Hазработка системы регулирования, контроля и регистрации потребления энергоносителей печью скоростного нагрева

ВВЕДЕНИЕ

Целью дипломного проекта является разработка системы регулирования, контроля и регистрации потребления энергоносителей печью скоростного нагрева (ПСН) для участка дифференцированной термической обработки валков для прокатных станов, установленной в термическом цехе №2 ЗАО НКМЗ. Необходимость данной разработки вызвана экономической неэффективностью существующей системы.
В данный момент на рассматриваемом объекте установлена система управления, не выполняющая функции контроля и регулирования потребления энергоносителей. При этом приводы печи (электро- и гидроприводы) работают в регулируемых режимах, не обеспечивая слежения за ходом прогрева валка.
Кроме указанных недостатков существуют и другие, не менее важные.
...

ВВЕДЕНИЕ

Целью дипломного проекта является разработка системы регулирования, контроля и регистрации потребления энергоносителей печью скоростного нагрева (ПСН) для участка дифференцированной термической обработки валков для прокатных станов, установленной в термическом цехе №2 ЗАО НКМЗ. Необходимость данной разработки вызвана экономической неэффективностью существующей системы.
В данный момент на рассматриваемом объекте установлена система управления, не выполняющая функции контроля и регулирования потребления энергоносителей. При этом приводы печи (электро- и гидроприводы) работают в регулируемых режимах, не обеспечивая слежения за ходом прогрева валка.
Кроме указанных недостатков существуют и другие, не менее важные.

ВВЕДЕНИЕ

Целью дипломного проекта является разработка системы регулирования, контроля и регистрации потребления энергоносителей печью скоростного нагрева (ПСН) для участка дифференцированной термической обработки валков для прокатных станов, установленной в термическом цехе №2 ЗАО НКМЗ. Необходимость данной разработки вызвана экономической неэффективностью существующей системы.
В данный момент на рассматриваемом объекте установлена система управления, не выполняющая функции контроля и регулирования потребления энергоносителей. При этом приводы печи (электро- и гидроприводы) работают в регулируемых режимах, не обеспечивая слежения за ходом прогрева валка.
Кроме указанных недостатков существуют и другие, не менее важные.

