Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Автоматизация стекловаренной печи

Федеральное агентство по рыболовству

ФГОУ ВПО «Астраханский Государственный Технический Университет»

Кафедра Автоматизации

технологических процессов

Курсовая работа

по дисциплине: «Проектирование средств

автоматизации».

Выполнил:

студент группы ДИА-51

Досмухамедов Р.Д.

Проверил:

доц. Прохватилова Л.И.

Астрахань 2009г.

Астраханский Государственный Технический Университет

Кафедра Автоматизации технологических процессов.

Дисциплина Проектирование средств автоматизации.

Специальность Автоматизация технологических процессов и производств

Курс ___V___ Группа ____ДИА-51___ Семестр __________9_________

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект (работу) студента

Досмухамедова Рамиля Дамировича _______________________________________________

1.Тема проекта (работы): Автоматизация стекловаренной печи. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2.Срок сдачи студентом законченного проекта (работы) _________________________

3.Исходные данные к проекту (работе): Технологическая схема стекловаренной печи.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4.Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов):1. Введение; 2. Описание технологического процесса; 3. Существующий уровень автоматизации и обоснование целесообразности принятого решения; 4. Структура системы управления; 5. Описание функциональной схемы автоматизации; 6. Выбор технических средств; 7. Описание принципиальной электрической схемы; 8. Заключение; 9. Список литературы; 10. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей): Функциональная схема автоматизации; Принципиальная электрическая схема регулирования и блокировки.

5.Дата выдачи задания _____________________________________________________

Студент____________________ Досмухамедов Р.Д.

подпись (ф.и.о.)

Руководитель ____________________ доц., к.т.н. Прохватилова Л.И.

подпись (ф.и.о.)

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………………………………………4

1. Описание технологического процесса....………………………………………...5

2. Существующий уровень автоматизации и обоснование целесообразности

принятого решения…………………………………………………………………..9

3. Структура системы управления………………………………………………….10

4. Разработка функциональной схемы автоматизации……………...…………….13

5. Выбор технических средств……………………………………………………...16

6. Разработка принципиальной электрической схемы………………………..…..35

7. Заключение…………………………………………………………………...…...37

8. Список литературы……………………………………………………………….38

Введение

В настоящее время проблема комплексной автоматизации в различных сферах является одной из ключевых; ее решение относится к приоритетным направлениям научно-технической политики в нашей стране. Особое место здесь отводится созданию систем автоматического регулирования с использованием микропроцессоров и микро-ЭВМ. Для разработки и исследования таких систем требуются высококвалифицированные специалисты, освоившие как теорию автоматического регулирования, так и её прикладные аспекты, особенно аспекты, связанные с применением современных средств автоматизации.

В практике проектирования конкретных систем автоматизации большое значение имеет знание областей применимости используемых методик и характеристик и их взаимная связь.

Опыт автоматизации и роботизации процессов в различных отраслях промышленности показывает, что электрогидравлические и электропневматические системы управления обеспечивают минимальные габариты и массы исполнительных механизмов при максимальной их выходной мощности и быстродействии в сочетании с удобством управления от ЭВМ. Этим объясняется постоянно расширяющееся применение электрогидравлических и электропневматических систем управления в робототехнических комплексах, гибких автоматизированных производствах, машинах-автоматах, строительных и дорожных машинах, судостроении, самолетостроении и других отраслях.

1. Описание технологического процесса.

Печь для варки стекла.

Производство стекломассы включает в себя варку шихты в стекловаренной печи и нормализацию температурного режима в питателях.

На предприятии ООО ВМ Рroduct «АстраханьСтекло» функционирует ванная печь с поперечным направлением пламени. Типичная конструкция такой печи показана на рис.1.

Рис.1. Общий вид печи для варки стекла.

Печь имеет три зоны:

зона варки, в которой температура регулируется вручную;

зона осветления, в которой регулировка температуры осуществляется автоматически;

рабочая зона, в которой температура регулируется вручную.

