Автоматизация процесса спекания аглошихты - -*новый или неперечисленный*- - Скачать бесплатно
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ Інженерно-педагогічний
КАФЕДРА АТП і В
СПЕЦІАЛЬНІСТЬ 7.0925.01 Автоматизоване управління
технологічними процесами і
виробництвами
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
ДО ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТУ
НА ТЕМУ:
АСУ ТП ПРОЦЕССОМ СПіКАННя АГЛОМЕРАЦіЙНОї ШИХТИ
в умовах аглофабрики ВАТ ММК ім. Ілліча
СТУДЕНТ __________________________________Цуканова О.А.
КЕРІВНИК ПРОЕКТУ _______________________Щербаков С.В.
КОНСУЛЬТАНТИ:
З ЕКОНОМІКИ
І ОРГАНІЗАЦІЇ ВИРОБНИЦТВА______________Кліменко О.Ю.
З ОХОРОНИ ПРАЦІ_________________________Данілова Т.Г.
З ЦИВІЛЬНОЇ ОБОРОНИ____________________Шоботов В.М.
З НОРМОКОНТРОЛЮ______________________Черкашина Н.В.
РЕЦЕНЗЕНТ_______________________________Шевчук І.Ю.
ПРОЕКТ РОЗГЛЯНУТИЙ КАФЕДРОЮ І ДОПУЩЕНИЙ
ДО ЗАХИСТУ В ДЕК Протокол №______________________________
ЗАВІДУВАЧ КАФЕДРОЮ______________________Гулаков С.В.
МАРІУПОЛЬ, 2002 р.
РЕФЕРАТ
Пояснительная записка: с., рис., табл., приложений,
источников.
Объект исследования - процесс спекания агломерационной шихты в
условиях аглофабрики ОАО «ММК им. Ильича».
В пояснительной записке рассматриваются вопросы автоматизации участка
спекания агломерационного цеха «ММК им. Ильича». Описывается состояние
автоматизации в агломерационном производстве на данный момент времени.
Литературный обзор содержит информацию о состоянии автоматизаци процесса
спекания на различных комбинатах и предприятих черной металлургии,
перспективные решения различных проблем и новые технологии. Создание АСУ ТП
невозможно без тщательного изучения технологического процесса, поэтому
вначале пояснительной записки рассматривается технологический процесс
спекания и конструкция агломашины. На основании рассмотрения
автоматизируемых параметров, рассматриваются задачи автоматизации и
проектируется система АСУ ТП. В процессе проектирования разрабатывается
структурная схема автоматизации, выбираются технические средства для
контроля и регулирования параметров агломашины, разрабатывается
функциональная схема автоматизации. Проектируется оптимальное расположение
технических средств на щитах, монтажно-коммутационные и принципиально-
электрические схемы подключения приборов.
В специальной части пояснительной записки предложена математическая
модель спекания агломерационной шихты, реализуемая на ЭВМ, позволяющая
быстро и с минимальными затратами исследовать влияние ведущих параметров
процесса спекания (высоты слоя шихты, содержания углерода и влаги в шихте,
скорости движения спекательных тележек и др.) на его технико-экономические
показатели и может быть использована в качестве информационной части в АСУ
агломерационным производством для оптимизации технологического процесса.
АВТОМАТИЗАЦИЯ, АГЛОМЕРАЦИОННАЯ МАШИНА, ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА, КОНТУР
УПРАВЛЕНИЯ, ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА, МИКРОКОНТРОЛЛЕР, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
Содержание
стр.
Введение . . . . . . . . . . . 7
1 Литературный обзор существующих систем управления
процессом спекания агломерата . . . . . . . 9
2 Описание технологического процесса . . . . . .
14
2.1 Производственные операции, осуществляемые на аглофабрике .
14
2.2 Характеристика и конструкция агломашины . . . .
20
2.3 Процесс спекания агломерата на агломашине . . . .
21
3 Процесс спекания – как объект автоматического управления . .
24
3.1 Задачи управления процессом спекания . . . . .
29
4 Структура АСУТП процессом спекания на аглофабрике . . .
