ДонНТУ   Портал магистров

Миронов Дмитрий Николаевич

Факультет компьютерных информационных технологий и автоматики

Кафедра автоматики и телекоммуникации

Специальность Управление в технических системах

Исследование и разработка системы автоматического управления параметрами кислородной фурмы дуговой сталеплавильной печи

Научный руководитель: к.т.н., доцент Суков Сергей Феликсович

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Актуальность темы
• 2. Цель и задачи исследования
• 3. Формализация кислородной фурмы ДСП как объекта управления
• 4. Анализ существующих САУ параметрами кислородной фурмы
• Список источников

Введение

Развитие промышленности и современной техники предъявляет высокие требования к качеству металлов и сплавов. На сегодняшний день электродуговые печи считаются самыми распространенными и экологически чистыми агрегатами для выплавки стали. Возможность сосредоточенного ввода значительного количества тепловой энергии в сочетании с простотой управления подводимой электрической мощностью является неоспоримым преимуществом дуговых сталеплавильных печей по сравнению с другими агрегатами для производства стали.

1. Актуальность темы

Снижение расходов на обслуживание и продление межремонтного срока, а также упрощение диагностики неполадок в совокупности с повышением надежности и экономичности, позволяет говорить о значительном экономическом эффекте, который связан с применением предлагаемых в работе методов и средств автоматизации в сравнении с традиционно применяемыми на рассматриваемом технологическом объекте – кислородной фурмы дуговой сталеплавильной печи.

Существующие системы автоматического управления параметрами кислородных фурм ДСП не выполняют всех необходимых функций по управлению и контролю параметрами данного объекта управления с учетом взаимосвязи с САУ других процессов дуговой сталеплавильной печи. Поэтому разработка и исследование системы автоматического управления параметрами кислородной фурмы ДСП является актуальной.

2. Цель и задачи исследования

Целью исследования является повышение эффективности функционирования кислородной фурмы дуговой сталеплавильной печи за счет разработки системы автоматического управления, что позволит уменьшить эксплуатационные затраты, продлить срок службы технологического оборудования и повысить качество получаемой стали.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:

1. Разработать математические модели кислородной фурмы дуговой сталеплавильной печи как объекта управления температурой и как объекта управления давлением кислорода.
2. Выполнить исследования динамических процессов в объекте управления и на основании этого сформулировать требования к алгоритмам и законам управления.
3. Выполнить синтез необходимых алгоритмов управления технологическими параметрами кислородной фурмы дуговой сталеплавильной печи.
4. Произвести моделирование САУ кислородной фурмой ДСП и выполнить оценку предложенных алгоритмов управления.
5. Выполнить техническое проектирование системы автоматического управления с учетом особенностей исследуемого объекта и синтезированных алгоритмов управления.
6. Произвести разработку алгоритмического и программного обеспечения САУ.
7. Оценить экономическую эффективность предложенных решений.
8. Разработать мероприятия по охране труда и безопасности жизнедеятельности.

Объект исследования: система автоматического управления параметрами кислородной фурмы дуговой сталеплавильной печи.

Предмет исследования: методы анаиза, синтеза и моделирования многоконтурных систем регулирования.

3. Формализация кислородной фурмы ДСП как объекта управления

Нормальное функционирование кислородной фурмы определяется поддержанием требуемых параметров процесса подачи кислорода и процесса ее охлаждения. Процесс подачи кислорода в рабочее пространство ДСП характеризуется необходимым расходом кислорода на данном этапе плавки при поддержании требуемого его давления. Отклонение расхода и давления кислорода от требуемых значений приводит к повышению эксплуатационных затрат на процесс производства стали в ДСП или к ухудшению качества получаемой стали. При охлаждении фурмы необходимо изменять расход охлаждающей воды для поддержания требуемой разности температур на выходе и входе кислородной фурмы, что при относительно постоянной температуре охлаждающей воды на входе в фурму сводится к поддержанию заданной температуры охлаждающей воды на выходе из кислородной фурмы.

Выполненный выше анализ особенностей кислородной фурмы дуговой сталеплавильной печи позволил осуществить процесс ее формализации как объекта управления, в результате которого получена схема материальных потоков (рис.1) и информационных переменных (рис.2) для данного объекта управления.

Основными управляемыми переменными, которые определяют эффективность функционирования кислородной фурмы дуговой сталеплавильной печи, а соответственно, и всего электросталеплавильного процесса, являются (рис.2):

• давление кислорода на входе в кислородную фурму, Рк;
• температура горячей воды на выходе из кислородной фурмы, tгв.

Необходимое изменение управляемых переменных – Рк и tгв в разрабатываемой системе автоматического управления кислородной фурмой дуговой сталеплавильной печи осуществляется за счет использования следующих управляющих воздействий (рис.2):

• расход кислорода на входе кислородной фурмы Gк – позволяет необходимым образом воздействовать на давление кислорода Рк;
• расход холодной воды на входе в кислородную фурму Gхв – позволяет необходимым образом воздействовать на температуру воды на выходе кислородной фурмы tгв.

