Система автоматического регулирования температурного режима в нагревательном колодце

        - калорийности топлива; 
     

     

       - теплофизических параметров заготовок (температуры посада, размеров, теплопроводности); 
        - подсосов; 
        - выбиваний через окна; 
        - неплотности печи.

Основные управляющие воздействия в нагревательных колодцах следующие:

        - температура в зонах, которая обеспечивается расходом топлива; 
        - расход воздуха к горелкам на зону; 
        - изменение тяги дымовой трубы или эксгаустера. 
         Система контроля, автоматического регулирования и сигнализации нагревательного колодца предусматривает контроль, регулирование и сигнализацию следующих параметров: 

регулируемые параметры: 
        - температура в рабочем пространстве; 
        - соотношение топливо воздух;

       - давление в рабочем пространстве.

контролируемые параметры:

        - температура в рабочем пространстве; 
        - температура отходящих газов; 
        - температура воздуха после рекуператора;

        - расход смешанного газа;

        -давление в рабочем пространстве;

        -разряжение отходящих газов;

сигнализируемые параметры:

        - падение давления газа, идущего на печь; 
        - падение давления горячего воздуха; 
        - падение давления охлаждающей воды;  
        - падение давления газа и воздуха по зонам.

 

 

Множество контролируемых и регулируемых параметров обусловлено тем, что общая задача управления разделяется на ряд самостоятельных задач управления. Математические модели любого объекта определяется экспериментально по кривой разгона. Это объекты с самовыравниванием.

В общем случае объект автоматизации состоит из нескольких связанных между собой участков управления или локальных контуров управления отдельными параметрами одной установки или агрегата. В свою очередь и система управления, в зависимости от решаемых задач, может состоять из нескольких пунктов управления. Поэтому различают одноуровневые и многоуровневые системы управления. Так как в данном случае объект сравнительно прост и сосредоточен на небольшой территории, то применяются одноуровневые централизованные системы управления.[2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Специальная часть

 

2.1 Разработка  и описание функциональной схемы  автоматизации локальной системы  регулирования (контроля)

Функциональная схема - основной чертеж проекта, определяющий принцип и уровень автоматизации технологической установки. На этих схемах изображают схематически технологическую установку с органами управления и коммуникациями средств автоматизации, взаимные связи между средствами автоматики и различными устройствами технологического агрегата.

Условные графические обозначения приборов, средств автоматизации и линий связи выполняются по стандартам.

Функциональная схема автоматической системы регулирования температурного режима в нагревательном колодце изображена на чертеже МКПУ 0111 28 100 С2.

Основные контролируемые и регулируемые параметры на схеме:

• контроль и регулирование соотношения «Газ-Воздух», подаваемых на горелку нагревательного колодца;
• контроль и регулирование температурного режима в нагревательном колодце;

Для измерения температуры в камере нагревательного колодца установлен преобразователь термоэлектрический (1.1). Сигнал с преобразователя поступает на вторичный показывающий и регистрирующий прибор (1.2), с которого токовый сигнал величиной 4..20 мА поступает на вход регулятора. В свою очередь на вход регулятора поступает сигнал с задатчика (1.4). В регуляторе происходит сравнение текущего значения температуры с заданным. В случае наличия рассогласования вырабатывается управляющий сигнал, который поступает на вход блока ручного управления (1.5), обладающий кнопками переключения режима управления «автоматический» и «дистанционный», а так же кнопками «больше»,

 

«меньше» и датчиком дистанционного указания положения РО. С БРУ (1.5) сигнал поступает на пускатель (1.6), где сигнал преобразуется в сигнал по величине, необходимой для управления исполнительным механизмом (1.7).[1,2,3]

2.2 Выбор и обоснование средств  автоматизации

Приборы, необходимые для создания системы автоматического контроля и регулирования должны соответствовать высоким требованиям, выдвигаемым особенностям металлургического производства. Приборы должны быть просты и экономичны в эксплуатации, обладать высокой точностью, надёжностью.

