Разработка контура регулирования давления смешанного газа на ГСС блока воздухонагревателей

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

. РАЗРАБОТКА КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ

.1 Описание технологического процесса и характеристики основного оборудования

1.2 Анализ установленного и проектируемого оборудования на базе программируемого контроллера

.3 Техническое описание объекта (воздухонагреватель)

.4 Разработка технологических вопросов. Функции, задачи и структура системы

.5 Разработка функциональной и принципиальной электрической схем

.6 Разработка структурной схемы соединений внешних проводок

1.7 Расчет сужающего устройства

1.8 Расчет регулирующего органа и выбор исполнительного механизма

1.9 Расчет САР. Экспериментальное исследование ПИД-регулятора

.10 Описание схемы электрической принципиальной системы питания

.11 Описание схемы электрической принципиальной

.12 Описание функциональной схемы

2. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИЯ НА ПРОИЗВОДСТВЕ

.1 Организация работы слесарей КИП и А на участке ДЦ-2

2.2 Обязанности слесарей КИП и А на участке ДЦ - 2

2.3 Мероприятия по технике безопасности и противопожарной технике при эксплуатации САР

3.4 Охрана природы

. ЭКОНОМИКА РАБОТЫ ЦЕХА КИПиА

3.1 Состав КИП и СА воздухонагревателя ДЦ-2

3.2 Расчет нормативной численности работников КИП и А на участке ДЦ-2

.3 Расчет стоимости услуг цеха КИП и А на участке ДЦ-2

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Главным средством технического процесса, без которого невозможны высокие темпы дальнейшего роста производительности труда, является комплексная механизация и автоматизация производства. Многие современные технологические процессы без автоматизации вообще не могут быть реализованы, так как обработка веществ и материалов идет на высоких скоростях, с использованием высоких температур, давлений и новых видов энергий.

Повышение производительности труда во всех отраслях народного хозяйства при уменьшении числа занятых в производстве людей и значительного уменьшения доли ручного труда можно достичь путем интенсификации производственных процессов и коренного технического переоснащения промышленных предприятий на базе комплексной автоматизации с широким применением вычислительных машин и робототехнических комплексов.

Непрерывная интенсификация производственных процессов приводит, как правило, к усложнению функций управления. С другой стороны, достижение в области математики, кибернетики, а также быстрое развитие систем автоматизации и вычислительной техники значительно расширяют возможности создания новых высокоэффективных производственных процессов.

Одновременное развитие технологии производства и управления привело к созданию таких производственных процессов и типов оборудования, которые невозможно эксплуатировать в отрыве от систем управления.

Автоматизация технологических процессов в металлургии обеспечивает его интенсификацию, снижение расходов сырья, материалов, улучшения качества продукции, а также повышает культуру производства в целом.

Особенность черной металлургии состоит в том, что для непосредственного обслуживания основных технологических агрегатов требуется сравнительно немногочисленный персонал, поэтому автоматизация доменных и нагревательных печей, прокатных станов обычно не приводит к значительному сокращению рабочей силы, а наоборот вызывает необходимость в дополнительном привлечении высококвалифицированных работников для обслуживания систем контроля и регулирования. Однако улучшение организации и оптимизации технологических процессов полностью компенсируют дополнительные затраты.

На вспомогательных операциях (контроль, маркировка и т.д.) занято много рабочих. Автоматизация этих участков производства позволяет значительно сократить численность производственного персонала.

Максимальный экономический эффект автоматизации может быть получен, когда еще в процессе проектирования металлургического агрегата предусматривается его механизация, и технологический процесс строится с учетом современной техники автоматического регулирования и управления, располагающей мощным арсеналом методов и технических средств для получения высокого качества стабилизации и программного изменения параметров, влияющих на режимы металлургических агрегатов.

1. РАЗРАБОТКА КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ

.1 Описание технологического процесса и характеристики основного оборудования

Воздухонагреватели предназначены для нагрева воздуха, необходимого для горения топлива. Температура нагретого воздуха составляет 1300-1320 °С.

Воздухонагреватель представляет собой цилиндрическую башню высотой 50,554 и диаметром 9,948 метров со сферическим куполом и днищем. Внутри рабочее пространство разделено вертикальной стеной на две части: камеру горения и камеру насадки

Разделительная стена выкладывается до верхнего уровня цилиндрической части воздухонагревателя. Вверху находится подкупольное пространство.

Рисунок 1.1 - Конструкция воздухонагревателя

- днище; 2 - футеровка днища; 3 - колонны; 4 - решетка; 5 - камера насадки; 6 - футеровка камеры горения; 7 - камера горения; 8 -подкупольное пространство; 9 - люки; 10 - кожух; 11 - штуцер газовой горелки; 12 - штуцер холодного дутья; 13 - штуцер дымового клапана; 14 - лазы; 15 - фланцы; 16 - штуцер клапана горячего дутья

Объем камеры насадки заполнен огнеупорным кирпичом - насадкой, которая служит для аккумуляции тепла продуктов сгорания газа во время нагрева воздухонагревателя с последующей отдачей его дутью. Насадочный кирпич укладывается таким образом, что образуются вертикальные сквозные каналы по всей высоте насадки - ячейки. В воздухонагревателях применяются несколько типов насадок: насадки с квадратным сечением ячеек, с круглым сечением ячеек, насадки из прямоугольного и фигурного кирпича. В нижней части кладки насадки используется шамотный кирпич, а в верхней, высокотемпературной зоне - высокоглинеземнестый или динасовый кирпич. Насадка находится на поднасадочном устройстве - это несколько чугунных литых решеток с отверстиями. Каждая решетка опирается на чугунную литую колонну, установленную на днище воздухонагревателя.

Газовая горелка служит для подачи в камеру горения воздухонагревателя газа и воздуха, необходимого для сжигания газа. Она устанавливается на рабочей площадке перед камерой горения и соединяется со штуцером воздухонагревателя с одной стороны и с газопроводом с другой.

Горелка состоит из вентилятора, корпуса, патрубка с жалюзийным устройством, регулятора подачи воздуха и электродвигателя. Патрубок корпуса горелки соединен со штуцером воздухонагревателя с помощью отделительного клапана.

Газ поступает в горелку по газопроводу через регулировочно-отделительный клапан дроссельного типа. Воздух для горения подается централизованно от одной вентиляторной станции.

Регулировочно-отделительный клапан служит для отделения горелки от газопровода и регулирования подачи газа в воздухонагреватель. Он устанавливается на газопроводе над газовой горелкой.

Отделительный клапан шиберного типа предназначен для отделения горелки от воздухонагревателя после прекращения его нагрева. Клапан состоит из корпуса, внутри которого встроены водоохлаждаемые кольца, между которыми ходит задвижка.

Задвижка связана с лебедкой с помощью канатной передачи.

Клапан подвергается воздействию высоких температур, поэтому его основные элементы охлаждаются водой.

Клапан холодного дутья шиберного типа предназначен для отделения воздухонагревателя от воздухопровода холодного дутья.

Клапан состоит из стального литого корпуса, стальной задвижки, буфера для смягчения удара задвижки о корпус при закрывании клапана. Клапан горячего дутья шиберного типа служит для отделения воздухонагревателя (ВН) от воздухопровода горячего дутья. Он состоит из корпуса, колец и задвижки, которые охлаждаются водой. Подвод и отвод воды от задвижки осуществляются по стальным трубам, которые служат тягами для задвижки.

Дымовые клапаны предназначены для отделения воздухонагревателя от дымового борова при его дутье. Каждый воздухонагреватель имеет два дымовых клапана. Дымовой клапан состоит из корпуса, который устанавливается на стальной патрубок. Стальной патрубок замурован в отверстии дымового хода.

Между корпусом и патрубком находится охлаждаемое водой седло, которое при отделении воздухонагревателя перекрывается тарелкой.

После окончания его работы на дутье тарелки дымовых клапанов (ДК) под действием давления остаточного воздуха остаются прижатыми к седлам. Перед открыванием ДК выравнивается давление с помощью перепускного клапана, который соединяет поднасадочное пространство с дымовым боровом.

Воздушно-разгрузочный клапан служит для уменьшения или полного прекращения подачи воздуха в доменную печь при ее остановках. Клапан состоит из корпуса, дросселя и патрубка, в котором перемещается поршень.

Температура воздуха, который поступает из ВН в воздухопровод горячего дутья неодинакова в начальный и конечный периоды.

Чтобы обеспечить постоянство температуры дутья, к горячему дутью добавляют холодное, постепенно снижая количество холодного воздуха по мере понижения нагрева насадки. С этой целью воздухопровод холодного дутья соединяется с воздухопроводом горячего дутья смесительным трубопроводом.

Смесительный клапан дроссельного типа служит для регулирования количества холодного воздуха, добавляемого к горячему. Этот клапан работает автоматически. В первый момент работы нагретого ВН на дутье смесительный клапан открыт максимально. По мере охлаждения воздухонагревателя количество добавляемого холодного воздуха уменьшается, и смесительный клапан постепенно закрывается.

Когда смесительный клапан закроется полностью, включается световой или звуковой сигнал, по которому необходимо поставить на дутье очередной нагретый ВН.

Предохранительный (отсекающий) клапан шиберного типа устанавливается между смесительным клапаном и воздухопроводом горячего дутья. Он служит для перекрытия смесительного трубопровода, чтобы предотвратить попадание печных газов в воздухопровод холодного дутья при остановках печи или в случае внезапного падения давления дутья.

Технические характеристики основного оборудования

Блок воздухонагревателей состоит из 4 - х аппаратов, общая высота воздухонагревателя (ВН) составляет 50554 мм. Диаметры по кожуху: цилиндрической части - 9948 мм, купола - 10920 мм.

Купол имеет независимое опирание. Опора выполнена в виде открытого наружу цилиндрического короба с ребрами жесткости.

Камера горения - чечевицеобразной формы.

Разделительная стенка между камерой горения и насадочной камерой состоит из 3-х окатов толщиною 345, 230 и 230 мм.

Кладка камеры горения выполнена в перевязку с кладкой радиальной стены.

Насадка выложена шестигранными насадочными блоками.

Полное сечение насадки - 42,0 м².

Живое сечение 14,08 м².

Общая высота 40640 мм.

Удельная поверхность нагрева 32,7 м²/м³.

Поверхность нагрева насадки одного аппарата 56000 м².

Свободный объем ВН 1300 м³.

Футеровка ВН выполнена в четыре яруса из следующих огнеупоров:

Таблица 1.1

Виды огнеупоров, использующиеся в футеровке ВН

Оборудование

Горелка - конструкции ИЗТМ, производительностью 120 м³/ч по воздуху.

Диаметр воздушного сопла - 900 мм.

Диаметр газового сопла, диаметр штуцера горелки и диаметр газопровода у горелки 1300 мм.

Диаметр газового коллектора - 2000 мм.

Диаметр отводов газопровода к горелке - 1300 мм.

Подача воздуха горения - централизованная.

Диаметр отводов воздухопровода к горелке - 1300 мм.

Диаметр воздушного коллектора - 2500 мм.

Количество вентиляторов - 3 шт. в параллельной схеме. Тип вентилятора ВМ-18А.

Производительность одного вентилятора - 60-120 тыс. м³/ч при давлении 1450-1150 мм. в. ст.

Дымовой боров футерован в цилиндрическом металлическом кожухе.

Диаметр по футеровке - 3800 мм.

Сечение - 11,35 м².

Расстояние до дымовой трубы соответственно от оси 1-4 ВН 44000, 32000, 20000, 8000 мм.

Высота дымовой трубы - 80 м.

Диаметр в основании - 5,0 м.

Диаметр в устье 3,5 м.

Подвод холодного дутья производится в поднасадочное пространство со стороны противоположной камере горения.

Диаметр штуцера холодного дутья - 1400 мм.

Диаметр штуцера горячего дутья - 1300 мм.

Диаметр прямого участка воздухопровода горячего дутья по кладке 1794 мм, диаметр кольцевого воздухопровода - 1234 мм.

Каждый ВН имеет свое световое табло со следующими обозначениями:

Перепускной клапан №10.

Дымовой клапан №11.

Дымовой клапан №12.

Отделительный клапан газовой горелки №13.

Газоотсекающий газовый дроссель №14.

Газорегулирующий дроссель №15.

Газовыпускной клапан (свеча) №16.

Клапан холодного дутья №18. Перепускной клапан холодного дутья вмонтирован в клапан холодного дутья.

Клапан горячего дутья №19.

Воздухоотсекающий дроссель №20.

Регулирующий дроссель воздухогорения №21.

Воздуховыпускной клапан (свеча) №22.

Управление механизмами ВН предусмотрено трех видов - индивидуальное, цикличное, автоматическое. Индивидуальное и циклическое управление предусмотрено с поста «Д». Каждый воздухонагреватель может находиться в одном из четырех режимов работы: нагрев, отделение, дутье, тяга.

Подача воздуха горения на ВН

На доменной печи №6 воздух горения на ВН подается тремя вентиляторами М31, М32, М33, из которых два находятся в работе, а один в резерве.

Работа воздухонагревателей

Воздухонагреватели работают циклично. Каждый цикл работы начинается с нагрева насадки. В период нагрева воздухонагреватель отделен от воздухопроводов холодного и горячего дутья.

Для постановки воздухонагревателя на нагрев необходимо открыть дымовые клапаны и отделительный клапан газовой горелки. При включении горелки в камеру горения подаются доменный газ или смесь доменного газа с природным и воздух, необходимый для горения. Газ воспламеняется от раскаленных до 900-1000°С стен, и далее процесс горения идет непрерывно. Образующиеся горячие продукты сгорания поднимаются вверх, в подкупольное пространство, и под действием тяги дымовой трубы направляются вниз по каналам насадки. Проходя через насадку, продукты сгорания отдают тепло насадочному кирпичу и нагревают его. Пройдя насадку, продукты сгорания через дымовые отверстия направляются в боров и в дымовую трубу.

За время нагрева в насадке аккумулируется большое количество тепла. По мере нагрева насадки процесс теплопередачи замедляется, и температура уходящих из воздухонагревателя газов постепенно повышается. При достижении температуры дымовых газов на выходе из насадки 400°С нагрев прекращается. Период нагрева воздухонагревателя продолжается 2-3 ч. При наличии четырех воздухонагревателей три из них одновременно нагреваются, а через четвертый, ранее нагретый воздухонагреватель дутье подается в доменную печь.

