Автоматизация процесса спекания аглошихты - -*новый или неперечисленный*- - Скачать бесплатно
Zi
Xi
Yi
JE
Рисунок 3.1 – Агломашина как объект автоматического управления
Xi – входные параметры (управляющие переменные), контролируются
непрерывно и периодически;
Zi – входные параметры (возмущающие воздействия), характеризующие
химические и физические свойства компонентов шихты, а также конструктивные
свойства оборудования, переменные указанной группы являются
неконтролируемыми и периодически контролируемыми величинами;
Yi – выходные параметры – зависимые переменные (выходные показатели),
характеризующие качество и количество конечного продукта процесса
(прочность, основность, восстановимость агломерата, производительность
агломашины).
Агломерационный процесс в целом характеризуется наличием обратных
связей. Так, при неравномерной укладке шихты на аглоленту при изменении
газопроницаемости отдельного участка шихты воздушные потоки по всей длине
аглоленты перераспределяются, что создает эффект внутренних обратных
связей. Значительное влияние на ход процесса оказывает добавка в шихту
возврата. Наличие обратных связей значительно усложняет и затрудняет
исследование процесса и его оптимизацию.
Входные параметры: влажность шихты; газопроницаемость шихты; содержание
углерода в шихте; высота слоя шихты; скорость движения аглоленты;
производительность эксгаустера; условия зажигания – температура горна
(температура среды в горне), температура зажигания (температура над
поверхностью спекаемой шихты), обобщенная температура, измеряемая при
помощи термопары, установленной в середине горна, температура поверхности
аглошихты; расход топлива; расход воздуха; расход компрессорного воздуха;
расход воды на газоочистку, на скрубберы; длина аглоленты.
Выходные параметры: скорость спекания; состав и температура отходящих
газов; разряжения в вакуум-камерах; температуры в вакуум-камерах; время
пребывания шихты на аглоленте.
Возмущающие воздействия: изменение состава шихты; изменение влажности
шихты; изменение степени уплотнения шихты; изменение высоты слоя шихты;
изменение скорости движения аглоленты; подсосы холодного воздуха; изменение
разряжения над зажигаемым слоем; изменение соотношения топливо-воздух.
Наиболее распространенным управляющим воздействием в системе
автоматического управления процессом спекания является изменение скорости
аглоленты. Для обеспечения окончания процесса спекания в одном и том же
месте по длине аглоленты скорость аглоленты [pic] должна постоянно
соответствовать скорости спекания шихты [pic]:
[pic], (3.1)
где l – расстояние от места зажигания до точки измерения;
hc – заданная величина спеченного слоя в точке измерения.
Обычно добиваются окончания процесса спекания в конце аглоленты, т.е.
при [pic] (где lл – рабочая длина ленты; Н – высота слоя шихты). При этом
скорость аглоленты должны составлять:
[pic] (3.2)
Для реализации указанного соотношения необходимо контролировать
скорость спекания шихты. Одним из показателей скорости спекания может
служить расход воздуха, просасываемого через спекаемый слой.
Качество зажигания шихты существенным образом влияет на ход процесса
спекания. При недостаточно интенсивном зажигании верхняя часть слоя может
оказаться неспекшейся. Чрезмерно же высокая температура в горне и,
следовательно, интенсивность зажигания приводит к оплавлению верхнего слоя
агломерата, ухудшению газопроницаемости и снижению скорости спекания. Для
каждых конкретных условий существует определенное значение интенсивности
зажигания, при котором достигается высокая производительность агломашины и
удовлетворительное качество агломерата. Количество тепла, вносимого в слой
шихты при зажигании, зависит от температуры продуктов сгорания,
продолжительности зажигания, расхода топлива на зажигание и др. Весьма
важным является выделение тепла за счет горения твердого топлива,
содержащегося в самой шихте. Определенные затруднения при автоматизации
зажигания шихты связаны с отсутствием точных методов и средств контроля его
эффективности. Кроме того, процесс зажигания подвержен влиянию целого ряда
возмущающих воздействий (изменения теплоты сгорания топлива зажигания,
состава и свойств шихты, скорости аглоленты и др.); значительное влияние
оказывает величина разрежения под зажигаемым слоем.
Таким образом, результаты процесса зажигания определяются рядом
факторов, которые в значительной степени взаимозависимы. В связи с этим в
качестве основного показателя процесса зажигания часто применяют расход
тепла зажигания [pic], приходящегося на единицу поверхности слоя шихты.
