Закалочная печь


Введение

 

Комплекс  регулирующих и функциональных блоков на микроэлектронной базе «Каскад-2»  это система, состоящая из набора автономных устройств, выполняющих  в различных сочетаниях типовые  функции, необходимые для построения систем контроля и автоматизации в отраслях промышленности, представляет собой комплекс регулирующих функциональных блоков на микроэлектронной базе «Каскад-2». Комплекс обеспечивает управление технологическими процессами с электрическими исполнительными однооборотными механизмами типа МЭО и МЭО-К. Блоки комплекса «Каскад-2» образуют группы регулирующих и функциональных устройств.

Блоки комплекса выпускаются в приборном  исполнении, имеющим унифицированную  конструкцию, и предназначены для  утопленного щитового монтажа на вертикальной плоскости в закрытых взрывобезопасных помещениях

при отсутствии агрессивных компонентов.

В состав «Комплекса-2» входят регулирующие аналоговые блоки с непрерывным  выходным сигналом и с импульсным выходным сигналом.

Блоки с непрерывным выходным сигналом обеспечивают формирование по выбору П-, ПИ-, или ПИД- закона регулирования, двухстороннее регулироемое ограничение выходного сигнала, демпфирование сигнала отклонения, безударное переключение режимов работы и ручное управление выходным сигналом, введение сигнала задания, формирование сигнала задания.

Блоки с импульсным выходным сигналом обеспечивают формирование по выбору П-, ПИ-, или ПИД- законам регулирование, а также трехпозиционное и двухпозиционное регулирование, демпфирование сигнала отклонения, индикацию выходного сигнала, введение сигнала задания, формирование сигнала отклонения.

 

 

 

 

 

1 Общая часть


1.1 Краткая характеристика устройства  работы и теплового режима  закалочной печи. Основные параметры процесса, требования к автоматизации.

 

Прокат 4 предназначен для получения горячего листа различных марок стали. Закалочная печь предназначена для нормализации и закалки углеродистой, нержавеющей и низколегированной стали.

Печь  представляет собой камеру, размеры  которой составляют: длина 65м, высота 4 метра, ширина 2 метра.

Передвижение  полосы проката по печи осуществляется с помощью водоохлаждающих роликов, работающих в непрерывном режиме или в режиме покачивания, количество роликов 62 штуки. Каждая группа роликов соединена через редуктор и имеет свой электропривод. Ролики располагаются так, чтобы между ними и кладкой печи не было подсосов холодного воздуха.

Для соблюдения выбранного режима нагрева  и удобства регулирования печь разбита  на 4 самостоятельные зоны. Топливом печи является коксо-смешанный газ  с теплотой сгорания 1400 . Давление газа подаваемого на печь составляет 1500 .

Для получения факела применяются инжекционные горелки, расположенные в шахматном  порядке. По длине печи в стенах расположено 49 горелок.

Подогрев заготовок осуществляется сверху и снизу. Для наилучшего сгорания топлива газ подогревают в металлическом трубчатом рекуператоре до температуры . Продукты сгорания удаляются через три дымовые шибера, расположенных по длине печи, и поступают в рекуператоры для нагрева газа, а затем через дымоход в атмосферу.


Металл  на закалочную печь поступает со стана 2300 при помощи крана металл загружают  на загрузочную машинную. При помощи этой машины металл укладывается на рольганг для подачи в печь.  После нагрева листа металла до нужной температуры, лист проходит через туширующее устройство, где под напором воды охлаждается. После охлаждения листа, он поступает в правильную машину.

   Основными параметрами являются:

а) температура  в процессе и на выходе из печи, так как определить температуру металла и ее распределение по сечению, что имеет большое значение, почти невозможно, то управление процессом нагрева ведется по температуре в каждой зоне;

б) температура  дымовых газов;

в) давление в рабочем пространстве печи. По его значению оценивают гидравлический режим печи. На уровне роликов оно составляет 4-6 Па.