Горелки в печи расположены по бокам, по три на каждую зону слева и справа. Горение осуществляется либо с одной, либо с другой стороны с переводом пламени через каждые 30 минут.

Технологическая схема печи для варки стекла представлена на рисунке 2.

а) вид сверху

в) вид сбоку.

Рис. 2 Технологическая схема печи для варки стекла.

На горелки печи подаётся топливный газ, который сгорает в присутствии воздуха. Воздух подаётся воздуходувкой в регенераторы, расположенные с двух сторон печи. В регенераторах воздух нагревается за счёт тепла от печи. Образующиеся дымовые газы выходят из печи и через дымовую трубу удаляются в атмосферу.

Шихта со стеклобоем поступает в стекловаренную печь, в которой производится варка.

Основной особенностью процесса стекловарения в промышленных стекловаренных печах является необходимость плавления больших объёмов шихты за относительно короткий период времени.

В ванных печах провар шихты происходит под влиянием следующих теплообменных процессов:

- передачи лучистой энергии от горячих газов и кладки верхнего строения;

- конвективного переноса тепла от факела к шихте;

- теплопередачи в слое загружаемой шихты;

- передачи тепла к шихте снизу от стекломассы.

Поскольку газы в полости печи перемещаются с небольшими скоростями (1-4 м/c), то конвективная составляющая передачи тепла в пламенном пространстве не превышает 5-15%. Теплопередачей в самой шихте вследствие ее большого термического сопротивления можно пренебречь.

Таким образом, плавление шихты происходит, главным образом, за счёт излучения факелов и пламенного пространства сверху, а также от стекломассы снизу. Соотношение между ними находится в пределах

(1,5-2,5):1. Это определяет ведущую роль процессов варки на поверхности кучи шихты. В результате лимитирующим звеном всего процесса варки стекла в промышленной печи становится скорость прогрева массы шихты до температуры ее плавления.

Шихту подают в печь загрузчиком З1 продольными грядами высотой 150-250 мм, количество которых равно числу столов загрузчиков.

Мгновенное достижение высоких температур приводит к быстрому (в течение нескольких минут) оплавлению шихты и образованию на ее поверхности подвижной пленки расплава в виде слоя. Под этой плёнкой образуется пластичный слой, который состоит из смеси жидкой и твердой фаз, но жидкой фазы оказывается немного, вследствие чего этот слой остаётся неподвижным.

Ниже этого слоя находится не спекшаяся шихта с температурой 100-

300°С из-за низкой теплопроводности и теплопрозрачности поверхностных слоев.

За границу между слоями условно можно принять изотермические поверхности с температурами 1200°С (практическая неподвижность расплава ниже этой температуры) и 800°С (температура появления в нагреваемой шихте заметного количества жидкой фазы). Эти же слои имеются с нижней стороны гряды шихты вследствие поступления к ней тепла от находящейся в бассейне стекломассы.

Все стадии стекловарения протекают в различных слоях кучи шихты, имеющих температуру 100-1200°С. Жидкий расплав образуется на поверхности кучи шихты в виде пленки толщиной около 10 мм с градиентом температур по этой толщине 80-120°С. При этом слой расплава толщиной 4-5 мм стекает с кучи со скоростью 3-5 м/ч, обнажая лежащий под ним слой плавящейся шихты, который, приобретая достаточную текучесть при повышении его температуры, также начинает стекать, обнажая следующие слои. В нижней части кучи тот же процесс протекает с меньшей интенсивностью вследствие более низких температур стекломассы по сравнению с температурой пламенного пространства над кучами шихты.

В конечном итоге эти процессы приводят к изменению высоты куч шихты, их основания и объёма. Скорость изменения высоты кучи шихты зависит от соотношения скоростей двух процессов – образования пленки расплава и ее стекания.

Процесс образования пленки расплава определяется уровнем температур над зоной варки.

2. Существующий уровень автоматизации и обоснование

целесообразности принятого решения.

