Модернизация автоматизированной системы управления камерными печами

... ...

Содержание
с.
Введение 7
1 Характеристика объекта автоматизации 9
1.1 Назначение, техническая характеристика, устройство, принцип работы объекта 9
1.2 Блок – схема алгоритма управления 14
1.3 Функциональная схема объекта, ее описание 16
1.4 Принципиальная электрическая схема объекта, ее описание 17
2 Выбор контролируемых и регулируемых параметров технологического процесса 20
2.1 Выбор контролируемых параметров 20
2.2 Выбор регулируемых параметров 20
2.3 Определение типового регулятора необходимого для управления
объектов 21
3 Выбор средств автоматизации 30
3.1 Выбор главных элементов управления, их обоснование 30
3.1.1 Выбор термопары ТХА2388 30
3.1.2 Выбор программного терморегулятора ТП403 31
3.2 Выбор вспомогательных элементов управления, их обоснование 32
3.2.1 Выбор реле промежуточного РПЛ 1220 32
3.2.2 Выбор автоматического выключателя А63М 33
3.2.3 Выбор магнитного пускателя ПМЛ-2100 35



3.2.4 Выбор универсального переключателя УП-5313 36
3.2.5 Выбор сигнальной арматуры АМЕ24 37
3.2.6 Выбор автоматического выключателя АЕ 2063 38
3.2.7 Выбор резистора ПЗВ 39
3.2.8 Выбор транзистора КТ815 39
3.2.9 Выбор конденсатора МБГО-2 41
3.2.10 Выбор тиристора Т 152-80-10 42
3.2.11 Выбор диода КД226В 43
4 Размещение средств автоматизации 44
4.1 Монтаж средств автоматизации 44
4.1.1 Монтаж щита 44
4.1.2 Монтаж реле промежеточного РПЛ 1220 45
4.1.3 Монтаж автоматического выключателя А63М 46
4.1.4 Монтаж пускателя магнитного ПМЛ-2100 46
4.1.5 Монтаж универсального переключателя УП-5313 46
4.1.6 Монтаж сигнальной арматуры АМЕ24 47
4.1.7 Монтаж автоматического выключателя АЕ 2063 47
4.1.8 Монтаж программного терморегулятора ТП403 48
4.1.9 Монтаж транзистора КТ815 48
4.1.10 Монтаж термопары ТХА2388 49
4.2 Пуско-наладка средств автоматизации 51
4.2.1 Пуско-наладка программного терморегулятора ТП403 53
4.3 Условия расположения средств автоматизации в производственном помещении 54
4.4 Обслуживание в условиях эксплуатации 55
4.4.1 Эксплуатация программного терморегулятора ТП403 55
4.4.2 Эксплуатация термопары ТХА2388 56
5 Техника безопасности при монтаже, наладке, эксплуатации и элементов автоматических устройств систем управления 58
6 Оценка экономического эффекта автоматизации производства 61
6.1 Расчет капитальных вложений 61
6.2 Определение экономии за счет снижения затрат 73
6.3 Выбор экономически выгодного варианта организации производства 75
Заключение 77
Список использованных источников 78

Автоматизация технологического процесса — совокупность мето-дов и средств, предназначенная для реализации системы или систем, поз-воляющих осуществлять управление самим технологическим процес-сом без непосредственного участия человека, либо оставления за челове-ком права принятия наиболее ответственных решений.
Автоматизация технологических процессов является одним из ре-шающих факторов улучшения качества продукции, повышения произво-дительности и улучшения условий труда. Все существующие и строящиеся промышленные объекты в той или иной степени оснащаются средствами автоматизации.
Автоматизированные процессы, в том числе управление, регулиро-вание и (частично) контроль над ними, протекают автономно, в соответ-ствии с заранее подготовленной и введенной на специальном программа носителе прог раммой, так что не возникает необходимости непосредствен-ного участия человека в их нормальном функционировании.
Камерные печи широко применяются для термообработки изделий в различных отраслях российской промышленности: в металлургии, энер-гетическом машиностроении, металлообработке, керамическом и стеколь-ном производстве. Во время отжига деталей и металлоконструкций недо-пустимы даже незначительные отклонения температуры от значений, ука-занных в технологической карте.
