Описание существующего уровня автоматизации

 

 

Рис.2. График разогрева промежуточного ковша.

 

1.4. Режимы работы стенда разогрева  промежуточных ковшей

 

Работа стенда разогрева промежуточных ковшей происходит в двух режимах: номинальный (рабочий) режим и дежурный режим.

Номинальный режим – это  основной режим работы стенда. В  этом режиме происходит разогрев футеровки  промежуточного ковша до необходимой  температуры. Расход газа в этом режиме повышенный. Технологическое время  работы стенда разогрева в номинальном  режиме – 4 часа.

Если промежуточный ковш перед разливкой металла не востребован, то стенд разогрева переводят  на дежурный режим работы. Этот режим  характеризуется минимальным потреблением газа и предназначен для поддержания температуры разогретого промежуточного ковша до тех пор, пока он не будет востребован.

 

1.5. Порядок ввода  в работу стенда разогрева  промежуточных ковшей

 

Для того чтобы ввести стенда разогрева в работу, непосредственно  перед зажиганием горелок проверяют  наличие достаточного давления газа в газопроводе перед стендом  разогрева, а перед подачей воздуха  от дутьевых устройств и давление воздуха.

Задвижки на газопроводе  перед горелками открывают только после поднесения к горелке запальника, воспламеняющего газ.

Подачу газа без поднесения запальника производят, если температура  футеровки в разогретой зоне превышает 800ºС.

При зажигании горелок  подают минимальное количество воздуха, обеспечивающего полное сгорание газа и исключающего отрыв пламени  от горелки.

Газ и воздух при зажигании  и регулировании горелок подают постепенно и только при установившемся давлении.

При увеличении нагрузки на горелочное устройство, сначала увеличивают  подачу газа, затем воздуха, а при  уменьшении нагрузки, сначала сокращают  подачу воздуха, а затем газа.

 

2. Описание существующего уровня автоматизации объекта

 

В настоящее время уровень  автоматизации стенда разогрева  промежуточных ковшей не обеспечивает необходимого, оптимального регулирования  технологических параметров.

Регулирование подачи газа и воздуха к горелкам стенда происходит в ручном режиме, путём открывания и закрывания задвижек на подводных  трубопроводах газа и воздуха. Это влечёт за собой бесконтрольное, неуправляемое горение. Контроль пламени горелок происходит визуально.

Для контроля давления газа и воздуха на подводных трубопроводах  предусмотрены напоромеры типа НМП 52.На трубопроводе воздуха установлен датчик реле напора типа ДН 2.5, который контролирует давление воздуха, и в случае понижения давления ниже критического, выдаст сигнал на электропневматический клапан ЭПК 1/4, который находится в газовой магистрали. Электропневматический клапан  выдает сигнал на отсечной клапан типа ПКН-50, который перекрывает подачу газа из цеховой газовой магистрали, к горелкам стенда разогрева. В случае понижения давления газа ниже критического в подающем газопроводе из межцеховой газовой магистрали к горелкам стенда разогрева, срабатывает электропневматический клапан ЭПК 1/4, который установлен на подающем газопроводе. Электропневматический клапан  выдает сигнал на отсечной клапан ПКН-50, который перекрывает подачу газа.

Промежуточный ковш считается  разогретым при температуре кожуха 90-100ºС.

3. Описание недостатков

 

Уровень автоматизации недостаточен для постоянного контроля регулирования  процесса разогрева промежуточного ковша. Целью курсового проекта  является разработка системы автоматизации процесса разогрева промежуточных ковшей в непрерывном режиме.

4. Постановка задачи на модернизацию системы

Новая система должна более четко выдерживать  технологические параметры разогрева  промежуточного ковша, таких как температура и время разогрева. Система должна поддерживать оптимальное соотношение расхода газа и воздуха. Это позволит уменьшить затраты энергии, уменьшить перерасход природного газа, увеличить производительность. Система также должна приобрести более удобный интерфейс пользователя, расширенные функции регистрации, оповещения и управления технологическими параметрами.