На предприятии ООО ВМ Product «АстраханьСтекло» реализована система автоматизации, которая обеспечивает:

- поддержание параметров стекловаренной печи в установленном диапазоне за счет работы локальных контуров регулирования температуры, давления, уровня, расхода;

- контроль параметров процесса;

- подачу аварийной и предупредительной сигнализации;

- дистанционное управление процессом в случаях профилактики, ремонта и отработки режима.

Система управления выполняется на базе программируемого контроллера С200 первых выпусков.

В качестве первичных средств контроля используются датчики-давления Сапфир-22.

На каждом объекте существует своя автономная система управления, связи между ними нет.

Предлагается создание распределенной автоматизированной системы с объединением контроллеров в локальную заводскую сеть.

3. Структура системы управления.

В разрабатываемой системе автоматизации принята распределенная автоматизированная система управления технологическим процессом. Функции контроля, регулирования управления распределены между отдельными устройствами – микропроцессорными управляющими устройствами и ЭВМ, т.е. реализована распределенная система управления процессом.

Управление технологическим процессом может быть осуществлено из нескольких мест с различных управляющих устройств, т.е. реализована децентрализованная система управления – система управления обеспечивает ручной (местный, дистанционный из операторной) и автоматический режимы управления технологическим процессом.

Система управления обеспечивает выполнение следующих функций:

- информационных;

- управляющих;

- защитных;

- диагностических;

- сервисных.

Система управления имеет иерархическую структуру и состоит из нескольких уровней.

Первый (нижний) уровень образуют датчики контроля параметров, исполнительные механизмы, микропроцессорные управляющие устройства.

Второй уровень образован ЭВМ, входящей в состав автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора.

Программируемый контролер (микропроцессорное управляющее устройство) обеспечивает выполнение следующих функций:

- сбор и первичная обработка полученной информации от первичных измерительных устройств;

- контроль состояния процесса и оборудования;

- управление технологическим процессом;

- непосредственное цифровое регулирование параметров процессов;

- формирование отклонений параметров от номинальных значений;

- выдачу принятой от объектов информации и результатов ее обработки на АРМ оператора по интерфейсу связи;

- управление исполнительными механизмами запорных и регулирующих органов;

- прием от верхней ступени управления команд, установок.

АРМ оператора обеспечивает выполнение следующих функций:

- отображение, автоматическую регистрацию и архивирование текущей информации о технологических параметрах, состоянии оборудования;

- регистрацию архивирования аварийных сообщений, действий оператора при управлении объектом;

- дистанционное управление исполнительными механизмами запорных и регулирующих органов;

- выдачу диспетчерских рапортов в виде твердых копий на бумажном носителе.

Станция оператора включает:

- IBMPC с видеотерминалом;

- принтер;

- функциональную клавиатуру;

- стандартную (системную) клавиатуру;

- телефонные аппараты связи.

Системы контроля, регулирования и управления.

Системой автоматизации предусмотрено регулирование следующих параметров на стекловаренной печи:

-уровня стекломассы;

-температуры в зоне осветления;

-расхода воздуха;

-давления дымовых газов;

-концентрации кислорода в дымовых газах;

Система предусматривает контроль и отображение на дисплее компьютера следующих параметров в процессе варки стекломассы:

-температуры в зонах варки, осветления и рабочей зоне;

-давления дымовых газов в печи;

-расхода топливного газа;

-расхода воздуха;

-концентрации кислорода в дымовых газах;

-уровня стекломассы;

-температуры воздуха в регенераторах;

-температуры дымовых газов, удаляемых из печи;

-разрежения у дымовой трубы;

-давления газа в трубопроводе;

-давления воздуха

Системы защиты, блокировки и сигнализации:

-при понижении давления топливного газа;

-при понижении давления воздуха;

-при погасании пламени на горелках;

-при повышении давления в печи.