После окончания нагрева воздухонагреватель переводится «на дутье». Для этого отключают газ, выключают вентилятор, горелку отделяют от воздухонагревателя. Затем закрывают дымовые клапаны.

После выполнения этих операций открывают наполнительный клапан, и воздух из воздухопровода холодного дутья поступает в воздухонагреватель. Когда давление внутри воздухонагревателя выровняется с давлением воздухопровода, открываются последовательно клапаны холодного и горячего дутья. Холодный воздух поступает в поднасадочное устройство и дальше в каналы насадки. Поднимаясь вверх по каналам, воздух нагревается от насадки. Горячий воздух проходит подкупольное пространство, опускается вниз по камере горения и через штуцер горячего дутья поступает в воздухопровод, а затем в печь. Период дутья длится до тех пор, пока температура воздуха на выходе из воздухонагревателя не понизится до заданной температуры дутья. Обычно период дутья составляет 1-1,5 ч. За 8-10 мин до окончания периода дутья начинается подготовка и постановка на дутье очередного нагретого воздухонагревателя.

После перевода его на режим «дутья» остывший воздухонагреватель отделяют от воздухопроводов и переводят на нагрев. Цикл повторяется.

Кроме обычной работы на дутье или на нагреве, воздухонагреватели используются во время взятия доменной печи на тягу. Доменную печь ставят на тягу при ее остановке, когда под влиянием остаточного давления газов в печи из горна вырывается пламя и мешает производить смену охладительной арматуры. При этом печь подключают к наиболее нагретому воздухонагревателю и газ из горна отсасывают через этот воздухонагреватель в боров и дымовую трубу.

.2 Анализ установленного и проектируемого оборудования на базе программируемого контроллера

Современное промышленное производство характеризуется высокой интенсивностью работы оборудования. Большую группу на промышленных предприятиях, в т.ч. металлургических, составляют устаревшие как морально, так и физически некоторые ПЛК.

К этой группе относятся модели отечественного производства типа Ломиконт или Ремиконт.

К недостаткам установленных контроллеров, например, Ломиконта можно отнести следующее:

. Выработан ресурс (многие контроллеры используются 15 лет и более);

. Сложность в программировании и настройки контуров регулирования и непосредственно инициализации переменных;

. Частые сбои в работе АЦП и ЦИП (по управлению исполнительными механизмами);

. Низкое быстродействие процессора и как следствие понижение качества регулирования для реализации сложных законов регулирования;

. Не совместим с современными системами визуализации или требует тщательной доработки;

. Для резервирования основных контуров регулирования требует значительных затрат на установку промежуточных блоков переключения (количество данных переключателей для такого комплекса, как воздухонагреватель может доходить до нескольких десятков) и соответствующей их обвязке кабелями.

Серия программируемых контроллеров Modicon TSX Quantum является хорошим решением для задач управления на базе высокопроизводительных совместимых программируемых контроллеров. Контроллеры Quantum поддерживают высокий уровень производительности и надежности, свойственный продукции Modicon:

высочайшее быстродействие контроллеров на процессорах до 486 серии для увеличения пропускной способности системы;

интегрирование технологии автоматизации, включая управление перемещением, обмен информацией в ASC11-кодах (американский стандартный код обмена информацией), коммуникации и управление непрерывными процессами, поддерживание нескольких языков программирования;

резервируемые контроллеры, источники питания и кабели ввода/вывода обеспечивают надежность системы для критических приложений;

настраиваемые “аварийные” режимы модулей ввода обеспечивают предсказуемую реакцию системы в ответственных приложениях;

высокие уровни изоляции модулей для защиты от помех при работе в неблагоприятных условиях;

высокоточный аналоговый ввод/вывод для более точного контроля и управления процессами;

быстродействующие цепи включения и выключения с обработкой прерываний для повышенной производительности системы;

- возможность горячей замены модулей упрощает техническое обслуживание и повышает техническую готовность системы.

Система на базе Quantum сочетает компактность и прочную промышленную конструкцию, обеспечивая экономичность и надежность установки даже в наиболее сложных промышленных условиях. В то же время системы Quantum просты в установке и конфигурации, имеют широкую область применения, что обеспечивает более низкую стоимость по сравнению с другими решениями.

Контроллеры являются основной функциональной компонентой большинства современных технологических процессов дискретного типа, обеспечивая синхронизацию разнородного технологического оборудования. Это предъявляет повышенные требования, как при видении технологии доменной печи, так и надежности комплекса воздухонагревателей.

Разработка способов и систем надежного управления режимом нагрева воздухонагревателей с учетом некоторых особенностей, дает возможность обеспечить высокий уровень качества, надежности, управляемости всех исполнительных элементов воздухонагревателя.

В этой связи проблема разработки и применения современных контроллеров нового поколения на базе Modicon, ориентированными на реализацию управления элементами сложного технологического оборудования, является актуальной.

.3 Техническое описание объекта (воздухонагреватель)

Воздухонагреватели (ВН) служат для нагрева воздуха (до 1300-1320◦С) и подачи его в доменную печь.

К оборудованию ВН относятся:

воздухонагреватель;

газосмесительная станция;

воздуходувные машины.

Для подачи в воздухонагреватель воздуха для горения служат воздуходувные машины. Две из них работают постоянно, и одна находится в резерве. Возмущающим воздействием для переключения на резерв является превышение температуры подшипников вентилятора свыше 80◦С. В трубопроводе воздуха горения поддерживается постоянное давление системой автоматического регулирования так, что на воздухонагреватели поступает заданное количество воздуха с заданным давлением. Давление устанавливается мастером газового хозяйства. Регулирование оптимального расхода воздуха горения на ВН и его давления производится клапаном на всосе одного из включенных в работу вентиляторов. Другой включенный вентилятор работает при частично открытом клапане на всасе (до50◦). Клапаны на нагнетании открыты полностью. В случае превышения давления воздуха горения в коллекторе выше значения установленной блокировки произойдет автоматический переход на регулирование расхода воздуха и давления стабилизирующим клапаном.

Подача газа в ВН осуществляется газосмесительной станцией (ГСС). Газосмесительная станция состоит из двух газопроводов доменного газа (ведущего) и природного (ведомого) газов.

Подача доменного газа постоянна, а природного в зависимости от калорийности смешанного газа. Калорийность смешанного газа зависит от количества содержания водорода в нем. В трубопроводе доменного газа поддерживается постоянное давление и регулируется с помощью заслонки. При повышении температуры окружающей среды расход доменного и природного газов увеличивается. Для регулирования этих параметров на трубопроводе доменного газа осуществляется коррекция по температуре, а на трубопроводе природного газа - по температуре и давлению. Давление природного газа задается оператором с ЦПУ.

Воздухонагреватель представляет собой цилиндр со сферическим куполом. Внутри ВН разделен на две части: камеру горения и камеру насадки. Камеры разделены разделительной (радиальной) стеной. Снаружи ВН покрыт кожухом из низколегированной стали.

Выходным продуктом воздухонагревателя является нагретый до заданной температуры воздух. Регулируемыми параметрами являются:

температура купола;

соотношение расходов газ - воздух;

температура горячего дутья.

Регулирование давления смешанного газа производится за счет изменения давления доменного газа. Для этого на трубопроводе доменного газа установлена заслонка. В качестве её привода используется исполнительный механизм типа МЭО 1600. Схемой предусматривается возможность подключения исполнительного резервного механизма.

Схема обеспечивает автоматическое и дистанционное управление дросселем доменного газа. Выбор режима управления осуществляется переключателем БРУ-32-03. При включении дросселя в автоматический режим регулирования, управление им осуществляется через пускатель ПБР-2М от соответствующего канала ККР. Регулирование осуществляется следующим образом: оператор на ПУ с клавиатуры вводит необходимое значение давления смешанного газа, которое поступает на вход регулятора в “Модиконе”. На вход регулятора также поступает сигнал 4-20 мА, пропорциональный фактическому значению давления смешанного газа от датчика разности давлений Сапфир 22 МТ-ЕХ. При наличии разбаланса на выходе регулятора появляется сигнал, управляющий исполнительным механизмом. Механизм положения МСП-1 - 4 отслеживает положение дросселя доменного газа и выдает сигнал 4-20 мА в “Модиконе”.

Воздухонагреватель имеет следующие режимы работы:

нагрев;

отделение;- дутье;- тяга.

Режим нагрева служит для разогрева насадки воздухонагревателя. Оборудование КИП управляет регулирующим клапаном воздуха горения 21 в автоматическом режиме. Если на ЦПУ выбран режим дистанционного управления 21 клапаном, им можно управлять ключом с местного щита управления. Командоаппарат клапана 21 имеет 3 положения:

Таблица 1.2

Положения командоаппарата клапана 21

Постановка на нагрев

Постановка на нагрев возможна при следующих условиях:

Таблица 1.3

Условия постановки ВН на нагрев

Контакты всех реле выдаются в элекросхему (контакты реле К598 и К600 включены последовательно).

Постановку на нагрев производит оператор нажатием кнопки на местном щите управления воздухонагревателем. При этом начинает открываться регулирующий газовый клапан (15), и от электриков получают контакты:

РЗ - включается в начале движения 15 клапана и остается включенным;

К - включено до выхода 15 клапана на угол зажигания (2-3◦). Параллельно контакту 2К включена последовательная цепь н. о. контакт реле 1РВ - н. з. контакт реле РП, не прорисованные в схемах.

Клапан 21 начинает открываться. При расходе воздуха > 20000 м3/ч и давлении > 70 кгс/м², включается реле расхода воздуха РРВ, и дает разрешение на дальнейшее открытие клапана 15. Если РРВ не включится схема разбирается через 10 сек. (эл. часть).

Клапан 21 открывается на заданный угол, пока не включится реле 311КЛ. клапан 15 открывается до тех пор, пока расход газа не станет равным заданному (вводится с клавиатуры оператора), при этом включится реле заданного угла РЗУ и выдаст контакт в эл. часть.

Режим нагрева

После остановки 15 клапана включается выдержка времени (около 5 сек, реализована в Modicon), после чего регулирование происходит в автоматическом режиме. Входными сигналами регулятора служат:

расход газа;

расход воздуха;

температура купола;

заданная температура купола (вводится с клавиатуры оператора)

соотношение воздух - газ (вводится с клавиатуры оператора).

Выход регулятора воздействует на клапан 21, отслеживая соотношение воздух - газ. Соотношение рассчитывается как «Расход воздуха/Расход газа», пределы задания соотношения - 0,5-1,5 (ограничения в Modicon), обычно выбирается 0,7-0,9. Заданное соотношение поддерживается до тех пор, пока температура купола не выйдет на заданное значение, после этого включается регулятор температуры, и при дальнейшем увеличении температуры, к заданному соотношению добавляется расход воздуха 200 - 300 м³ на каждый градус превышения от заданной температуры купола.

При температуре купола меньше заданной, имеется возможность корректировки заданного соотношения с помощью экстремального регулятора (по знаку производной температуры купола по времени). Экстремальный регулятор с клавиатуры в режиме «управление воздухонагревателями» и воздействует на клапан 21 в зависимости от знака производной.

Если надо ускорить нагрев, оператор нажимает кнопку на пульту управления ВН, которая через свой н. з. контакт отключает реле РЗУ, и проходит команда в эл. часть на открытие клапана 15.

Снятие с нагрева.

Снятие с нагрева производится либо оператором поворотом ключа на пульту управления (срабатывает реле снятия с нагрева КСН), либо при превышении температуры дымовых газов выше 400◦С. Клапан 15 и шибер 14 закрываются. Если клапан 21 находится в положении больше угла тяги (включено реле угла тяги РУТ) - включается реле времени на 12 сек. и происходит продувка воздухом, после чего включается реле окончания продувки РОП, закрывается шибер горелки 13, клапан 21 идет на закрытие до исходного положения, и ВН переходит в режим отделения.

Если РУТ не включено, клапан 21 открывается до включения РУТ и затем уже включается продувка.

Аварийное снятие с нагрева всех ВН, находящихся на нагреве, происходит при следующих неисправностях:

Таблица 1.4

Аварийное снятие ВН с нагрева

*Выход Modicon соединен последовательно с контактом реле 212В, и включает реле РРВ.

При аварийном снятии с нагрева происходит только отсечка газа. Полного отделения ВН без вмешательства оператора не происходит.

Отделение

Режим отделения - промежуточный между другими режимами.

Управление производится с местного щита. Частичное отделение - закрыты шиберы горелки 13, холодного 18 и горячего 19 дутья. При полном отделении закрыты еще и дымовые шибера.

Дутье

Высокая степень интенсификации доменного производства невозможна без повышения стабильности доменного процесса во всех его стадиях. В первую очередь это касается постоянства всех параметров дутья, поступающего в печь.

Так, нагрев дутья оказывает существенное влияние на производительность доменных печей и удельный расход кокса.

Если в прошлом максимальная температура дутья ограничивалась требованиями ровного хода доменных печей, то в настоящее время в результате применения комбинированного дутья, повышенного давления газов, офлюсованного агломерата, увеличения его доли в шихте и лучшей подготовки нет ограничений для дальнейшего повышения температуры горячего дутья.

Необходимость нагрева воздуха до 1000-1100С и более способствовала возникновению ряда проблем. Одни проблемы относятся целиком к конструкции воздухонагревательных аппаратов (увеличение поверхности нагрева воздухонагревателей, увеличение мощности газовых горелок, усовершенствование средств теплотехнического контроля и автоматического регулирования теплового режима), другие к подбору режимов, обеспечивающих максимальное использование тепловой мощности воздухонагревателей. Для непрерывного снабжения доменной печи дутьем необходимо минимум два воздухонагревателя. Обычно для одной печи сооружают блок из трех-четырех аппаратов, которые поочередно нагревают дутье. Возможны четыре режима дутья: последовательный, параллельный, попарно - параллельный и смешанный.

Наиболее распространенным режимом работы воздухонагревателей в период дутья является последовательный, когда воздухонагреватели поочередно, один за другим, становятся "на дутье". Возможен смешанный режим, когда сочетаются последовательный и попарно - параллельный режимы. При таком режиме воздухонагреватель часть периода стоит "на дутье" один, постоянство температуры дутья поддерживается смесительным клапаном. Часть периода воздухонагреватели работают в паре, температура дутья стабилизируется за счет перераспределения его между горячим и теплым аппаратами. Также возможен параллельный режим, когда в работе находится два воздухонагревателя, а два на нагреве.

