Развитие автоматизированных систем металлургической промышленности в области термообработки труб | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №7 (141) февраль 2017 г.

Дата публикации: 13.02.2017

Статья просмотрена: 31 раз

Библиографическое описание:

Медведева Л. И., Попов Д. А. Развитие автоматизированных систем металлургической промышленности в области термообработки труб // Молодой ученый. — 2017. — №7. — С. 77-80. — URL https://moluch.ru/archive/141/39567/ (дата обращения: 15.08.2018).



Развитие средств автоматизации быстрыми темпами делает существующие системы автоматизации и конкретные решения для них устаревшими. Однако, если позволяет надёжность таких систем, она может использоваться очень долго, пока не перестанут выпускаться стандартные комплектующие, либо система устареет настолько, что перестанет удовлетворять требованиям технологического процесса.

При этом совершенствование производства требует скоординированных и продуманных действий всего участвующего персонала. Экономически и технически все решения быть строго обоснованы.

Следовательно, ответственным лицам в содействии с проектировщиками автоматизированных систем требуется рассмотреть наиболее приоритетный и выгодный вариант развития производства, который положительно скажется на качестве продукции, увеличит масштабы продаж, расширит рынки сбыта и повысит уровень её конкурентоспособности среди отечественных и зарубежных предприятий.

Рассмотренная ниже система автоматизации технологического процесса печи нормализации труб была модернизирована. В ней использовались современные и проверенные на производствах средства автоматизации.

Выбранный для описания типовой процесс — печь для нагрева труб перед нормализацией с шагающими балками.

Технологический процесс начинается с загрузки трубы в разогретую печь. Производится она, как и выгрузка, через боковые окна с помощью рольгангов. Перемещение труб в печи осуществляется посредством балок шагающего пода, через три однотипные тепловые зоны печи: зону предварительного подогрева, зону нагрева и зону выдержки. Труба разогревается до необходимой температуры нормализации в 950±5 % и после выхода из печи подвергается охлаждению на спокойном воздухе (без принудительного обдува) [4].

Микроструктура стали при данном виде термообработки становится более однородной, снижаются остаточные напряжения после процессов изготовления трубы, изменяется в сторону улучшения обрабатываемость трубы, характеристики твёрдости и прочности [2].

В рамках разработки системы управления было произведено математическое моделирование системы управления, найдена передаточная функция объекта управления.

Проводя эксперимент по исследованию объекта управления и, анализируя полученные экспериментальные данные, строится эмпирическая математическая модель, которая, в общем, может и не соответствовать реальным процессам, протекающим в объекте, но более или менее точно описывает реакции исследуемого объекта на внешние воздействия [1].

Математическая модель разрабатывается на основе экспериментальных данных, полученных при нормализации труб определённого типоразмера. Время нагрева трубы в печи составляет 8–10 мин с начального значения температуры 20ᵒС до конечного 950 ᵒС. Из графика переходного процесса определяются координаты кривой разгона и записывается их вектор. Также определяется запаздывание τ [5].

Так как объект не имеет в своём составе сложных звеньев, то принимается, что передаточная функция объекта имеет второй порядок. Поскольку коэффициенты неизвестны, то их записывают как переменные, следовательно, и все функции будут зависеть от этих коэффициентов [3].

Для сравнения графиков переходной характеристики в относительных координатах и аналитически построенной кривой с рассчитанными коэффициентами строится отдельный график для визуального определения точности результатов.

Рис. 1. График переходной характеристики в относительных координатах и аналитической переходной характеристики с вычисленными коэффициентами k, T1, T2

Во всех трёх температурных зонах печи, как основного объекта приложения управляющих воздействий, предусматриваются следующие однотипные системы регулирования:

− регулирование температуры;

− регулирование расхода газа;

− регулирование расхода воздуха;

− регулирование давления в печи;

− регулирование давления воздуха горения;

− регулирование температуры воздуха, для ее компенсации в соответствии с температурой, при которой достигается правильный коэффициент расхода воздуха.

Рис. 2. Типовая схема автоматизации процесса нормализации труб

Сигнализации в рассматриваемом процессе подлежат параметры, которые могут привести к аварийной ситуации:

− критическое понижение давления в трубопроводах природного газа и воздуха;

− критическое увеличение давления в трубопроводах газа и воздуха;

− наличие пламени на горелках.