Системы управления:

-электроприводом воздуходувок B1,В2, конвейера K1 и загрузчиков шихты З1;

-программное управление переводом пламени на горелках через каждые 30 мин;

-запорным клапанам на общем трубопроводе топливного газа.

4. Функциональная схема автоматизации.

Функциональная схема автоматизации стекловаренной печи представлена на чертеже КП 220301.800.2009.01

Разработана автоматизированная система управления с использованием программируемого контролера.

Контролер выполняет функции сбора и обработки информации с датчиков и приборов, регулирование параметров, управление исполнительными механизмами запорных и регулирующих органов по соответствующим алгоритмам. Введены необходимые системы защиты и блокировки, сигнализация предельных значений параметров.

Шихта подается в печь конвейером К1 и загрузчиком З1.

Контроль уровня шихты в печи осуществляется датчиком уровня поз. 4-1, выходной сигнал с которого поступает в контролер поз. 1-3.

Регулирующее воздействие с контролера поступает на электромагнитный пускатель поз. 4-5, изменяющий скорость электропривода загрузчика вследствие изменения питающего напряжения, поступающего на обмотки электродвигателя.

Печь имеет три зоны: зона варки, зона осветления и рабочая зона.

Горелки в печи расположены по бокам, по две на каждую зону слева и справа. Горение осуществляется либо с одной, либо с другой стороны с переводом пламени через каждые 30 минут.

В зоне варки и в рабочей зоне осуществляется контроль температуры датчиками поз. 10-1 и 11-1.

Главная регулируемая величина-температура в зоне осветления печи.

В зоне осветления реализована каскадная система регулирования температуры. С датчика поз. 1-1 выходной сигнал поступает в контроллер, в котором программно реализован корректирующий регулятор поз. 1-5.

Выходной сигнал с регулятора главной регулируемой величины корректирует задание регулятору промежуточной величины – расхода топливного газа, измеряемого датчиком расхода поз. 2-1. Регулирующее

воздействие через пусковое устройство поз. 2-5 поступает на исполнительный механизм поз. 2-7 клапана на линии подачи топливного газа к горелкам печи. Воздух на горелки печи подается воздуходувкой В1 через регенераторы Р1 и Р2, в которых воздух подогревается. Контроль температуры в регенераторе обеспечивается датчиком поз. 12-1.

Образующиеся в процессе горения дымовые газы удаляются через дымовую трубу ДТ1 в атмосферу.

Регулирование давления в печи осуществляется регулятором поз. 3-2, на который поступает сигнал с датчика давления поз. 3-1. Управляющий выходной сигнал поступает на исполнительный механизм поз. 3-6 клапана на линии отвода дымовых газов из печи. Контроль температуры дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу, осуществляется датчиком поз. 13-1.

Разработана каскадная система регулирования качества горения.

Содержание кислорода в дымовых газах измеряется датчиком поз. 14-1.

Выходной сигнал с датчика поступает в контроллер. Программно реализованный регулятор поз. 14-3 корректирует задание регулятору поз. 15-3 вспомогательной величины – расхода воздуха, измеряемого датчиком поз.15-2. Регулирующее воздействие подается на исполнительный механизм поз. 15-7 клапана на линии подачи воздуха на горелки.

Переключение работающих горелок и регенераторов обеспечивается таймером поз. 9-1, работающим по определенной программе. Через каждые 30 минут осуществляется переключение запорных клапанов на линии подачи топливного газа, управляемых исполнительными механизмами поз. 9-4 и 9-6, запорных клапанов на линиях подачи воздуха в регенераторы, управляемых исполнительными механизмами поз. 9-8, 9-10, 9-12, 9-14.

Также разработана одноконтурная система регулирования расхода воздуха на барботаж. Сигнал с датчика расхода, установленного на линии подачи воздуха на барботаж, поз. 16-1 поступает в контроллер. Программно реализованный регулятор поз.16-3 подаёт управляющее воздействие на

исполнительный механизм поз. 16-7 клапана на линии подачи воздуха на барботаж.