Нарушения температурного режима могут привести к несоответ-ствию механических свойств изделий, заявленных изготовителем, что, в свою очередь, может повлечь аварии на производстве.
Использование автоматизированных систем управления при тер-мической обработке повышает качество продукции и облегчает труд об-служивающего персонала.
Целью автоматизации камерной печи является поддержание посто-янной температуры, так как это влияет напрямую на качество изделия и минимизирует фактор человеческого труда или полностью устраняет его участие в процессе поддержания температуры.
Задачами дипломного проекта являются:
- Описать назначение и дать технические характеристики, устройство, принцип работы печи
- Разработать блок-схему и функциональную схему
- Описать принцип электрической схемы
- Выбрать контролируемый и регулируемый параметры
- Определить типовой регулятор необходимый для управления печью
- Выбрать средства автоматизации
- Описать процесс монтажа, пуско-наладки, обслуживания и условие расположения средств автоматизации
- Оценка экономической эффективности автоматизации произ-водства
 

1 Ом в нормальных климатических условиях0.2 Ом в условиях повышенной/пониженной температуры окружающей средыСопротивление изоляциине менее 19 МОмРежим свечения арматурыпостоянныйМасса0.014 кг3.2.6 Выбор автоматического выключателя АЕ 2063Трёхполюсные выключатели с электромагнитной (для АЕ 2063) и комбинированной (электромагнитной и тепловой для АЕ 2066) защитами. ТУ 16-522.148-80Выключатели автоматические серии АЕ 2063 предназначены:для защиты электрических цепей от токов перегрузки и токов короткого замыкания;для оперативных включений и отключений электрических цепей с частотой до 30 включений в час;для встраивания в комплектные устройства.Рисунок 18 - Общий вид автоматического выключателя АЕ 2063.Таблица 15 - Технические характеристики АЕ 2063ПараметрыЗначенияноминальныйток, А 16,0-250,0напряжение, В 660количество полюсов, шт. 3габариты, мм 211x112x110масса, кг 2,323.2.7 Выбор резистора ПЗВРисунок 19 - Общий вид резистора ПЗВ.Резисторы позволяют контролировать значения токов и напряжений в электрической цепи. Резисторы обеспечивают режим смещения транзистора в усилителе электрических сигналов. Измеряя напряжение на резисторе, можно регулировать токи эмиттера и коллектора транзистора. С помощью резисторов выполняются делители токов и напряжений в измерительных приборах. Электрические характеристики резистора в значительной мере определяются материалом, из которого он изготовлен, и его конструкцией.3.2.8 Выбор транзистора КТ815Транзисторы КТ815 - кремниевые, мощные, низкочастотные, структуры - n-p-n. Применяются в усилительных и генераторных схемах. Корпус пластмассовый, с гибкими выводами. Масса - около 1 г. Маркировка буквенно - цифровая, на боковой поверхности корпуса, может быть двух типов. Кодированная четырехзначная маркировка в одну строчку и не кодированная - в две. Первый знак в кодированной маркировке КТ815 цифра 5, второй знак - буква, означающая класс. Два следующих знака, означают месяц и год выпуска. В не кодированной маркировке месяц и год указаны в верхней строчке. На рисунке ниже КТ815.Рисунок 20 - Общий вид транзистора КТ815.Таблица 16 - Технические характеристики КТ815ПараметрыЗначенияКоэффициент передачи тока  транзисторов КТ815Аот 30Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер:25 вМаксимальный ток коллектора1,5 А постоянный3 А - импульсныйРассеиваемая мощность коллектора10 Вт на радиаторе 1 Вт - безОбратный ток коллектора. При напряжении коллектор-база 40 в50 мкАСопротивление базы.При напряжении эмиттер-база 5вток коллектора 5 мА на частоте 800 кГцне более 800 ОмНапряжение насыщения коллектор-эмиттерПри коллекторном токе 0,5Ане более 0,6 вПри базовом 0,05А Напряжение насыщения база-эмиттерПри коллекторном токе 0,5Ане более 1,2 вПри базовом 0,05А Граничная частота передачи тока3 МГц3.2.9 Выбор конденсатора MБГО-2Конденсатор МБГО-2 10мкФ±20% 500В (аналог) металлобумажный, герметизированный. Предназначен для формирования мощных импульсов тока разряда в нагрузке, обладает высокой энергоемкостью. Выпускаются в металлических прямоугольных корпусах, герметизированных пайкой, с лепестковыми выводами. Номинальное напряжение 500В, номинальная емкость 10мкФ.