Разработка проектной документации для создания автоматизированной системы регулирования (АСР) давления газа под колошником

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ И ВЫБОР СТРУКТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ

. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПРИБОРОВ И СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ АСР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА ПОД КОЛОШНИКОМ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ АСР

. РАЗРАБОТКА ДОКУМЕНТАЦИИ НА ЩИТ АСР

. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ВНЕШНИХ СОЕДИНЕНИЙ АСР

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Строительство новых промышленных объектов и реконструкцию действующих предприятий осуществляется в соответствии с проектно-сметной документацией, которая представляет собой комплекс технических документов, содержащих технико-экономическое обоснование целесообразности сооружения нового или действующего объекта и чертежи для производства всех видов строительно-монтажных и строительных работ.

Проектирование объектов можно выполнять в одну стадию (рабочий проект) или в две стадии (“проект” и “рабочая документация”[1]).

На стадии “проект” разрабатывается следующая документация: структурная схема управления и контроля; структурная схема комплексов средств вычислительной техника (СВТ); структурная схема технических средств автоматизации (ТСА); функциональная схема автоматизации (ФСА); планы расположения щитов, пультов; заявочные ведомости на ТСА, СВТ, электроаппаратуру и т.д.; технические требования на разработку нестандартного оборудования; локальная смета на монтажные работы; пояснительная записка; задания генпроектировщику на разработки, связанные с автоматизацией объекта.

На стадии “рабочая документация” с исправлениями переносятся некоторые документы со стадии “проект” (структурная схема управления и контроля; структурная схема комплексов СВТ; структурная схема ТСА; ФСА) и дополнительно разрабатываются следующие:

-    принципиальные схемы контроля, регулирования, сигнализации;

-        монтажные схемы щитов и пультов (таблицы для монтажа):

         схемы внешних проводок;

         планы расположения ТСА, электрических и трубных проводок;

         нетиповые чертежи установки ТСА;

         общие виды нестандартного оборудования;

         пояснительная записка;

         расчеты регулирующего органа (РО), параметров настройки регулятора;

         заказные спецификации;

         перечень типовых чертежей на установку ТСА.

В данном курсовом проекте разработана проектная документация для создания АСР давления газа под колошником.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ И ВЫБОР СТРУКТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ

автоматизированный управление газ давление печь

Выплавка чугуна в доменной печи характеризуется сложными процессами, происходящими в условиях движущихся, химических и подвергаемых фазовым изменениям сред. Знание закономерностей протекания этих процессов необходимо для разработки новых систем автоматического управления, которые должны обеспечить оптимальный режим работы доменной печи.

С точки зрения теории управления доменный процесс является нелинейным многосвязным объектом с распределенными параметрами, полисигнальной структурой и потерями информации.

В настоящее время большинство из множества характеризующих доменный процесс параметров контролируются непрерывно или через определенные интервалы времени, однако точность и надежность некоторых измерительных комплектов неудовлетворительна. Кроме того, получаемая в настоящее время информация о ходе процесса используется недостаточно.

Множество характеризующих доменный процесс контролируемых параметров можно условно разделить на три подмножества - входные параметры, выходные параметры и параметры состояния.

Входные параметры:

расход дутья;

содержание кислорода в дутье;

температура горячего дутья;

влажность дутья;

расход топливной добавки, вдуваемой через фурмы;

химический состав топливной добавки;

давление газа под колошником;

расходы дутья через отдельные фурмы (при наличии САР);

расходы топливной добавки через отдельные фурмы;

диаметр и высов фурм;

кокс, рудная часть шихты, флюсы:

а) количество в подачу;

б) химический состав;

в) влажность;

г) реакционные характеристики;

д) фракционный состав;

е) прочностные характеристики.

система загрузки;

уровень засыпи.

Выходные параметры:

производительность печи;

качество чугуна:

а) химический состав;

б) температура.

себестоимость.

Параметры состояния:

давление горячего дутья;

перепады давления по высоте печи;

расходы дутья через отдельные фурмы (при отсутствии САР);

выход колошникового газа;

химический состав колошникового газа;

химический состав газа по радиусам печи;

скорость схода шихты;

температура фурменных зон;

температура периферии печи на различных горизонтах;

температура газов в газоотводах;

распределение температуры по радиусам печи;

вынос пыли;

химический состав шлака;

температура шлака;

пульсация давления горячего дутья на фурмах.

В свою очередь входные параметры процесса можно подразделить по признаку возможности непрерывного контроля и целенаправленного изменения их на управляющие и возмущающие воздействия.