Контроль давления на трубопроводах газа, воздуха, дымовых газов обеспечивается датчиками – реле давления поз. 6-1, 7-1 и 8-1. При падении давления на трубопроводе газа или воздуха, при повышении давления дымовых газов в печи отключаются электроприводы воздуходувок В1 и В2, конвейера К1, закрывается клапан на линии подачи топливного газа в печь, управляемый исполнительный механизм поз. 5-6.

Индикация, сигнализация предельных значений параметров осуществляется на мониторе ЭВМ. Текущее значение выводится на печать. Дистанционное управление исполнительными механизмами запорных и регулирующих органов, электроприводами воздуходувок, конвейера, загрузчиков, осуществляется оператором в режимах проверки оборудования и в аварийных ситуациях.

Выбор технических средств автоматизации.

Программируемый контроллер КРОСС-500.

Новый высокопроизводительный контроллер КРОСС построен на базе модулей фирм ЗЭиМ, РЕР (стандарт SMART 2) и последовательных четырехпроводных синхронных дуплексных интерфейсов SP1 со скоростью передачи 1 Мбод. Модули устанавливаются на DIN-рейку внутри шкафа контроллера, что позволяет использовать различные типы шкафов. Базовым блоком контроллера является процессор SM2-CPU контроллера SMART 2 фирмы PEP. Контроллер включает два типа шин с интерфейсом SP1, одна из которых имеет протоколы с географической адресацией модулей и предназначена для подключения модулей УСО фирмы PEP, ее информационная емкость -14 модулей. Вторая – имеет протоколы с логической адресацией модулей и предназначена для подключения модулей УСО фирмы ЗЭиМ. Информационная емкость такой шины 32 модуля. Шин

второго типа может быть несколько, что позволяет увеличить информационную емкость контроллера или вводить резервирование шин и модулей УСО.

Все модули УСО фирмы ЗЭиМ имеют бортовой микропроцессор, выполняющий функции:

- автономного, без участия центрального процессора, управления в циклическом режиме процессами ввода/вывода, аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования, а также предварительную обработку сигналов (фильтрации, линеаризации, автоматической калибровки, настройки на тип сигнала аналоговых каналов);

- выбора одного из четырех интервалов интегрирования в АЦП для повышения точности входных аналоговых каналов – 20, 40, 80, 160 мсек (12, 13, 14, 15 разрядов соответственно);

- автономного широтно-импульсного модулирования импульсных выходных сигналов;

- непрерывной диагностики входных и выходных каналов модуля, установки выходов в заданное состояние в аварийных ситуациях.

Программы автокалибровки и калибровочные коэффициенты аналоговых входов и выходов интеллектуальных модулей УСО заносятся в память встроенного процессора при его настройке на этапе производства, чем обеспечивается взаимозаменяемость модулей во время их эксплуатации. Интеллектуализация модулей УСО обеспечивает реализацию принципа нечувствительности технологических программ к особенностям построения и работы аппаратуры ввода/вывода аналоговых сигналов и датчиков этих сигналов. Технологическая программа строятся в терминологии номеров входных и выходных аналоговых и дискретных каналов и функций обработки информации.

Для обеспечения простоты технического обслуживания контроллера процессор и модули УСО фирмы ЗЭиМ имеют последовательный порт с

интерфейсом RS-232 для подключения переносного пульта настройки, тестирования, контроля и управления модулем в автономном режиме.

