Расчет параметров регулятора температуры травильного раствора травильной секции НТА-1 ЛПЦ-2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

 

КАРАГАНДИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра “Э и АТС”

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: “Автоматизация типовых технологических процессов и производств”

на тему: “Расчет параметров регулятора температуры травильного раствора травильной секции НТА-1 ЛПЦ-2”

 

 

 

 

 

Выполнил:

ст. группы ЗАиУ-08

Дебелый С.А.

Проверил:

преподаватель

Люфт В.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

Темиртау, 2012 г.

Содержание

 

1 Характеристика технологического процесса объекта

управления            4

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

КП 050702.09-10.04ПЗ

2 Функциональная схема  управления и регулирования

объекта            8

3 Аналитический обзор         9

4 Алгоритмическая структура  управления     11

5 Выбор закона регулирования  и предварительный расчет

настроек регулятора по динамическим и технологическим

требованиям объекта          13

5.1 Динамические параметры  объекта      13

5.2 Технологические требования       13

5.3 Выбор закона регулирования       13

5.4 Предварительный выбор настроек регулятора    14

5.5 Уточненный расчет настроек  регулятора     14

5.6 Расчет АФХ объекта  без учета звена запаздывания   14

5.7 Расчет углового сдвига, определяемого звеном

запаздывания           15

5.8 Расчет настроек регулятора по показателю

колебательности           16

6 Расчет и построение АФХ разомкнутого контура. 

Проверка на устойчивость по частотному критерию Найквиста   20

6.1 Расчет АФХ объекта при К_р=2,35 %хода/°С     20

7 Расчет переходного процесса контура регулирования

с помощью MatLab          23

Заключение          25

Список использованных источников      26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Характеристика технологического процесса объекта управления.

 

Обработка горячекатаных  полос производится на непрерывно- правильных агрегатах. Из цеха горячей прокатки рулоны горячекатаных полос поступают на склад рулонов цеха холодной прокатки, где обычно они охлаждаются в течении 2,5-3,5 суток, после чего поступают в непрерывные травильные агрегаты для очистки поверхности полосы от окалины. После предварительного механического разрыхления и частичного удаления окалины в окалиноломателе. И дрессировочной клети поверхность полосы подвергается травлению кислотных ваннах.

Непрерывно- травильный агрегат предназначен для удаления окалины с поверхности горячекатаных полос низкоуглеродистых и углеродистых марок стали путём механической обработки и травления их в растворе соляной кислоты, обрезки боковых кромок, смотки полосы в рулон и разделения рулонов. Для обеспечения непрерывного движения полосы металла в линии с последующим увеличением массы рулонов производиться сварка полос встык.

НТА -1 состоит из следующих основных частей:

1. задающего устройства с участком подготовки рулонов;
2. головной части;
3. средней части;

Изм.

Лист

 

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

КП 050702.09-10.04ПЗ

Разраб.

Дебелый С.А.

Провер.

Люфт В.В.

Реценз.

 

Н. Контр.

 

Утверд.

 

Расчет параметров регулятора температуры травильного раствора травильной секции НТА-1 ЛПЦ-2

Лит.

Листов

26

КГИУ  З АиУ-08

хвостовой части с уборочным  устройством. 
Задающего устройства с участком подготовки рулонов.

Рулоны устанавливаются  попарно краном на транспортёр №1 и перемещаются к кантователю. Кантователем рулоны кантуются в вертикальное положение на транспортёр №2 и передаются на участок подготовки. Опорными роликами рулон поднимается над транспортёром №2 и формируется вращением этих роликов в сторону, обратную задаче полосы на участок подготовки. Конец полосы отгибается скребком при вращении опорных роликов. Отогнутый конец полосы тянущими и опорными роликами направляется к листовым ножницам. Передний конец полосы обрезается и сбрасывается подающими роликами на стеллаж. При необходимости листы, сброшенные на стеллаж, формируются центрователями для получения пачки некондиционного металла, годного для реализации. Высота этой пачки должна быть не более 600 мм. Передний конец обрезают не менее, чем на 6 м (для ЛПЦ-2) и на 25 м (для ЛПЦ-3).