Основные  возмущающие воздействия:

а) изменение  производительности печи;

б) изменение  давления газа;

в) изменение  тяги дымовой трубы;

г) изменение температуры сгорания топлива;

д) непрерывный  расход воздуха и топлива по горелкам и ….

Основные  управляющие воздействия:

а) температура  в зонах;

б) расход газа и воздуха по зонам;

в) тяга дымовых газов из печи;

г) скорость движения заготовки вдоль печи.

 

1.2 Обоснование, выбор и краткое описание систем контроля, управления и защиты параметров закалочной печи

 

В процессе проектирования на основании знаний по работе и параметров объекта управления выбираются контролируемые и регулируемые параметры, а также способы их регулирования. Все эти вопросы решаются при разработке структурных схем управления, а на базе их строятся функциональные схемы автоматизации. Предлагаемая схема автоматизации управления параметрами нагревательной печи разработана и представлена на листе 1 графической части.

Непосредственное  управление параметрами нагревательной печи осуществляется с помощью локальных  систем контроля, регулирования и  управления, построенных на базе аппаратуры агрегатного комплекса Каскад-2 и состоит из следующих узлов.

Контроль температуры в начале 1 и 2 зоны

Измерение температуры в начале и в конце 1 и 2 зоны необходимо для визуального  контроля температуры в 1 и 2 зонах. С  термоэлектрических преобразователей ТПП (поз. 1а, 1б, 1в), сигнал термоэдс подается с помощью компенсационных проводов на вход регистрирующего прибора типа Диск 250 (поз. 1г).

Дистанционное управление газовым  дросселем

Дистанционное управление газовым дросселем осуществляется для поддержания теплового режима зон 1 и 2.

Поворотная  регулирующая заслонка ПРЗ (поз. 2а, 3а) механически сочленена с исполнительным механизмом типа МЭО (поз. 2б, 3б), на который поступает сигнал от переключателей HS (поз. SA1, SA2). Указатель положения В-12 (поз. 2в, 3в)показывает степень открытия ПРЗ.

Система регулирования температуры в конце 3 и 4 зоны


Система регулирования температуры служит для поддержания заданного температурного режима в рабочем пространстве 3 зоны

Так как температура составляет 1300 0С, то предлагается выбрать термоэлектрический преобразователь типа ТПП (поз. 4а, 5а). Сигнал с него в виде термоэдс поступает на нормирующий преобразователь типа Ш-78 (поз. 4б, 5б), который предназначен для преобразования сигнала в унифицированный токовый сигнал (0 - 5 мА). Сигнал одновременно поступает на регулятор типа Р27 (поз. 4д, 5д) и на вторичный регистрирующий прибор типа Диск 250 (поз. 4в, 5в), который показывает и регистрирует действительное значение параметра.


На регулятор  помимо действительного значения температуры  подается заданное значение от задающего устройства типа ЗУ-05 (поз. 4г,5г). На выходе регулятора формируется управляющее воздействие в виде сигнала 24В.

В системе  регулирования предусмотрен блок ручного управления типа  БУ-21 (поз. 4е,5е).

Напряжение  24В  усиливается  с  помощью  пускателя  типа  ПБР-2М  (поз. 4ж, 5ж) до величины 220В для привода исполнительного механизма типа МЭО (поз. 4к, 5к). Исполнительный механизм механически сочленен с регулирующей заслонкой типа ПРЗ (поз. 4л, 5л), установленной в трубопроводе смешанного газа. Указатель положения В-12 (поз. 4и, 5и) показывает степень открытия ПРЗ.

Измерение температуры в начале 3 и 4 зоны

Измерение температуры в начале и в конце 3 и 4 зоны необходимо для визуального  контроля температуры в 3 и 4 зонах. С  термоэлектрических преобразователей ТПП (поз. 6а, 6б), сигнал термоэдс подается с помощью компенсационных проводов на вход регистрирующего прибора типа Диск 250 (поз. 6г).