 

5. Математическое  обеспечение

Для анализа совместной работы контура регулирования расхода газа и контура регулирования расхода воздуха давления   рассмотрим математическую модель  системы, представленную на рисунке 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Математическая модель контура регулирования расхода газа и расхода воздуха.

Где: W₁ – передаточная функция датчика расхода газа;

W₂ – передаточная функция регулятора расхода  природного газа;

W₃ – передаточная функция исполнительного механизма в контуре газа;

W₄ – передаточная функция регулятора расхода воздуха;

W₅ – передаточная функция исполнительного механизма в контуре воздуха;(W=K/TS)

W₆ – передаточная функция датчика расхода воздуха;

W₇ – передаточная функция объекта управления (стенда разогрева)(W=K/TS+1);

W₈ – передаточная функция регулятора  температуры промковша;

К_с  - коэффициент соотношения газ -  воздух.

6. Техническое обеспечение

 

Верхний уровень:

 

Важной  составляющей аппаратных средств является операторская станция. Для обеспечения  реализации алгоритма верхнего уровня предусмотренного в системе, необходимо выбрать надёжную программную систему  сбора информации, которая будет  требовать ПК, достаточно производительный для полноценной своей работы.

Для реализации визуализации процесса необходимо выбрать  персональный компьютер, обладающий следующими характеристиками:

 

Параметры
Процессор	Pentium 4
Тактовая частота	3.0 ГГц
Оперативная память	2048 МБ
Флоппи-диск	3.5 дюйм
Жесткий диск	1 ТБ
Видеокарта	2 ГБ
Цветной монитор	21 дюйм
Класс защиты	IP-65

Таблица2. Характеристика ПК.

 

Средний уровень:

 

Контроллер  – надежное средство для решения задач децентрализованного управления. Кроме того, при выходе из строя рабочей станции, его автономность позволит по графику завершить технологический процесс, с потерей при этом функций учета и архивирования параметров технологического процесса. Если же рабочая станция вышла из строя не на долго, то резерв оперативной памяти CPU контроллера позволяет программно реализовать буфер параметров, при прекращении квитирования,  для важнейших передаваемых данных.

SIMATIC S7-400 – это мощный программируемый  контроллер для решения задач  автоматизации средней и высокой  сложности. [8]

 

 

 

Наименование	Siemens S7-400
Центральный процессор	CPU 416С-2DP
Память	96 КБ
Загружаемая память	64 КБ – 8 МБ
Время выполнения операций, мкс:
логических	0.1
с фиксированной точкой	2.0
с плавающей точкой	3.0
Количество дискретных входов/ выходов	140/70; SM321/322
Количество аналоговых входов	52; SM331
Сетевые средства	PROFIBUS-DP

Таблица 3. Характеристика контроллера.[8]

 

SIMATIC S7-400F – система безопасного управления, в которой возникновение отказов приводит к переводу технологического оборудования в безопасные состояния и остановке производственного процесса.[9]

 

Наименование	Siemens S7-400F
Центральный процессор	CPU 414- 4H
Сетевые средства	PROFIBUS-DP

Таблица 4. Характеристика контроллера.[9]

 

 

Нижний  уровень:

 

Датчики для измерения температуры.

В качестве первичных преобразователей температуры буду применять термопару типа ТПП с платинородий-платиновыми термоэлектродами  для диапазона температур от —20 до + 1300 °С (допускается до 1600 °С при кратковременных измерениях).

 

 

 

Датчики для измерения расхода.

Для измерения  расхода газа и воздуха предлагается использовать датчики давления Сапфир22МТ-2440-01-У2-0.25-63кПа/10-42, которые предназначены для непрерывного, пропорционального преобразования значения избыточного давления, разряжения и разности давлений жидкостей и газов в унифицированный токовый выходной сигнал.[5]

 

Параметры, ед. изм.	Сапфир-22МТ-2440- 01-У2-0.25-63кПа/10-42
Рmax, кПа	63
Fmax, м3/ч	5200
Отн. погрешность измерения, %	±0.25
Цена, $ USA	230

Таблица 5. Характеристика датчика расхода газа и воздуха.[5]

 

Выбор исполнительных механизмов.