Однако наиболее эффективным режимом нагрева дутья, позволяющим достичь экономически выгодного уровня нагрева, считается попарно-параллельный.

При нем возможно увеличение температуры дутья, если уменьшить долю дутья, которое минует воздухонагреватель.

Чтобы обеспечить это условие, необходимо стабилизировать температуру горячего дутья, смешивая дутье из одного (более нагретого - "горячего") нагревателя и из второго (менее нагретого - "теплого"), который при обычной последовательной работе воздухонагревателей следовало бы оставить на нагрев насадки.

Через "горячий" воздухонагреватель проходит только часть дутья. Остальное дутье проходит через менее нагретый воздухонагреватель. По мере охлаждения нагревателей расход дутья через "горячий" воздухонагреватель увеличивается, а через менее нагретый уменьшается с таким расчетом, чтобы при смешивании двух потоков дутья в доменную печь поступало дутье с постоянной температурой. К тому времени, когда почти все дутье будет нагреваться только в "горячем" нагревателе, менее нагретый нагреватель переводится на нагрев насадки, а нагреватель, который до этого грелся, переводится на нагрев дутья.

Рисунок 2.1 - Изменение температуры дутья на выходе из четырех воздухонагревателей (ТI-TIV) при обычной (А) и попарно-параллельной (Б) работе.

Постановка на дутье

Управление производится с местного щита оператора. При постановке ВН на дутье закрываются дымовые шибера, открывается перепускной клапан холодного дутья (находится внутри шибера холодного дутья 18), при достижении разницы давления в ВН и воздуховоде горячего дутья 1000 кгс/м² срабатывает СРД-2, включает реле К404 и выдает разрешение на открытие шибера горячего дутья, затем до конца открывается шибер холодного дутья.

Проверить открытие шиберов визуально. Горячее дутье подается в печь с автоматическим регулированием температуры через смесительный клапан 101 и дросселя диаметром 900 и 500 мм, или без регулирования температуры при закрытом смесительном клапане.

Снятие с дутья

При снятии с дутья закрываются шибера горячего 19 и холодного 18 дутья, открывается перепускной дымовой клапан (средний), при достижении разницы давления между ВН и атмосферой 1000 кгс/м², срабатывает СРД-2, затем открываются дымовые шибера, и ВН переходит в режим отделения.

Тяга

Режим тяги через ВН включается только в исключительных случаях, т. к. это приводит к переохлаждению ВН.

Постановка на тягу

Управление производится с местного щита. От электриков поступает контакт КПТ, включает реле КПТ, клапан 21 открывается на угол тяги, включается реле РУТ, выдается контакт в электрическую часть для открытия шибера горячего дутья (19), после этого имеется возможность управления клапаном 21 дистанционно вплоть до закрытия, минуя реле РИП (чтобы не охладить купол воздухом горения).

В этом режиме шибер холодного дутья (18) закрыт, открыт отделительный клапан горелки (13).

Снятие с тяги

Снятие с тяги производится в том же порядке, как и снятие с нагрева.

Реле управления воздухонагревателем расположены на щитах 211, 212 панели 3,4 ПА.

.4 Разработка технологических вопросов. Функции, задачи и структура системы

Структура АСУТП воздухонагревателя представляет собой трехуровневую систему.

Первый уровень управления

Первый уровень управления состоит из программируемых приводов, реле, на которые возложено непосредственное управление двигателями механизмов. На этом уровне реализованы важнейшие блокировки, функции электрической защиты двигателей, режимы их работы (разгон, торможение, удержание).

Второй уровень управления

Второй уровень управления реализован на базе программируемых контроллеров. На этом уровне реализовано логическое управление механизмами согласно алгоритмам управления, реализованы все необходимые блокировки механизмов относительно их положений. Контроллеры объединены между собой по промышленной сети Modbus +. Сеть используется для обмена информацией между контроллерами и для передачи данных на высший уровень управления. Для уменьшения объема электромонтажных работ, а также снижения затрат на кабельную продукцию, реализована распределенная система управления CompoBus/S, удаленные модули ввода/вывода которой размещаются непосредственно в силовых шкафах.

Третий уровень управления

Третий уровень состоит из трех рабочих станций и сервера СКУ ШП и ВН ДП-6. На этом уровне происходит взаимодействие системы управления с операторами, накапливается и обрабатывается архивная и оперативная информация о состоянии оборудования, происходит создание сменных и аварийных отчетов. Рабочие станции объединены между собой по сети Ethernet. Сервер СКУ подключен к общей сети Ethernet АСУТП ДП-6. Дополнительно в пультовых установлены панели оператора NT1…NT3, соединенные с соответствующими контроллерами по интерфейсу RS-422.

Задачи системы:

В режиме нагрева обеспечивать накопление насадками воздухонагревателей такого количества тепла, которого было бы достаточно для нагрева, в режиме дутья получить заданное количество дутья с требуемой температурой.

Обеспечивать накопление указанного выше количества тепла в течение заданного времени при минимальных затратах топлива или за минимальное время при ограничениях по расходам топлива и воздуха.

Обеспечивать защиту купола, верха насадок и нижних строений воздухонагревателей от перегрева. Температура купола и верхних рядов насадок ограничивается стойкостью огнеупоров, а нижних строений - строительной прочностью элементов конструкций, температура дыма не должна превышать 400°С.

Перечень сигналов, используемых в САР.

Таблица 1.5

Перечень измеряемых аналоговых сигналов

Таблица 1.6

Перечень дискретных сигналов

Таблица 1.7

Перечень управляющих воздействий

Таблица 1.8

Перечень параметров предупредительной сигнализации

Таблица 1.9

Перечень параметров аварийной сигнализации

.5 Разработка функциональной и принципиальной электрической схем

Выбор комплекса технических средств

Одним из главных элементов АСУТП является техническое обеспечение (КТС), которое обеспечивает ее функционирование и выполнение всех функций, которые система призвана выполнять. В своем составе автоматизированная система управления содержит вычислительное управление устройством передачи данных, вторичные приборы, датчики и т.д. В состав данной АСУТП входит следующий КТС:

Датчик Сапфир 22МТ-Ех. Предназначен для непрерывного пропорционального преобразования значения избыточного давления, разрежения и разности давлений жидкостей и газов в унифицированный токовый выходной сигнал.

Датчик имеет исполнение по взрывозащите:

взрывозащищенное с видом взрывозащиты “искробезопасная электрическая цепь“ia”, с уровнем взрывозащиты “особовзрывобезопасный” (О), соответствуют ГОСТ 2278.5-78; маркировка взрывозащиты “OExiaIICT5 X” по ГОСТ 12.2.20-76 (знак “Х” указывает на возможность применения датчика в комплекте с блоком БПС-90 или от искробезопасных входов блоков других типов, имеющих вид взрывозащиты “искробезопасная электрическая цепь “ia”); категория и группа смеси IIСТ5 по ГОСТ 12.1.011-76;

взрывозащищенное с видом взрывозащиты “специальный и взрывонепроницаемая оболочка” (sd), и уровнем взрывозащиты “взрывобезопасный” (I); соответствуют ГОСТ 22782.3-77, ГОСТ 22782.6-81; маркировка взрывозащиты “IExsdIIBt5” по ГОСТ 12.2.020-76; категория и группа взрывоопасной смеси IIВТ5 по ГОСТ 12.1.011-76;

невзрывозащищенное.

Датчик взрывозащищенный предназначен для установки во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок.

По устойчивости к климатическим воздействиям датчик имеет следующие исполнения по ГОСТ 15150-69:

У2* - для работы при температуре от минус 30 до 50^оС;

У2*** - для работы при температуре от минус 30 до 80^оС;

УХЛ3.1** и ТЗ* - для работы при температуре от 5 до 50^оС;

УХЛ3.1** и ТЗ*** - для работы при температуре от минус 10 до 80^оС;

Относительная влажность окружающего воздуха - 95% при 35^оС.

Технические данные:

взрывозащищенное исполнение с видом взрывозащиты “искробезопасная электрическая цепь“ia”: выходной сигнал 4-20; 20-4 мА, двухпроводная линия связи, сопротивление нагрузки определяется барьером защиты и (или) блоком питания;

взрывозащищенное исполнение с видом взрывозащиты “специальный и взрывонепроницаемая оболочка”: выходной сигнал 4-20; 20-4 мА, двух- и четырехпроводная линия связи;

невзрывозащищенное исполнение: выходной сигнал 0-5; 5-0 мА, четырехпроводная линия связи.

Блоки БПС-90П. Блоки с входными искробезопасными электрическими цепями уровня “ ia”, работающие с преобразователями Сапфир-22-Ех или Сапфир-22-Ех-М (в дальнейшем - Сапфир-22-Ех), имеют маркировку взрывозащиты “ExiallC в комплекте Сапфир-22-Ех”, соответствуют ГОСТ 22782.5-78 и предназначены для установки вне взрывоопасных зон помещений и наружных установок.

Блоки обеспечивают питание преобразователей Сапфир-22-Ех и преобразование выходного сигнала 4-20 mA преобразователя Сапфир-22-Ех в выходные сигналы 0-5, 0-20 и 4-20 mA.

Блоки имеют устройство для сигнализации отклонения выходного сигнала от двух заданных предельных значений параметра (сигнальное устройство).

Преобразователи Сапфир-22-Ех, работающие с блоками БПС-90, имеют маркировку взрывозащиты “OExiaIICT6 в комплекте БПС-90”, соответствуют ГОСТ 22782.5-78, ГОСТ 22782.-81 и могут устанавливаться во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок согласно главе 7.3 ПУЭ и другим директивным документам, регламентирующим применение электрооборудования во взрывоопасных зонах.

Блоки БПС-90 П имеют пропорциональную (линейную) номинальную статическую характеристику преобразования и работающие с преобразователями Сапфир-22-Ех всех моделей, обеспечивая линейную зависимость между измеряемым параметром (давлением, разностью давлений, уровнем) и выходным сигналом блока;

По устойчивости к климатическим воздействиям блоки соответствуют исполнениям по ГОСТ 15150 - 69:

УХЛЗ* для работы при температуре окружающего воздуха от минус 20 до плюс 60^оС и относительной влажности до 98% при 25^оС;

ТВЗ** для работы при температуре окружающего воздуха от 1 до 50^оС и относительной влажности до 98% при 35^оС;

Степень защиты блоков оболочкой - IP20 по ГОСТ 14254-80.

Технические данные:

пределы изменения входного сигнала постоянного тока 4-20 мА;

- входное сопротивление (220 2) Ом;

пределы изменения выходного сигнала постоянного тока 0-5, 0-20 и 4-20 мА;

максимальное нагрузочное сопротивление 2,5 кОм для выходного сигнала 0-5 мА и 1кОм - для выходных сигналов 0-20 и 4-20 мА;

напряжение холостого хода на искробезопасном входе не более 24 В;

ток короткого замыкания на искробезопасном входе не более 120 мА при сопротивлении ограничительного резистора 200 Ом;

напряжение на искробезопасном входе не менее 15,4 В при входном сигнале 20 мА;

питание блоков осуществляется от сети переменного тока напряжением (220+22) или (240+24) В, частотой (501) или (601) Гц;

потребляемая мощность не более 12 В;

масса блока не более 4,0 кг;

изменение выходного сигнала при изменении температуры окружающего воздуха от (232)^оС до любой температуры в пределах от минус 20 до плюс 60^оС не превышает 0,8 от предела основной допускаемой погрешности на каждые 10^оС;

блоки виброустойчивы при воздействии синусоидальной вибрации в диапазоне частот от 5 до 25 Гц с амплитудой смещения 0,1 мм;

блоки выдерживают воздействие постоянных магнитных полей и переменных магнитных полей сетевой частоты с напряженностью до 400А/м;

средний срок службы не мене 12 лет.

БРУ-32-03. Блок рассчитан на применение в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП) и предназначены для переключения цепей управления исполнительными устройствами, индикации положений цепей управления.

По устойчивости к воздействию климатических факторов внешней среды блоки имеют следующие исполнения: УХЛ 4.2 и 04.1.

Блоки обладают следующими функциональными возможностями:

ручное или дистанционное переключение с автоматического режима управления на ручной и обратно;

кнопочное управление интегрирующими исполнительными устройствами;

световая индикация режимов управления, выходного сигнала регулирующего устройства с импульсным выходным сигналом;

определение положения регулирующего органа.

Коммутационная способность контактов реле и кнопок управления: ток до 0,25 А при напряжении до 34 V постоянного или 220 V переменного тока при активной нагрузке.

Входные сигналы стрелочного индикатора блоков, пределы их изменения, входные сопротивления приведены в табл. 2.9.

Электрическое питание блоков должно осуществляться переменным однофазным током с напряжением 24 V при отклонении от минус 10 до плюс 10% и частотой 50 Hz; электрическое питание блоков возможно от пускателей, имеющих источники двухполупериодного выпрямленного напряжения со средним значением 24 V при токе 100 mA; потребляемая мощность не превышает 2,5 VА; параметры питания каждого из индикаторов - напряжение постоянного тока 24V, ток не более 10 mA; cредний срок службы до списания - 10 лет; масса БРУ-32-03 0,7 kg.

Таблица 1.10

Входные сигналы стрелочного индикатора блоков, пределы изменения, входные сопротивления

ПБР-2М. Предназначен для бесконтактного управления механизмами типа МЭО.

Технические характеристики ПБР-2М: питание переменным током напряжением 220В и частотой 50Гц ± 1Гц, максимальный коммутируемый ток 2А, потребляемый ток 100 мА, входной сигнал постоянного тока 24±4В, входное сопротивление 750 ± 100 Ом, температура окружающей среды 5-50°С, влажность 80%.

МЭО-1600. Механизм исполнительный электрический однооборотый постоянной скорости МЭО-1600 предназначен для перемещения регулирующих органов в системах АР в соответствии с командными сигналами, поступающими от регулирующих и управляющих устройств.

Технические характеристики: момент на валу 1600 Нм; время от 0 до 20 оборотов - 100 секунд; угол поворота 45-240; напряжение 220/380В.

