ДонНТУ   Портал магістрів

Миронов Дмитро Миколайович

Факультет комп'ютерних інформаційних технологій і автоматики

Кафедра автоматики і телекомунікацій

Спеціальність Управління в технічних системах

Дослідження і розробка системи автоматичного управління кисневою фурмою дугової сталеплавильної печі

Науковий керівник: к. т. н., доцент Суков Сергій Феліксович

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Актуальність теми
• 2. Мета і завдання дослідження
• 3. Формалізація кисневої фурми ДСП як об'єкта управління
• 4. Аналіз існуючих САУ параметрами кисневої фурми
• Перелік посилань

Вступ

Розвиток промисловості і сучасної техніки пред'являє високі вимоги до якості металів і сплавів. На сьогоднішній день електродугові печі вважаються найпоширенішими і екологічно чистими агрегатами для виплавки сталі. Можливість зосередженого введення значної кількості теплової енергії в поєднанні з простотою управління подводимой електричною потужністю є незаперечною перевагою дугових сталеплавильних печей в порівнянні з іншими агрегатами для виробництва сталі.

1. Актуальність теми

Зниження витрат на обслуговування і продовження міжремонтного терміну, а також спрощення діагностики неполадок в сукупності з підвищенням надійності і економічності, дозволяє говорити про значний економічний ефект, який пов'язаний із застосуванням пропонованих в роботі методів і засобів автоматизації в порівнянні з традиційно застосовуваними на даному технологічному об'єкті - кисневої фурми дугової сталеплавильної печі.

Існуючі системи автоматичного управління параметрами кисневих фурм ДСП не виконують всіх необхідних функцій з управління та контролю параметрами даного об'єкта управління з урахуванням взаємозв'язку з САУ інших процесів дугової сталеплавильної печі. Тому розробка і дослідження системи автоматичного управління параметрами кисневої фурми ДСП є актуальною.

2. Мета і завдання дослідження

Метою дослідження є підвищення ефективності функціонування кисневоїфурми дугової сталеплавильної печі за рахунок розробки системи автоматичного управління, що дозволить зменшити експлуатаційні витрати, продовжити термін служби технологічного устаткування і підвищити якість одержуваної стали.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання дослідження:

1. Розробити математичні моделі кисневоїфурми дугової сталеплавильної печі як об'єкта управління температурою і як об'єкта управління тиском кисню.
2. Виконати дослідження динамічних процесів в об'єкті управління і на підставі цього сформулювати вимоги до алгоритмів і законам управління.
3. Виконати синтез необхідних алгоритмів управління технологічними параметрами кисневоїфурми дугової сталеплавильної печі.
4. Провести моделювання САУ кисневої фурмою ДСП і виконати оцінку запропонованих алгоритмів управління.
5. Виконати технічне проектування системи автоматичного керування з урахуванням особливостей досліджуваного об'єкта і синтезованих алгоритмів керування.
6. Провести розробку алгоритмічного та програмного забезпечення САУ.
7. Оцінити економічну ефективність запропонованих рішень.
8. Розробити заходи з охорони праці та безпеки життєдіяльності.

Об'єкт дослідження: система автоматичного управління параметрами кисневої фурми дугової сталеплавильної печі.

Предмет дослідження: методи анаіза, синтезу і моделювання багатоконтурних систем регулювання.

3. Формалізація кисневої фурми ДСП як об'єкта управління

Нормальне функціонування кисневої фурми визначається підтриманням необхідних параметрів процесу подачі кисню і процесу її охолодження. Процес подачі кисню в робочий простір ДСП характеризується потрібною витратою кисню на даному етапі плавки при підтримці необхідного його тиску. Відхилення витрати і тиску кисню від необхідних значень призводить до підвищення експлуатаційних витрат на процес виробництва сталі в ДСП або до погіршення якості води, отриманої стали. При охолодженні фурми необхідно змінювати витрата охолоджуючої води для підтримки необхідної різниці температур на виході і вході кисневої фурми, що при відносно постійній температурі охолоджуючої води на вході в фурму зводиться до підтримки заданої температури охолоджуючої води на виході з кисневої фурми.