Измерение температуры смешанного газа

Измерение температуры смешанного газа осуществляется для визуального контроля за степенью нагретости смешанного газа. С термоэлектрического преобразователя ТХА (поз. 7а), установленной в трубопроводе смешанного газа и термоэлектрического преобразователя ТХА (поз. 7б), установленной в рекуператоре, сигнал термоэдс подается с помощью компенсационных проводов на вход регистрирующего прибора типа А-100Н (поз. 7в).

Измерение давления в печи

Измерение давления в рабочем пространстве  печи   необходима для

визуального контроля за обеспечением нужного гидравлического режима, устранения подсоса холодного воздуха и выбивания пламени из горелок.

Отбор давления из первой зоны поступает  на измерительный преобразователь  Сапфир 22 ДИ (поз. 8а), который преобразует давление в унифицированный токовый сигнал. Он поступает на вторичный регистрирующий прибор типа Диск 250 (поз. 8б).

Дистанционное управление дымовыми шиберами

Дистанционное управление дымовыми шиберами осуществляется для поддержания давления в рабочем пространстве печи.

Шибер (поз. 9а, 10а) механически сочленен с  исполнительным механизмом (поз. 9б, 10б) на который поступает сигнал от переключателей HS (поз. SA3, SA4). Указатель положения В-12 (поз. 9в, 10в) показывает степень открытия шибера.

Система регулирования  давления смешанного газа  подаваемого на      

        закалочную  печь

Отбор давления подается из трубопровода на измерительный преобразователь типа Сапфир 22 ДИ (поз. 11а), который преобразует давление в унифицированный токовый сигнал. Он поступает одновременно на вторичный регистрирующий прибор типа Диск 250 (поз. 11б) и на регулирующее устройство типа Р27 (полз. 11г).На регулятор подается заданное значение от задающего устройства типа ЗУ-05 (поз. 11в). На выходе формируется управляющее воздействие в виде сигнала 24В.


В системе  регулирования предусмотрен блок ручного управления типа  БУ-21 (поз. 11д). Блок ручного управления работает в двух режимах: «А» (автоматическое регулирование) и «Р» (ручное управление).

Напряжение 24В усиливается с помощью пускателя типа ПБР-2М (поз. 11е) до величины 220В для привода исполнительного механизма типа МЭО 630/10-0,25-87 (поз. 11и). Исполнительный механизм механически сочленен с ПРЗ (поз. 11к), которая установлена в трубопроводе смешанного газа. Указатель положения В-12 (поз. 11ж) показывает степень открытия ПРЗ.

Система регулирования расхода смешанного газа

Система предназначена для управления режимом  горения топлива с тем, чтобы  топливо сгорало экономично без потерь.


Система состоит из одной измерительной диафрагмы типа ДКС (поз. 12а) установленной в трубопроводе газа. Перепад давления газа поступает на преобразователь измерительный типа Сапфир 22 ДД (поз. 12б), где перепад давления преобразуется в унифицированный токовый сигнал, который далее поступает на блок вычислительных операций типа А-35 (поз. 12в), который установлен в режиме извлечения корня для линеаризации статической характеристики расходомера. С выхода блока А-35 сигнал поступает на вход аналогового, показывающего и регистрирующего прибора типа Диск 250 (поз. 12г) для контроля и регистрации расхода газа, и одновременно поступает на регулирующий прибор типа Р27 (поз. 12д), к которому подключается ручной задатчик типа ЗУ-05 (поз. 12е). Регулятор сравнивает эти сигналы, суммирует, выявляет сигнал рассогласования. С выхода регулятора сигнал проходит через блок ручного управления типа БУ-21 (поз. 12ж), на котором имеется переключатель «А» - «Р» и поступает на бесконтактный реверсивный пускатель типа ПБР-2М (поз. 12и), где сигнал преобразуется в напряжение 220В для управления исполнительным механизмом типа МЭО (поз. 12л). Исполнительный механизм механически сочленен с поворотной регулирующей заслонкой типа ПРЗ (поз. 12м), установленной в трубопроводе. Указатель положения В-12 (поз. 12к) показывает степень открытия ПРЗ.