МСП-1-4. Механизм сигнализации положения МСП - 1 предназначен для комплектации регулирующей арматуры со встроенным приводом.

По устойчивости к климатическим воздействиям механизм соответствует исполнению У категории размещения 2 или Т категории размещения 2 и предназначен для работы в следующих условиях:

температура окружающего воздуха от минус 30 до плюс 60^оС;

нижнее значение предельной температуры минус 40^оС;

относительная влажность воздуха до 98% при температуре 35^оС;

вибрация с частотой от 5 до 120 Hz с амплитудой до 0, 25 mm;

наличие пыли и брызг воды;

постоянное и переменное с частотой 50 Hz магнитное поле с напряженностью до 400 А/m.

Механизм исполнения Т категории размещения 2 устойчив к воздействию плесневых грибов.

Механизм не предназначен для работы в средах, содержащих агрессивные пары, газы и вещества, вызывающие разрушение покрытий, изоляций и материалов, и во взрывоопасных средах.

Технические данные: электрическое питание механизма - однофазная сеть переменного тока с номинальным напряжением 220 или 240V с частотой (501) Hz или 240V счастотой (601,2) Hz; допустимое отклонение напряжения питания от номинального в пределах от минус 15 до плюс 10%; входной сигнал - вращение вала в диапазоне 0,63 оборота (полный ход входного вала); значению полного хода входного вала 0,63 оборота, соответствует поворот профильного кулачка токового датчика механизма на 225 (работа на профиле 0-225^о); предусмотрена возможность уменьшения полного хода входного вала в 2,5 раза (работа на профиле 0 - 90); выходной сигнал - сигнал постоянного тока 0 - плюс 5 mА при сопротивлении нагрузки до 2,5 к или 0 - плюс 20 mА или плюс 4 - плюс 20 mА при сопротивлении нагрузки до 1 к; мощность, потребляемая механизмом, не более 9 VA; норма средней наработки на отказ 10000 h; cредний срок службы 10 лет; масса не более 3,8 kg.

Газоанализатор ЕН1000. Газоанализатор предназначен для непрерывного измерения массовой концентрации оксида углерода (СО) в воздухе рабочей зоны производственных помещений и выдачи сигналов при превышении СО в воздухе рабочей зоны установленных пороговых значений в целях обеспечения безопасной работы персонала.

Газоанализатор предназначен для использования:

во взрывобезопасных зонах производственных помещений;

во взрывоопасных зонах производственных помещений класса 1 по ГОСТ Р 51330.0-99 (класс В1-а по классификации ПУЭ, гл. 7.3), где возможно образование взрывоопасных газовых смесей категории IIC, группы Т3.

Массовая концентрация взвешенных твердых частиц в воздухе контроллируемой зоны производственного помещения должна быть не более 5 г/м³.

Газовая среда в месте размещения датчика не должна взаимодействовать с эмалью 5028А, сталью 12Х18Н10Т, латунью ЛС 59-1 и резиной силиконовой ИРП-1354.

Технические характеристики:

анализируемая газовая среда - воздух рабочей зоны;

контролируемый компонент - оксид углерода (СО);

количество каналов измерения - 1; 2; 3;…; 8;

диапазон измерений по каждому из каналов - (0-100) мг/м³;

газоанализатор имеет: выходной унифицированный аналоговый сигнал постоянного тока в диапазоне (4-20) мА при сопротивлении нагрузки не более 500 Ом; показания цифрового табло в единицах ПДК (табло блока БС);

информация о содержании оксида углерода в воздухе рабочей зоны выводится на двухразрядный цифровой индикатор с ценой единицы наименьшего разряда 0,1 ПДК;

выходной унифицированный аналоговый сигнал постоянного тока в диапазоне (4-20) мА;

нижний и верхний пределы диапазона измерений блока БС составляют 4 и 20 мА соответственно.

Контроллер Modicon TSX Quantum

Серия программируемых контроллеров Modicon TSX Quantum является хорошим решением для задач управления на базе высокопроизводительных совместимых программируемых контроллеров. Благодаря расширяемой модульной архитектуре контроллер Quantum может быть сконфигурирован таким образом, чтобы удовлетворять самым строгим требованиям к производительности средних и больших систем управления. Система на базе Quantum сочетает компактность и прочную промышленную конструкцию, обеспечивая экономичность и надежность установки даже в наиболее сложных промышленных условиях. В то же время системы Quantum просты в установке и конфигурации, имеют широкую область применения, что обеспечивает более низкую стоимость по сравнению с другими решениями.

Компактность, высокая производительность.

В контроллере, используемом при автоматизации воздухонагревателя, используются шасси типа 14 ХВР 010 00.

Конструкция программируемых контроллеров Modicon TSX Quantum позволяет сэкономить пространство в щите. Обладая глубиной всего в четыре дюйма (включая экран), для этих контроллеров не требуются большие щиты, они размещаются в стандартном шестидюймовом электрическом шкафу, что позволяет сэкономить до 50% стоимости обычных панелей управления. Несмотря на малые размеры, контроллеры Quantum поддерживают высокий уровень производительности и надежности, свойственный продукции Modicon:

высочайшее быстродействие контроллеров на процессорах до 486 серии для увеличения пропускной способности системы;

интегрирование технологии автоматизации, включая управление перемещением, обмен информацией в ASC11-кодах (американский стандартный код обмена информацией), коммуникации и управление непрерывными процессами;

резервируемые контроллеры, источники питания и кабели ввода/вывода обеспечивают надежность системы для критических приложений;

настраиваемые “аварийные” режимы модулей ввода обеспечивают предсказуемую реакцию системы в ответственных приложениях;

высокие уровни изоляции модулей для защиты от помех при работе в неблагоприятных условиях;

высокоточный аналоговый ввод/вывод для более точного контроля и управления процессами;

быстродействующие цепи включения и выключения с обработкой прерываний для повышенной производительности системы;

возможность горячей замены модулей упрощает техническое обслуживание и повышает техническую готовность системы.

Широкий спектр решений.

Системы управления, использующие программируемые контроллеры серии Modicon TSX Quantum, поддерживают различные варианты решений от одиночной установочной панели ввода-вывода (до 448 вводов-выводов) до резервируемых процессоров с разветвленной системой ввода-вывода до 64000, определяемым в соответствии с потребностями. Кроме того, объем памяти от 256 кбайт до 2 Мбайт достаточен для самых сложных схем управления. Благодаря использованию усовершенствованных процессорных устройств на основе микросхем Intel, быстродействие контроллеров серии Quantum и пропускная способность ввода-вывода достаточны для удовлетворения жестких требований к скорости, предъявляемых задачами управления машинами и обработкой материалов.

Сочетание производительности, гибкости и расширяемости делает серию Quantum лучшим решением для самых сложных применений и в то же время достаточно экономичным для более простых задач автоматизации.

Поддерживая несколько языков программирования, Quantum представляет собой программный инструмент для достижения оптимальной эффективности и производительности.

Гибкие архитектуры системы.

Ни одна системная архитектура не отвечает потребностям современного рынка управления так, как серия программируемых контроллеров Modicon TSX Quantum.

Для удовлетворения требований систем управления модули ввода-вывода Quantum используются в трех основных структурных исполнениях:

локальный ввод-вывод,

удаленный ввод-вывод,

распределенный ввод-вывод.

Архитектура модулей ввода-вывода Quantum позволяет удовлетворить любые требования к оптимальному использованию пространства, снижению затрат на монтаж, высокой производительности. Сочетание ввода-вывода различной архитектуры с широким спектром вариантов связи обеспечивает конфигурацию и монтаж оптимальной системы управления, выполняющей наиболее сложные функции управления.

Программируемые контроллеры серии Modicon TSX Quantum имеют поддержку локального ввода-вывода, использующегося в системах управления, в которых наиболее эффективным способом соединения является прокладка кабеля с периферии к центральному шкафу управления. Локальный ввод-вывод может осуществляться модулями ввода-вывода в количестве от 1 до 14 вместе с центральным процессором и источником питания, собранными на одной установочной панели. Выпускаются шесть типов панелей различных размеров. Выбор панели зависит от количества модулей, необходимого для вашей системы. Программируемые контроллеры серии Modicon TSX Quantum используют принцип общей шины, то есть каждое установочное место в каждой панели электрически идентично и отсутствует какая-либо зависимость от установочного места. Вся адресация осуществляется программно. Выбор панели упрощен до предела - он сводится к выбору модели с достаточным числом установочных мест для установки необходимого количества модулей и с местом для дальнейшего расширения. Выпускаются модели с 2, 3, 4, 6, 10 и 16 установочными местами.

Для систем, где требуются узлы ввода-вывода удаленного монтажа, высокая производительность ввода-вывода и совместимость с действующими удаленными устройствами ввода-вывода Modicon, в ПЛК Quantum предлагается решение с архитектурой удаленного ввода-вывода.

Quantum имеет архитектуру распределенного ввода-вывода, которая обеспечивает экономически выгодные и универсальные решения для управления для управления и контроля сигналов ввода-вывода в крупномасштабных системах В архитектуре распределенного ввода-вывода, Quantum, используются такие же модули ввода-вывода, что и в подсистеме локального или удаленного ввода-вывода. Центральные процессорные устройства.

Модуль центрального процессорного устройства представлен ниже на рисунке.

Рисунок 1.2 - Модуль ЦПУ

- номер модели и цветовой код

- светодиоды

- съемная навесная дверца и этикетка для обозначений заказчика

- батарея

- микропереключатели

- порт Modbus A

- порт Modbus Plus B

- порт Modbus Plus

Центральные процессорные устройства (ЦПУ) Quantum являются однослотовыми программируемыми контроллерами со встроенной системной памятью, памятью прикладных программ и портами связи. При наличии всех встроенных компонентов памяти нет необходимости в дополнительных в дополнительных микросхемах или картриджах для конфигурации.

В ЦПУ Quantum используется технология флэш-памяти для системной памяти ЦПУ и хранения набора команд. Флэш-память - это современная технология энергозависимой памяти, обеспечивающая возможность модернизации на объекте путем загрузки файлов через порт Modbus или Modbus Plus по мере появления новых функций и обновления в рамках технической поддержки.

ЦПУ обеспечивают хранение прикладных в ОЗУ с резервным батарейным питанием. Батарея расположена в передней части модуля, ее можно заменять при работающем ЦПУ. Для защиты прикладной программы от случайных изменений во время работы в ЦПУ имеется ползунковый переключатель защиты памяти. При включении этого переключателя загорается светодиод.

Рисунок 1.3 - Ползунковые переключатели

Каждый ползунковый переключатель имеет три положения: левый ползунковый переключатель включает защиту памяти от записи. В верхнем положении защита от записи включена, а в среднем - выключена.

Правый ползунковый переключатель служит для определения пусковых параметров связи порта Modbus. В среднем положении (RTU) включены заводские уставки по умолчанию. Верхнее положение (ASCII) используется для модемной связи. Если необходимо установить специальные пусковые параметры для порта Modbus, то значения параметров, требуемые для конкретного применения, можно ввести в память и установить ползунковый переключатель в нижнее положение.

Для задач со значительными объемами математических вычислений в ряде моделей ЦПУ Quantum используется математический сопроцессор. Сопроцессор позволяет существенно сократить время выполнения функций PCFL (библиотека функций управлений процессом) и редактора формул языка 984.

Защита контроллера от записи позволяет минимизировать возможность случайной записи программистом с исходного контроллера в область памяти целевого контроллера, зарезервированных для внутренних операций. Средствами программирования в ЦПУ задается область, открытая для кольцевого доступа и записи данных из сети. Запись данных в закрытую область памяти не допускается как локально, так и по сети. Эта функция блокировки доступа к данным обеспечивает высокую степень безопасности, предотвращая ошибки при передаче и образуя простую и эффективную систему защиты.

Все ЦПУ поддерживают сетевые протоколы Modbus и Modbus Plus.

Для платформы автоматизации Quantum можно использовать два распространенных пакета программирования Schneider Automation - Concept и Modsoft.

Concept - это программное обеспечение для Microsoft Windows, работающее со всеми пятью языками программирования. Concept представляет собой многофункциональную среду, позволяющую быстро разрабатывать структурированный код с возможностью повторного использования. Concept обеспечивает значительное сокращение общих затрат на разработку, внедрение и поддержку программ. Данный пакет совместим так же с языком релейной логики 984, и позволяет легко импортировать программы, разработанные в среде Modsoft.

Modsoft представляет собой проверенное практикой средство программирования на языке релейной логики 984, работающее в среде DOS. Modsoft позволяет повысить производительность ПЛК Quantum, оставаясь при этом в привычной среде программирования на языке релейной логики.

В Quantum используется пять языков IES 61131-3:

язык последовательных функциональных схем: обеспечивает общее структурирование и согласование периодических процессов в программах управления машинным оборудованием;

язык функциональных блок-схем: особенно эффективен в программах управления процессами;

язык релейных схем: идеален для дискретного управления и логики блокировок;

язык структурированного текста: язык высокого уровня, представляющий собой эффективное решение для сложных алгоритмов и обработки данных;

язык списка инструкций: язык низкого уровня для оптимизированного исполнения кода.

Язык релейной логики 984.

Высокоэффективный язык низкого уровня, исходный код программ которого находится в контроллере. Каждый ЦПУ имеет полный набор из боле 80 инструкций. Набор инструкций языка 984 обеспечивает совместимость, облегчает интеграцию существующих приложений Modicon и включает следующие средства:

непосредственная обработка входов-выходов и прерываний для повышения производительности системы;

редактор формул, расширяющий возможности по согласованию.