Рисунок 21 - Общий вид конденсатора МБГО-2.Таблица 17 - Технические характеристики МБГО-2ПараметрыЗначенияТипоразмер корпуса отечественныйМБГО-2(MBGO-2)Минимальная наработка часов20 000Вид приемки"1"Материал корпусаметаллГерметичностьгерметизированныйКонструкция выводов,контактовлепестокМетод монтажаМеханическийКратность отгрузки1Габаритные размеры L*W*H mm60х59х15Длина выводов15 mmПродолжение таблицы 17ПараметрыЗначенияМасса изделия gr59,98Английская транскрипцияMBGO-2 10µF±20% 500VИнтервал рабочих температур, °Cот -60 до +60Номинальное напряжение500 VНоминальная емкость10 µFДопустимое отклонение емкости±20 %3.2.10 Выбор тиристора Т 152-80-10Рисунок 22 - Общий вид тиристора Т 152-80-10.Тиристор - полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости.Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров - управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства.Максимально допустимый средний ток в открытом состоянии - 80АОсновные особенности:Герметичные металлокерамические корпусаТаблеточная конструкция для двухстороннего охлажденияВнутреннее усиление сигнала управленияНизкое время включения3.2.11 Выбор диода КД226ВРисунок 23 - Общий вид диода КД226В.Предназначены для преобразования переменного напряжения частотой до 35 кГц. Диод КД 226В относится к классу "Выпрямительные диоды мощности".Диоды широко используются для преобразования переменного тока в постоянный (точнее, в однонаправленный пульсирующий). Диоды применяются для защиты устройств от неправильной полярности включения, защиты входов схем от перегрузки, защиты ключей от пробоя ЭДС самоиндукции, возникающей при выключении индуктивной нагрузки и т. п.4 Размещение средств автоматизации4.1 Монтаж средств автоматизации4.1.1 Монтаж щитаЩиты и пульты устанавливают в соответствии с проектными решениями и требованиями СНиП 3.05.07-85. В современных условиях индустриального монтажа щиты и пульты поставляют на строящийся объект в законченном для установки виде: на них смонтирована аппаратура. Вместе с щитами и пультами поставляют крепежные изделия для сборки и установки щитов м пультов. Шкафные щиты в зависимости от места расположения могут быть остановлены на бетонном основании, двойном полу, металлическом перекрытии, над каналом, на бетонном основании и др. Основания, на которых монтируют щиты и пульты, должны предохранять контрольно-измерительные приборы от вибрации или сотрясений. Поэтому в местах, подвергающихся в процессе эксплуатации вибрации, щиты и пульты восстанавливают на амортизаторах. Конструкции последних должна быть оказана в проекте.Смонтированные щиты и пульты сдают в эксплуатацию одновременно с системами автоматизации после установки из них всех предусмотренных проектом приборов, ввода и подключения трубных и электрических проводок, а также проведения индивидуального опробования всех цепей.При сдаче щитов и пультов монтажная организация обязана передать организации, принимающей их в эксплуатацию, перечень отклонений от проекта, а по значительным отклонениям утвержденную проектной организацией и заказчиком исполнительную документацию, а также акты на прессовку, прозвонку электрических цепей, проверку и опробование.При осмотре щитов и пультов проверяют соответствие их монтажа требованиям проекта и СНиПа, качество монтажных работ, обращая особое внимание на крепление проводов и трубных проводок, приборов и средств автоматизации, на качество подключения трубных и электрических коммуникаций, наличие бирок и надписей на них. Тщательно осматривают реле, ключи управления, универсальные переключатели и т.п., которые часто ломаются при транспортировке и разгрузке щитов и пультов.