Расход топлива в горне определяется в данном случае выражением:
[pic], (3.3)
где [pic] - расход топлива на зажигание; [pic] - ширина слоя шихты;
[pic] - скорость аглоленты; [pic] - удельная теплота сгорания
топлива;
[pic] - тепловой к.п.д. зажигательного горна.
Тепловой режим процесса можно контролировать, измеряя интенсивность
свечения зажженной шихты после горна. Интенсивность излучения зависит от
содержания топлива в шихте. На интенсивность свечения поверхности пирога
заметно влияет влажность шихты, разрежение в вакуум-камерах,
продолжительность пребывания шихты под зажигательным горном, температура
горна, крупность топлива и др. Таким образом, датчик светимости шихты может
давать достоверные показания только при условии стабилизации некоторых
параметров (влажности шихты, температуры горна) или введения коррекции (по
скорости движения ленты, по разрежению).
По ходу процесса изменяется состав продуктов сгорания. Важнейшим
фактором, определяющим состав отходящих газов, является содержание топлива
в слое. Так как отношение СО:СО2 в газе зависит от температуры сгорания
углерода, то эту зависимость можно использовать для оценки температуры в
зоне спекания по составу газа.
Один из основных показателей, характеризующих тепловой режим спекания,
- механические свойства агломерата. Эти свойства обычно определяются путем
различных испытаний, таких как разрушение агломерата во вращающемся
барабане, сбрасыванием и др. При разгрузке агломерата с агломашины на
колосниковый грохот также происходит своего рода испытание на прочность
агломерата в естественных условиях. Количество выделяемого на грохоте
возврата характеризует прочность получаемого агломерата. Таким образом,
непрерывный контроль выхода возврата позволяет получать информацию об одном
из важнейших свойств агломерата – его прочности.
Обеспечение высоких показателей агломерационного процесса может быть
достигнуто путем его оптимизации, что предполагает выполнение качественного
металлургического расчета аглошихты, обеспечение необходимого усреднения
материалов, поступающих в шихтовое отделение, повышение точности
дозирования компонентов. Весьма перспективными в этой связи являются
разработки и применение средств контроля химического состава компонентов. К
оптимизации процесса относится выбор наиболее рациональных режимов
зажигания и спекания шихты. В ходе процесса спекания оптимизирующие
воздействия обычно направлены на изменение содержания углерода в шихте,
влажности шихты и высоты спекаемого слоя. Непременным условием обеспечения
автоматической оптимизации процесса является наличие на отдельных его
участках автоматических систем стабилизации основных параметров.
3.1 Задачи управления процессом спекания
Для обеспечения максимальной производительности агломашин служат
системы автоматического контроля и управления процессом спекания,
выполняющие операции подготовки шихты (увлажнения и окомкования), загрузки
её на агломерационную машину, контроля теплового режима и оптимизации
процесса спекания. Определенное значение имеют также локальные схемы
контроля и управления уровнем материалов в потоках и емкостях, а также
системы управления отдельными механизмами агломерационной фабрики –
дробилками, эксгаустерами, обжиговыми установками и др.
Точность дозирования компонентов шихты влияет на качество готового
агломерата и ход спекания на аглоленте. Постоянство химического состава
шихты достигается дозировкой шихтовых материалов системой бункеров с
питателями. Дозирование осуществляется по массе материалов с учетом их
химического состава. Соотношение компонентов шихты регулируют путем
автоматического поддержания расхода отдельных составляющих с корректировкой
по данным химических анализов и анализов влажности материалов. Качество
регулирования при этом зависит от частоты отбора проб и анализа.
Для обеспечения качественной загрузки шихты спекательные тележки
агломашины оборудуют промежуточным (загрузочным) бункером, который, как
промежуточная емкость, сглаживает колебания разности между приходом шихты
из барабана-окомкователя и расходом ее на аглоленту. Чтобы не нарушалась
газопроницаемость окомкованной шихты, уровень ее в промежуточном бункере
необходимо поддерживать как можно точнее.
Автоматизация управления процессами в спекательном отделении
заключается в автоматическом поддержании высоты слоя аглошихты, загружаемой
на машину, автоматическом регулировании уровня шихты в промежуточном
бункере (промбункере) над агломашиной, контроле и автоматическом управлении
процессом зажигания шихты и регулировании законченности процесса спекания в
конце активного участка аглоленты. Отдельный узел управления составляют
механизмы охлаждения и дозирования возврата.