31
4.1 Обоснование выбора АСУТП . . . . . . .
31
4.2 Описание, выбранной системы АСУ . . . . . 31
5 Функциональная схема АСУ ТП . . . . . . .
35
6 Специальная часть диплома . . . . . . . .
41
6.1 Разработка контура регулирования температуры в зажигательном
горне . . . . . . . . . . .
41
6.2 Разработка контура регулирования законченностью процесса
спекания . . . . . . . . . .
42
6.3 Разработка контура регулирования соотношением «топливо-воздух» 42
6.4 Проектирование принципиальной электрической схемы контура
регулирования соотношением «топливо-воздух» . . .
43
6.5 Проектирование щита КИПиА контура регулирования
соотношением «топливо-воздух» . . . . . .
44
6.6 Проектирование монтажно-коммутационной схемы контура
соотношением «топливо-воздух» . . . . . .
45
6.7 Математическая модель . . . . . . .
45
6.7.1 Разработка детерминированной математической модели .
45
6.7.2 Выбор входных и выходных параметров . . . .
52
7 Охрана труда . . . . . . . . . .
53
7.1 Расчет воздухообмена в помещении отдела АСУ ТП участка
спекания аглофабрики . . . . . . . .
54
7.2 Расчет искусственного освещения помещения отдела АСУ ТП .
56
7.3 Расчет защитного зануления корпуса электроустановки . .
60
7.4 Пожарная безопасность помещения отдела АСУ ТП . . .
62
8 Гражданская оборона . . . . . . . . .
8.1 Основные положения . . . . . . . .
8.2 Задание . . . . . . . . . .
8.3 Исследование радиационной обстановки на объекте . . .
8.4 Мероприятия по повышению устойчивости работы аглофабрики
при радиоактивном заражении . . . . . . .
9 Организация производства . . . . . . . .
9.1 Организация и планирование работ по текущей эксплуатации
и ремонту средств автоматизации . . . . . .
9.2 Расчет годового фонда времени рабочих . . . . .
9.3 Определение штата слесарей, обслуживающих систему контроля
и автоматического регулирования . . . . . .
9.4 Организация ремонтных работ и работ по поверке приборов .
9.5 Расчет капитальных затрат, связанных с внедрением АСУ ТП .
9.6 Затраты на материалы и запчасти . . . . . .
9.7 Расчет фонда заработной платы . . . . . .
9.8 Затраты на текущий ремонт КИП и А . . . . .
9.9 Прочие цеховые расходы . . . . . . .
9.10 Амортизационные отчисления . . . . . .
9.11 Энергетические затраты . . . . . . .
9.12 Экономическая эффективность предлагаемой системы
автоматизации . . . . . . . . .
9.13 Технико-экономические показатели . . . . .
Заключение . . . . . . . . . . .
Приложение А. Текс программы . . . . . . .
Приложение Б. Спецификация средств измерения . . . .
введение
АГЛОМЕРАЦИя ВПЕРВЫЕ БЫЛА ПРИМЕНЕНА В ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ ДЛя СПЕКАНИя
СЕРНИСТЫХ И МЕДНЫХ РУД, А ТАКЖЕ РУД, СОДЕРЖАЩИХ СВИНЕЦ И ЦИНК. АГЛОМЕРАЦИя
В ПРОМЫШЛЕННОМ МАСШТАБЕ РАЗВИВАЛАСЬ НА ОСНОВЕ ДВУХ МЕТОДОВ: ПРОДУВКОЙ
ВОЗДУХА чЕРЕЗ ШИХТУ И ПРОСАСЫВАНИЕМ ВОЗДУХА.
Первые машины для непрерывного спекания руд были разработаны в
результате ряда опытов Дуайтом и Ллойдом и были установлены в 1907 г. на
заводах в Перу и Америке. В дальнейшем были разработаны и применены машины
трех типов: барабанная, горизонтальная, круглая и ленточная с прямолинейным
движением. Опыт эксплуатации подтвердил целесообразность применения
последних, в результате чего началось их усовершенствование и развитие
агломерации железных руд.