В типовые системы контроля и регулирования хода доменной печи включены приборы и регуляторы-стабилизаторы регулируемых входных воздействий, которые достаточно точно поддерживают задаваемые вручную параметры дутьевого режима. Контроль же выходных величин и возмущений еще весьма несовершенен, что вынуждает усложнять систему контроля, вводя в нее ряд приборов, контролирующих некоторые промежуточные величины.

Необходимое качество регулирования температуры достигается в одноконтурной автоматической системе регулирования, структура которой приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Структурная схема АСР давления газа под колошником

Функциональная структурная схема регулирования давления газа под колошником представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Функциональная структурная схема регулирования давления газа под колошником доменной печи

Основными АСР в доменной печи являются температура горячего дутья, расход природного газа и давление под колошником. Основными входными управляющими воздействиями доменного процесса являются параметры режима дутья (расход, температура, влажность). Математические зависимости, связывающие параметры процесса, при условии надежного контроля последних, могут быть использованы в вычислительных устройствах для выработки рекомендаций по изменению управляющих величин или в управляющих вычислительных устройствах для автоматического изменения входных параметров процесса.

В соответствии с выбранной структурой АСР информационным сигналом в ней является сигнал, пропорциональный избыточному давлению. Параметры контролируемой среды:

давление, МПа 10,2-15,1;

температура колошникового газа в районе установления датчика, °С 70-80;

. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПРИБОРОВ И СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ АСР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА ПОД КОЛОШНИКОМ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

В соответствии с выбранной структурой АСР основным информационным сигналом является сигнал, пропорциональный избыточному давлению. Параметры контролируемой среды:

давление, МПа 10,2-15,1;

температура колошникового газа в районе установки датчика, °С 70-80;

температура доменного газа на выходе из печи, °С 400.

Место установки датчика подвержено воздействию окружающей среды с параметрами:

температура, °С 17-30;

абсолютное давление, кПа 90-105;

относительная влажность, % 80.

Расстояние от датчика до вторичного прибора 30 м.

Контролируемая и окружающая среды при нормальной работе агрегата взрывобезопасны и пожаробезопасны.

В соответствии с требованиями метрологического каталога доменной печи, допустимая погрешность контроля давления под колошником равна 0,5%.

В соответствии с приведенными условиями для контроля давления газа под колошником используется импульсная трубка, а в качестве датчика - преобразователь значений избыточного давления МТМ-700ДИ.

Основные технические характеристики датчика:

предельно допустимое рабочее давление, МПа 24;

диапазон измерений, МПа 0-6,3;

пределы основной допустимой погрешности, % 0,25;

диапазон выходного унифицированного сигнала, мА 4-20;

нижний предел измерений, % 0;

напряжение питания, В 15…36;

диапазон рабочих температур, °С -40…+60;

длина линии связи с преобразователем, м не более 500;

степень защиты корпуса IP54;

габаритные размеры, мм 165×127;

масса, кг не более 1,6;

материал, контактирующий со средой - титан ВТ9 и сплав 12Х18Н10Т.

Для регистрации контролируемого параметра выбран регистратор электронный МТМ-РЭ-160-01, предназначенный для накопления (архивирования) в энергозависимой памяти, хранения и отображения информации о состоянии технологического параметра.

Технические характеристики:

напряжение питания, В ~187…~242;

потребляемая мощность, ВА не более 25;

диапазон рабочих температур, °С +5…+50;

входной сигнал, мА 4-20;

глубина архива по каждому каналу, тыс. точек 53;

тип ЖКИ, монохромный 240×128;

- разрешающая способность графика отображения параметра, % 1;

основная погрешность цифровых показаний, % 0,1;

степень защиты лицевой панели IP54;

степень защиты корпуса IP20;

габаритные размеры, мм 150×200;

- масса, кг не более 2,9;

Данный регистратор сохраняет данные при отключении питания; возможно программирование параметров с лицевой панели; съём информации по интерфейсу RS-458; дублирование разъёма RS-458 на лицевой панели прибора; распечатка и просмотр графиков и параметров на персональном компьютере.

Регулятор АСР должен работать с унифицированным токовым входным сигналом и обеспечивать реализацию ПИ-закона регулирования совместно с исполнительным механизмом постоянной скорости. Для этого выбран регулятор МТМ-620.