Виконаний вище аналіз особливостей кисневої фурми дугової сталеплавильної печі дозволив здійснити процес її формалізації як об'єкта управління, в результаті якого отримана схема матеріальних потоків (рис.1) і інформаційних змінних (рис.2) для даного об'єкта управління.

Основними керованими змінними, які визначають ефективність функціонування кисневої фурми дугової сталеплавильної печі, а відповідно, і всього електросталеплавильного процесу, є (рис.2):

• тиск кисню на вході в кисневу фурму, Рк;
• температура гарячої води на виході з кисневої фурми, tгв.

Необхідна зміна керованих змінних - Рк і tгв в розроблюваної системі автоматичного управління кисневої фурмою дугової сталеплавильної печі здійснюється за рахунок використання наступних керуючих впливів (рис.2):

• витрата кисню на вході кисневої фурми Gк - дозволяє необхідним чином впливати на тиск кисню Рк;
• витрата холодної води на вході в кисневу фурму Gхв - дозволяє необхідним чином впливати на температуру води на виході кисневої фурми tгв.

На даний об'єкт управління - кисневу фурму дугової сталеплавильної печі впливають такі обурюючі дії:

• температура холодної води на вході в кисневу фурму tхв - надає обурюючий вплив на керовану змінну tгв;
• температура в робочому просторі дугової сталеплавильної печі tдсп - надає обурюючий вплив на керовану змінну tгв;
• витрата кисню, споживаний в робочому просторі дугової сталеплавильної печі Gдсп - надає обурюючий вплив на керовану змінну Рк;
• тиск в робочому просторі дугової сталеплавильної печі Рдсп - надає обурюючий вплив на керовану змінну Рк.

4. Аналіз існуючих САУ параметрами кисневої фурми

Функціональна схема типового рішення по автоматизації кисневої фурми, приведена на рисунку 3.

Необхідна температура кисневої фурми при її охолодженні може бути досягнута за рахунок зміни витрати води на вході в сорочку кисневої фурми за значенням непрямого контрольованого параметра - температури гарячої води на виході сорочки кисневої фурми, що реалізується регулятором ТС (рис.3).

Необхідне значення тиску подаваного в фурму кисню може бути досягнуто за рахунок зміни витрати кисню на вході кисневої фурми, що реалізується регулятором РС (рис.3).

Функціональна схема системи автоматичного контролю і управління продувкою ванни дугової сталеплавильної печі киснем представлена на рисунку 4.

На функціональній схемі системи автоматичного контролю і регулювання продувкою ванни ДСП киснем (рис.4) представлені наступні її елементи: 1-1 - звуження потоку для вимірювання витрати кисню; 1-2 - вимірювання витрати кисню; 1-3 - вторинний прилад для реєстрації витрати кисню; 1-4 - регулятор витрати кисню; 1-5 - задатчик витрати кисню; 1-6 - пускач безконтактний; 1-7, 6-3, 7-1 - виконавчий механізм; 1-8, 7-2 - регулюючий клапан; 1-9 - покажчик положення вала виконавчого механізму; 2-1 - вимір температури кисню; 3-1 - вимірювання тиску кисню з дистанційним передаванням показань; 3-2 - вимірювання тиску кисню за місцем; 4-1 - звужують пристрій для вимірювання витрати охолоджуючої води; 4-2 - вимірювання витрати охолоджуючої води; 4-3 - вторинний прилад для реєстрації витрати охолоджуючої води; 5-1 - вимірювання тиску охолоджувальної води з дистанційним передаванням показань; 5-2 - вимірювання тиску охолоджувальної води за місцем; SА1, SВ1, SА2, SB2, SВ3 - перемикач кулачковий універсальний.

Перелік посилань

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.