Для реализации разработанных систем регулирования и сигнализации на технологическом процессе был осуществлен выбор технических средств автоматизации:

− расходомеры ЭМИС-ВИХРЬ 200, осуществляющие измерение расходов природного газа и воздуха горения;

− датчики давления Метран-150, осуществляющие измерение давления природного газа и воздуха горения;

− преобразователи температуры серии Метран 281, с диапазоном измерения от -40 до +1000°С, предназначенные для измерения температуры отработанных газов, участвующих в нескольких видах теплообмена: с воздухом горения и системой водоподогрева.

− преобразователи температуры Метран 286 с диапазоном измерения от -40 до +500°С, предназначенные для измерения температуры воздуха горения и температуры дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу.

− стационарные пирометры Термоскоп-200, предназначенные для измерения температуры трубы.

− датчики пламени «ПАРУС-003Ц-УФ», предназначенные для контроля наличия пламени в печи.

− исполнительные механизмы КМРО-Э с электрическим приводом AUMATIC, предназначенные для регулирования технологических параметров, а в случае погасания пламени, отсечки подачи газа в печь.

Для управления технологическим процессом был выбран программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК 160:

− в качестве модулей ввода аналоговых сигналов были выбраны ОВЕНМВ110–8АС;

− в качестве модулей вывода аналоговых сигналов были выбраны ОВЕНМУ110–8И;

− для элементов с дискретным управлением (лампы и контактор управления ячейкой двигателя центробежного насоса подачи воздуха в магистраль) был выбран модуль вывода дискретных сигналов ОВЕН МУ110–16Р;

− для наглядного отображения значений параметров и оперативного управления, а так же ведения архива событий или значений была выбрана Сенсорная панель оператора ОВЕН СП-310Р.

Таким образом, обновление морально устаревших технологических линий — основная задача современного производственного комплекса. При модернизации текущего технологического процесса с использованием выбранных средств автоматизации, которые являются оптимальным решением на текущий момент, хорошо зарекомендовали себя и имеют положительные отзывы в уже реализованных производственных линиях, повысится его эффективность и ремонтопригодность, а также улучшится качество выпускаемой продукции.

Литература:

  1. Бороденко В. А. Исследование систем управления в среде MATLAB: Монография. — Павлодар: Кереку, 2011. — 318 с.
  2. Гусовский В. Л. Современные нагревательные печи и термические печи. / В. Л. Гусовский, М. Г. Ладычичев, А. Б. Усачев. — Справочник — «Машиностроение» Москва. 2001 г. с. 86–91.
  3. Дембовский В. В. Автоматизация управления производством: Учебное пособие. — СПб.: СЗТУ, 2004. — 84 с.
  4. Способ нормализации труб в проходных роликовых печах [Электронный ресурс] // Поиск патентов и изобретений, зарегистрированных в РФ и СССР. URL: http://www.freepatent.ru/patents/2242522
  5. Тымчак В. М. Расчет нагревательных и термических печей. / В. М. Тымчак, В. Л. Гусовский. — Справочник — Москва. «Металлургия» 1983 г. с. 76.
  6. Кирюшин О. В. Управление техническими системами: курс лекций. — Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. — 116 с.
Основные термины (генерируются автоматически): технологический процесс, воздух горения, природный газ, AUMATIC, аналоговый сигнал были, диапазон измерения, передаточная функция, переходная характеристика, печ.


Похожие статьи

Оптимальные параметры регулирования режимов работы...

Давление газа, поступающего в камеру сгорания ГТУ, определяет стабильность ее работы и ее выходную мощность, причем давление газа должно быть, по крайней мере, на 0,5 МПа выше давления воздуха на выходе компрессора.

Математическая модель оптимизации режима горения...

Для получения пара в паровом котле, работающем на природном газе, к топке отдельно подаются природный газ и воздух.

В блочно-структурной схеме управление процессом горения газа в топке осуществляется сигналами, полученными из ЗУ.

Автоматизация технологического процесса термообработки...

Принцип работы горелок — газ и воздух горения подается в рабочее пространство РП двумя соосными потоками (газ

Исходя из описания технологического процесса термообработки труб в роликовой печи

При этом процесс должен быть безопасным и безаварийным.

Расчёт характеристик системы автоматического управления...