Исполнительные механизмы (ИМ) обеспечивают перемещение регулирующего органа в соответствии с поступающими от пульта управления или от оператора сигналами. Перемещение регулирующего органа в зависимости от его конструкции может быть поступательным или вращательным.

В разрабатываемой  системе в качестве ИМ можно использовать  МЭО-100/25-0.25-91, который  зарекомендовал себя при работе в качестве исполнительного  механизма контуров регулирования  соотношения газ-воздух и соответствует  требованиям, предъявляемым к нашей системе и имеет оптимальное соотношение цена - технические характеристики.[5]

 

 

 

 

Параметры,  ед. изм.	ОАО «ЗЭиМ», МЭО 100/25-0,25-91
Мн на выходном валу, Н·м	100
Ти полного хода выходного вала, сек.	25
Полный ход выходного  вала, оборот	0,25
Потребляемая мощность, Вт	380
Цена, $ USA	250

Таблица 6. Характеристика исполнительного механизма.

 

Датчики для измерения  давления.

Для измерения давления газа и воздуха перед подачей в  горелку используется датчик давления Autonics PSB1P.  Датчик имеет дискретный выход.[9]

Модель	PSB1P
Номинальный диапазон давления	0-1 кПа
Потребление тока	50 мА
Выход	PNP выход открытый коллектор
Время срабатывания	2,5 мс, 5 мс, 100 мс (регулируется)

Таблица 7.

Датчик наличия пламени.

Датчик-реле контроля пламени предназначен для  индикации наличия или отсутствия пламени и формирования сигнала  для автоматики защиты от аварийных ситуаций.

АДП-01.2 - фотодиодный датчик-реле пламени с релейным выходом.[8]

 

Диапазон  длин волн пламени, нм	400…1000
Диапазон  частот пульсаций пламени, Гц	5-30
Время задержки срабатывания при появлении  пламени, не более, сек	0,4
Время задержки срабатывания при погасании  пламени, не более, сек	2
Степень защиты по ГОСТ 14254-80	IP40
Выходной  сигнал	дискретный

Таблица 8.

 

 

 

7. Система противоаварийной защиты (ПАЗ)

Система противоаварийной защиты (ПАЗ) предназначена для предупреждения и предотвращения аварийных ситуаций, которые могут возникнуть во время технологических процессов как в результате влияния человеческого фактора, так и из-за сбоев в работе оборудования.

Система противоаварийной защиты строится на программируемых контроллерах Siemens s7-400F. Контроллеры имеют дублированную архитектуру, что в несколько раз повышает отказоустойчивость оборудования отвечающее за предотвращение аварийных ситуаций.

В случае возникновения опасности  развития аварийной ситуации контроллеры  ПАЗ реализуют алгоритмы по предотвращению аварийных ситуаций в соответствии с Правилами Локализации Аварийных  Ситуаций (ПЛАС) принятыми на предприятии.

Система противоаварийной защиты параллельно с основной системой автоматизированного управления следит за состояниями аварийных сигнальных датчиков. В случае срабатывания которых система ПАЗ разрывает управление задвижками и двигателями от основной АСУ в результате чего они останавливаются или закрываются.

Технические средства для противоаварийной защиты выбраны с учетом требуемых условий безопасной работы оборудования и описаны в разделе «Техническое обеспечение».

 

 

 

8. Информационное обеспечение

Разрабатываемая система автоматического  управления температурным режимом  будет использовать для своей  работы сигналы, вырабатываемые контроллером Simatic S7-400, который будет управлять работой технологического оборудования. Контроллер (PLC) опрашивает состояние приборов измерения через распределенные станции ввода-вывода ЕТ-200М, проводит все стадии предварительной обработки сигналов, выполняет необходимые расчеты. Система визуализации запрашивает PLC о необходимой для архивирования и визуализации информации, записывает данные для длительного хранения, выводит информацию о состоянии технологического объекта на экран, сообщает в особой форме о выходе технологического параметра за рамки допустимого. Кроме этого, система визуализации позволяет пользователю осуществлять оперативное управление технологическими механизмами непосредственно с операторской станции. При этом управляющие воздействия, команды, заданные значения и т.п. передаются в PLC.