На рассматриваемый объект управления – кислородную фурму дуговой сталеплавильной печи оказывают влияние следующие возмущающие воздействия:

• температура холодной воды на входе в кислородную фурму tхв – оказывает возмущающее воздействие на управляемую переменную tгв;
• температура в рабочем пространстве дуговой сталеплавильной печи tдсп – оказывает возмущающее воздействие на управляемую переменную tгв;
• расход кислорода, потребляемый в рабочем пространстве дуговой сталеплавильной печи Gдсп – оказывает возмущающее воздействие на управляемую переменную Рк;
• давление в рабочем пространстве дуговой сталеплавильной печи Рдсп – оказывает возмущающее воздействие на управляемую переменную Рк.

4. Анализ существующих САУ параметрами кислородной фурмы

Функциональная схема типового решения по автоматизации кислородной фурмы, приведена на рисунке 3.

Требуемая температура кислородной фурмы при её охлаждении может быть достигнута за счет изменения расхода воды на входе в рубашку кислородной фурмы по значению косвенного контролируемого параметра – температуры горячей воды на выходе рубашки кислородной фурмы, что реализуется регулятором ТС (рис.3).

Требуемое значение давления подаваемого в фурму кислорода может быть достигнуто за счет изменения расхода кислорода на входе кислородной фурмы, что реализуется регулятором РС (рис.3).

Функциональная схема системы автоматического контроля и управления продувкой ванны дуговой сталеплавильной печи кислородом представлена на рисунке 4.

На функциональной схеме системы автоматического контроля и регулирования продувкой ванны ДСП кислородом (рис.4) представлены следующие ее элементы: 1–1 - сужающее устройство для измерения расхода кислорода; 1–2 - измерение расхода кислорода; 1–3 - вторичный прибор для регистрации расхода кислорода; 1–4 - регулятор расхода кислорода; 1–5 - задатчик расхода кислорода; 1–6 - пускатель бесконтактный; 1–7, 6–3, 7–1 - исполнительный механизм; 1–8, 7–2 - регулирующий клапан; 1–9 - указатель положения вала исполнительного механизма; 2–1 - измерение температуры кислорода; 3–1 - измерение давления кислорода с дистанционной передачей показаний; 3–2 - измерение давления кислорода по месту; 4–1 - сужающие устройство для измерения расхода охлаждающей воды; 4–2 - измерение расхода охлаждающей воды; 4–3 - вторичный прибор для регистрации расхода охлаждающей воды; 5–1 - измерение давления охлаждающей воды с дистанционной передачей показаний; 5–2 - измерение давления охлаждающей воды по месту; SА1, SВ1, SА2, SB2, SВ3 - переключатель кулачковый универсальный.

Список источников

1. Сведчанский, А.Д. Электрические промышленные печи: Дуговые печи и установки специального нагрева: учебник для вузов. / А.Д. Сведчанский, И.Т. Жердев, А.М. Кручинин – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоиздат, 1981. – 296 с.: ил., табл.
2. Поволоцкий, Д.Я. Электрометаллургия стали и ферросплавов. / Д.Я. Поволоцкий – М.: «Металлургия», 1978. – 550с.
3. Окороков, Н. В. Электроплавильные печи черной металлургии. / Н.В.Окороков – М.: Металлургия, 2005. – 220 с.
4. Марков, Н.А. Электрические печи и режимы дуговых электропечных установок. / Н.А. Марков. – М.: Энергия, 2003. – 204 с.
5. Пирожников, В.Е. Автоматизация контроля и управления электросталеплавильными установками. / В.Е. Пирожников, А.Ф. Каблуковский – М.: «Металлургия», 1974. – 208 с.: ил., табл.
6. Лапшин, И.В. Автоматизация дуговых печей. / И.В. Лапшин – Москва, 2004. – 166 с.
7. Глинков, Г.М. АСУ ТП в черной металлургии: учебник для вузов. / Г.М. Глинков, В.А. Маковский – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: «Металлургия», 1999. – 310с .: ил., табл.
8. Глинков, Г.М. АСУ технологическими процессами в агломерационных и сталеплавильных цехах: учебник для вузов. / Г.М. Глинков, В.А. Маковский – М.: «Металлургия», 1981. –360 с.: ил., табл.
9. Бигеев, А.М. Математическое описание и расчеты сталеплавильных процессов. / А.М. Бигеев. – М.: Металлургия, 1982. – 160 с.
10. Грачев, В. В. Динамика трубопроводных систем. / В. В. Грачев, С.Г. Щербаков, Е. И. Яковлев. - М: Наука, 1987. – 438 с.
11. Чермак, И. Динамика регулируемых систем в теплоэнергетике и химии. / И. Чермак, В. Петерка, И. М. Заворка. - М.: Мир, 1972. ? 624 с.
12. Клюев, А.С. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования: Справочное пособие. / А.С. Клюев, А.Т. Лебедев, С.А. Клюев, А.Г. Товарнов; — 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 368 с.
13. Лукас, В. А. Теория управления техническими системами. Компактный учебный курс для вузов / В.А. Лукас. - 3-е изд., перераб. и доп. - Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2002. - 675с.: ил.
14. Филлипс, Ч. Л. Системы управления с обратной связью / Ч. Л. Филлипс, Р. Д. Харбор; пер. с англ. Б. И. Копылова. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. - 616с.: ил. - (Техн. ун-т. Автоматика). - Перевод изд.: Feedback Control Systems/Phillips C.L., Harbor R.D.