Прибор предназначен для измерения и регулирования технологического параметра и имеет следующие технические характеристики:

напряжение питания, В ~187…~242;

потребляемая мощность, ВА не более 6;

диапазон рабочих температур, °С +5…+50;

класс точности 0,25;

коммутационная способность выходов реле, В/А 250/16;

максимальная коммутируемая мощность, ВА~ тока 125;

сопротивление нагрузки, кОм 0…1;

степень защиты лицевой панели IP54;

степень защиты корпуса IP20;

габаритные размеры, мм 48×96;

- масса, кг не более 1.

Ключи ПМО - переключатели малогабаритные общепромышленные предназначены для коммутации электрических цепей управления, сигнализации и защиты напряжением U=12-220В постоянного и 24-380В переменного тока, частотой 50, 60, 400Гц при токе нагрузки 0,25-6,3А в стационарных установках.

Переключатели пригодны для эксплуатации в условиях, нормированных для исполнения УХЛ, категории размещения 3.1, при температуре окружающей среды от -40 до +40 °С. Ля выбора режима управления в АСР обычно применяют переключатель с фиксацией типа:

Для управления исполнительным механизмом в дистанционном режиме используют переключатель с возвратом типа:

ПМОВ 222222/II-Д61У3.

В качестве усилителя принимаем ПБР-3А, который предназначен для бесконтактного управления электрическим исполнительным механизмом с трёхфазными асинхронными (синхронными) электродвигателями: АИР, ДСТР с защитой электродвигателя по перегрузке.

Технические характеристики:

входной сигнал, В 24;

входное сопротивление, Ом 750;

быстродействие, мс 25;

разница между длительностями входного и выходного сигнала, мс 20;

степень защиты IP20;

максимальный коммутируемый ток, А 3;

электрическое питание, В, Гц 240/415,50;

потребляемая мощность, Вт 5;

габаритные размеры, мм 240×90×196;

масса, кг 3,5.

Работает в режиме поворотно-кратковременном, реверсивном с частотой включений до 630 в час, при продолжительности включений до 25%; напряжение источника питания цепей управления нестабилизированное двухполупериодное выпрямленное напряжение 22/26 В.Средний срок службы 15 лет; гарантийный срок эксплуатации - 18 месяцев.

Исполнительным механизмом в данной АСР является ИМ электрический, трёхфазный МЭО-630-25-0,63-92КБ, который предназначен для приведения в действие и перемещения различных регулирующих органов: задвижек, заслонок, затворов, шиберов, клапанов, кранов и т.п.

Основные технические характеристики МЭО:

номинальный крутящий момент на входном валу, Нм 630;

полный ход выходного вала, оборота 0,63;

- номинальное время полного хода выходного вала, с 25;

напряжение питания, В 220/380;

частота, Гц 50;

тип датчика положения БСПТ.

По защищенности от попадания внутрь механизма твёрдых частиц (пыли) и воды, механизмы имеют степень защиты IP54 по ГОСТ 14254.

Дистанционный указатель положения подсоединен к исполнительному механизму. В качестве ДУПа выбран линейный индикатор МТМ-300-4-20-0100, который предназначен для отображения на линейном светодиодном индикаторе значений параметров, заданных сигналом постоянного тока по двум каналам. У него присутствуют следующие технические характеристики:

напряжение питания, В ~20,4…~26,4;

потребляемая мощность, ВА не более 5;

диапазон рабочих температур, °С +5…+50;

входной сигнал, мА 4-20;

разрешаюшая способность индикатора, % 2;

степень защиты корпуса IP20;

габаритные размеры, мм 40×145;

масса, кг не более 0,5.

Гальваническое разделение входных цепей между собой; шкальная индикация измеряемого параметра и значений уставок; программирование значений уставок с задней панели прибора; щитовой монтаж.

Блок питания МТМ-140 в данной системе используется для питания датчика, задатчика и индикатора. Прибор предназначен для питания средств промышленной автоматики и контрольно-измерительных приборов.

Рисунок 2.1 - Техническая структурная схема регулирования давления газа под колошником доменной печи

Технические характеристики МТМ-140:

напряжение питания, В 100…250;

потребляемая мощность, ВА не более 23;

диапазон рабочих температур, °С +5…+50;

выходное напряжение постоянного тока, В 21,4…27,4;

максимальный ток нагрузки, А 0,8;

уровень пульсации выходного напряжения, % не более 3;

количество выходных клемм (гальванически связанных), пар 5;

степень защиты корпуса IP20;

габаритные размеры, мм 92,5×70×65,5;

- масса, кг не более 0,2.

В АСР давления газа под колошником регулирующим органом является дроссельная группа.

В соответствии с выбранными техническими средствами составлена техническая структурная схема представленная на рисунке 2.1.

. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

Функциональная схема автоматизации (ФСА) является основным документом при проектировании системы автоматизации, который определяет функциональную структуру и объем автоматизации объекта, а также отображает функции системы автоматизации и их взаимосвязь с автоматизируемым объектом.

ФСА - это чертеж, на котором схематически условными обозначениями показано:

-    техническое оборудование и коммуникации;

-        первичные приборы;

         места расположения аппаратуры автоматизации;

         ТСА и все связи между ними;

         предельное значение контролируемых и регулируемых параметров;

         расшифровка нестандартных средств трубопроводов.

При разработке ФСА решены следующие основные задачи:

-    получение первичной информации о состоянии процесса и оборудования;

-        представление первичной информации;

         формирование управляющих воздействий;

         непосредственное воздействие на процесс.

В соответствии с требованиями технологического процесса к объему и уровню автоматизации, и с учетом выбранной структуры управления и технических средств, разработана ФСА доменной печи, представленная на чертеже ПК 6.092500 21 01 графической части проекта. На данной схеме предусмотрен автоматический контроль и регулирование давления газа под колошником.

Для контроля давления газа под колошником используется импульсная трубка, а в качестве датчика - преобразователь значений избыточного давления. Сигнал с преобразователя значений избыточного давления поступает на вход вторичного прибора, где осуществляются показания и запись давления. Далее сигнал поступает на вход регулятора, который с помощью электрического исполнительного механизма управляет дроссельной группой.

При отклонении измеряемого давления от заданного значения регулятор, воздействует на исполнительный механизм, стремясь поддерживать давление под колошником на заданном уровне.

. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ АСР

Принципиальные электрические схемы (ПЭС) определяют полный состав приборов, аппаратов и устройств, а также связей между ними, действие которых обеспечивает решение задач управления, регулирования, защиты, измерения и сигнализации.

ПЭС служат основанием для разработки других документов проекта: монтажных таблиц щитов и пультов, схем подключения и др.

В общем случае ПЭС разрабатывают обычно в следующей последовательности:

-    на основании ФСА составляют четко сформулированные технические требования, предъявляемые к ПЭС;

-        применительно к этим требованиям устанавливают условия и последовательность действия схемы;

- каждое из заданных условий действия схемы изображают в виде тех или иных элементарных цепей, отвечающих данному условию действия;

- элементарные цепи объединяют в общую схему;

производят выбор аппаратуры и электрический расчет параметров от дельных элементов (сопротивлений обмоток реле, нагрузки контактов и т.п.);

- проверяют схему с позиций возможности возникновения ложных цепей или ее неправильной работы при повреждениях элементарных цепей или контактов;

- рассматривают возможные варианты решения и принимают окончательную схему применительно к имеющейся аппаратуре.

На основании ФСА и с учетом последовательности и принципа действия технических средств АСР, разработана ее ПЭС, представленная на чертеже ПК 6.092500 21 02. Спецификация на приборы и средства автоматизации АСР приведена в приложении А.

В системе предусмотрены режимы автоматического и дистанционного управления, выбор которых производится микропроцессорным регулятором МТМ-620 (поз.1в).

В автоматическом режиме система работает следующим образом.

Сигнал, пропорциональный давлению газа под колошником, с датчика избыточного давления МТМ-700ДИ (поз.1а) поступает во вторичный прибор МТМ-РЭ160 (поз.1б), осуществляющий контроль и регистрацию регулируемого параметра. Далее сигнал поступает на регулятор МТМ-620 (поз.1в), где сравнивается программно с сигналом задания. Регулятор МТМ-620 вычисляет сигнал рассогласования и обрабатывает его по заданному алгоритму. Сформированное им управляющее воздействие, усиленное по мощности пускателем бесконтактным реверсивным ПБР-3А (поз. 1е), поступает на исполнительный механизм МЭО-630/25-0.63-92КБ (поз. 1ж), перемещающий регулирующий орган. Положение вала исполнительного механизма контролируется регулятором Положение вала исполнительного механизма контролируется регулятором МТМ-620.

Параллельно токовым входам измерительных приборов в схеме подключен диод VD1, который защищает цепи при обрыве входных элементов приборов.

. РАЗРАБОТКА ДОКУМЕНТАЦИИ НА ЩИТ АСР

Щиты систем автоматизации предназначены для размещения на них средств контроля и управления технологическим процессом, контрольно-измерительных приборов, сигнальных устройств, аппаратуры управления, автоматического регулирования, защиты, блокировки, линии связи между ними (трубная и электрическая коммутация) и т.п.