Подготовленный передний конец полосы сматывается в рулон, который опускается на транспортёр  №2. Манипулятором стационарного  задающего устройства рулон поднимается  и разворачивается на 180°С горизонтальной плоскости, после чего возвращается на транспортёр. После разворота, рулон

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

КП 050702.09-10.04ПЗ

транспортёром №2 подаётся на первую позицию двухпозиционного приёмного устройства. С помощью  скребка и пуансона конец рулона отгибается и задаётся в раздвижные проводки. Одновременно производится размотка рулона, находящегося в разматывателе. Перед окончанием размотки скорость головной части агрегата автоматически понижается до 150-200 м/мин, сводятся правильные ролики, после выхода конца полосы к натяжной станции №1 скорость понижается до заправочной, правильные ролики разводятся. При подходе заднего конца полосы к листовым ножницам все транспортные механизмы головной части агрегата останавливаются. Задний конец полосы обрезается не менее 6 м (для ЛПЦ-2) и 15 м (для ЛПЦ-3) и сбрасываются на стеллаж. Передний конец нового рулона роликами подъёмного стола и прижимным роликом подаётся/в тянущие ролики. При необходимости, полоса центрируется вертикальными роликами. Подготовленный задний конец предыдущего рулона подаётся к стыкосварочной машине, а передний конец нового – в девятироликовую правильную машину и далее к листовым ножницам для обрезки или к стыкосварочной машине, если обрезка не требуется. Обрезанные на ножницах куски полосы сбрасываются в пакетирующее устройство.

Стыкосварочный комплекс предназначен для контактной сварки непрерывным оплавлением стальных полос и последующей зачистки грата в линии непрерывно-травильного  агрегата, для обеспечения непрерывного процесса травления и получения  тяжеловесных рулонов для последующих  переделов. Задний конец полосы обрезается и устанавливается в положение, необходимое для сваривания. Передний конец полосы нового рулона подводится к месту сваривания, обрезается и  устанавливается в положение, необходимое  для сварки. Производится сваривание концов полос. После сваривания концов полос механизмы ССМ возвращаются в исходное положение. Зачистка грата  осуществляется на встроенном внутреннем гратоснимателе. Величина превышения грата не должна составлять более 0,3 мм. После сварки и снятия грата головная часть включается на рабочую скорость и полоса натяжными устройствами №1 и №2 подаётся в петлевое устройство №1. В случае, когда скорость в средней технологической части ниже скорости головной части допускается сбрасывание полосы в петлевую яму. Яма должна быть заполнена водой на глубину 1-2 м. Из петлевой ямы натяжным устройством №2 полоса подаётся в петлевое устройство №1. На входе в петлевое устройство №1 центрирование полосы осуществляется комплексом оборудования центрирования полосы №1 (КОЦП-1). На выходе петлевого устройства №1 – КОЦП-2. Полоса из петлевого устройства подаётся к изгибо-растяжной машине (ИРМ). Изгибо-растяжная машина предназначена для правки полос с целью улучшения плоскостности и выламывания окалины на поверхности горячекатаного металла.

Средняя часть НТА-1 состоит  из:

1. травильной секции;
2. промывочной секции;
3. сушильного устройства;
4. отделения улавливания паров соляной кислоты.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

6

КП 050702.09-10.04ПЗ

Травильная секция предназначена  для удаления окалины с поверхности  горячекатаных полос раствором  соляной кислоты. Травление полосы металла производится в турбулентном потоке раствора соляной кислоты  при непрерывном движении её через  три ванны травильной секции. Турбулентность потока травильного раствора в ваннах достигается следующими условиями:

1) подачей  травильного   раствора   под давлением   р=3  бар   на   форсунки коллекторов, расположенных на входе и выходе из ванн;

2. подачей травильного раствора под давлением р=3 бар на три боковых 
   сопла, два из которых расположены с приводной стороны и одно с рабочей стороны;
3. соответствующим расположением фрикционных колодок на участках днищ ванн,    на   которые   опирается   проходящий   металл   и   распределяется   поток травильного раствора.

Каждая травильная ванна  имеет циркуляционный бак, расположенный  на уровне пола   цеха   и   служащий   для   приёмки   подаваемого   насосом   обратного   потока травильного раствора. Циркуляционные баки соединены между собой по принципу сообщающихся сосудов, что  обеспечивает каскадную систему перелива травильного раствора и перераспределение концентраций подаваемого раствора соляной кислоты в   ваннах.   Перепад   уровней   циркуляционных   баков,   от   третьего   до   первого, относительно  каждого  последующего  бака  составляет 200мм.   Объём  травильного раствора в циркуляционных баках поддерживается автоматическим контролем уровня. После каждой травильной ванны установлена дренажная камера с расположенными над ней отжимными роликами.  При прохождении полосы через отжимные ролики травильный   раствор  отжимается   и   сливается   в  дренажные   камеры,   после  чего возвращается     в соответствующий     циркуляционный     бак.     Для     поддержания концентраций и восполнения безвозвратных потерь (унос с полосой, с парами и т. п.) в третий циркуляционный бак непрерывно подаётся регенерированная соляная кислота или приготовленный раствор соляной кислоты с концентрацией 14-16% (160-180 г/л). Отработанный раствор откачивается автоматически из первого циркуляционного бака в хранилище отработанного раствора в БХУ. Во время остановки средней части (более чем на 30 сек.) подача травильного раствора на коллекторы в ваннах автоматически прекращается. Раствор из ванн сливается в течение 2-3 мин. через сливной канал. Нагревательный   контур   начинает   автоматически   функционировать   как   «малый контур», работающий только через циркуляционные баки, минуя травильные ванны. После   кислотной   секции   полоса   проходит  блоки   спаренных   отжимных   роликов, расположенных на выходе из третьей ванны и подаётся в промывочную секцию. Промывочная секция.