Современное агломерационное производство представляет собой сложную
систему различных аппаратов, действующих в разных режимах и выполняющих
различные функции.
Непрерывный рост производства агломерата, повышение требований к его
качеству, а также поточность технологических процессов создали условия для
широкого внедрения средств автоматического контроля и управления.
Комплексной автоматизации агломерационного производства уделяется
большое внимание. Значительное место в технологической схеме
агломерационного производства занимают процессы, связанные со спеканием
шихты, одной из основных операций, определяющих качество агломерата.
Основная задача автоматизации агломерационного производства состоит в
обеспечении максимальной производительности агломерационных машин и
заданного качества агломерата. Одновременно автоматизация позволяет решать
задачи повышения уровня организации производства, оперативности управ-ления
технологическими процессами и в целом повышения экономической эффективности
производства. Одним из важнейших направлений совер-шенствования управления
является создание автоматизированных систем с применением вычислительной
техники.
Автоматизированная система управления спекательным отделением является
качественно новым этапом комплексной автоматизации и призвана обеспечить
существенное увеличение производительности труда, улучшение качества
выпускаемой продукции и других технико-экономических показате-лей
агломерационного производства.
Автоматическое управление в спекательном отделении заключается в
автоматическом поддержании высоты слоя аглошихты, загружаемой на машину,
контроле и автоматическом регулировании процессом зажигания шихты, контроле
температуры зажигания горна, регулирование законченности процесса спекания
в конце активного участка аглошихты.
Особенностью построения АСУ является системный подход ко всей
совокупности металлургических, энергетических и управленческих вопросов.
Специалист по АСУ ТП должен владеть теорией автоматического управления,
разбираться в конструкции металлургических агрегатов и основах технологии,
достаточно свободно ориентироваться в работе цифровых вычислительных машин,
их математическом и алгоритмическом обеспечении, уметь правильно применять
технические средства информационной и управляющей техники.
В АСУ ТП воплощены достижения локальной автоматики, систем
централизованного контроля, электронной и вычислительной техники. Кроме
того, АСУ ТП производят общую централизованную обработку первичной
информации в темпе протекания технологического процесса, после чего
информация используется не только для управления этим процессом, но и
преобразуется в форму, пригодную для использования на выше стоящих уровнях
управления для решения оперативных и организационно-экономических задач.
Внедрение АСУ ТП, как и любое нововведение, связано с определенными
трудностями и затратами. На этапе освоения проявляются недостатки отдельных
элементов вычислительного комплекса, погрешности примененных алгоритмов
управления, недостаточная адаптация персонала к условиям работы с помощью
вычислительной техники и другое.
При подготовке объекта к внедрению АСУ ТП была проведена работа по
модернизации: усовершенствован пульт ручного управления на агломашине,
контрольно-измерительные приборы заменены токовыми, для измерения давления,
разрежения, расхода воды и газа применены датчики типа «Сапфир».
Целью данного дипломного проекта является разработка современной АСУ ТП
процессом спекания шихты аглофабрики ОАО «ММК им.Ильича» с использованием
технических средств на базе программируемых микроконтроллеров и
персональных компьютеров (рабочих станций). Разработка структурной,
функциональной схем и на их основе принципиально-электрической и монтажно-
коммутационной, проектирование щитов КИПиА. Разработка модели спекания
агломерационной шихты на агломашине и исследование влияния различных
параметров на процесс спекания. Рассматриваются также вопросы по
гражданской обороне, охране труда и технико-экономической эффективности.
1 литературный обзор существующих
СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА
СПЕКАНИя АГЛОМЕРАТА
НЕПРЕРЫВНЫЙ РОСТ ПРОИЗВОДСТВА АГЛОМЕРАТА, ПОВЫШЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ЕГО
КАчЕСТВУ, А ТАКЖЕ ПОТОчНОСТЬ ТЕХНОЛОГИчЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СОЗДАЛИ УСЛОВИя ДЛя
ШИРОКОГО ВНЕДРЕНИя ЭФФЕКТИВНЫХ СРЕДСТВ АВТОМАТИчЕСКОГО КОНТРОЛя И
УПРАВЛЕНИя И ПОСТАВИЛИ ЗАДАчУ ДАЛЬНЕЙШЕГО ПОВЫШЕНИя УРОВНя АВТОМАТИЗАЦИИ.
АВТОМАТИчЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ВНЕДРяЮТ ПРАКТИчЕСКИ НА ВСЕХ УчАСТКАХ
АГЛОФАБРИКИ. АВТОМАТИЗИРУЮТСя ПРОЦЕССЫ ТРАНСПОРТИРОВКИ, ДОЗИРОВАНИя И
ЗАГРУЗКИ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУчАЮТ РАЗВИТИЕ НОВЫЕ, БОЛЕЕ СОВЕРШЕННЫЕ
СПОСОБЫ КОНТРОЛя И УПРАВЛЕНИя ПРОЦЕССАМИ ЗАЖИГАНИя И СПЕКАНИя
АГЛОМЕРАЦИОННОЙ ШИХТЫ.
Применение АСУ ТП повышает оперативность управления агломерационным
процессом [1], обеспечивает рациональное его ведение и облегчает труд
агломератчиков. Благодаря повышению прочности агломерата уменьшается
выделение пыли и улучшается экологическая обстановка в производстве, что
немаловажно.
На современном этапе автоматизации агломерационного процесса
применяются стабилизирующие системы управления процессами агломерации,
выполняющие следующие функции: обеспечение непрерывного потока шихты,
стабилизации режима возврата, регулирование влажности шихты, стабилизации
места окончания процесса спекания, оптимизации процесса спекания,
стабилизации химического состава и физических свойств агломерата.
Результаты промышленной эксплуатации [2] подтвердили техническую и
экономическую целесообразность применения микропроцессорного
вычислительного комплекса для АСУ ТП нижнего и среднего уровня в
агломерационном производстве. В настоящее время в НПО
«Днепрчерметавтоматика» ведется работа по созданию АСУ агломашины №4 НЛМК.
Предусмотрено значительное расширение информационных функций, модернизация
технических средств, алгоритмов и критериев управления агломерационным
персоналом.
В АО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» [3] была
использована имитационная модель агломерации, которая позволяла
совершенствовать технологию двухслойного спекания шихты применительно к
условиям и особенностям работы аглофабрики ЗСМК. На основании анализов на
фабрике ЗСМК был разработан усовершенствованный алгоритм регулирования
коэффициента распределения топлива по высоте слоя. В настоящее время
разработанный алгоритм регулирования реализован на 3-х агломашинах ЗСМК.
Наибольшая эффективность его использования может быть достигнута при
внедрении АСУ шихтовым отделением и локальной системы автоматического
дозирования топлива по слоям.
По техническому заданию института ВНИИМТ и по проекту Казгипромеза на
агломашине АКМ-312 Карагандинского металлургического комбината [4]
смонтирована и с января 1995 года эксплуатируется установка по утилизации
тепла, выделяемого в процессе охлаждения агломерата. Установка отбирает
горячий воздух из-под укрытия головной части линейного охладителя ОП-315 и
подает воздух двумя индивидуальными нитками в горн и в слой за горном.
Установка снижает выбросы пыли в атмосферу и улучшает условия труда
обслуживающего персонала. Несмотря на незавершенность теплоизоляции и
нестабильность работы аглоцеха, эксплуатация установки с учетом возмещения
затрат на её сооружение оказалась рентабельной, снизился расход газа и
твердого топлива.
Для создания совершенной системы автоматического управления ходом
аглопроцесса [5] необходимо найти надежные методы количественной оценки
связей между основными технологическими параметрами работы агломерационных
машин.
При выборе входных и выходных параметров необходимо иметь в виду
многонаправленность связей, однако это не всегда принимается во внимание.
Целью исследования было установление более надежных количественных связей
между входными и выходными параметрами работы удлиненных агломашин
аглофабрики №4 Магнитогорского металлургического комбината и разработка на
их основе рекомендаций по управлению работой зоны охлаждения аглоспека и
оперативному изменению содержания углерода и влаги в шихте.