При выборе щитов необходимо учитывать следующие требования[3]:

назначение и место установки с учетом размера помещений и условий, в которых предусматривается эксплуатация щитов;

-   количество и габариты средств автоматизации на лицевых панелях и внутренностях щита;

1 удобство монтажа и обслуживания аппаратуры в условиях эксплуатации;

правила техники безопасности в части проходов для обслуживания щитов, установленных в производственных и специальных помещениях.

На основании ПЭС и с учетом вышеперечисленных требований выбран щит панельный с каркасом; исполнение I (две лицевые панели); ширина лицевой панели щита 600 мм; климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ-15150-69 УХЛ 4; степень электрозащиты JР00 (щиты панельные с каркасом всех типоразмеров и стативы вспомогательной аппаратуры, предназначенные для размещения в специально подготовленных операторских и диспетчерских помещениях); основной документ ОСТ 36.13-76 (ЩПК-1-600-УХЛ 4-JРОО-ОСТ 36.13-76).

Чертеж общего вида единичного щита содержит: вид спереди; вид на внутренние плоскости; технические требования; таблицу "Надписи на табло и в рамках"; перечень составных частей щита; основную надпись.

Вид спереди и вид на внутренние плоскости щита представлены на чертеже ПК 6.092500 21 03.Перечень составных частей щита представлен в приложении Б. Таблица надписей на табло и в рамках щита представлена в приложении В. Таблицы соединений и подключения приведены в приложении Г.

. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ВНЕШНИХ СОЕДИНЕНИЙ АСР

Схема соединений внешних проводок - это комбинированная схема, на которой показывают электрические и трубные связи между приборами и ТСА, установленными на технологическом оборудовании вне щитов и на щитах, а также подключения проводок к приборам и щитам.

Схему выполняют на основе:

2 ФСА;

3 ПЭС;

4 эксплуатационной документации по ТСА, которые используются в проекте;

5 чертежей расположения технологического, сантехнического, энергетического оборудования и трубопроводов с отборными и приемными устройствами;

6 строительных чертежей со всеми необходимыми для прокладки внешних проводок закладными и приварными конструкциями.

Схемы внешних соединений в общем случае содержат щиты, пульты, местные пункты контроля и управления, внещитовые приборы, приборы и средства автоматизации, соединительные и протяжные коробки, электрические трубные проводки, защитное заземление систем автоматизации, подсоединения электрических и трубных проводок к щитам, приборам, основную надпись, технические указания.

Схема внешних соединений представлена на чертеже ПК 6.092500 21 04. Перечень элементов схемы приведен в приложении Д.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте была разработана проектная документация для создания АСР давления газа под колошником на базе микропроцессорной техники[4].

На основании анализа объекта автоматизации была выбрана централизованная одноуровневая структура управления, составлены перечни параметров, подлежащих автоматическому контролю, регулированию, сигнализации. Выбрана структура и технические средства для реализации АСР.

В соответствии с требованиями технологического процесса к объему и уровню автоматизации, и с учетом выбранной структуры управления и технических средств, была разработана ФСА доменной печи, представленная на чертеже ПК 6.092500 21 01 графической части проекта.

На основании ФСА и с учетом последовательности и принципа действия технических средств АСР была разработана ее принципиальная электрическая схема, представленная на чертеже ПК 6.092500 21 02, составлена спецификация на приборы и средства автоматизации АСР (приложение А).

Разработан чертеж общего вида щита, представленный на чертеже ПК 6.092500 21 03, составлены: перечень составных частей щита, таблица надписей на табло и в рамках, таблицы соединений и подключений щита АСР давления газа под колошником доменной печи.

Также была разработана схема внешних соединений, представленная на чертеже ПК 6.092500 21 04, составлен перечень элементов схемы (приложение Д).

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

Методичні вказівки до самостійної роботи при виконанні курсового проекту за курсом «Проектування електронних систем автоматики» (для студентів спеціальності 7.090803) / Укл. Г.Д. Михайлюк. - Алчевськ: ДГМІ, 2004. - 14 с.

Климовицкий М. Д., Копелович А. П. Автоматический контроль и регулирование в черной металлургии - М.: Металлургия, 1976. - 787 с.

Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие/ А. С. Клюев, Б. В. Глазов, А. Х. Дубровский; Под ред. А. С. Клюева. - М.: Энергия, 1980.-512 с.

Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля / А. С. Клюев, Б. В. Глазов, А. Х. Дубровский; Под ред. А. С. Клюева.-2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983.-376 с.