Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация становится собенно актуальной в тех отраслях, конечные продукты которых востребованы и конкурентоспособны. Эти отрасли, без сомнения, включают металлургию. В последние время в области промышленности ведутся серьезные исследования, и разрабатываются средства направленные на увеличение производительности МНЛЗ и конечно на минимизацию затрат, они основаны на автоматизации технологического процесса, однако есть и промежуточные технологические процессы, которые также влияют на качество готовой продукции. Неотъемлемо важным технологическим элементом, является обеспечение высокого показателя ресурса футеровки стальковша. Он достигается плавным нагревом по заданной диаграмме. Это обеспечивает стабильность работы, а также уменьшает удельные затраты на огнеупоры, количество перефутеровок в целом. В настоящее время, на большинстве металлургических предприятий для перевозки применяются футерованные различными огнеупорными материалами стальковши, однако в настоящем стальковш выполняет еще и функиции реактора. После окончания ремонта футеровки стальковш нужно и важно предварительно высушить, а после этого правильно разогреть для приема раскаленной стали. Обязательный предварительный разогрев футеровки ведется по определённому графику на стенде сушки.

Процессу сушки и разогреву футеровки необходимо уделять особое внимание. При резком разогреве футеровки с высокой остаточной влажностью, а особенно при контакте футеровки с расплавленной сталью возможно местное взрывное разрушение[5], что приводит к снижению ресурса стальковша и к возникновению аварийных ситуаций. Таким образом сушку и разогрев футеровки стальковшей необходимо производить по строго определенной диаграмме, именно по этому в решении этой задачи применяются автоматизированные установки сушки и разогрева футеровки стальковшей. Важным пунктом при проектировании такого рода система втоматизации является тип рзогрева: горелки или электотенты, а также выбор оптимального способа регулирования тепловой мощности процесса.

Целью данной работы является улучшение финансово экономических показателей предприятия за счет повышения качества выпускаемой продукции, в результате внедрения системы автоматического регулирования процесса сушки и разогрева стальковша.

1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА СУШКИ И РАЗОГРЕВА СТАЛЬКОВШЕЙ

Принципиально, процесс управления температурным режимом при сушке стальковша представлен в виде «черного ящика», рисунок 1. После установки стальковша в положение для сушки, опускается крышка стенда. Затем, производится продувка газопровода, а также вентиляция воздухом пространства под крышкой. Это занимает несколько минут. При этом включается двигатель вентилятора воздуховода и открывается заслонка подачи газа.

После разгона двигателя вентилятора, открывается воздушная заслонка перед горелкой. После окончания продувки открываются краны подачи газа на горелку и полностью закрывается заслонка ИМ подачи воздуха. Далее запускается процесс розжига горелок. Если розжиг горелки не произошел, то необходимо снова произвести продувку сначала.

После розжига горелки, подается воздух. После этого процесс сушки ведется в автоматическом режиме, в соответствии с заданным графиком. При этом, система управления, сравнивает фактическую температуру в стальковше и температуру заданную в графике, и изменяет расход газа путем воздействия на заслонку ИМ подачи газа.

По окончании сушки отключается двигатель вентилятора, клапаны подачи газа на горелку, ИМ подачи газа и воздуха. Затем закрываются краны перед горелками и задвижка на входе газопровода.

Процесс сушки

Рисунок 1 – процесс управления температурным режимом при сушке стальковша.

Управление процессом сушки стальковша, заключается в выборе и поддержании режима работы сушки или разогрева стальковша. Автоматическое управление процессом сушки и нагрева стальковша позволяет плавно изменять расход топлива в зависимости от температуры в ковше, что позволит эффективно использовать энергоносители и получить хорошее качество футеровки.[1]

Целью работы является исследование теплового режима процесса сушки, разработка системы автоматического управления с наименьшими показателями по расходу топлива и продолжительности нагрева, а так же исследование влияние технологических параметров на процесс.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  1. Провести обзор существующих систем автоматического управления, проанализировать их.
  2. Разработать ресурсосберегающий режим системы автоматизации, включающего в себя рациональную эксплуатацию стальковша.
  3. Разработать комплексную тепловую математическую модель стальковша, цикла подогрева футеровки. Провести лабораторные и промышленные эксперименты для верификации и идентификации модели.
  4. Исследовать влияния различных параметров на разработанную модель.
  5. Определить эффективность разработанной САУ нагрева и сушки в технологической и экономической сфере.

2. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

За счет оптимального соотношения газа и воздуха будет достигнута плавная регулировка температуры без гашения горелки, а соответственно без потерь времени, что позволяет производить гибкую подготовку ковша. Поддержание температуры в соответствии с регламентом сушки стальковша, обеспечивая хорошее качество футеровки, что является экономически выгодно для предприятия.

Поскольку на объект управления действуют возмущающие воздействия разной физической природы, и измерить их не всегда удается, практически реализовать разомкнутый и комбинированный принцип управления основными параметрами процесса сушки затруднительно[2]. Поэтому для построения системы автоматического управления сушки стальковшей воспользуемся принципом управления по отклонению рисунок 2.

Структурная схема системы

Рисунок 2 – Структурная схема контура управления стендом сушки стальковша

Структурные схемы систем автоматического регулирования (САР) расходом топлива и соотношение «расход топлива - расход воздуха» приведены на рисунках 3 и 4.