В процессе разработки системы контроля и регулирования температурного режима в нагревательном колодце были использованы следующие приборы и средства:

• преобразователь термоэлектрический типа ТПП 1788;
• прибор показывающий и регистрирующий типа Диск-250М;
• регулятора типа РП4-У-М1;
• блок ручного управления типа БРУ-42;
• пускатель бесконтактный реверсивный типа ПБР-2М;
• задатчик ручной типа РЗД-12;
• исполнительный механизм типа МЭО-250/63-0,63-87М.

В качестве устройства для измерения температуры выбран преобразователь термоэлектрический типа ТПП 1788, который подходит для измерения окислительных и нейтральных сред. Рабочий диапазон измеряемых температур 0…1300 °С  Основная погрешность не более ±3,25°С.

Для отображения и регистрации данных о температурном режиме используется вторичный показывающий и регистрирующий прибор

 

 

 

ДИСК- 250М, который подключается в данную схему без необходимости использования нормирующего преобразователя, может работать с различными типами входных сигналов: от термоэлектрических преобразователей, от термопреобразователей сопротивления, а также с унифицированными сигналами тока и напряжения. Прибор предназначен для работы в закрытых помещениях без агрессивных сред при температуре окружающего воздуха от 5 до 50°С. Прибор не создает индустриальных радиопомех.

Блок ручного управления БРУ - 42 является устройством дистанционного управления для ручного выбора режима работы системы автоматического регулирования и дистанционного управления исполнительным механизмом.

Блок ручного управления БРУ -42 изготовлен единой конструкцией, в состав которой входят: кнопочная станция (или ключ управления), универсальный переключатель, указатель положения регулирующего органа и световые индикаторы перемещения вала исполнительного механизма.

Блок ручного управления БРУ -42 предназначен: для ручного выбора работы системы автоматического регулирования с автоматического режима на ручной и обратно; кнопочного управления интегрирующим исполнительным механизмом, световой индикации выходного сигнала регулирующего устройства; определения положения регулирующего органа.

В качестве задающего устройства выбран задатчик РЗД-12. Он предназначен для преобразования одного вида унифицированного сигнала постоянного тока или напряжения в другой. Задатчик РЗД-12 состоит из регулируемого делителя напряжения, усилителя и источника питания. Входными и выходными сигналами являются: 0...5 мА, 0...20 мА, 4..20 мА, 0...10 В. В основу работы задатчика положено управление выходным напряжением операционного усилителя с помощью делителя напряжения на

 

 

 

одном из входов усилителя. Задатчики РЗД-12 выпускаются на напряжение 220 В или 24 В переменного тока.

Измеряемые данные обрабатываются при помощи регулятора типа РП4-У-М1, который предназначен для решения задач автоматизации и управления исполнительным механизмом. Потребляемая мощность РП4-У-М1-15 В.А. Входные сигналы: Аналоговый ,постоянного тока 0-5, 0-20, 4-20 мА; аналоговый, постоянного напряжения 0-10 В; дискретный, замыкание внешних контактов 50 В, 0,03 А; аналоговый, сигнал внешнего реостатного задатчика +5%.

Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М предназначен для бесконтактного управления исполнительным механизмом. Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М состоит из схемы управления бесконтактными ключами, силовой схемы коммутирующей напряжение питания механизмами и источника питания для дистанционного управления пускателем.

Исполнительный механизм МЭО-250/63-0,63-87М предназначен для перемещения регулирующего органа в соответствии с сигналом, поступившим от управляющего устройства (пускателя). Исполнительный механизм с помощью регулирующего органа осуществляет непосредственное воздействие на управляемый объект.

Управление механизмами МЭО - как бесконтактное, с помощью пускателя бесконтактного ПБР - 2М, так и контактное.

МЭО состоит из следующих основных частей: редуктора, электродвигателя, блока датчиков, блока конденсаторов, электромагнитного тормоза, штуцерного ввода, упоров.

Принцип работы МЭО заключается в преобразовании электрического сигнала, поступающего от регулирующих и управляющих устройств, во вращательное перемещение выходного вала.