В Донецком политехническом институте в 1990 году исследовался вопрос
оптимизации агломерационного процесса [6]. В задачу исследования входила
оценка возможности статической оптимизации агломерационного процесса на
основе выбора наиболее эффективных параметров идентификации объекта, с
помощью которых с достаточной для практики точностью можно получить
управляющую модель оптимизации, а также технической реализации предлагаемой
оптимизации.
Непременным условием реализации предложенного метода оптимизации
аглопроцесса является контроль и стабилизация основных технологических
параметров.
Реализация активных схем поиска экстремальных значений технологических
параметров (производительности, состава агломерата и т.д.) агломерационного
процесса в полном объеме достаточно сложна.
Предложенный алгоритм обладает новизной и может быть рекомендован к
внедрению на строящихся или реконструируемых аглофабриках.
Испытанная частично практикой эффективность работы локальных систем
стабилизации теплового режима аглопроцесса на аглофабриках Енакиевского
металлургического завода и Коммунарского металлургического комбината [7]
позволила предопределить последовательность задач создания структур
оперативного контроля и регулирования: система контроля основных
технологических показателей агломерационного процесса; система распознания
основных причин нарушения нормального хода аглопроцесса; алгоритм
управления аглопроцессом с целью получения максимума производительности и
стабилизации содержания оксида железа (II) в агломерате и его механической
прочности на базе стабилизации основных технологических факторов хода
аглопроцесса. Алгоритм обладает преимуществами по сравнению с известными и
может быть рекомендован для вновь строящихся или реконструируемых
аглофабрик.
На днепровском металлургическом заводе им. Дзержинского [8] был введен
в эксплуатацию прибор для автоматической и наиболее точной регистрации
освещённости в вакуум-камерах, над которыми заканчивается процесс спекания.
Принцип действия разработанного прибора основан на поглощении приемниками
энергии инфракрасного излучения раскаленных частиц агломерата.
На аглофабрике №1 днепровского завода им. Дзержинского прошел испытания
прибор [8], служащий датчиком для автоматического измерения и регулирования
разрежения по вакуум-камерам. В основу разработанного прибора положен
емкостный метод измерения неэлектрических величин.
На аглофабрике завода «Азовсталь» на основании проведенных исследований
и анализа существующих систем автоматического регулирования скорости
агломерационной машины как функции законченности процесса спекания [8]
установлено, что эти системы неустойчивы и имеют колебательный характер
регулирования.
Предлагаемая институтом автоматики система двойного регулирования
агломерационной машины устраняет недостатки, присущие системам
регулирования по параметрам, характеризующим законченность процесса
спекания. Указанная система предусматривает регулирование интенсивности
спекания и регулирование скорости аглоленты. Институт «Металлургавтоматика»
разработал проект и рабочие чертежи системы для аглофабрики №2 днепровского
металлургического завода им. Дзержинского. Все основные узлы смонтированы
на этой фабрике и пущены в эксплуатацию.
Из существующих систем автоматического дозирования компонентов
агломерационной шихты [8] все большее распространение получают следящие
системы, в которых поддерживается постоянным соотношение концентрат/руда,
причем наибольший эффект достигнут на агломерационных фабриках,
снабжающихся тонкоизмельченными концентратами повышенной влажности. Такие
системы внедрены на аглофабриках Ново-Криворожского горнообогатительного
комбината (НКГОК) и ЮГОК.
Система [8] автоматического управления автоматическим дозированием
агломерационной шихты, разработанная лабораторией автоматизации
агломерационного производства Института автоматики, внедрена на
мариупольском заводе «Азовсталь» и на НКГОК. Система обеспечивает
непрерывность потока шихты, но требует осуществления автоматического
дозирования возврата и автоматизации систем распределения агломерационной
шихты по машинам без чего автоматическое управление автоматическим
дозированием малоэффективно.
В 1993 году работниками Центральной лаборатории автоматизации и
механизации аглоцехов предложены усовершенствованные автоматические системы
подготовки аглошихты и процесса спекания
|