В зависимости от особенностей технологического процесса, назначения, вида и типа аппаратуры, влияния окружающей среды, требований техники безопасности определяются основные направления и специфика монтажных работ. Большую долю составляют электромонтажные работы, к основным разновидностям которых относят монтаж щитов и пультов, электропроводок, кабельных линий, распределительных устройств, трубопроводов и арматуры, аппаратуры контроля, управления, регулирования, защиты и сигнализации, исполнительных устройств и электроосвещения. При проведении монтажных работ необходимо руководствоваться специальными сборниками типовых чертежей установки приборов на оборудовании и трубопроводах со схемами обвязки и т. п.4.1.2 Монтаж реле промежуточного РПЛ-1220Реле монтируются как на DIN-рейку стандарта 35 мм, при помощи монтажных колодок, так и на печатную плату методом пайки. Несмотря на свои миниатюрные размеры, промежуточные реле имеют достаточно мощные контакты. Исполнение "ножек" реле под пайку позволяет применять их для замены вышедших из строя выходных реле различных приборов (терморегуляторов, контроллеров, программируемых реле и пр.).Компактный корпус позволяет использовать реле серии MR взамен большинства общепромышленных реле, экономя тем самым пространство при монтаже.4.1.3 Монтаж автоматического выключателя А 63МПри подключении автомата необходимо соблюдать общепринятое правило: сверху автомата подключается вход (питание), а снизу подключается выход (нагрузка). В будущем, когда возникнет необходимость замены, или подключению к рабочему автомату дополнительных проводов, вы всегда будете знать к какому контакту подключена нагрузка и питание. Перед подключением жил кабеля к зажимам автомата с него снимается внешняя изоляция где-то 10-15 см после чего кабель становится более гибким и легко сгибается внутри электрощита. Это упрощает монтаж особенно если в щите устанавливается много автоматов. Далее с проводов снимается внутренняя изоляция примерно на 5-10мм. Для необходимости подключения к автомату проводов малого сечения или многожильного провода желательно применять специальные наконечники.4.1.4 Монтаж пускателя магнитного ПМЛ 2100Для надежной работы монтаж магнитных пускателей должен производится на ровной, жестко укрепленной вертикальной поверхности. Пускатели с тепловым реле рекомендуется устанавливать при наименьшей разности температуры воздуха, окружающего пускатель и электродвигатель. Чтобы не допустить ложных срабатываний не рекомендуется устанавливать пускатели с тепловым реле в местах подверженных ударам, резким толчкам и сильной тряске (например, на общей панели с электромагнитными аппаратами на номинальные токи более 150 А), так как при включении они создают большие удары и сотрясения.4.1.5 Монтаж универсального переключателя УП-5313Такой переключатель рассчитан на щитовой утопленный монтаж.Крепление к щиту осуществляется с помощью 4 болтов. На задней стенке избиратель расположена клейменая колодка для внешних соединения. На передней панели избиратель находится Т-образная рукоятка, которая вращается вокруг собственной оси при этом переключая режимы управления. Переключение с ручного режима в автоматический и обратно выполняется через соединение прохождения нейтрального положения. Такие переключатели предназначены для работы в паре с кнопочными станциями, сигнал к которым поступает к избиратель, когда его переводят в ручной режим управления.4.1.6 Монтаж арматуры сигнальной АМЕ24Аппаратура управления предназначается для оперативного управления технологическим оборудованием и индикации состояния электрических цепей. Аппаратура применяется в электрических цепях переменного тока частотой 50/60 Гц с напряжением до 660 В и постоянного напряжения до 400 В; устанавливается, например, в постах кнопочных, вводнораспределительных устройствах, устройствах автоматического включения резерва, станциях управления электрическими приводами и т.п.4.1.7 Монтаж автоматического выключателя АЕ 2063Однофазная схема подключения автоматического выключателя является самой распространенной, так как подавляющее количество электропроводок, это однофазные двухпроводные или трехпроводные электропроводки. Приведенное изображение иллюстрирует как раз одну из таких, двухпроводных однофазных электропроводок, наиболее часто встречающихся в быту. Натуральная схема показывает подключение модульного автомата, вне зависимости от его мощности, предназначенное для защиты однофазной электропроводки, питающей электророзетку без заземления. С точки зрения однофазного подключения автомата, наличие заземляющего контакта в розетке при трехпроводной системе питания, ничего не изменяет, так как при такой схеме подключения отсутствует электрическое соединение между проводниками, находящимися под напряжением (фаза и нейтраль) и проводом заземления.