 

 

 

Редуктор состоит из корпуса, нескольких цилиндрических прямозубых ступеней и устройства для ручного управления поворотом выходного вала.

С выхода блока сигнализации положения регулирующего органа сигнал подается на измерительный прибор блока ручного управления БРУ-42. [1,2,3,4]

 

2.3 Разработка и описание электрической  принципиальной схемы

Схема электрическая принципиальная служит для изображения взаимной электрической связи аппаратов и устройств, действие которых обеспечит решение задач автоматического контроля, управления, регулирования, сигнализации технологического процесса.

На чертежах принципиальных схем в соответствии с действующими стандартами изображают отдельные элементы схем и связи между ними.

На основании функциональной схемы автоматизации разработана электрическая принципиальная схема.

Электрическая принципиальная схема автоматической системы регулирования температурного режима в нагревательном колодце изображена на чертеже МКПУ 0111 28 200 Э3.

Температура измеряется преобразователем термоэлектрическим типа ТПП 1788. Выходной сигнал величиной 4-20 мА поступает на вход вторичного показывающего и регистрирующего прибора ДИСК-250М, входной сигнал которого соответствует выходному сигналу выбранного преобразователя термоэлектрического. Затем сигнал текущего значения температуры в виде токового унифицированного сигнала величиной 4-20 мА поступает на вход регулятора типа РП4-У-М1. Также на вход регулятора поступает сигнал с задатчика типа РЗД-12, величиной 4-20 мА. В регуляторе происходит сравнение текущего значения температуры с заданным. В случае наличия рассогласования, с выхода регулятора сигнал поступает на блок ручного управления БРУ-42, с помощью которого можно изменять настройки

 

 

регулирования. Далее управляющий сигнал величиной 24 В постоянного тока поступает на пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М, который в свою очередь преобразует его в сигнал, необходимый для исполнительного механизма МЭО 250/63-0,63-87М, напряжением 380В. Исполнительный механизм управляет клапаном, установленным на трубопроводе. Информация о степени открытия регулирующего органа поступает на дистанционный указатель положения РО, встроенный в блок ручного управления БРУ-42.[1,2,3,]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчетная  часть

 

3.1 Расчет  диаметра сужающего устройства

Данные для расчета

Наименование исходных данных
Измеряемая среда	Вода
Максимальный расход Qном.max, кг/ч	55000
Средний расход Qном.ср., кг/ч	35000
Избыточное давление Ри, кПа	1029
Температура t, °С	105
Барометрическое давление Рб, кПа	98,07
Допустимая потеря давления на сужающем устройстве при максимальном расходе Р'пд, кПа	29,42
Диаметр трубопровода, Д мм	100
Материал трубопровода	Сталь

 

Плотность воды ρ в рабочих условиях (t=105°С и Р=Ри+Рб = 1029+98,07 =1127,07 кПа, где Р- абсолютное давление) определяется по табл. 12 ρ=955,6 кг/м3.

Динамическая вязкость воды μ в рабочих условиях (t=105°С) определяется по табл. 18, и равна μ=26,9*105 Па∙с.

1. Определяем верхний предел измерения дифманометра Qпр при Qmax= 55000 кг/ч:

А=а*10n,

где а- число из ряда 1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8;

А- искомая величина;

n – любое целое число или нуль.

 

 

 

При условиях Qпр ≥ Qmax и Qпр - Qmax → 0, выбираем Qпр=55000 кг/ч, т.е Qпр = Qmax

2. Определим предельный номинальный перепад давления дифманометра ΔРн:

Для этого вначале определим допустимую потерю давления PПД при расходе Qпр:

,

где: P’ПД - допустимая потеря давления на сужающем устройстве при максимальном расходе; Qпр - верхний предел измерения дифманометра; Qmax - наибольший измеряемый расход:

PПД = 29,42(55000/55000)2 = 29,42 кПа.

Далее определяем дополнительную величину С2:

где: Qмпр - верхний предел измерения дифманометра для массового расхода; ρ- плотность среды в рабочих условиях; D - внутренний диаметр трубопровода перед сужающим устройством при температуре t.