1 обоснование структуры управления

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ
ПРОЦЕССАМИ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по курсу
”Проектирование систем автоматизации”
на тему:
“Автоматизация нагревательного колодца.
Разработка АСР соотношения топливо−воздух”
Выполнил: ст.гр. АКТ-04з
Шаховец А.П.
Проверил: ст. преподаватель
Ткачев Р.Ю.

Алчевск, 2009

РЕФЕРАТ
Пояснительная записка содержит 38 с., 4 рис., 4 источника, 5 приложений; графическая часть – 4 листа формата А2.
Объектом разработки является система автоматического контроля и управления нагревательного колодца.
Цель работы – разработка проектной документации для создания автоматической системы регулирования (АСР) соотношения топливо−воздух нагревательного колодца на базе микропроцессорной техники.
На основании анализа объекта автоматизации выбрана централизованная структура управления, составлены перечни параметров, подлежащих автоматическому контролю, регулированию и сигнализации. Выбрана структура и технические средства для реализации АСР. Разработана документация для заказа технических средств, монтажа и наладки АСР.

НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ КОЛОДЕЦ, ОБЪЕКТ АВТОМАТИЗАЦИИ, СТРУКТУРА УПРАВЛЕНИЯ, ПЕРЕЧНИ ПАРАМЕТРОВ, АСР, ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА, ЗАКАЗНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ, СХЕМА.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…..………………………………………….……………..…………………..5

1 Характеристика объекта автоматизации и выбор структуры управления…………………….………………………………..………………....…....7
2 Обоснование выбора приборов и средств автоматизации для реализации АСР температуры томильной зоны методической печи.………..….....14
3 Разработка функциональной схемы автоматизации………………………..22
4 Разработка принципиальной схемы АСР……………..……….………..…...24
5 Разработка документации на щит АСР………………………...……..…...26
6 Разработка схемы внешних соединений АСР …………………………..…..27
Заключение ………………………………………………………………….......……28
Перечень ссылок ………….....……………………………………………………..….29
Приложение А. Спецификация на приборы и средства автоматизации
АСР соотношения топливо-воздух нагревательного колодца...……………………30
Приложение Б. Перечень составных частей щита АСР соотношения топливо-воздух нагревательного колодца ………………………………………………………..……31
Приложение В. Таблица надписей на табло и в рамках щита АСР ….....................33
Приложение Г. Таблицы соединений и подключений щита АСР ………...……….34
Приложение Д. Перечень элементов схемы внешних соединений АСР соотношения топливо-воздух нагревательного колодца …………………………...38

ВВЕДЕНИЕ
Строительство новых промышленных объектов и реконструкцию действующих предприятий осуществляется в соответствии с проектно-сметной документацией, которая представляет собой комплекс технических документов, содержащих технико-экономическое обоснование целесообразности сооружения нового или действующего объекта и чертежи для производства всех видов строительно-монтажных и строительных работ.

Проектирование объектов можно выполнять в одну стадию (рабочий проект) или в две стадии (“проект” и “рабочая документация”[1]).
На стадии “проект” разрабатывается следующая документация: структурная схема управления и контроля; структурная схема комплексов средств вычислительной техника (СВТ); структурная схема технических средств автоматизации (ТСА); функциональная схема автоматизации (ФСА); планы расположения щитов, пультов; заявочные ведомости на ТСА, СВТ, электроаппаратуру и т.д.; технические требования на разработку нестандартного оборудования; локальная смета на монтажные работы; пояснительная записка; задания ген проектировщику на разработки, связанные с автоматизацией объекта.
На стадии “рабочая документация” с исправлениями переносятся некоторые документы со стадии “проект” (структурная схема управления и контроля; структурная схема комплексов СВТ; структурная схема ТСА; ФСА) и дополнительно разрабатываются следующие:

• 
  принципиальные схемы контроля, регулирования, сигнализации;
  
• 
  монтажные схемы щитов и пультов (таблицы для монтажа):
  
• 
  схемы внешних проводок;
  
• 
  планы расположения ТСА, электрических и трубных проводок;
  
• 
  нетиповые чертежи установки ТСА;
  
• 
  общие виды нестандартного оборудования;
  
• 
  пояснительная записка;
  
• 
  расчеты регулирующего органа (РО), параметров настройки регулятора;
  
• 
  заказные спецификации;
  
• 
  перечень типовых чертежей на установку ТСА.
  