Гальваническое разделение	Вид разделения (индивидуальное или групповое) зависит от типа модуля, испытательное напряжение 500 В
Выходные аналоговые сигналы
Число выходов на модуль постоянного состава		4
Число выходов на модуль проектно- компонуемого состава		До 16
Число выходов в ячейке		1,2
Шаг изменения числа выходов		1,2,4
Виды сигналов: - унифицированные		(0-5), (0-20), (4-20) мА
Погрешности: - предел допускаемой основной приведенной погрешности - предел допускаемой дополнительной приведённой погрешности при изменении температуры на 10		0,1%; 0,2% в зависимости от типа модуля 0,1%
Гальваническое разделение		Вид разделения (индивидуальное или групповое) зависит от типа модуля, испытательное напряжение 500 В
Входные/Выходные сигналы
Входные дискретные сигналы

Число входов на модуль	8, 16 (группами по 8 входов)
Шаг изменения числа входов	8
Виды сигналов: - сигнал логического <<0>> - сигнал логический <<1>>	(0-7) В (24 +/- 6) В
Максимальный ток	0,01 А – на один канал по цепи 24 В
Гальваническое разделение	Между группами входов и выходов, испытательное напряжение 500 В
Выходные дискретные сигналы
Число выходов на модуль	8, 16 (группами по 8 входов)
Шаг изменения числа выходов	8
Напряжение коммутации транзисторного выхода	До 40 В
Ток коммутации	До 0,3А на один канал, но не более 2А – на 8 каналов одной группы
Гальваническое разделение	Между группами входов и выходов, испытательное напряжение 500 В
Модуль импульсного регулятора SM-PID	4 дифференциальных аналоговых входа 0…10В, +/- 10В, 0…20мА; 10 бит 2 дискретных выхода 24 В/0,5 А
Входные-выходные дискретные сигналы терминальных блоков
Номинальное напряжение включения (коммутации)	≡24В, ≡110В, ≡220В
Гальваническое разделение	Имеется, испытательное напряжение 500 или 1500 В в зависимости от вида блока
Общие функциональные параметры
Операционная система реального времени (ОС РВ)	RTOS-32
Исполнительная система	ISa GRAF Target
Языки технологического программирования (система Isa GRAF)	последовательных функциональных схем SFC; релейной логики LD; структурированного текста ST; функциональных блоков FBD; инструкций LI; потоковых диаграмм FC.
Объём памяти блока центрального процессора - flash-память - динамическое ОЗУ - статическое ОЗУ	1 Мбайт 4 Мбайт 256 Мбайт
Часы реального времени	Имеются (секунды-минуты-часы-годы)
Минимальное время цикла (шаг его изменения)	2 мс (1 мс)
Время сохранения технологических программ при отключении питания (flash- память)	Без ограничения времени
Параметры питания и эксплуатации
Электрическое питание контроллера	- от сети переменного однофазного тока с номинальным напряжением 220В (диапазон от 85 до 264В); -от внешнего нестабилизированного источника постоянного тока напряжением 24В (диапазон от 18 до 36В)
Степень защиты от проникновения твердых тел и воды ПО ГОСТ 14254	IP20
Климатическое исполнение и категория помещений по ГОСТ 15150	УХЛ 4.2
Диапазон рабочих температур	От плюс 5 до плюс 50
Относительная влажность воздуха при температуре 35	95%
Средний срок службы ,не менее	10 лет
Параметры питания и эксплуатации
Средняя наработка на отказ: - аналогового канала	Не менее 70000 ч
- дискретного канала	Не менее 100000 ч
Электромагнитная совместимость	Контроллеры выдерживают воздействие: - микросекундных импульсных помех большой энергии по ГОСТ Р 51317.4; - наносекундных импульсных помех по ГОСТ Р 51317.4.4; - электростатических разрядов по ГОСТ Р 51317.4.2; - радиочастотных электромагнитных полей по ГОСТ Р 51317.4.3; - кондуктивных помех, наведенных радиочастотными электромагнитными полями, по ГОСТ Р 51317.4.6; - динамических изменений напряжения в сети электропитания по ГОСТ Р 51317.4.11; - прерывания напряжения на 100% в сети по ГОСТ 51317.4.11 в течении 5с.
Уровень индустриальных помех контроллера	Не превышает значений по ГОСТ Р 51318.22 для оборудования класса А на расстоянии 10м.

Автоматизация стекловаренной печи 📙 Курсовая → 🆔 2094