Технические характеристики ЦПУ, использованного в ПЛК Quantum при автоматизации воздухонагревателя:

модель - 140 CPU 534 14A;

процессор - 80586;

математический сопроцессор - имеется;

тактовая частота - 133 МГц;

логика пользователя: максимальный размер программ IES-2,5 М слов, релейная логика 984-64 К слов;

базовая конфигурация: дискретные данные - 64 К бит в любом сочетании, регистры - макс. 57 К слов, расширенная память - 96 К слов;

быстродействие (инструкции языка релейной логики 984) - 0,9…0,45 мс/к;

сторожевой таймер - 250 мс (настраивается программно);

точность часов истинного времени - +/-8 с/сут при 45^оС;

локальный ввод/вывод - максимально 64 (ввод)/64(вывод);

удаленный ввод/вывод: слова в/в/узел - 64 (ввод)/64 (вывод), количество узлов - 31, количество сетей - 3;

распределенный ввод/вывод: слова в/в/узел - 30 (ввод)/32 (вывод), слова в/в/сеть - 500(ввод)/500 (вывод), узлы/сети - 63, количество сетей - 1;

батарея: тип - литиевая, срок службы - 1200 мАч., срок эксплуатации - 10 лет, ток нагрузки типовой - 14 мкА, ток нагрузки максимальный - 420 мкА;

- порты связи: Modbus (RS 232) - 2, Modbus Plus - 1;

- максимальное количество поддерживаемых модулей NOM, NOE, CRP, MMS - 6;

клавишный выключатель - имеется;

потребляемый ток шины - 1800 мА.

Модули питания.

Модуль питания представлен ниже на рисунке 5.

Рисунок 1.4 - Модуль питания

- номер модели и цветовой код

- светодиоды

- съемная навесная дверца и этикетка для обозначения пользователя

- клеммная колодка

Модули питания Quantum выполняют две функции: служат источником питания шасси системы и защищают ее от помех и скачков напряжения. Все блоки питания имеют защиту от перегрузки по току и напряжению. В случае внезапной посадки напряжения блоки питания обеспечивают достаточное время для безопасного отключения.

Блоки питания преобразуют поступающее напряжение с стабилизированный постоянный ток +5В для работы ЦПУ, локальных модулей ввода-вывода и любых дополнительных модулей связи, установленных на шасси. Эти блоки питания не обеспечивают запитку полевых датчиков и приводов от точек ввода-вывода ПЛК Quantum.

В системах управления Quantum с автономной конфигурацией (локальным вводом-выводом) или удаленным вводом-выводом используются блоки питания трех типов:

маломощные автономные блоки питания;

наращиваемые блоки питания высокой мощности;

резервируемые блоки питания высокой мощности.

Автономный блок питания обеспечивает питание 3А для шасси Quantum. Автономный блок питания - это экономичное решение для систем управления, не требующих значительной мощности.

Наращиваемый блок питания обеспечивает питание 8А для шасси Quantum. Наращиваемые блоки питания могут работать в автономном или наращиваемом режиме. Если два наращиваемых блока установлены на одном шасси, то они автоматически переключаются в наращиваемый режим, обеспечивая питание 16А. Максимальная продолжительность срока службы в наращиваемом режиме, обеспечивается при использовании блоков питания одинаковой модели, устанавливаемых в левый и правый крайние слоты шасси. При отказе одного из блоков электроснабжение шасси прекращается. Если на шасси установлен один наращиваемый блок питания, он работает в автономном режиме, обеспечивая ток питания шасси 8А.

Резервируемый блок питания обеспечивает питание 8А для шасси Quantum. В системах повышенной надежности два резервируемых блока обеспечивают шасси питанием 8А. При отказе одного из блока исправный блок обеспечивает необходимое питание, предотвращая сбои в обработке данных и осуществлении связи. Каждый резервируемый блок имеет бит состояния, который может контролироваться прикладной программой ЦПУ или системой контроля, что позволяет оперативно реагировать на отказ блоков питания.

Технические характеристики модуля питания использованного в ПЛК Quantum при автоматизации сероуглеродной колонны:

тип модуля - 140 CPS 524 00 (резервируемый);

требования к входному напряжению: входное напряжение - 100…150 В постоянного тока, входной ток - 0,5А при 125В постоянного тока, пусковой ток - 28А при 125В постоянного тока, время удержания - максимальное 1мс, внешний предохранитель - 2А (с задержкой срабатывания);

выход на шину: напряжение - 5,1В постоянного тока, ток - 8А, защита - от перегрузки по току и выходу из диапазона;

сигнальное реле - нет.

Модули дискретного ввода-вывода.

Модуль дискретного ввода-вывода представлен ниже на рисунке

Рисунок 1.5 - Модуль дискретного ввода-вывода

- номер и цветовой код модели

- световые индикаторы

- съемная навесная дверца с табличкой для обозначения пользователя

- клеммная колодка

ПЛК серии Modicon TSX Quantum поддерживают широкий спектр модуле дискретного ввода-вывода, обеспечивающих взаимодействие с разнообразными полевыми устройствами. Все модули ввода-вывода Quantum полностью конфигурируются при помощи программного обеспечения Concept и Modsoft.

Quantum позволяет определить заранее состояние, в которое устанавливаются дискретные выходы если, по каким-то причинам, прекращается обслуживание модулей:

отключение;

переход в заранее заданное безопасное состояние;

фиксация последнего значения, полученного до срабатывания сторожевого таймера.

Между модулем ввода-вывода и клеммной планкой можно установить дополнительные аппаратные ключи, обеспечивающие правильное подключение полевой разводки к модулям.

Технические характеристики дискретного модуля ввода-вывода.

Технические характеристики входов переменного тока:

модель - 140 DAI 753 00;

количество входов - 32;

количество групп - 4;

количество входов в группе - 5;

входное переменное напряжение - 230В;

светодиоды - active 1…32 зеленый;

рабочие характеристики входов: 50Гц - в состоянии включено - 170…264В, в состоянии отключено 0…40 В, ток - не более 2,6 мА, полное сопротивление - 32 кОм;

частотный диапазон - 47…63 Гц;

быстродействие: отключение-включение - минимально 4,9 мс, максимально 0,75*период синусоиды мс, включение-отключение - минимально 7,3 мс, максимально 12,3 мс;

потребляемый ток по шине 250 мА;

максимальное рассеяние мощности - 5 Вт;

предохранители: внутренние - отсутствуют, внешние - присутствуют.

Технические характеристики входов постоянного тока:

модель - 140 DSI 353 00;

количество входов - 32;

количество групп - 4;

количество точек в группе - 5;

входное постоянное напряжение - 24 В;

светодиоды - active 2 - зеленые, 1…32 зеленый - индикаторы состояния входов, неисправность 1 красный;

быстродействие: отключение-включение - 2,2 мс, включение-отключение -3,3мс;

потребляемый ток по шине 300 мА;

внешнее питание - 20…30 при 20 мА на группу.

Технические характеристики модулей с выходами переменного тока и TTL - выходами:

модель - 140 DDO 153 10

количество выходов - 32;

количество групп - 4;

количество точек в группе - 8;

быстродействие: отключение-включение - 250 мкс для активных нагрузок, 250 мкс для активных нагрузок;

потребляемый ток по шине 350 мА;

внешнее питание - 4,5…5,5 при 20 В непрерывное.

Технические характеристики модулей вывода постоянного тока:

модель - 140 DDO 843 00

количество выходов - 16;

количество групп - 2;

количество точек в группе - 8;

светодиоды - active 1…16 (зеленые) - индикация состояния точек;

быстродействие: отключение-включение - 1 мс для активных нагрузок, 1 мс для активных нагрузок;

потребляемый ток по шине 160 мА;

рассеяние мощности - 1+1 В*суммарный ток нагрузки модуля;

внешнее питание - 10…60 В постоянного тока.

Модули аналогового ввода-вывода.

Модуль аналогового ввода-вывода представлен ниже на рисунке

Рисунок 1.6 - Модуль аналогового ввода-вывода

- номер и цветовой код модели

- светодиодные индикаторы:(зеленый): передача данных по шине; F (красный): обнаружена внешняя неисправность;

…16 (зеленый): включение указанной точки или канала;

…16 (красный): неисправность указанной точки канала

- съемная навесная дверца и табличка для обозначений пользователя

- клеммная колодка

ПЛК серии Modicon TSX Quantum обеспечивают полный набор модулей аналогового ввода-вывода, предназначенных для взаимодействия с широким кругом полевых устройств. Все модули ввода-вывода Quantum полностью конфигурируются при помощи программного обеспечения Concept и Modsoft.

Помимо стандартных требований к адресации ввода-вывода аналоговых и специализированных модулей зачастую требуется задать особые режимы или эксплуатационные параметры для различных функций. Программное средство масштабирования карты ввода-вывода позволяет перейти в экран настройки, из которого можно изменить рабочие параметры модуля. Данное средство масштабирования карты ввода-вывода используется для многофункциональных модулей аналогового ввода, например термопар или термометров сопротивления.

Quantum позволяет определить заранее состояние, в котором будет находится канал аналогового вывода, если обслуживание модуля прекратится по каким-либо причинам. Выходные каналы модуля можно программно сконфигурировать на переход в следующее состояние:

переход на ноль;

переход в заранее заданное безопасное состояние;

фиксацию последнего значения, полученного до срабатывания сторожевого таймера.

Аварийный режим можно задавать отдельно для каждого канала. При полном отказе модуля заданные установки передаются на резервный модуль.

Технические характеристики модулей ввода:

модель - 140 ATI 030 00;

количество каналов - 8;

сигнал в милливольтах - -100…+100 мВ;

рабочее напряжение - не более 220 В переменного тока при 47…63 Гц или 300 В постоянного тока;

время обновления (все каналы) - 1 с;

потребление ток по шине - 280 мА;

рассеяние мощности - 1,5 Вт.

Технические характеристики модулей вывода:

модель - 140 ACO 1300 00

количество каналов - 8;

напряжение контура - не более 6…30 В постоянного тока;

время обновления - 5 мс для всех 8 каналов;

внутренний перепад напряжения - не менее 6 В, не более 30В при 25 мА; - потребление тока по шине - 550 мА;

предохранители внешние и внутренние - отсутствуют

.6 Разработка структурной схемы соединений внешних проводок

Контрольные кабели, используемые при монтаже системы автоматизации воздухонагревателя, представлены ниже в таблице 1.10.

Таблица 1.11

Выбор контрольных кабелей

При проектировании схем внешних проводок необходимо выбирать кабели таким образом, чтобы число резервных жил составляло 10% от всего числа имеющихся жил в кабеле (но не меньше 1).

Электропроводки прокладываются по кратчайшим расстояниям: между соединяемыми приборами и средствами автоматизации, параллельно стенам, перекрытиям и колоннам, с минимальным количеством поворотов и пересечений, с удобным расположением для монтажа и эксплуатации. Также удаляют от мест с повышенной температурой, от технологического оборудования и электроустановок, силовых и осветительных линий, избегая перекрещивания с другими электропроводками и технологическими трубопроводами. Трасса выбирается с учетом наименьшего расхода проводов и кабеля, предусматривает защиту от механических повреждений, коррозии, вибрации и перегрева.

Она должна быть привязана к строительным сооружениям и согласована с установкой технологического оборудования и прокладкой трассы электропроводок электроснабжения силового оборудования.

Удаление трасс электропроводок от сооружений, технологических трубопроводов и оборудования при параллельной прокладке должно быть не менее:

мм - для открытых электропроводок от технологических трубопроводов;

мм - от трубопроводов, с горючими жидкостями и газами.

Для кабелей, прокладываемых на земле:

мм - от теплопроводов;

1000 мм - от газопроводов и трубопроводов, с горючими жидкостями;

мм - от фундаментов зданий;

мм - от фундаментов и опор линий передач;

мм - от рельс заводского транспорта и древесных насаждений.

При пересечении электропроводками технологических трубопроводов необходимо выдерживать расстояние между ними не менее 50 мм, а трубопроводов с горючими жидкостями и газами - не менее 100 мм.

В электропроводках систем управления допускается совместная прокладка в отдельной защитной трубе, коробе, кабеле или в одном пучке проводов, проложенных на лотках, цепей управления, сигнализации и питания напряжением до 400В переменного тока и 440В постоянного, включая цепи питания и управления электродвигателей исполнительных механизмов.

1.7 Расчёт сужающего устройства

Таблица 1.12

Исходные данные для расчета сужающего устройства

Внутренний диаметр трубопровода при рабочей температуре определяется по формуле:

,(2.7.1)

где поправочный множитель на тепловое расширение материала трубопровода, зависит от температуры (t=30С);

 - внутренний диаметр трубопровода;

 мм (2 м);

Полученные данные подставим в формулу (2.7.1):

 мм (2 м);

Абсолютное давление измеряемого газа определяется по формуле:

,(2.7.2)

где давление избыточное (=0,016 кгс/см);

давление барометрическое (=751,5 мм.рт.ст.);

Полученные данные подставим в формулу (2):

 кгс/см;

Абсолютная температура измеряемого газа определяется по формуле:

,(2.7.3)

где t - температура газа; ;

Полученные данные подставим в формулу (2.7.3);

 K

Плотность сухой части влажного газа в рабочих условиях определяется по формуле:

,(2.7.4)

где плотность сухого газа в нормальных условиях;

наибольшее возможное давление водяного пара во влажном газе при температуре t;

коэффициент сжимаемости сухого газа при рабочих давлениях и температуре;

 кгс/см

 (окись углерода);

 (этан);

 (водород);

 (двуокись углерода);

 (метан);

 (азот);

 (кислород);

;

;

;

;

;

;

;

(2.7.5)

;

P=1.034 кгс/см;

T=303.16 K;

K=1;

Полученные данные подставим в формулу (2.7.4);

 кг/м;

Плотность водяного пара во влажном газе в рабочих условиях определяется по формуле:

,(2.7.6)

где  возможная наибольшая плотность водяного пара во влажном газе при давлении P и температуре t. Если t < t ,то  ,где плотность насыщенного водяного пара, зависит от температуры. Если t > t ,то  плотности перегретого водяного пара, зависит от давления и температуры.