Промывочная секция предназначена для удаления остатков травильного раствора с поверхности  полосы методом распыления воды. В  качестве Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7

КП 050702.09-10.04ПЗ

промывочной воды используется конденсат, который образуется при  прохождении пара через систему  нагрева травильных растворов и  собирается в бак конденсата, объёмом  15 м³. В случае отсутствия конденсата для промывки используется обессоленная вода. Промывочная секция состоит из камеры предварительной промывки, четырёх камер холодной промывки и одной камеры горячей промывки. Все камеры имеют встроенные баки для сбора промывочной воды. Промывка полос - каскадная, с циркуляцией промывочной воды внутри камеры. Каждая камера имеет распылительный контур, состоящий из коллекторов подачи с расположенными на них форсунками. На входе в камеру горячей промывки конденсат или обессоленная вода подогревается паровым инжектором до температуры 50-70°С и подаётся на полосу через форсунки коллекторов под давлением р=3 бар в количестве до 6 м³/ч. Расход конденсата в промывочной секции и концентрации ионов хлора поддерживается автоматически с помощью контроля удельной электропроводности в камере горячей промывки и индикации водородного показателя (рН) на входе в камеру холодной и горячей промывки. Отработанная промывочная вода каскадом подаётся в камеру предварительной промывки, откуда сливается в хранилище промывной воды для дальнейшей переработки на БХУ. После камеры горячей промывки полоса через отжимные ролики поступает в сушильное устройство.

Сушильное устройство предназначено  для удаления влаги с поверхности  полосы, сдувание водяной плёнки с  полосы на входной стороне сушильного устройства обеспечивается подачей  сжатого воздуха через инжекторные трубки. Воздух нагревается до рабочей температуры 130 °С в теплообменнике паром и непрерывно подаётся радиальным вентилятором в сушильное устройство. Контроль температуры осуществляется автоматически. Обдув полосы всем объёмом подаваемого воздуха. Пары соляной кислоты, отсасываемые с помощью вентилятора, улавливаются технической водой, подаваемой на скруббер. Вода, насыщаемая парами HCI циркулирует с помощью насосов в цикле до достижения электропроводности раствора 20 мкСм/см, после чего происходит автоматическое сбрасывание клапана, открывающего задвижку на сброс воды в хранилище БХУ. Отходящие газы, очищенные от паров соляной кислоты, отводятся в атмосферу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Функциональная схема  управления и регулирования объекта.

Для поддержания  рабочей температуры травильного  раствора (60-85 °С) предусмотрена циркуляция его в каждой ванне через систему  нагревательного контура, соединённого с циркуляционным баком. В процессе циркуляции   раствор  подогревается   паром   (с давлением   р=6  атм,   температурой Т=160°С), подаваемым в теплообменник. В данной работе рассчитывается регулятор поИзм.

Лист

 

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

8

КП 050702.09-10.04ПЗ

Разраб.

Дебелый С.А.

Провер.

Люфт В.В.

Реценз.

 

Н. Контр.

 

Утверд.

 

Расчет параметров регулятора температуры травильного раствора травильной секции НТА-1 ЛПЦ-2

Лит.

Листов

26

КГИУ  З АиУ-08

дачи пара в теплообменник  3W201 контура насоса 3Р201 травильной секции №3, структурная схема которой приведена на рисунке 1. Регулирующий орган – клапан SRD992 фирмы Foxboro Eckardt, имеющий стандартный сигнальный вход 4-20 мА. Управление клапаном осуществляется программным регулятором через аналоговый выход программируемого логического контроллера. Необходимо выбрать тип регулятора (П, ПИ или ПИД) и рассчитать его параметры: коэффициент пропорциональной части К_р, постоянную интегрирования Т_и и постоянную дифференцирования Т_д, при необходимости выбора ПИД-регулятора.

 

 

 

Рисунок 1. Травильная секция №3

 

 

 

 

3 Аналитический обзор

Для автоматизации  подогрева и поддержания рабочей температуры травильного раствора до требуемогИзм.