Структурная схема расхода топлива

Рисунок 3 – Структурная схема системы управления расходом топлива

Структурная схема расхода воздуха

Рисунок 4 – Структурная схема системы управления расходом воздуха

Также в разделе разработана математическая модель объекта. При выборе типа и параметров регулятора для системы управления был использован программный пакет математического моделирования [6] MATLAB, который позволил визуально отработать модель поведения всей системы в целом, рисунок 5.

Математическая модель

Рисунок 5 – Схема моделирования системы автоматического управления сушки стальковша

3.ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

3.1 Разработка функциональной схемы САУ

На основании проведенного анализа существующих САУ, а также методов их построения разработана функциональная схема системы автоматического управления сушки стальковша представленная на рисунке 6.

Функциональная схема САУ сушки стальковша

Рисунок 6 – Функциональная схема САУ сушки стальковша

Принцип действия заключатся в следующем, в ковш подается природный газ, расход которого регистрирует датчиком разности давления и отправляет данные о расходе в микропроцессорный контроллер,[3] где данные оцифровываются и используются для оперативного управления и контроля процессами, проходящими в агрегате с помощью АРМ. После считывания измеряемых значений сигналов происходит их сравнение с установками и формируются сигналы рассогласования, которые используются регуляторами для формирования управляющих воздействий на исполнительный механизм, который в свою очередь открывает заслонку на подачу воздуха, расход которого также регистрируется датчиком разности давления. Наличие пламени регистрируется датчиком пламени, с которого сигнал поступает на контроллер, а далее АМР. В процессе горения газа изменяется температура стальковша. Температура в ковше измеряется термопреобразователем, который посылает преобразованный сигнал на микропроцессорный контроллер, далее сигнал передается на АРМ, где представляется информация о текущем состоянии процесса [3]. Изменение температуры визуализируется на АРМ, сигнал с микропроцессорного контроллера поступает на исполнительный механизм для регулирования температуры в соответствии с заданными параметрами, который в свою очередь открывает заслонку подачи газа или воздуха, в зависимости от увеличения или уменьшения температуры. При работе системы на сервере создаются и формируются базы данных значений контролируемых параметров процесса и фактов срабатывания защиты. Также на АМР оператора выводятся сообщения, уведомляющие об аварийных ситуациях или ошибках.

3.2 Выбор технических средств управления

В данном разделе были выбраны технические средства управления САУ, приведено их краткое описание и электрические схемы. Осуществлен выбор таких элементов как: контроллер, панель оператора, блок питания, поворотные заслоноки, регулятор соотношения, расходомер природного газа и воздуха, термопреобразователь и датчик температуры.

3.3 Принципиальная схема технических средств системы автоматического управления

Разработка принципиальной схемы предусматривает наглядное представление электрических связей автоматической системы регулирования системы, учитывая подачу питания и его значение, а также соединения элементов, датчиков температуры, расходомера, исполнительных механизмов, контроллера и необходимых элементов для её функционирования.

3.4 Программное обеспечение САУ процесса сушки и разоргрева стальковша

Программное обеспечение (ПО) является неотъемлемой частью САУ. Оно обеспечивает выполнение управляющих и информационных функций системы в соответствии с поставленными задачами. Построение должно быть реализовано по модульному принципу и разрешать наращивание программной системы.

Учитывая все поставленные задачи, которые должна выполнять САУ, можно составить приближенный алгоритм работы программы, который будет заложен в контроллер, в более простом варианте рисунок 7.

Блок-схема работы главной программ

Рисунок 7 – Блок-схема работы главной программы
(анимация: 25 кадров, 611 килобайт)

Производится запуск системы. Затем, исправность системы, если система не исправна «No», то происходит выключение системы и выход из программы. Если система исправна «Yes», то далее система опрашивает датчики, а полученные сведения сохраняются и визуализируются на ПУ оператора. Затем происходит сравнение заданных значений и реальных. Если заданное значение равно выходным значениям, «Yes», то программа возвращается в исходную точку. Если температура не равна выходному значению, «No», то программа уточняет больше или меньше выходное значение по сравнению с заданным. В случае если, выходное значение меньше заданного, мы идем по ветке «No» и система уменьшает расход воздуха, соответственно в случае если, выходное значение больше заданного, ветка «Yes», то увеличивается расход воздуха. Далее программа возвращается в исходную точку, и алгоритм повторяется

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: июнь 2018 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Краснянский М. В., ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГОРЕЖИМА ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ В КОВШАХ МАЛОЙ ВМЕСТИМОСТИ - Москва 2014 г.
  2. Принципы автоматического регулирования, законы регулирования https://studopedia.ru/2_6566_printsipi-avtomaticheskogo-regulirovaniya-zakoni-regulirovaniya.html
  3. Модернизация автоматизированной системы регулирования температуры стенда сушки промковшей https://bibliofond.ru/view.aspx?id=808800
  4. Модернизация стенда сушки футеровок и разогрева погружных стаканов
  5. Акмен Р.Г., Круглякова О.В., Петрова Л.С., Садах А.Ф., МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА СУШКИ И РАЗОГРЕВА СТАЛЕРАЗЛИВОЧНЫХ КОВШЕЙ
  6. В. Спирин, А. Савин, В. Чистяков, И. Саган, А. Добшиков, А. Бельков, Система управления стендом сушки и высокотемпературного разогрева сталеразливочных ковшей.