При однофазном подключении автоматического выключателя, автомат всегда подключается в разрыв фазного провода, то есть последовательно с нагрузкой в цепи фаза-автомат-нагрузка-нейтраль. Такое подключение обусловлено тем, что источником электричества является фаза и при необходимости снятия напряжение, надо отключать именно фазу. Второй причиной установки автомата на фазный провод является запрет на разрыв нейтрали при отсутствии гарантированного разрыва фазы. В случае разрыва нейтрали при не отключенном напряжении фазы, вся электропроводка, включая нейтраль после нагрузки, но до места ее разрыва, оказывается под напряжением, что может привести к поражению электротоком от корпусов незаземленных электроприборов и к порче некоторых электроприборов, так как при наличии напряжения на нейтрали может возникнуть напредусмотренное протекание тока с нейтрали на заземление. 4.1.8 Монтаж программного терморегулятора ТП 403Подсоедините фазу к клемме программатора. Подсоедините все контрольные провода к клеммной колодке на электрораспределительном щитке. Протяните провод, общий для всех контрольных проводов, и подсоедините его к клеммам программатора (каждая клемма для одной зоны).4.1.9 Монтаж транзистора КТ815В импульсных режимах работы силовых транзисторов границы ОБР существенно расширяются. Это объясняется инерционностью тепловых про-цессов, вызывающих перегрев полупроводниковой структуры транзисторов.Динамические ВАХ транзистора во многом определяется параметрами коммутируемой нагрузки. Например, выключение активно – индуктивной нагрузки вызывает перенапряжения на ключевом элементе. Эти перенапряжения определяются ЭДС самоиндукции Um= -Ldi/dt, возникающей в индуктивной составляющей нагрузки при спадании тока до нуля.Для исключения или ограничения перенапряжений при коммутации активно – индуктивной нагрузки применяются различные цепи формирования траектории переключения (ЦФТП), позволяющие сформировать желаемую траекторию переключения. В простейшем случае это может быть диод, шунтирующий активно – индуктивную нагрузку или RC-цепь, подключаемая параллельно стоку и истоку МОП – транзистора.4.1.10 Монтаж термопары ТХА2388Распаковать термопреобразователь и проверить комплектность. Произвести внешний осмотр. Выдержать термопреобразователь после извлечения из упаковки при температуре (25±10) °С и относительной влажности от 30 до 80 % в течение 1-2 часов. Снять крышку с головки термопреобразователя. Проверить целостность токоведущей цепи омметром. При наличии обрыва заменить термопреобразователь на новый.Подсоединить компенсационный кабель к контактам головки с соблюдением полярности. Проверить целостность цепи после подключения компенсационного кабеля к контактам. Установить крышку. Установить термопреобразователь в соответствующее гнездо и подключить к измерительному прибору. ВНИМАНИЕ! Монтаж термопреобразователей на объекте должен выполняться в соответствии со следующими требованиями: Термопреобразователь не должен подвергаться термоудару (резкому нагреванию и охлаждению). Температура головки термопары не должна превышать 85 °С. После установки термопреобразователя для предотвращения перегрева головки произвести герметизацию зазора между термопреобразователем и футеровкой печи огнеупорной замазкой. В местах установки термопреобразователей не должно быть притоков холодного воздуха или прорыва наружу нагретых газов. Глубина погружения термопреобразователей должна быть максимальной, благодаря чему увеличивается ее тепловоспринимающая поверхность. Располагать их следует в местах, где наибольшая скорость потока среды, в результате чего будет увеличиваться коэффициент теплопередачи. При измерении температур более 400 °С термопреобразователи рекомендуется устанавливать вертикально. При горизонтальном размещении для предотвращения деформации необходимо устанавливать дополнительную опору. При горизонтальном и наклонном монтаже штуцер для ввода проводов в головку термопреобразователя, как правило, должен быть направлен вниз. Рабочий конец термопары необходимо располагать в середине измеряемого потока. Конец погружаемой части термопары должен выступать за ось потока на 5-10 мм. При присоединении к термопреобразователям компенсационных проводов необходимо строго соблюдать полярность. Свободные концы термопреобразователей должны иметь постоянную температуру.