Автоматизация нагревательного колодца. Разработка АСР соотношения топливо−воздух

">         -  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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

 

 
 
 

      Рисунок 1.3 - Функциональная структурная схема регулирования температуры в томильной зоне методической печи

 

2 ОБОСНОВАНИЕ  ВЫБОРА ПРИБОРОВ И СРЕДСТВ

АВТОМАТИЗАЦИИ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ АСР ТЕМПЕРАТУРЫ

ТОМИЛЬНОЙ ЗОНЫ МЕТОДИЧЕСКОЙ ПЕЧИ 

      В соответствии с выбранной структурой АСР основным информационным сигналом в ней является сигнал, пропорциональный объемному расходу при реальных значениях давления и температуры окружающей среды. Параметры контролируемой среды:

• температура воздуха  - 30 ˚С
• температура топлива  - 30 ˚С
• давление воздуха  - 6 кПа
• давление топлива  - 7 кПа
• расход воздуха  - 8000 м³/с
• расход топлива  - 5000 м³/с

      Место установки датчика подвержено воздействию окружающей среды с параметрами:

• температура, ˚С - 20-50;
• абсолютное давление, кПа - 90-105;
• относительная влажность, % - до 80.

      Расстояние  от датчика до вторичного прибора  около 50 м.

      Контролируемая  и окружающая среды при нормальной работе агрегата взрыво- и пожароопасные.

      В соответствии с требованиями метрологического каталога нагревательного колодца  допустимая погрешность контроля температуры  в сварочной зоне ±1,5%, а допустимое запаздывание информации – 5 с. 

      В соответствии с приведенными условиями для контроля расходов выбран расходомер Метран-350-SFA

      Степень защиты от воздействия пыли и воды IP65 по ГОСТ 14254

     Вид взрывозащиты "взрывонепроницаемая  оболочка" и "специальный" соответствует  требованиям ГОСТ Р 51330.0, ГОСТ Р 51330.1, ГОСТ 22782.3 и выполняется с уровнем взрывозащиты "взрывобезопасный" и маркировкой по взрывозащите ExdsllC5 X.

      Основные  технические характеристики датчика:

• Измеряемые среды: газ, пар, жидкость
• Параметры измеряемой среды:
• температура:

40...400 ^оС - интегральный монтаж,

40...677°С - удаленный  монтаж;

• избыточное   давление  в   трубопроводе 25 МПа
• Диаметр трубопровода, Ду, 50...1820 мм
• Пределы измерений расхода рассчитываются для конкретного применения
• Пределы основной допускаемой относительной погрешности измерений массового (объемного) расхода до ±1%
• Самодиагностика
• Взрывозащищенное исполнение
• Средний срок службы - 10 лет
• Межповерочный интервал - 2 года
• Внесен в Госреестр средств измерений под №25407-04
• Выходной сигнал - унифицированный токовый 4-20 мА пропорционален объемному расходу при реальных значениях давления и температуры измеряемой среды.

 

      Для питания расходомера применяем  блок питания Метран 602-024-45-DIN монтируемый на шине DIN. Технические данные:

• Количество каналов – 2
• Выходное напряжение – 24 В
• Клас стабилизации – 0,2
• Потребляемая мощность – 6 Вт

 

      Все остальные технические средства АСР, кроме исполнительного механизма, будут размещены на щитах, в специально подготовленном, отапливаемом помещении  и эксплуатироваться в общепромышленных условиях:

      - температура, 15-30 ˚С;

      - давление, 90-105 кПа;

      - относительная влажность, до 80 %.

     Для регистрации контролируемого параметра  выбран Многоканальный регистратор  Метран-900. Многоканальный регистратор Метран-900 предназначен для сбора, обработки и регистрации информации, поступающей от датчиков с выходным унифицированным сигналом, сигналом взаимной индуктивности и датчиков температуры, измеряющих параметры технологических процессов.

     . Регистратор предназначен для общепромышленных условий эксплуатации и имеет технические характеристики:

• Возможность подключения различных типов первичных датчиков в произвольном сочетании (всего 12 датчиков)
• Одновременный контроль параметров различных процессов
• Встроенный интерфейс RS232/RS485
• Визуализация данных на встроенном дисплее в цифровом и графическом виде
• Наглядность и информативность отображаемой оперативной информации - по всем 12 каналам одновременно
• Возможность получения всей необходимой информации о состоянии параметров на любой момент времени за период регистрации
• Возможность непосредственного вывода информации на печатающее устройство
• Минимальные затраты при монтаже

   Регистратор Метран-900 состоит из блока коммутации и регистратора, выполненных в  независимых корпусах. Выбираем блок коммутации К1203. Пределы допускаемой основной приведенной погрешности измерений: аналоговых сигналов 0-20, 4-20 мА - не более ±0,1%;

      При выбранных технических средствах  погрешность контроля температуры  составит 

      δ_изм =

,

      δ_изм =

≈ 1 %, 

что ниже допустимой.

      Запаздывание  информации определяется, в основном, инерционностью датчика и не превышает  допустимого.

     В качестве регулятора выбираем МИК – 51 –  компактный малоканальный многофункциональный микропроцессорный контроллер, предназначенный для автоматического регулирования и логического управления технологическими процессами. Количество входов-выходов контроллера:

- Аналоговые  входа - 4 (2 универсальных, 2 унифицированных).

- Аналоговые  выхода -4.

- Дискретные  входа  3.

- Дискретные  выхода - 5.  

 

Таблица 1,1 – Технические данные регулятора