С целью оперативного управления агломерационным процессом на
аглофабрике осуществляют контроль следующих технологических параметров:
- скорость движения аглоленты;
- объемных расходов природного газа и воздуха на зажигание;
- температуры зажигания слоя шихты, отходящих газов в последних вакуум-
камерах, коллекторах агломашины, перед эксгаустерами, шихты перед
барабанами-окомкователями;
- разрежения в вакуум-камерах, коллекторе агломашины перед эксгаустерами;
- толщина слоя агломерата на аглоленте.
Скорость движения аглоленты необходимо контролировать, т.к. равномерное
распределение шихты по ширине аглоленты является одним из необходимых
условий для нормального протекания процесса спекания. Если скорость
аглоленты увеличится, то температура шихта к 11-14 вакуум-камерам может
быть выше нормы, что ухудшает качество спекаемой шихты.
Контроль объемов расхода природного газа и воздуха на зажигание, т.к.
необходимо равномерное зажигание шихты по аглоленте. Высокая температура
факела, избыток тепла для зажигания вызывает плавление поверхности слоя и
ухудшение его газопроницаемости. При низкой температуре зажигания
получается плохо спеченная с малой прочностью верхняя часть «пирога».
Температура регулируется в ходе всего процесса спекания, т.к. от этого
зависит качество спекаемой шихты.
АСУ ТП отделения спекания агломерата является подсистемой АСУ ТП
агломерационного производства. В целом АСУ ТП должна обеспечивать за счет
стабилизации и оптимизации технологического процесса:
- повышение производительности агломашин;
- повышение выхода годного агломерата;
- снижение доли возврата в шихте;
- повышение качества агломерационной шихты;
- снижение удельного расхода шихты на окомкование и брак по окомкованию и
спеканию;
- уменьшение числа аварийных режимов работы;
- улучшение условий труда обслуживающего персонала;
- облегчение управления объектом.
4 СТРУКТУРА АСУТП процессом
спекания на аглофабрике
4.1 Обоснование выбора АСУТП
На структурной схеме отображают в общем виде основные решения проекта
по функциональной, организационной и технической структурам АСУ ТП с
соблюдением иерархии системы и взаимосвязей между технологическим объектом
и комплексом технических средств (КТС) системы управления.
Многоуровневая структурная система управления обеспечивает надежность,
оперативность, ремонтоспособность системы автоматизации, при этом легко
решается оптимальный уровень централизации управления с минимальным
количеством технологического контроля, управления и линий связи между ними.
Так как, процесс спекания является сложным технологическим процессом
(дозирование и подача сыпучих материалов, режим зажигания, подача шихты
системой конвейеров, процесс спекания агломерата, скорость аглоленты и
т.д.), то целесообразно применять многоуровневую структуру управления
супервизорного типа.
Супервизорная система с использованием средств локальной автоматики
обеспечивает достаточно качественное управление для процессов с
относительно небольшим количеством параметров и несложными алгоритмами
выработки управляющих воздействий, а использование локальной автоматики
уменьшает использование машинного времени ЭВМ, что целесообразно с
экономических позиций: один компьютер можно использовать для управления
несколькими АСУ, также возможно использование машинного времени для иных
операций.
Под супервизорным понимается такой режим работы АСУ ТП, когда на нижних
уровнях функционируют регуляторы, управляющие локальными контурами (на базе
серийных электронных устройств или контроллеров), а на верхнем – ЭВМ, на
которой реализованы задачи управления этими контурами через механизм выдачи
управляющих воздействий на автоматические задатчики локальных контуров.
В дипломном проекте разработана система супервизорного типа. На высшем
уровне ЭВМ, на низшем микроконтроллер. ЭВМ вырабатывает задание для
микроконтроллера, а также осуществляет другие функции. Непосредственным
управлением занят микроконтроллер. В данном случае ЭВМ может выполнять
вычислительные функции АСУ отделения спекания, а также АСУ участка
дозирования и даже АСУ ТП всей аглофабрики. Для обеспечения гибкости
системы предусмотрены возможности перехода системы в полуавтоматический
(ручное определение задания регулятору), а также ручной режим работы
(ручное управление исполнительными механизмами).