относительная влажность; ;

;

Полученные данные подставим в формулу (2.7.6);

 кг/м

Плотность влажного газа в рабочем состоянии определяется по формуле:

, (2.7.7)

 кг/м;

 кг/м;

Полученные данные подставим в формулу (2.7.6);

 кг/м

Молярная концентрация сухой части газа во влажном газе определяется по формуле:

(2.7.8)

 кг/м;

 кг/м;

 кг/м;

Полученные данные подставим в формулу (2.7.8);

Молярная концентрация пара во влажном газе определяется по формуле:

(2.7.9)

 кг/м;

 кг/м;

 кг/м;

Полученные данные подставим в формулу (2.7.9);

Динамическая вязкость влажного газа в рабочих условиях определяется по формуле:

,(2.7.10)

где  молекулярный вес i-того компонента;

 вязкость i-того компонента при рабочей температуре и атмосферном давлении, определяется по формуле:

,(2.7.11)

где потенциал Штокмахера i-того компонента;

 интеграл столкновений i-того компонента, зависит от безразмерной температуры  i-того компонента;

,(2.7.12)

где табличная величина;

Полученные данные подставим в формулу (2.7.10);

Вязкость смеси при рабочей температуре и рабочем давлении определяется по формуле:

,(2.7.13)

где  поправочный множитель, зависит от приведенных давления и температуры смеси  и

(2.7.14)

,(2.7.15)

где  и  псевдокритические параметры смеси

,(2.7.16)

,(2.7.17)

где  и  критические давление и температура i-того компонента;

Полученные данные подставим в формулу (2.7.13);

Предельное значение расхода сухой части газа по шкале прибора  определяется по формуле:

,(2.7.18)

где x - любое целое число (отрицательное, положительное или 0);

выбирается из ряда: 1; 1.25; 1.6; 2; 2.5; 3.2; 4; 5; 6.3; 8;

Полученные данные подставим в формулу (2.7.18);

Числа Рейнольдса  и  соответственно при среднем и предельном расходах определяются по формулам;

,(2.7.19)

,(2.7.20)

контур регулирование давление воздухонагреватель

Определение параметров диафрагмы

Вспомогательная величина С определяется по формуле:

,(2.7.21)

Определение предельного номинального перепада давления дифманометра  и приближенного значения относительной площади отверстия диафрагмы m: m=0.51;

Проверка ограничения на число Рейнольдса:

 т.к.

 т.к. 1021692,67>10000

Необходимая минимальная длина прямолинейного участка трубопровода определяется по формуле:

(2.7.22)

,(2.7.23)

До сужающего устройства задвижка открывается

После сужающего устройства

Полученные данные подставим в формулу (2.7.22);

пт = 60

Так как выполняется условие 60 >54,6, то расчет можно продолжать

Коэффициент расхода определяется по формуле (2.7.24):

,(2.7.24)

где К_{ш -} поправка на шероховатость трубопровода;

К_{п -} поправка на неостроту входной кромки диафрагмы;

Определение Кш:

;(2.7.25)

 при

Если   или  то К_{ш =} 1

Определение

Полученные данные подставим в формулу (2.7.24);

Коэффициент расширения среды  для предельного номинального перепада давления  определяется по формуле:

(2.7.26)

Вспомогательная величина определяется по формуле:

(2.7.27)

Точное значение относительной площади отверстия диафрагмы и коэффициента расширения определяется по формуле:

(2.7.28)

Диаметр отверстия диафрагмы при t 20C определяется по формуле:

(2.7.29)

Действительная потеря давления определяется по формуле:

(2.7.30)

Проверка расчета:

Расход, соответствующий предельному номинальному перепаду давления дифманометра определяется по формуле:

(2.7.31)

 (2.7.32)

Так как , , то расчет выполнен правильно.

.8. Расчёт регулирующего органа и выбор исполнительного механизма

Таблица 1.13

Исходные данные для расчета, регулирующего органа

Рисунок 1.7 - Участок трубопровода с сужающим устройством

Расчетный расход вещества при полном открытии регулирующего органа определяется по формуле:

 (м³/час)(2.8.1)

 Па

м/с

Определяются коэффициенты ζ всех местных сопротивлений, включая вход и выход из трубопровода:

До регулирующего органа:

ζ₁ = 0.45 - вход в трубопровод;

ζ₂ = 0.1 - полностью открытая задвижка;

ζ₃ = 0.25 - поворот на 90;

ζ₄ = 0.1 - сужение трубопровода;

ζ₅ = 0.05 - задвижка полностью открыта;

После регулирующего органа:

ζ₆ = 0.1 - задвижка;

ζ₇ = 0.05 - расширение трубопровода;

ζ₈ = 0.4 - выход в трубопровод;

Коэффициент трения  на всех участках трубопровода определяется по формуле:

,(2.8.2)

где Re - число Рейнольдса, определяется по формуле:

,(2.8.3)

где - динамическая вязкость в рабочих условиях;

- плотность газа в нормальных условиях, определяется по формуле:

,(2.8.4)

где  - плотность сухой части газа в нормальных условиях;

кг/м

Для D=2 м (внутренний диаметр трубопровода);

Для D=1.4 м (внешний диаметр трубопровода);

Полученные данные подставим в формулу (2.8.25);

Плотности вещества  и  в трубопроводе до и после регулирующего органа определяются по формуле:

 (кг/м³)(2.8.5)

 (кг/м³)(2.8.6)

 кг/м

 кг/м

Скорость вещества на всех участках трубопровода определяется по фомуле:

 (м/с)(2.8.7)

Где  - плотность среды на данном участке трубопровода;

F - площадь сечения участка трубопровода или входного патрубка местного сопротивления;

D - внутренний диаметр участка трубопровода;

 (м²)

Для D=2 м:

F=3.144 м;

Для D=1.4 м:

F=1.541 м;

Полученные данные подставим в формулу (2.8.5);

Скорость вещества на первом участке трубопровода:

 м/с

 м/с

Скорость вещества на втором участке трубопровода:

 м/с

 м/с

Потеря давления вещества в трубопроводе  до регулирующего органа при расчетном расходе определяется по формуле:

 (Па)(2.8.8)

где потеря давления на i - том местном сопротивлении, определяется по формуле:

 (Па),(2.8.9)

где V- скорость во входном патрубке;

k - номер участка трубопровода;

n - число участков трубопровода до регулирующего органа;

- потеря давления на k - том участке трубопровода на трение о стенки, определяется по формуле:

 (Па)(2.8.10)

где l - длина k - того участка;

D - внутренний диаметр k - того участка;

V - скорость среды на k - том участке;

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 (Па)(2.8.11)

 Па

 Па

 Па(2.8.12)

Полученные данные подставим в формулу (2.8.6);

 Па

Потеря давления вещества в трубопроводе  после регулирующего органа определяется по формуле

 (Па)(2.8.13)

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

Полученные данные подставим в формулу (2.8.11);

 Па

Перепад давлений на регулирующем органе  при расчетном расходе определяется по формуле:

 (Па)(2.8.14)

 Па

Абсолютное давление перед регулирующим органом определяется по формуле:

 (Па)(2.8.15)

 Па

Критический перепад давлений на регулирующем органе определяется по формуле:

 (Па),(2.8.16)

где  - величина критического отношения, имеет значение в пределах 0,45 - 0,6 в зависимости от показателя адиабаты x;

 =0.53

Полученные данные подставим в формулу (2.8.1);

 Па

Плотность регулируемой среды перед регулирующим органом определяется по формуле:

 (2.8.17)

 кг/м

По табличным данным находится поправочный множитель на расширение среды:

Расчетное значение условной пропускной способности регулирующего органа определяется по формуле:

 (2.8.18)

Определение рабочей характеристики:

 (2.8.19)

где:- действительное значение условной пропускной способности выбранного регулирующего органа;

С - расчетное значение условной пропускной способности;

Число строк

Квадраты расходов определяются по формуле:

 (2.8.20)

где: - значение расчетного расхода;

- берутся из графы 2;

 м/с

 м/с

 м/с

 м/с

 м/с

 м/с

 м/с

 м/с

 м/с

 м/с

Потери давления в трубопроводе определяются по формуле:

 (Па)(2.8.21)

где  и - значения потерь давления до и после регулирующего органа;

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

Перепады давлений на регулирующем органе определяются по формуле:

 (Па)(2.8.22)

где - значение перепада давлений;

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

Потери давления в трубопроводе до регулирующего органа определяются по формуле:

 (Па)(2.8.23)

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

Абсолютное давление среды перед регулирующим органом определяется по формуле:

 (2.7.9), (Па)

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

Критическое значение перепадов давлений на регулирующем органе определяется по формуле:

 (Па)(2.8.24)

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

 Па

Плотность среды перед регулирующим органом определяется по формуле:

 (кг/м³)(2.8.25)

где  и  - значения плотности среды и абсолютного давления перед регулирующем органом;

 кг/м

 кг/м

 кг/м

 кг/м

 кг/м

 кг/м

 кг/м

 кг/м

 кг/м

 кг/м

Таблица 1.14

Определение рабочей характеристики

Рисунок 1.8- Рабочая характеристика

Выбор исполнительного механизма

Исполнительный механизм выбирают в зависимости от величины усилия или момента вращения, необходимого для перестановки рабочего элемента РО. Электрические ИМ характеризуются величиной момента вращения на валу. Этот момент должен быть равен или больше момента , необходимого для перемещения рабочего элемента РО.

где - диаметр заслонки (1,4 м);

 диаметр шейки вала заслонки (= 0,07);

- высота набивки;

- перепад давления на заслонке при полном ее закрытии (= 5000 Н/м);

 - избыточное давление перед заслонкой при полном ее закрытии = 6225 Н/м);

Определив момент вращения, необходимый для поворота полости заслонки, выбирают электрические ИМ.

Таблица 1.15

Выбор исполнительного механизма

.9 Расчет САР. Экспериментальное исследование ПИД - регулятора

Таблица 1.16

Исходные данные для расчета САР

Исходные данные выбраны в соответствии с технологическими уставками рассматриваемого контура.

Определяем величину τ_об/Т_об:

τ_об/Т_об = 4/10 = 0,4

Выбираем регулятор непрерывного действия.

Выбор закона регулирования для контура “Регулирование давления смешанного газа на ГСС блока воздухонагревателей “

Определяем величину допустимого динамического коэффициента регулирования R^доп_д:

,(2.9.1)

В соответствии с формулой (2.9.1)

По справочным данным выбирают простейший регулятор, обеспечивающий расчетное значение динамического коэффициента при заданных параметрах t_об/Т_об.

Простейшим регулятором, выбранным в соответствии с пунктом 2, является П-регулятор, но т.к. не выполняется требование к величине статической ошибки (напомню, что у П-регулятора величина статической ошибки отлична от нуля), то этот регулятор не подходит для использования в данной системе автоматического регулирования.

В отличие от П-регулятора, ПИ-регулятор может реализовать величину статической ошибки, равную 0.

Нахождение времени регулирования ПИ-регулятора:

Относительное время регулирование t_Р/t_об для ПИ-регулятора находится по [1] или по табл.2.

Для ПИ-регулятора относительное время регулирования составляет:

;

Время регулирование находится следующим образом:

 с.

Полученное время регулирования ПИ-регулятора (36 с.) превосходит допустимое время регулирования (t_Р^ДОП = 30 с.), что свидетельствует о том, что и ПИ-регулятор не подходит для использования.

Нахождение времени регулирования ПИД-аналогового регулятора:

Как и в пункте 3. относительное время регулирование находится по рис. 120 или табл. 2.

Для ПИ-регулятора относительное время регулирования составляет:

Время регулирования ПИД-регулятора:

Данное время регулирование не превышает допустимое (30 с.), поэтому можно применить ПИД - регулятор.

Расчет настроек регулятора

Для ПИД - аналогового регулятора настройками являются следующие параметры:

-   коэффициент передачи k_Р;

-        время изодрома Т_И, с;

         время предварения Т_П, с.

Формулы для определения настроек регулятора даны в [1]

 (2.9.2)

(2.9.3)

,(2.9.4)

В соответствии с формулами (2.9.2), (2.9.3) и (2.9.4) получим:

с

с

Существует и другой способ вычисления настроек регулятора: настройки определяются с помощью номограммы [1], по которой для отношения t_об/Т_об = 0,4 находятся:

К_Р * К_ОБ = 3;К_Р = (К_Р * К_ОБ)/ К_ОБ = 3/25 = 0,12;

Т_М/t_ОБ = 2;Т_И = Т_М/t_ОБ * t_ОБ = 2*3 = 6 с;

Т_П/t_ОБ = 0,4;Т_П = Т_П/t_ОБ* t_ОБ = 0,4*3 = 0,12 с.

Результаты, полученные этим образом, аналогичные, т.е. расчет произведен правильно.

Рисунок 1.9 - Структурная схема САР

Исследование алгоритма управления в замкнутом контуре средствами Matlab 6.5

Для исследования алгоритма управления выберем объект, обладающий характеристиками фильтра низких частот (низкочастотный) и чистым запаздыванием, с дискретной передаточной функцией вида

, (2.9.5)

где b₀=0; b₁=0.00462; b₂=0.00169; b₃=-0.00273;₁=-2.48824; a₂=2.05387; a₃=-0.56203; d=4; K=1; .

Рассчитаем параметры ПИД-регулятора, реализующего алгоритм управления второго порядка с помощью средств MATLAB 6.5. Процесс выбора параметров состоит в следующем:

Переходный процесс объекта при подаче на его вход единичного ступенчатого воздействия показан на рис.2.10. Проведем касательную в точке перегиба кривой переходного процесса и определим значения , и , а также коэффициент передачи .

Рисунок 1.10 - Переходной процесс объекта

Для расчета коэффициентов передачи К, интегрирования  и дифференцирования  воспользуемся правилом настройки, предложенным Такахаши:

(2.9.6)

(2.9.7)

(2.9.8)

В M-file Editor MATLAB 7.0 создадим пользовательскую функцию takahashy(t_o,k,t_u,t_g) (рис. 2.10) с аргументами:

t_o - такт квантования

k - коэффициент усиления

t_u,t_g - значения, полученные в результат е проведения касательной в точке перегиба кривой переходного процесса, которая возвращает вектор значений:

k_p - коэффициент передачи;

t_r - коэффициент интегрирования;

t_d - коэффициент дифференцирования;

alfa - постоянная времени дифференцирования.

Рисунок 1.11 - Пользовательская функция Такахаши

В рабочей области окна MATLAB 7.0 вызов функции осуществляется в соответствии с рис.1.12

Рисунок 1.12 - Вызов функции

Таким образом, при =6.6_с/25_с=0.264 коэффициенты равны К=3.7985, =0.0783, =3.2906.

Построим модель объекта c использованием Simulink в соответствии с рис. 1.13.

Рисунок 1.13 - Модель объекта с использованием Simulink

Блок  подает на вход единичный скачок, параметры его настройки изображены на рисунке 1.14.

Рисунок 1.14 - Параметры настройки блока Ref

Параметры настройки блока дискретного ПИД-регулятора представлены на рисунке 1.15.