Измерение температуры металла  на выходе из печи

Измерение температуры металла на выходе из печи необходима для визуального контроля за степенью прогретости. С преобразователя пирометрического типа ППТ (поз.13а) сигнал поступает на преобразователь измерительный типа ПВВ (поз.13б). В качестве вторичного регистрирующего прибора используется прибор аналоговый  типа А100Н (поз.13в).

Сигнализация падения давления газа и отсечка 

Система предназначена для отключения подачи газа к горелкам при падении давления газа ниже предела устойчивости работы горелок.


Отбор напора производится из трубопровода газа и подается к датчику реле напора типа ДН  (поз. 14а).  При падении давления   замыкается контакт микровыключателя реле-напора, и сигнал поступает в схему сигнализации. В  схеме  предусмотрены  кнопки  управления   КЕ-011 (SB1 – для опробования сигнализации, SB2 – для отключения звукового сигнала). Одновременно сигнал поступает на электропневматический привод типа ЭПК (поз. 13б), перемещающий отсечной клапан типа ПКН (поз. 14в), установленный в газопроводе, и он мгновенно отключает подачу газа в печь.

 

1.3 Спецификация на оборудование

 

Таблица 1

 

Наименование  системы

Поз.

Наименование  оборудования

Тип

Кол-

  во

Примечание

1

2

3

4

5

6

Контроль  температуры в рабочем пространстве 1 и 2 зонах

1а,1б

1в

Преобразователь термоэлектрический

ТПП

3

  

1г

Прибор  аналоговый регистрирующий

А-100Н

1

Трехкан.

Дистанционное управление газовым дросселем в 1 и 2 зонах

2а, 

3а

Заслонка  поворотно-регулирующая

ПРЗ

2

  

2б,

3б

Механизм  исполнительный

МЭО-40/10

2

  

2в,3в

Указатель положения

В-12

2

  

SA1,

SA2

Универсальный переключатель

  УП-   

5312-

  С29

2

  

 

 

Регулирование температуры в конце

3 и  4 зонах

4а

5а

Преобразователь термоэлектрический

ТПП

2

  

4б

5б

Преобразователь нормирующий

Ш-78

2

  

4в

5в

Прибор  аналоговый регистрирующий

Диск-250

2

  

4г, 5г

Устройство  задающее

ЗУ-05

2

  


Продолжение таблицы 1

1

2

3

4

5

6

 

4д

5д

Устройство  регулирующее

Р27

2

  

4е

5е

Блок  ручного управления

БУ-21

2

  

4ж

5ж

Пускатель бесконтактный реверсивный

ПБР – 2М

2

  

4и

5и

Механизм  исполнительный

МЭО-40/10

2

  

Контроль  температуры в начале 3 и 4 зоны

6а

6б

Преобразователь термоэлектрический

ТПП

2

  

6в

Прибор  аналоговый регистрирующий

Диск-250

1

  

Контроль  температуры подогретого смешанного газа

7а

7б

Преобразователь термоэлектрический

ТХА

2

  

7в

Прибор  аналоговый регистрирующий

А-100Н

1

Двухкан.