Возможна подача управляющего сигнала с регулятора тепловой мощности теплоносителя

Определим передаточную функцию возмущающего воздействия.

Переходный процесс энергоблока представлен на рис.4. Рис. 4. График переходного процесса энергоблока.

Система автоматического управления малоразмерным...

Особую сложность представляют режимы запуска и переходные режимы работы двигателя

САУ ГТД могут быть: - гидроэлектронные, в которых все основные функции регулирования

САУ проводит измерение следующих параметров: - Температура газа за турбиной в одной...

Расчет нелинейностей аналого-цифрового преобразователя

Для того, чтобы цифровая ЭВМ могла работать с аналоговым сигналом, его нужно преобразовать в цифровой вид, то есть сделать

Итак, передаточная характеристика АЦП — это функция зависимости выходного кода АЦП от поданного напряжения.

Сравнение мультибитных и дельта-сигма-цифроаналоговых...

Говоря о мультибитных ЦАП, будет рассматриваться цифро-аналоговый преобразователь, построенный на матрице резисторов.

Качество переходных процессов обычно оценивается по переходной характеристике: один из простейших сигналов — так называемый...

Получение высокостабильной частоты в рубидиевых стандартах...

С этой проблемой тесно связаны точные измерения промежутков времени и разности фаз периодических процессов

В синтезаторе частоты сигнал 5 МГц преобразовывается путем некратного преобразования частоты в синусоидальный сигнал 5.313 МГц.

Расчёт предпомпажных состояний газотурбинной установки

В процессе продвижения природного газа – метана его давление в трубопроводе падает.

В свою очередь, газогенератор состоит из компрессора, который повышает давление забираемого воздуха, камеры сгорания, куда подаётся и где сжимается топливо, и турбины, которая...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Оптимальные параметры регулирования режимов работы...

Давление газа, поступающего в камеру сгорания ГТУ, определяет стабильность ее работы и ее выходную мощность, причем давление газа должно быть, по крайней мере, на 0,5 МПа выше давления воздуха на выходе компрессора.

Математическая модель оптимизации режима горения...

Для получения пара в паровом котле, работающем на природном газе, к топке отдельно подаются природный газ и воздух.

В блочно-структурной схеме управление процессом горения газа в топке осуществляется сигналами, полученными из ЗУ.

Автоматизация технологического процесса термообработки...

Принцип работы горелок — газ и воздух горения подается в рабочее пространство РП двумя соосными потоками (газ

Исходя из описания технологического процесса термообработки труб в роликовой печи

При этом процесс должен быть безопасным и безаварийным.

Расчёт характеристик системы автоматического управления...

Возможна подача управляющего сигнала с регулятора тепловой мощности теплоносителя

Определим передаточную функцию возмущающего воздействия.

Переходный процесс энергоблока представлен на рис.4. Рис. 4. График переходного процесса энергоблока.

Система автоматического управления малоразмерным...

Особую сложность представляют режимы запуска и переходные режимы работы двигателя

САУ ГТД могут быть: - гидроэлектронные, в которых все основные функции регулирования

САУ проводит измерение следующих параметров: - Температура газа за турбиной в одной...

Расчет нелинейностей аналого-цифрового преобразователя

Для того, чтобы цифровая ЭВМ могла работать с аналоговым сигналом, его нужно преобразовать в цифровой вид, то есть сделать

Итак, передаточная характеристика АЦП — это функция зависимости выходного кода АЦП от поданного напряжения.

Сравнение мультибитных и дельта-сигма-цифроаналоговых...

Говоря о мультибитных ЦАП, будет рассматриваться цифро-аналоговый преобразователь, построенный на матрице резисторов.

Качество переходных процессов обычно оценивается по переходной характеристике: один из простейших сигналов — так называемый...

Получение высокостабильной частоты в рубидиевых стандартах...

С этой проблемой тесно связаны точные измерения промежутков времени и разности фаз периодических процессов

В синтезаторе частоты сигнал 5 МГц преобразовывается путем некратного преобразования частоты в синусоидальный сигнал 5.313 МГц.

Расчёт предпомпажных состояний газотурбинной установки

В процессе продвижения природного газа – метана его давление в трубопроводе падает.

В свою очередь, газогенератор состоит из компрессора, который повышает давление забираемого воздуха, камеры сгорания, куда подаётся и где сжимается топливо, и турбины, которая...

Задать вопрос