Соединительные линии от термопреобразователей должны быть защищены от механических повреждений, электрических помех, влияния высокой температуры и влажности окружающей среды. Соединительные линии должны иметь минимальное сопротивление, которое для всех соединительных и компенсационных проводов вместе с термопарой не должно превышать паспортное значение внешней цепи, подключаемой к прибору. Особое внимание следует обратить на снижение переходных сопротивлений в клеммных зажимах и переключателях. На соединительных линиях запрещается применять однополюсные переключатели, так как возможный электрический контакт между отдельными термопарами приводит к искажению показаний прибора. Для увеличения срока службы демонтаж исправного термопреобразователя допускается только для проведения поверки.4.2 Пуско-наладка средств автоматизацииОсновной задачей наладки средств и систем автоматизации является доводка их к требованиям, изложенным в технической документации.Производство характеризуется большим разнообразием электроустановок, в которых используются современные автоматизированные электроприводы со станциями управления. После монтажа таких установок перед пуском их в эксплуатацию налаживают отдельные аппараты, а затем увязывают их совместную работу для обеспечения заданных режимов.Перед началом наладочных работ знакомятся с проектом и проверяют соответствие установленного оборудования запроектированному. При этом изучают элементные (развернутые) схемы и проверяют правильность их выполнения.По кабельному журналу проверяют марку кабеля или провода, сечение жил, число резервных жил, направление трассы. Пользуясь монтажными схемами, проверяют тип аппаратуры станций управления и пультов, ее расстановку, маркировку зажимов и концов, подходящих к аппаратам, условные обозначения аппаратов. После изучения проектной документации осматривают электрические цепи, испытывают их повышенным напряжением и корректируют проектные схемы в процессе наладки.При внешнем осмотре проверяют качество монтажных работ по силовым и оперативным цепям (надежность крепления проводов на клеммах, наличие изоляционных прокладок между проводами и крепящими их скобами, нарушение изоляции, обрывы, изломы и т. п.). Особое внимание уделяют контактным соединениям.Далее по элементной или монтажной схеме проверяют маркировку. В большинстве случаев первыми проверяют первичные цепи (их целость, фазировку), внешние соединения первичных и вторичных оперативных цепей (отсутствие замыканий на землю и обрывов в цепях) и вторичные цепи в пределах станций управления, блоков и пультов управления, панелей сигнализации и т. п. (отсутствие коротких замыканий и обрывов). Вторичные цепи проверяют прозваниванием или методом не посредственного опробования. Работу схем защит и сигнализации проверяют имитацией ненормальных и аварийных режимов работы электрооборудования. При обнаружении отказов в работе отдельных узлов схемы определяют обходные цепи или места обрывов (обычно при помощи вольтметра или пробника).Испытывать вторичные (оперативные) цепи повышенным напряжением (цепи защиты, управления и измерения с присоединенной аппаратурой), согласно правилам устройства электроустановок, обязательно. Значение испытательного напряжения переменного тока частотой 50 Гц принимают в зависимости от номинального напряжения. Напряжение подают в испытуемую цепь в течение 1 мин. Каждый участок схемы испытывают отдельно. До и после испытания цепей повышенным напряжением измеряют сопротивление их изоляции. Значение сопротивления изоляции относительно земли должно быть не менее 10 МОм для цепей постоянного тока и щитов управления и 1 МОм для каждого присоединения цепей питания и вторичных цепей.В процессе нападки корректируют проектные схемы, поэтому наладочный персонал имеет два комплекта элементных схем.