4.2 Описание, выбранной системы АСУ
Структурная система АСУ ТП представлена в графической части дипломного
проекта на листе 2 и представляет собой двухуровневую систему
супервизорного типа, состоящую из следующих уровней:
1. Уровень измерительных средств и локальных средств контроля и
регулирования. Состоит из датчиков, сигнализаторов значений параметров,
источников питания. Он представляет собой уровень, на котором
осуществляется контроль и регулирование параметров процесса при помощи
средств контроля и регулирования, находящихся на объекте автоматизации. Все
эти средства расположены непосредственно на объекте и на щитах участков
КИПиА и представляют собой: первичные датчики, вторичные приборы, станции
управления, цифровые регулирующие устройства (микроконтроллер). Также на
этом уровне расположены средства диспетчерской связи и производственной
громкоговорящей связи. На этом уровне система выполняет следующие функции:
контроль параметров, измерительное преобразование, контроль и сигнализация
измерительных параметров, выбор режимов работы, регистрация параметров,
связь с объектом. На верхней ступени этого уровня находится оператор,
который непосредственно контролирует и, если необходимо, регулирует
определенные параметры процесса. В данном проекте на нижнем уровне
находятся средства локальной автоматики – микроконтроллер, который
выполняет функции регулятора и аналоговый вторичный прибор для оперативного
отображения текущей информации на щите КИПиА. Для обеспечения гибкости
системы предусмотрены возможности перехода системы в полуавтоматический
(ручное определение задания регулятору), а также ручной режим работы
(ручное управление исполнительными механизмами).
2. Уровень централизованных средств контроля и управления. На этом
уровне происходит контроли и управление процессом централизованно, т.е.
имеется возможность управлять несколькими технологическими объектами
одновременно и решать дополнительные задачи связанные с обработкой данных.
На этом уровне расположена ЭВМ, выполняющая следующие функции: ручной ввод
данных, регистрация параметров на внешних запоминающих устройствах,
моделирование работы объекта и выдача заданий на локальные регулирующие
устройства, расчет показателей работы за смену на основании поступающих
данных в течении смены, расчет технико-экономических показателей. На высшей
ступени этого уровня располагается оператор, который и производит контроль
за работой ЭВМ и вводит недостающие данные о работе агрегата. На данном
уровне нет средств связи с объектом, т.к. всю необходимую информацию ЭВМ
получает через модуль интерфейсной связи микроконтроллера в цифровом виде.
Уровень АСУ связан с предыдущим уровнем при помощи диспетчерской связи и
производственной громкоговорящей связи.
Данная структура позволяет системе гибко реагировать на выход из строя
какого-либо элемента, для обеспечения непрерывности технологического
процесса. При выходе из строя или нарушении связи с компьютером задание
микроконтроллеру будет определено вручную. При выходе из строя или
нарушении связи с микроконтроллером управление может осуществляться с
помощью блока ручного управления.
Верхний уровень автоматизации
нижний уровень автоматизации
Рисунок 4.1 – Структура системы автоматизации
Таблица 4.1 – Условные обозначения технических средств на структурной
схеме контроля и автоматизации
|Обозначение |Наименование |
|1 |2 |
|Д |Датчик-преобразователь |
|С |Сигнализатор значений параметров процесса |
|СУ |Станции управления исполнительными механизмами |
|ИЦ |Индикатор цифровой |
|ИА |Индикатор аналоговый |
Продолжение таблицы 4.1
|1 |2 |
|Р |Регуляторы |
|РА |Регистр аналоговый |
|КА |Командо-аппарат |
|ЗД |Задатчик |
|ПР |Процессор |
|ВЗУ |Внешнее запоминающее устройство |
|ВВУ |Вводно-выводное устройство |
|УП |Устройство печати |
|ВТ |Видеотерминал |
|ПРВ |Пульт ручного ввода данных |
|ДС |Диспетчерская связь |
|ПГС |Производственная громкоговорящая связь |
|УСО |Устройство связи с объектом |
Таблица 4.2 – Условные обозначения функций системы автоматизации
|Обозначение |Наименование |
|1 |Контроль параметров |
|2 |Дистанционное управление исполнительным механизмом |
|3 |Измерения |
|4 |Контроль и сигнализация значений параметров |
|5 |Стабилизация параметров |
|6 |Выбор режима работы регулятора |
|7 |Ручной ввод данных |
|8 |Регистрация параметров |
|9 |Расчет ТЭП |
|10 |Учет производства и составление данных в смену |
|11
|