Рисунок 1.15 - Параметры настройки дискретного ПИД - регулятора

В развернутом виде блок дискретного ПИД-регулятора имеет в Simulink вид, как на рисунке 1.16

Рисунок 1.16 - Развернутый вид блока дискретного ПИД - регулятора

Параметры настройки блоков дискретного фильтра и задержки представлены на рисунке 1.17 и рисунке 1.18.

Рисунок 1.17 - Параметры настройки блока дискретного фильтра

Рисунок 1.18 - Параметры настройки блока задержки

Переходный процесс для тестового объекта изображен в блоке Scope1 на рисунке1.19.

Рисунок 1.19 - Переходный процесс для тестового объекта

Блок ToWorkspace (рисунок 1.20) возвращает полученные значения y в рабочую область Matlab 6.5.

Рисунок 1.20 - Параметры настройки блока ToWorkspace

Полученный вид функции на рисунке 1.19 не соответствует правильному значению переходного процесса для замкнутого контура “Регулирование давления смешанного газа на ГСС блока воздухонагревателей”, так как имеет колебательный незатухающий вид, что недопустимо при автоматизации технологического процесса.

Для получения необходимых значений переходного процесса экспериментально определим настройки ПИД-регулятора.

Рисунок 2.21 - Переходный процесс объекта с подобранными экспериментально коэффициентами ПИД -регулятора

.10 Описание схемы электрической принципиальной системы питания

Электропитание КТС в настоящее время необходимая потребность, т.к. всем устройствам автоматизации необходимо электричество. Для того, чтобы оценить какое количество устройств необходимо запитать разрабатывается схема электропитания, которая схематично показывает какие устройства нуждаются в электропитании. Кроме того, данная схема показывает какие приборы и средства автоматизации каким напряжением питаются, а также для облегчения выбора устройств, которые входят в одну группу питания и следовательно могут быть расположены более компактно для облегчения монтажа электрических сетей необходимых для подачи напряжения на данные устройства.

Питающие цепи подключены таким образом, что бы избежать неравномерной нагрузки на каждую фазу.

Автоматическое включение резерва (АВР) предназначен для ввода резервного питания при потере питания на основном вводе.

Сапфир ‘22МТ - Ех” запитывается от БПС - 90, устанавливаемого только во взрывоопасных местах и работающего от переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц; потребляемая мощность 300 ВА.

Контроллер Modicon TSX Quantum, ПБР - 2М, МЭО-1600, МЭО-250 запитываются однофазным напряжением переменного тока 220 В, потребляемая мощность: 500 ВА, 730 ВА, 730 ВА и 84 ВА соответственно.

Запитка персонального компьютера, принтера и монитора осуществляется однофазным напряжением переменного тока 220В, подключенных к источнику бесперебойного питания.

МСП-1-4 запитывается однофазным напряжением переменного тока 220 В, потребляемая мощность 80 ВА.

ИП-С10 запитывается напряжением 24 В постоянного тока.

.11 Описание схемы электрической принципиальной

Регулирование «Р смешанного газа» производится за счёт изменения положения дроссельного клапана в газопроводе доменного газа. В качестве привода используется исполнительный механизм типа МЭО-1600.

Для надёжности работы, схемой предусмотрено два независимых одинаковых канала регулирования. Для смены каналов регулирования необходимо перебросить тягу на исполнительном механизме. Реверс двигателя исполнительного механизма осуществляется через пускатель реверсивный бесконтактный ПБР-2М. Схемы каналов обеспечивают автоматическое и дистанционное управление дросселем доменного газа. Режим управления выбирается переключателем - блоком ручного управления БРУ-32-03. При дистанционном положении управление реверсом осуществляется собственными кнопками БРУ-32-03, при автоматическом положении управление осуществляет контроллер «Модикон», для которого на верхнем уровне клавиатурой операторской станции предусмотрен дистанционный и автоматический режим управления.

Управление дросселем доменного газа осуществляется следующим образом. Оператор на ЦПУ с клавиатуры операторской станции вводит необходимые значения «Р смешанного газа», который поступает на вход ПИД-регулятора в «Модикон».На вход ПИД-регулятора также поступает токовый сигнал 4-20 мА, пропорциональный фактическому значению давления смешанного газа от датчика разности давлений «Сапфир 22 МТ-Ех».

При наличии рассогласования ПИД-регулятора, на выходе появляется импульсный сигнал, управляющий исполнительным механизмом.

Механизм сигнализации положения МСП-1 преобразует угловое перемещение дросселя доменного газа (0-90 град.) в выходной токовый сигнал 4-20 мА.

.12 Описание функциональной схемы

Грамотно разработанная функциональная схема - необходимая потребность для любого устройства, с неё начинается проектирование, выбор элементной базы и другие этапы разработки устройств.

Функциональная схема разработана таким образом, что бы максимально обеспечить работоспособность как контура регулирования давления доменного газа на газосмесительную станцию воздухонагревателей, так и всего воздухонагревателя в целом. В функциональной схеме разобраны вопросы безопасной работы воздухонагревателей, отображены средства сигнализаций и блокировок, указаны максимальные и минимальные показания параметров работы, вследствие которых оператор будет предупреждён об аварийной ситуации или произойдёт автоматическая остановка работы воздухонагревателей без участия оператора, что предотвратит необратимые последствия.

На функциональной схеме отображены все газопроводы с расшифровкой газовой среды, показано направление их движения, а также находящиеся на них регулирующие органы и запорная арматура в соответствии с правилами.

На функциональной схеме показаны все параметры комплекса воздухонагревателей с указанием измеряемой среды, типа измерения, схематично показано место установки первичных датчиков, произведена маркировка и нумерация каждого параметра, пределов измерений и пути следования измеряемого параметра, что делает быстрым и удобным инструментом работы обслуживающего персонала.

На схеме указаны тип кабеля, количество проводов, их сечение, длину кабелей от места установки первичного датчика измерения до места нахождения контроллера

2. Техника безопасности и экология на производстве

2.1 Организация работы слесарей КИП и А на участке ДЦ-2

Ремонт приборов осуществляется цехом КИП и А, в составе которого создается ремонтное отделение. Системой ППР предусматриваются следующие виды профилактических работ:

ежемесячное техническое обслуживание приборов, выполняемое в течение всей смены;

периодическое техническое обслуживание, выполняемое согласно плану-графику.

В соответствии с назначением, характером и объемом выполняемых работ ремонты приборов подразделяются на следующие виды:

текущий ремонт (устранение мелких дефектов, чистка прибора с частичной заменой поврежденных мелких деталей и узлов);

капитальный ремонт (полная разборка приборов, замена и восстановление изношенных деталей и узлов, ремонт базовых деталей, сборка и поверка прибора). Периодичность капитального ремонта приборов составляет не менее года.

Годовые планы профилактических и ремонтных работ с квартальной разбивкой утверждаются директором завода. Годовой план-график служит основанием для определения потребности в запасных деталях, узлах, ремонтных материалах и трудовых ресурсах. Планы ремонта приборов по срокам согласовываются с планами ремонта основного технологического оборудования.

Практическая работа по проверке точности и ремонту приборов ведется на основании графика государственных и периодических поверок, журнала периодических поверок и журнала ремонта КИП.

Цех КИП и А формирует свои участки в составе каждого производственного цеха. Руководство ими осуществляет старший мастер. Капитальные ремонты проводятся по согласованию руководителей цеха КИП и А и производственных цехов.

Задачи цеха КИП и А на участке ДЦ-2:

техническое обслуживание и ремонт КИП и СА;

капитальный ремонт КИП и СА;

разработка технической документации для реконструкции КИП и СА;

подготовка средств измерения к государственным поверкам в соответствии с графиком;

составление совместно с основным цехом технически обоснованных норм на приобретение КИП и СА и

.2 Обязанности слесарей КИП и А на участке ДЦ-2

Слесарь КИП и А должен знать и выполнять требования следующих документов:

правила внутреннего трудового распорядка;

должностные инструкции;

правила технической эксплуатации электроустановок;

правила техники безопасности;

инструкции по эксплуатации и проверке схем автоматической сигнализации и блокировки;

инструкции по пожарной безопасности;

эксплуатационная инструкция КИП и СА.

В процессе своей работы слесарь обязан:

осуществлять обслуживание, ремонт, сборку, монтаж, испытание, настройку, проверку и юстировку особо сложных и точных приборов с электронными и полупроводниковыми схемами, установкой автоматического регулирования с суммирующим механизмов и дистанционной передачей показаний;

производить слесарную обработку особо ответственных и сложных деталей по 1 и П классам точности;

выявлять и устранять дефекты в работе контрольно-измерительных приборов всех видов и автоматики;

осуществлять пересчёт электрических приборов на другие пределы измерений;

производить регулировку и проверку по классам точности всех видов тепловых, электрических контрольно-измерительных приборов и автоматов питания и регулирования;

снимать показания о расходе газа и передавать эти сведения поставщику газа;

составлять дефектные ведомости и заполнять паспорта и аттестаты на приборы и автоматы;

определять степень износа деталей и узлов.

В течение смены слесарь должен заполнить следующие документы:

журнал приёмки - сдачи смены;

журнал наличия и состояния термопар;

журнал производства работ в электроустановках;

журнал проверки плотности соединений;

журнал проверки схем сигнализаций и блокировки.

2.3 Мероприятия по технике безопасности и противопожарной технике при эксплуатации САР

Мероприятия по технике безопасности.

К эксплуатации и обслуживанию воздухонагревателей допускаются распоряжением по цеху лица не моложе 18 лет. Прошедшие медицинское освидетельствование, обученные и подготовленные по соответствующей программе согласованной с Госгортехнадзором России, аттестованные, имеющие удостоверение на право эксплуатации газового хозяйства, знающие схемы объектов газового хозяйства, проинструктированные по охране труда и промышленной безопасности на рабочем месте и прошедшие стажировку на рабочем месте в течение 10 смен. Не реже 1 раза в 12 месяцев проходят периодическую проверку знаний по профессии в цеховой комиссии, назначенной распоряжением начальника цеха. Результаты проверки оформляются протоколом.

Внеочередная проверка знаний проводится в случаях:

ввода в работу новых агрегатов, и при применении новых технологий;

ввода в действие новых нормативно-правовых актов;

внесение изменений в ”Инструкцию по эксплуатации объектов газового хозяйства”;

при переводе в другой цех;

при выявлении неоднократных нарушений правил безопасности;

при нарушении “Инструкции по эксплуатации объектов газового хозяйства”;

после происшедших аварий или несчастных случаев;

Эксплуатационный персонал, обслуживающий воздухонагреватели ДЦ-2 является:

газовщик доменной печи;

водопроводчик доменной печи;

слесарь ремонтник механослужбы;

электромонтер по ремонту оборудования;

Лица, эксплуатирующие и обслуживающие объекты газового хозяйства, подчиняются непосредственно своим мастерам.

Требования по безопасности.

К опасным производственным факторам относятся:

грузоподъемные механизмы;

вращающиеся части механизмов;

оксид углерода доменного газа;

шум при выравнивании давления воздухонагреватель-атмосфера

Запрещается производить нагрев воздухонагревателей при превышении выбросов СО выше 414 г/с и NO выше 6,9 г/с дымовых газов через дымовую трубу блока воздухонагревателей. Если произошло превышение выбросов СО и NO, необходимо проверить правильность показаний:

соотношение воздух/газ;

расходов доменного, природного газов и расхода воздуха горения;

температуры купола воздухонагревателей;

калорийности газов.

Работы по ремонту и техническому обслуживанию воздухонагревателей выполняются по наряду-допуску, с обязательным выполнением организационных и технических мероприятий, предусмотренных правилами ПБ 11-401-01.

Отходы, образующиеся при выполнении работ по ремонту и техническому обслуживанию блока воздухонагревателей, разделяют и размещают в специально предназначенные контейнеры, в соответствии с требованиями системы управления окружающей средой.

Ответственность.

Ответственность за нарушение требований настоящей инструкции несут:

мастер участка газового хозяйства;

газовщик доменной печи;

слесарь ремонтник механослужбы;

электромонтер по ремонту оборудования.

Лица, виновные в нарушении настоящей инструкции привлекаются к дисциплинарной, административной и уголовной ответственности в соответствии с действующим законодательством РФ.

Мероприятия по противопожарной технике.

Общие требования:

Работники, вновь поступившие в цех КИП и А, допускаются к работе только после прохождения противопожарного инструктажа;

Электротехнический персонал должен проходить проверку знаний правил пожарной безопасности в РФ одновременно с проверкой знаний межотраслевых правил по охране труда при эксплуатации электроустановок;

Также электротехнический персонал цеха КИП и А должен знать и выполнять требования:

правил пожарной безопасности в РФ;

правил эксплуатации электроустановок потребителей;

межотраслевых правил по охране труда при эксплуатации электроустановок;

инструкции по эксплуатации средств и систем пожаротушения в электроустановках комбината;

на участках КИП цеха должно быть назначено лицо, ответственное за приобретение, ремонт, сохранность и готовность к действию первичных средств пожаротушения;

Вещества и материалы по потенциальной опасности делятся на следующие разряды:

безопасные - негорючие вещества и материалы в негорючей упаковке;

малоопасные - такие горючие и трудногорючие вещества и материалы относятся к безопасным;

опасные - горючие и негорючие вещества и материалы, обладающие свойствами, проявление которых может привести к взрыву, пожару, гибели, отравлению;

Работники цеха должны:

курить в специально оборудованных местах для курения;

не загромождать места размещения средств пожаротушения и эвакуационные пути, и выходы различными материалами;

выполнять меры предосторожности при проведении работ с ЛВЖ и ГЖ, другими опасными в пожарном отношении веществами, материалами и оборудованием;

в случае обнаружения пожара сообщить о нем в пожарную охрану и принять меры к спасению людей.

Работники, виновные в нарушении инструкции привлекаются к дисциплинарной ответственности.

Требования безопасности перед началом работы:

на временных местах проведения огневых работ оформить наряд-допуск на проведение огневых работ;

места проведения огневых работ необходимо обеспечить первичными средствами пожаротушения;

на постоянном рабочем месте работник должен проверить:

наличие и состояние первичных средств пожаротушения;

возможность доступа к пожарно-техническому инвентарю и оборудованию;

исправность средств связи и систем вентиляции.