Контроль  давления в печи

8а

Преобразователь измерительный

Сапфир – 22ДИ

1

  

8б

Прибор  аналоговый регистрирующий

  А-100

1

  

Дистанционное управление дымовыми шиберами

9а

10а

Шибер

  

2

  

9б

10б

Механизм  исполнительный

МЭО-250/

25

2

  

9в,

10в

Указатель положения

   В-12

2

  

SA3

SA4

Универсальный переключатель

УП-5312- С29

2

  


Продолжение таблицы 1

1

2

3

4

5

6

Регулирование давления смешанного

     газа 

11а

Преобразователь измерительный

Сапфир – 22ДИ

1

  

11б

Прибор  аналоговый регистрирующий

Диск-250

1

  

11в

Устройство  задающее

ЗУ-05

1

  

11г

Устройство  регулирующее

Р27

1

  

11д

Блок  ручного управления

БУ-21

1

  

11е

Пускатель бесконтактный реверсивный

ПБР – 2М

1

  

11ж

Указатель положения

В-12

1

  

11и

Механизм  исполнительный

МЭО-250/25

1

  

11к

Заслонка поворотно-регулирующая

ПРЗ

1

  

Регулирование расхода смешанного газа

12а

Диафрагма измерительная

ДКС

1

  

12б

Преобразователь измерительный

Сапфир – 22ДД

1

  

12в

Блок  вычислительных операций

А-35

1

  

12г

Прибор  аналоговый регистрирующий

Диск-250

1

  

12д

Устройство  регулирующее

Р27

1

  

12е

Устройство  задающее

ЗУ-05

1

  

Продолжение таблицы 1

1

2

3

4

5

6

 

12ж

Блок  ручного управления

БУ-21

  1

  

12и

Пускатель бесконтактный

реверсивный

ПБР-2М

  1

  

12к

Указатель положения

В-12

1

  

12л

Механизм  исполнительный

МЭО-630/10

1

  

12м

Заслонка  поворотно-регулирующая

ПРЗ

1

  

Температура металла на выходе из печи

13а

Преобразователь пирометрический

ППТ

1

АПИРС

13б

Преобразователь измерительный

ПВВ

1

13в

Прибор  аналоговый

А-100Н

1

  

Отсечка и сигнализация

SB1,

SB2

Кнопки  управления

КЕ – 011

2

  

HL1

HL2

Табло световое

ТСБ-2

2

  

HA

Звонок

ЗВП

1

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


2 Специальная  часть

2.1 Обоснование и выбор способа  регулирования расхода смешанного  газа подаваемого на закалочную  печь. Построение и описание структурной схемы автоматической системы регулирования

 

Структурная схема – это графическое изображение структуры и управления объектом. Структурная схема регулирования представляет собой набор отдельных функциональных элементов, изображенных в виде прямоугольников.

При разработке структурных схем автоматического  регулирования решаются следующие  вопросы:

- выбор  способа регулирования, при этом  выбирается регулируемая величина, и чем эта величина будет  регулироваться (регулирующее воздействие);

- выбор  задающих и коррекционных воздействий для данной системы и на основании этого строится структура системы (одноконтурная, многоконтурная, каскадная и так далее);

- выбор  комплекса технологических средств,  на базе которого будет реализована  данная система;

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

АСР расхода смешанного газа подаваемого  на закалочную печь предназначена для  поддержания температуры в печи.

При уменьшении расхода смешанного газа произойдет уменьшение температуры.

При увеличении расхода газа температура  в печи увеличится.

Структурная схема системы регулирования расхода смешанного газа подаваемого на закалочную печь представлена на рисунке 1.

Расход  газа ведется при  помощи сужающего устройства (1), где производится преобразование расхода в перепад давления. Перепад давления поступает на преобразователь (2), который преобразует разность давлений в унифицированный токовый сигнал. Этот сигнал поступает на блок извлечения квадратного корня (3) для линеаризации статической характеристики . После чего сигнал одновременно поступает на вторичный регистрирующий прибор (4) и на суммирующую часть регулятора (5).