В данном курсовом проекте разработана проектная документация для создания АСР температуры в томильной зоне методической печи.
1 ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ И ВЫБОР СТРУКТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ
Одной из основных отраслей тяжелой промышленности является черная металлургия. Для дальнейшего увеличения выпуска проката необходима более совершенная эксплуатация существующих и строительство новых прокатных станов, а также обеспечение качественного нагрева предназначенных для прокатки слитков.
Нагревательные колодцы — основной тип нагревательных устройств, устанавливаемых перед обжимными станами (блюмингами и слябингами), на которых обычно прокатывают слитки весом не менее 2—3 т и толщиной 350 — 400 мм и более. Преимущества нагрева крупных слитков в нагревательных колодцах по сравнению с нагревом их в печах других типов следующие:
1) вследствие вертикального расположения слитков в нагревательном колодце устраняется опасность смещения усадочной раковины при поступлении в колодец слитков с незастывшей сердцевиной;
2) благодаря вертикальному расположению слитков большая часть их поверхности омывается продуктами сгорания топлива и получает тепло путем излучения от кладки, что обеспечивает более равномерный и быстрый нагрев металла, чем в печах других типов;
3) загружают и выгружают тяжеловесные слитки в вертикальном положении сравнительно просто (колодцевыми кранами).
Как известно, тепла, содержащегося в только что затвердевшем слитке стали с температурой поверхности примерно не менее 1000°, достаточно для того, чтобы вся масса металла слитка была доведена до температуры прокатки. Поэтому такой слиток достаточно было бы выдержать некоторое время в неотапливаемой, но хорошо теплоизолированной камере для выравнивания температуры по сечению слитка. Затем слиток без дополнительного подогрева можно было бы выдавать на стан для прокатки. График охлаждения и выдержки такого слитка в неотапливаемом колодце показан на рисунке

Рисунок 1,1 − График охлаждения и выдержки слитка в неотапливаемом колодце.

Однако существующие сталеплавильные агрегаты являются агрегатами периодического действия, а прокатные станы – непрерывно действующими агрегатами.

В отдельные периоды, например при совпадении выпуска плавок из нескольких сталеплавильных агрегатов, остановке, стана по какой-либо причине, а также при прокатке трудоемких профилей, в обжимной цех поступает горячих слитков больше, чем их можно прокатать на стане. При задержке в выпуске плавок в обжимные цехи нельзя подать необходимое для обеспечения их производительности количество горячих слитков.
Поэтому между сталеплавильным и обжимным целями должно быть предусмотрено буферное устройство, компенсирующее неравномерность поступления и переработки слитков на стане. Таким буферным устройством служит теперь отделение нагревательных колодцев.
Топливом для нагрева металла в нагревательных колодцах служит смешанный газ. Используют также смесь с природным газом и предварительно подогретый чис­тый доменный газ. Нагрев металла в обжимном цехе осуществляется в нагревательных колодцах регенеративного типа.
Каждая ячейка имеет индивидуальные перекидные устройства: клапан золотникового типа на газовом тракте и клапан мотылькового типа на воздушном тракте. Для удаления продуктов сгорания каждая группа имеет свою дымовую трубу. В каждой ячейке тяга регулируется шибером, установленным в дымовом борове.
Каждая ячейка оборудована системой теплового контроля и автоматического регулирования, состоящей из следующих узлов:
а)измерения и регулирования температуры в рабочем пространстве ячеек;
б)измерения расхода газа и воздуха и регулирования соотношения газ — воздух;
в)измерения разрежения перед дымовым шибером;
г) автоматической перекидки клапанов;
д)измерения температуры отходящих газов;
е)измерения давления смешанного газа в общем коллекторе
Система автоматизации предназначена для автоматизированного контроля и управления процессом нагрева слитков и получения слитков, соответствующих по качеству нагрева требованиям технологии изготовления слябов. Создание системы призвано снизить себестоимость продукции, обеспечив:

• 
  высокое качество нагрева с учетом исходного температурного состояния слитков;
  
• 
  максимальную производительность нагревательных колодцев;
  
• 
  отсутствие при нагреве слитков оплава поверхности;
  
• 
  минимизацию угара металла и расхода топлива;
  
• 
  стойкость нагревательных колодцев;
  
• 
  устойчивую технологию нагрева.
  

Работа нагревательного колодца оценивается по следующим основным параметрам:
- температура нагрева метала;
- экономичность сжигания топлива;
- атмосфера в печи;
- давление в рабочем пространстве;
- температура подогрева газа и воздуха;
- равномерность подогрева заготовки, которая оценивается косвенно по усилиям, возникающим при прокатке.
Процесс управления нагревом происходит в условиях изменяющихся возмущающих воздействий:
- производительности нагревательного колодца;
- подачи топлива и воздуха;
- калорийности топлива;
- теплофизических параметров заготовок (температуры посада, размеров, теплопроводности);
- подсосов;
- выбиваний через окна;
- неплотности печи.
Основные управляющие воздействия в нагревательных колодцах следующие:
- температура в зонах, которая обеспечивается расходом топлива;
- расход воздуха к горелкам на зону;
- изменение тяги дымовой трубы или эксгаустера.
Система контроля, автоматического регулирования и сигнализации нагревательного колодца предусматривает контроль, регулирование и сигнализацию следующих параметров:
регулируемые параметры:
- температура в рабочем пространстве;
- соотношение топливо воздух;
- давление в рабочем пространстве.
контролируемые параметры:
- температура в рабочем пространстве;
- температура отходящих газов;
- температура воздуха после рекуператора;
- расход смешанного газа;

• 
  давление в рабочем пространстве;
  
• 
  разряжение отходящих газов;
  

сигнализируемые параметры:
- падение давления газа, идущего на печь;
- падение давления горячего воздуха;
- падение давления охлаждающей воды;
- падение давления газа и воздуха по зонам.
Множество контролируемых и регулируемых параметров обусловлено тем, что общая задача управления разделяется на ряд самостоятельных задач управления. Математические модели любого объекта определяется экспериментально по кривой разгона. Это объекты с самовыравниванием.
В общем случае объект автоматизации состоит из нескольких связанных между собой участков управления или локальных контуров управления отдельными параметрами одной установки или агрегата. В свою очередь и система управления, в зависимости от решаемых задач, может состоять из нескольких пунктов управления. Поэтому различают одноуровневые и многоуровневые системы управления. Так как в данном случае объект сравнительно прост и сосредоточен на небольшой территории, то применяются одноуровневые централизованные системы управления.
В данном курсовом проекте разработана АСР соотношения топливо-воздух в нагревательном колодце. Задача управления процессом нагрева металла в методических печах заключается в выборе и поддержании режима работы, обеспечивающего получение металла заданного качества с минимально возможным удельным расходом топлива в условиях переменной производительности агрегата.
Расходы газа и воздуха измеряют с помощью расходометров переменного перепада давлений установленных на трубопроводах после регулирующих вентилей.
Задание регуляторам соотношения топливо-воздух в зонах нагрева устанавливает обслуживающий персонал, изменяя его в зависимости от производительности колодца, марки нагреваемого металла, качества нагрева металла, которое контролируют в процессе нагрева и прокатки.
Необходимое качество регулирования соотношения топливо-воздух достигается в одноконтурной автоматической системе ре­гулирования, структура которой приведена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 — Структурная схема АСР температуры

Функциональная структурная схема регулирования температуры представлена на рисунке 1.3.

Соотношение топливо-воздух

Преобразование соотношения в унифицированный сигнал

Формирование управляющего
воздействия

Задание величины соотношения

Показания и регистрация соотношения







Дистанционное
управление