Нижний уровень управления (НУУ) включает в себя модули микропроцессорного контроллера SIMATIC S7 - 315 DP с цифровыми и аналоговыми входами-выходами и его децентрализованную периферию (удаленные входы-выходы), объединенную сетью PROFIBUS DP. Оборудование НУУ осуществляет сбор информации с пультов, шкафов и датчиков, ее предварительную обработку и передачу на средний уровень управления, а также выдачу управляющих воздействий на исполнительные механизмы установки в зависимости от алгоритма управления.
Средний уровень управления (СУУ) представляет собой промышленный компьютер SIMATIC RI25P, панель оператора ОР7 и микропроцессорный контроллер SIMATIC S7-315DP объединенные сетью MPI. Оборудование СУУ предназначено для ввода параметров технологического процесса, программного управления, контроля, диагностики и протоколирования хода технологического процесса .
В состав системы управления входят:
шкаф контроллера;
шкаф электрооборудования, КИП и А;
шкаф компьютерный;
пульт управления;
датчики технологических параметров и электрооборудование на механизмах ПСН и спрейерной установки.
1.2.3 Управление тепловым режимом ПСН с помощью системы управления на базе микропроцессорного контроллера
Система управления тепловым режимом ПСН реализована на принципах управления технологическим процессом в режиме реального времени на базе микропроцессорного контроллера и предназначена для решения следующих задач:
подготовки и задания переменных технологического процесса и настройки параметров регулирования;
управления автоматикой безопасности печи;
управления розжигом горелок;
регулирования температуры поверхности бочки прокатного валка или температуры печи;
регулирования соотношения «газ-воздух»;
регулирования давления в рабочем пространстве печи;
визуализации, контроля, диагностики и протоколирования хода технологического процесса.
В состав системы управления функционально входят следующие подсистемы:
подсистема измерения технологических параметров;
подсистема визуализации, контроля, диагностики и протоколирования;
подсистема автоматического регулирования;
подсистема автоматики безопасности.
1.2.4 Подсистема измерения технологических параметров
Подсистема измерения технологических параметров предназначена для сбора и обработки информации от аналоговых и дискретных датчиков технологического процесса.
К контролируемым аналоговым параметрам относятся:
температура газовой среды в трех точках рабочего пространства печи (около торцевых стенок и посередине печи);
температура поверхности нагреваемого металла;
температура отходящих газов перед дымовым клапаном;
температура отходящих дымовых газов после воздушного клапана на ды­мопроводе;
давление в рабочем пространстве печи:
расход газа на печь;
расход воздуха на печь;
положение заслонок газа, воздуха и дымоудаления.
Контроль температуры в рабочем пространстве печи осуществляется с помощью термопар типа ТПР-1788.
Контроль температуры нагреваемого металла производится автоматическим оптическим пирометром ARDOCELL PZ20 фирмы Siemens.
Контроль температуры отходящих газов осуществляется с использованием термопар ТХА-2388.
Давление в печи измеряется измерительным преобразователем «Сапфир-22М-ДИВ»
Расход газа и воздуха измеряется перед регулирующими органами комплектом приборов, состоящих из зондов измерения расхода SDF фирмы SKI и измерительных преобразователей SITRANS P фирмы Siemens, размещен­ных по месту на трубопроводах газа и воздуха. Применение зондов обусловлено необходимостью минимиза­ции потерь давления по воздушному тракту печи и существенно более ши­роким в сравнении с измерительными диафрагмами диапазоном измерения. Программой контроллера предусматривается демпфирова­ние мгновенных (текущих) измерений значений расхода газа и воздуха для сглаживания пульсации результатов.
Положения заслонок газа, воздуха и дымоудаления, связанных через тяги с исполнительными механизмами контролируется блоками БСПТ-10 встроенными в МЭО.
К контролируемым дискретным параметрам относятся информационные сигналы:
положение и состояние вспомогательных механизмов печи;
минимальное и максимальное открытие МЭО;
наличие срабатывания электромагнитных клапанов горелок;
наличие контроля факела горелок и сигналов с датчиков автоматики безопасности;
текущее состояние кнопок управления.
Информация о положении и состоянии вспомогательных механизмов печи поступает на входы контроллера с сухих контактов промежуточных реле и служит для целей диагностики.
Сигналы о минимальном и максимальном открытии МЭО поступают при срабатывании их встроенных конечных выключателей и служат для ограничения хода исполнительных механизмов.
Наличие срабатывания электромагнитных клапанов фирмы Kromschroeder контролируется встроенными указателями положения.
Наличие пламени факела горелок контролируется приборами Ф34.3.
Текущее состояние каждой кнопки управления постоянно отслеживается контроллером и при его изменении производятся действия в соответствие с функциональным назначением соответствующей кнопки.
1.2.5 Подсистема визуализации, контроля, диагностики и протоколирования
Подсистема визуализации, контроля, диагностики и протоколирования предназначена для организации доступа в диалоговом режиме оператора-технолога и мастера КИП и А печи к выполнению операций предусмотренных технологией при работе ПСН. В состав подсистемы функционально входят промышленный компьютер SIMATIC RI 25P (компьютер) и панель оператора SIMATIC OP7 (панель оператора ОР7), работающие под управлением контроллера SIMATIС S7-315 DP (контроллер), все оборудование фирмы Siemens.
Компьютер и панель оператора ОР7 выполняют функцию отображения переменных технологического процесса (температура, давление и т.д.), ввода технологии, параметров (задания регуляторам, настроечные коэффициенты и т.д.) и служат как средство для выдачи управляющих команд на контроллер под управлением оператора-технолога.
Для мастера КИП и А предусмотрена возможность изменения настройки параметров регуляторов, параметров вентиляции, розжига и т.д., а также изменения конфигурации компьютера и панели оператора ОР7 (работа с аварийными сообщениями, изменение паролей, установка времени и т.д).
При работе ПСН система диагностики контроллера осуществляет непрерывной контроль за состоянием механизмов и параметров технологического процесса и управляет выдачей текстовых сообщений на монитор компьютера и панель оператора ОР7, а также световой и звуковой сигнализацией.
После запуска режима печи по температурно-временному графику производиться протоколирование хода технологического процесса с записью на жесткий диск памяти промышленного компьютера.
1.2.6 Подсистема автоматического регулирования
Подсистема автоматического регулирования предназначена для управления тепловым режимом печи и включает в себя три контура регулирова­ния:
контур регулирования температуры печи,
контур регулирования соотношения «газ-воздух»;
контур регулирования давления в печи.
Регулирование температуры в печи осуществляется путем воздействия на исполнительный механизм, связанный регулируемой тягой с заслонкой на газопроводе, в функции изменения температуры печи по температурно-временному графику нагрева. Задание регуля­тору формируется в контроллере по алгоритму управления в виде единичных значений в зависимости от заданной технологии (изменение задания температуры по скорости или во времени).
Регулирование соотношения “газ – воздух” осуществляется путем воздействия на исполнительный механизм, связанный регулируемой тягой с заслонкой на воздушном трубопроводе, в функции каскадной схемы регулирования соотношения газовоздушной смеси. По этой схеме ведущий регулятор (температуры) работает в функции изменения температуры печи по температурно - временному графику нагрева и при этом формирует текущее задание ведомому (соотношения “газ-воздух”) по графику соотношения расходов газа и воздуха, а ведомый регулятор в свою очередь формирует управляющее воздействие на исполнительный механизм.
Регулирование давления в рабочем пространстве печи осуществляется в функции поддержания постоянным заданного давления в печи, путем воздействием на исполнительный механизм связанный регулируемой тягой с заслонкой дымоудаления.