На  суммирующую часть регулятора (5) поступает токовый сигнал от задающего устройства (6), где устанавливается заданное значение расхода. В суммирующей части происходит сравнение действительного и заданного значений расхода и выявляется сигнал рассогласования. Сигнал рассогласования поступает на вход регулирующего блока (7), который вырабатывает сигнал в соответствии с выбранным законом регулирования в зависимости от наличия разбаланса между действительным и заданным значениями. На выходе регулирующего блока формируется управляющее воздействие в виде сигнала 24 В.


В системе  регулирования предусмотрен блок ручного  управления (8), который имеет два  режима работы: «А» - автоматическое регулирование  и «Р» - ручное управление. Для ручного управления предусмотрены кнопки «Б» и «М»: больше – меньше.

Напряжение 24 В усиливается с помощью пускателя (10) до величины 220 В для привода исполнительного механизма (11). Исполнительный механизм механически сочленен с регулирующим органом (12).

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

 

 

 

 

 

 

 

 


2.2 Расчет и выбор аппаратуры для реализации автоматической системы регулирования расхода смешанного газа, подаваемого на закалочную печь.

 

Расчет и выбор закона регулирования  и регулятора автоматической          системы регулирования

Исходные данные

а) динамическая характеристика

 

       
       
       

 

Рисунок 2 – Кривая разгона системы регулирования

б) входная  величина – положение регулирующей  заслонки  в газопроводе,  % хода:

- % хода регулирующего органа;

в) выходная величина – давление газа в газопроводе на подаче газа на сторону коксовой батареи,  :

-
;

г) вид  датчика – преобразователь типа  САПФИР – 22 ДД;

д) максимальное возмущение по нагрузке:

= 5 % хода регулирующего органа;

е) требования к качеству регулирования:

1) максимальное  динамическое отклонение:

=150
;


2) допустимое  остаточное отклонение:

=100
 ;

3) допустимое  время регулирования:

= 8 с;

4) допустимое  перерегулирование:

.

Определение свойств и параметров объекта

Исходя из формы  динамической характеристики, определяются основные свойства объекта регулирования. Вид объекта – статический.

Путем графического построения (построения касательной) из кривой разгона находим:

а) время  запаздывания – отрезок времени от момента введения возмущения до точки пересечения касательной с линией начального установившегося значения регулируемой величины, , с:

;

б) постоянная времени – отрезок времени, отсекаемый касательной от начального до конечного установившегося значения регулируемой величины, , с:

;

в) условный коэффициент передачи статического объекта, :

д) характерной  величиной для выбора  регулятора и определения его  параметров настройки  является  отношение  запаздывания    к постоянной  времени ,  часто называемое степенью инерционности, :

;


Выбор типа регулятора

Тип регулятора (непрерывный, релейный или  импульсный) ориентировочно выбирается по величине отношения запаздывания к постоянной времени ( ), пользуясь таблицей 1.

Таблица 2 - отношение запаздывания к постоянной времени

 

Регулятор

меньше 0,2

релейный

меньше 1,0

непрерывный

больше 1,0

непрерывный или

импульсный


 

Так как степень инерционности составляет 0.202, что больше 0.2, но

меньше 1.0, следовательно, выбирается непрерывный  регулятор.

Выбор типового переходного процесса

Типовой процесс регулирования выбирается в зависимости от требования к  устойчивости и точности поддержания  регулируемой величины в переходном процессе. По величине перерегулирования ( ) выбирается апериодический переходный процесс.

Определение динамического коэффициента регулирования

Так как выбран непрерывный регулятор, то необходимо определить величину динамического коэффициента регулирования, R.

Динамический коэффициент регулирования - это величина, показывающая степень воздействия регулятора на объект регулирования, уменьшающая динамическое отклонение, :


 


Выбор простейшего закона регулирования

Выбор простейшего закона регулирования обеспечивающего полученный динамический коэффициент определяется по номограмме рисунок 3. для выбранного типового процесса регулирования

 

     
     
     
     
     

Закалочная печь 📙 Дипломная → 🆔 6163

Закалочная печь 📙 Дипломная → 🆔 6163

Закалочная печь