по сравнению с камерными обеспечивают более высокий к.п.д. и более высокий к.и.т. в рабочем пространстве, что объясняется наличием методической зоны.

Конструкцию методических печей выбирают в зависимости от типа стана и вида топлива. Тип стана определяет производительность печей, толщину применяемой заготовки, температуру нагрева металла и его сортамент. От вида используемого топлива зависит конструкция горелочных устройств и применение рекуператоров.

Таким образом, основными конструктивными особенностями толкательных методических печей являются:

а) наклонный или прямой под;

б) торцовая или боковая выдача;

в) число зон отопления;

г) конструкция горелок;

д) установка или отсутствие рекуператоров.

Основное оборудование печи:

1) Газопровод;

2) Верхняя  сварочная зона;

3) Методическая  неотапливаемая зона;

4) Томильная  зона;

5) Вентилятор  для подачи воздуха;

6) Окно  выдачи металла;

7) Дымовой  боров;

8) Нижняя  сварочная зона;

9) Горелки  расположенные равномерно по  фронту печи;

10) Рекуператор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Построение и описание структурной  схемы АСР расхода воздуха  в трубопроводе, подаваемого на нагревательную печь

 

     Любой проект по автоматизации начинается с разработки структурной схемы.

При разработки структурной схемы автоматического регулирования решают следующие вопросы:

- выбор способа  регулирования, выьирается регулируемая  величина и регулирующее воздействие;

- выбор задающих  и корректирующих воздействий  для данной системы;

- выбор комплекта  технических средств, на базе  которого будет реализована данная  система;

- выбор необходимых  средств для преобразования измерительных, управляющих, задающих и корректирующих сигналов.

Структурная схема регулирования представляет собой набор отдельных функциональных элементов, выполненных в виде прямоугольника.

Структурная схема АСР расхода воздуха в трубопроводе, подаваемого на нагревательную печь представлена на рисунке 2.

Описание структурной схемы АСР расхода воздуха в трубопроводе, подаваемого на нагревательную печь.

Расход воздуха в трубопроводе измеряется с помощью сужающего устройства (1), которое преобразует его в перепад давлений . Сигнал с преобразователя поступает на датчик разности давлений (2), где преобразуется в унифицированный токовый сигнал мА. Так как , то в АСР предусмотрен блок извлечения корня (3).

Сигнал с блока (3) поступает на вторичный регистрирующий прибор (4). Вторичный прибор показывает и регистрирует действительное значение расхода воздуха в трубопроводе.

Далее сигнал подаётся на суммирующую часть (6) регулятора.

На суммирующую часть помимо действительного значения расхода воздуха подаётся заданное значение, которое устанавливается с помощью задающего устройства (5).

Действительное и заданное значения сравниваются и выявляется сигнал рассогласования « ». Сигнал рассогласования поступает на вход регулирующего блока (7), который формирует управляющее воздействие «y» в виде сигнала 24В.

В системе регулирования предусмотрен блок ручного управления (8) работающий в двух режимах: «Р – ручное управление» и «А -                     

автоматическое регулирование». Для ручного управления предусмотрены кнопки (9): «Б - больше» и «М - меньше».

Напряжение 24В преобразуется с помощью пускателя (10) до величины 220В для привода исполнительного механизма (11). Исполнительный механизм механически сочленён с регулирующим органом (12), установленным в трубопроводе воздуха.

Положение регулирующего органа контролируется с помощью указателя положения (13).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчёт  и выбор оборудования для реализации  АСР расхода воздуха в трубопроводе, подаваемого на нагревательную печь

 

3.1 Расчёт  и выбор закона регулирования  и регулятора

 

      Качество работы системы регулирования в первую очередь зависит от правильного выбора регулятора и его настройки для конкретного объекта регулирования.

Объект регулирования характеризуется определёнными статическими и динамическими свойствами, от которых зависит выбор регулятора и другого оборудования системы регулирования.

К динамическим свойствам объекта относятся:

- ёмкость объекта – способность объекта накапливать и удерживать определенное количество энергии;

- самовыравнивание  объекта – способность объекта после

нарушения равновесия приводить регулируемую величину к некоторому постоянному значению самостоятельно;

- запаздывание объекта – свойство объекта изменять регулируемую величину не сразу с момента возмущения, а через некоторое время, которое называется временем запаздывания.

Динамические свойства и параметры объектов регулирования определяются с помощью искусственно снятых динамических характеристик. Наиболее просто снимается кривая разгона, которая получила наибольшее применение при настройки АСР тепловых и технологических объектов.

Кривая разгона – график изменения регулируемой величины во времени при подаче на вход объекта скачкообразного возмущения, равного единицы ( хода регулирующего органа).

 

 

Рисунок 3 – динамическая характеристика.

 

Исходные данные для расчета.

 

1 Динамическая  характеристика.

2 Входная  величина – положение регулирующего органа, % хода вх - % хода регулирующего органа.

3 Выходная  величина – расход газа или воздуха вых -

4 Вид  датчика – датчик разности давлений Метран 100 ДД.

5 Максимальное  возмущение  в=15%.

6 Требования  к качеству регулирования.

6.1 Допускаемое  динамическое отклонение  .

6.2 Допускаемое  остаточное отклонение 

6.3 Допускаемое  время регулирования 

6.4 Допускаемое  перерегулирование  100%=0.

Исходя из формы динамической характеристики определяется вид объекта. Вид объекта статический.

 

Методом графического построения определяется:

- коэффициент  передачи объекта – коэффициент передачи, равный скорости изменения регулируемой величины при подачи в объект единичного, скачкообразного возмущения,

- запаздывание – свойство объекта изменять регулируемую величину не сразу с момента возмущения, а через некоторое время которое называется временем запаздывания,

- постоянная  времени – условное время, за которое регулируемая величина достигает нового установившегося значения, если бы она изменялась с постоянной начальной скоростью,

- степень инерционности – отношение запаздывания к постоянной времени,

 

Выбор типа регулятора.

 

      Тип регулятора (непрерывный, релейный или импульсный) ориентировочно выбирается по величине степени инерционности .

 

 

Таблица 1 – тип регулятора.

 

	Тип регулятора
Меньше 0,2	Релейный
Меньше 1	Непрерывный
Больше 1	Непрерывный или импульсный

 

Выбирается непрерывный регулятор.

 

Выбор типового переходного процесса регулирования.

 

     Типовой процесс регулирования выбирается в зависимости от требований к устойчивости и точности поддержания регулируемой величины в переходном процессе.

Так как величина допустимого перерегулирования составляет, 0% то выбирается апериодический переходный процесс.