обнаруженные нарушения требований пожарной безопасности должны быть устранены собственными силами до начала работ.

Требования безопасности во время работы:

бочки для хранения воды, устанавливаемые рядом с пожарным щитом, должны иметь объем не менее 0,2 м и комплектоваться ведрами;

огнетушители должны своевременно перезаряжаться;

размещение первичных средств пожаротушения в коридорах, проходах не должно препятствовать безопасной эвакуации людей;

работникам запрещается:

проводить работу на оборудовании, установках и станках с неисправностями;

проводить работы при отключенных КИП и технологической автоматике;

применение в работе материалов и веществ с неисследованными показателями их пожаро-взрывоопасности и не имеющих сертификатов;

использование первичных средств пожаротушения;

требования пожарной безопасности к территории;

требования пожарной безопасности к зданиям, сооружениям, помещениям;

требования пожарной безопасности к эвакуационным путям и выходам;

требования пожарной безопасности к систем отопления;

Требования безопасности в аварийных ситуациях:

Каждый рабочий и служащий при обнаружении пожара или признаков горения обязан:

сообщить об этом по телефону 01 или 45-204 в пожарную охрану;

принять меры по эвакуации людей, тушению пожара, сохранности материальных ценностей;

вызвать к месту пожара начальника цеха или другое должностное лицо;

до прибытия пожарного расчета оперативно-ремонтный персонал электроустановок должен отключить часть электроустановки, в которой возник пожар;

приступить к тушению, имеющимися первичными средствами пожаротушения.

Начальник цеха или другое должностное лицо, прибывшее к месту пожара обязан:

продублировать сообщение о возникновении пожара в пожарную охрану и поставить в известность высшее руководство;

проверить включение в работу автоматических систем противопожарной защиты;

при необходимости отключить электроэнергию;

прекратить все работы в здании;

удалить за пределы опасной зоны всех работников не участвующих в тушении пожара;

одновременно с тушением пожара организовать эвакуацию ценных материалов;

Требования безопасности по окончании работ:

во всех помещениях все электроустановки и электроприборы должны быть обесточены, за исключением дежурного и аварийного помещений;

по окончании трудовых работ убедиться в отсутствии возможных источников огня;

каждое рабочее место должно быть убрано;

доложить своему непосредственному руководителю об окончании работы.

.4 Охрана природы

При эксплуатации блока воздухонагревателей доменной печи №6 происходит выделение в атмосферу серы, диоксида азота, углерода оксид.

Доменный газ взрывоопасен. Предел взрываемости 35 - 74 %. Температура воспламенения 600 - 650 0С, удельный вес 1,25 - 1,37 кг/м³.

Доменный газ токсичен, действует на организм человека отравляюще, так как окись углерода обладает свойствами в 200-300 раз активнее соединятся с гемоглобином крови, чем кислород, необходимы для жизнедеятельности организма человека.

Контроль за выбросами СО осуществляется газоанализатором постоянно в автоматическом режиме.

Факторы, оказывающие отрицательное воздействие на поверхностные и подземные водные объекты отсутствуют. Контроль за соблюдением нормативов ПДВ осуществляет дирекция по промышленной экологии согласно установленного графика.

Отходы, образующиеся при выполнении работ по ремонту и техническому обслуживанию блока воздухонагревателей, разделяют и размещают в специально предназначенные контейнеры, в соответствии с требованиями системы управления окружающей средой.

Металлолом, а также отходы, образующиеся в результате уборке территории складируются на специально отведенных на этой цели площадках расположенных на территории ДП - 6

Бытовые отходы собираются в специальную емкость.

3. Экономика работы цеха КИП и А

.1 Состав КИП и СА воздухонагревателя ДЦ-2

Состав КИП СА объекта планирует цех КИП и А совместно с основными цехами завода.

КИП и СА воздухонагревателя

.2 Расчет нормативной численности работников КИПиА на участке ДЦ-2

Численность персонала характеризуется списочным штатом, который состоит из расстановочного и подменного штата.

Расстановочный штат - это численность рабочих, необходимая для выполнения сменного планового задания.

Подменный штат - это численность рабочих, необходимая для замены основных на период отпуска, болезни.

Он определяется в процентном соотношении от расстановочного (обычно 10%).

На предприятиях ЧМ для расчёта расстановочного штата используются данные технического нормирования и метод расчёта по нормативам численности, который основан на количестве обслуживаемых агрегатов, приборов и СА.

Нормативная численность работников рассчитывается по формуле:

,(3.2.1)

где 0,0335 - это постоянный коэффициент, характеризующий уровень управления и организации производства на предприятии;

Т - сумма УПЕ, характеризующая количество установленных КИП и СА;

Кп - коэффициент, характеризующий подотраслевую принадлежность предприятия;

Кв - коэффициент, характеризующий количество КИП и СА на предприятии, выраженное в УПЕ;

Кз - коэффициент, характеризующий природно-климатическую зону, в которой расположено предприятие;

Для расчёта количества КИП и СА на участке необходимо составить таблицу, исходя из количества КИП и СА и коэффициентов трудоёмкости каждого из них.

Таблица 3.2

Расчёт УПЕ расстановочного персонала цеха КИП и А на участке ДЦ-2

человек

Т.о. для обслуживания воздухонагревателя необходим 1 человек. Весь участок обслуживают, кроме того, 4 дежурных, мастер и инженер.

.3 Расчет стоимости услуг цеха КИП и А на участке ДЦ-2

Расчет ФОТа

Стоимость услуг цеха КИП и А участку ДЦ-2 рассчитывается по результатам составленной сметы. Для составления сметы затрат рассчитываются:

общая стоимость КИП и СА объекта;

годовой фонд оплаты труда (ФОТ) работников;

отчисления в социальные фонды;

затраты на содержание основных средств;

прочие затраты.

ФОТ - это сумма заработной платы, начисленная всем работникам участка за год.

Для расчета ФОТа и заработной платы используются следующие исходные данные:

штатное расписание;

тарифная сетка;

баланс использования рабочего времени в году.

Этапы расчета годового ФОТа.

Расчет заработной платы по тарифу (окладу):

 (3.3.1)

где - часовая тарифная ставка для данного разряда;

t - продолжительность рабочей смены в часах;

В - номинальное время работы в днях;

N - количество работников данного разряда.

, (3.3.2)

где  - среднемесячный оклад;

- количество месяцев в году.

Расчет премии:

, (4.3.3)

где - заработная плата по тарифу, руб.;

%_прем - процент премии.

Расчет доплат:

- доплата за сменность работы:(4.3.4)

,

где 0,35 - коэффициент за сменность (ночные, вечерние часы или переработка);

доплата за вредные условия труда:

,(4.3.5)

где d - количество баллов вредности;

,75 - размер доплаты за 1 балл-час.

доплата за работу в праздники:

,(4.3.6)

где  - ставка

- двойной тариф;

Д - количество отработанных праздничных дней;

t - количество отработанного времени, час.

Расчет годовой ФОТа:

(4.3.7)

Расчет среднемесячной заработной платы:

 (4.3.8)

где N - численность рабочих данного разряда;

- число месяцев в году.

Общий ФОТ рассчитывается по следующей формуле:

ФОТ=ФОТ_сл+ФОТ_деж.сл+ ФОТ_мас+ФОТ_инж,(4.3.9)

Расчет годового ФОТа работников цеха КИП и А на участке ДЦ-2

Расчет годового ФОТа слесаря КИП и А

Исходные данные: процент премии - 75%; балл вредности - 3,7; кол - во - 1; тарифная ставка - 27,24 руб.

В соответствии с формулой (4.3.1):

руб.

В соответствии с формулой (4.3.3):

руб.

В соответствии с формулой (4.3.5):

руб.

В соответствии с формулой (4.3.7):

руб.

В соответствии с формулой (4.3.8):

руб.

Расчет годового ФОТа дежурного слесаря КИП и А

Исходные данные: процент премии - 75%; балл вредности - 3,7; кол - во - 4; тарифная ставка - 22,12 руб.

В соответствии с формулой (3.3.1):

руб.

В соответствии с формулой (4.3.3):

руб.

В соответствии с формулой (4.3.8):

руб.

В соответствии с формулой (4.3.5):

руб.

В соответствии с формулой (4.3.7):

руб.

В соответствии с формулой (4.3.8):

руб.

Расчет годового ФОТа мастера

Исходные данные: процент премии - 75%; балл вредности - 3,7; кол - во - 1; оклад 5500 руб. В соответствии с формулой (4.3.2):

руб.

В соответствии с формулой (4.3.3):

руб.

В соответствии с формулой (4.3.5):

руб.

В соответствии с формулой (4.3.7):

руб.

В соответствии с формулой (4.3.8):

руб.

Расчет годового ФОТа инженера

Исходные данные: процент премии - 75%; балл вредности - 3,7; кол - во - 1; оклад 6300 руб.

В соответствии с формулой (4.3.2):

руб.

В соответствии с формулой (4.3.3):

руб.

В соответствии с формулой (4.3.5):

руб.

В соответствии с формулой (4.3.7):

руб.

В соответствии с формулой (4.3.8):

руб.

Итого: ФОТ=104126,4+427014,66+121005,6+137805,6=789952,26 руб.

Отчисления в социальные фонды рассчитываются по формуле:

, (4.3.10)

где 0,26 - процент ФОТа, отчисляемый в социальные фонды.

руб.

Затраты на содержание основных средств рассчитываются по следующей формуле:

, (4.3.11)

где 0,2 - процент, определяющий затраты на содержание основных средств;

МЗ - стоимость КИП и СА.

руб.

Прочие затраты рассчитываются по следующей формуле:

, (4.3.12)

где 0,1 - процент, определяющий размер прочих затрат.

руб.

Таблица 3.3

Смета затрат

По результатам составленной сметы затрат рассчитывается стоимость услуг цеха КИП и А участку ДЦ-2 по формуле:

, (4.3.13)

где  - стоимость услуг цеха КИП и А на участке КХП;

 - цена 1 УПЕ цеха;

 - количество УПЕ.

При этом цена 1 УПЕ цеха находится по формуле:

, (4.3.14)

где  - сумма затрат КИП и А согласно смете;

 - суммарное количество УПЕ цеха КИП и А по заводу. На ОАО НЛМК =42524.

руб.

руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном дипломном проекте, как объект автоматического регулирования, рассмотрен воздухонагреватель. Воздухонагреватели предназначены для нагрева воздуха, необходимого для горения топлива. Температура нагретого воздуха составляет 1300-1320⁰С.

Рассмотренный в дипломном проекте контур регулирования предназначен для регулирования давления смешанного газа на ГСС блока воздухонагревателей. Измерение давления происходит с помощью сужающего устройства и датчика разности давлений “Сапфир 22 МТ-Ех”.Питание датчика осуществляется при помощи блока питания БПС-90П. Сигнал о текущем значении расхода с датчика поступает на контроллер. Регулирование расхода осуществляется при помощи контроллера “Modicon TSX Quantum”, который является хорошим решением задач управления на базе высокопроизводительных совместимых программируемых контроллеров.

Благодаря расширяемой модульной архитектуре контроллер Quantum может быть сконфигурирован таким образом, чтобы удовлетворять самым строгим требованиям к производительности средних и больших систем управления. Система на базе Quantum сочетает компактность и прочную промышленную конструкцию, обеспечивая экономичность и надежность установки даже в наиболее сложных промышленных условиях. В то же время системы Quantum просты в установке и конфигурации, имеют широкую область применения, что обеспечивает более низкую стоимость по сравнению с другими решениями.

Сочетание производительности, гибкости и расширяемости делает серию Quantum лучшим решением для самых сложных применений и в то же время достаточно экономичным для более простых задач автоматизации, которые могут возникнуть при разработке системы.

Modicon Modbus Plus сочетает высокоскоростную одноранговую связь и легкость установки, упрощая и снижая стоимость решений. Эта локальная сеть позволяет организовать одноранговый обмен информацией между управляющей ЭВМ, контроллерами и другими источниками данных в масштабе всего предприятия. Достоинство этой сети состоит в том, что она позволяет управлять устройствами реального времени, такими как модули ввода-вывода и приводы, без снижения производительности, вызванного загрузкой сети. Учитывая разнообразные служебные функции, позволяющие соединить модули ввода-вывода, контроллеры, ЭВМ или любые другие устройства, совместимые со стандартом Modbus Plus, можно сказать, что эта сеть может все.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 2.105-95. Общие требования к текстовым документам. - Взамен ГОСТ 2.105, ГОСТ 2.906 - 71; введ. 01.07.1995. - М.: Междунар. совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1995. - 40 с. - (Единая система конструкторской документации).

. Глинков, Г.М. АСУ ТП в черной металлургии / Г.М. Глинков, В.А. Маковский - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1999. - 310с.

. Глинков, Г.М. Проектирование систем контроля и автоматического регулирования металлургических процессов: (пособие по курсовому и дипломному проектированию) / Г.М. Глинков, В.А. Маковский, С.Л. Лотман. - М.: Металлургия, 1970. - 411 с.: ил.

. Котов, К.И. Автоматическое регулирование и регуляторы / К.И. Котов, М.А. Шершевер. - М.: Металлургия, 1987. - 381, [3] с.: ил.

. Писчиков, М.М. Организация, планирование и управление на предприятиях черной металлургии / М.М. Писчиков. - М.: Металлургия, 1976. - 423 с.: ил.

. Современная экономика / [В. Борщевская]; под ред. О.Ю. Мамедова. - Ростов Н/Д: Феникс, 1997. - 605, [3] с.

. Современная экономика / [Е. Акопова и др.]; под ред. О.Ю. Мамедова. - Ростов Н/Д: Феникс, 1996. - 605, [3] с.

. Экономика, организация и планирование производства на предприятиях черной металлургии / [Б.П. Бельгольский и др.] - М.: Металлургия, 1973. - 582, [2] с.: ил.

. Экономика, организация и планирование производства на предприятиях черной металлургии / [Б.П. Бельгольский и др.] - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1982. - 415, [1] с.: ил.

. Экономика предприятия / [В.Я. Горфинкель и др.]; под ред. В.Я. Горфинкеля, Е.М. Купрякова. - М.: Банки и биржи: ЮНИТИ, 1996. - 366, [2] с.: ил.