Управление процессом получения стекломассы в производстве стекла

Описание технологического процесса получения стекломассы, предлагаемый уровень автоматизации. Работа системы регулирования, сигнализации и блокировок, каскадная система регулирования температуры в стекловаренной печи. Экономическое обоснование проекта.

Рубрика Производство и технологии
Вид магистерская работа
Язык русский
Дата добавления 28.07.2010
Размер файла 583,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

9. Программируемый контроллер УНИКОНТ УК-743

Новый высокопроизводительный контроллер УНИКОНТ УК-743 построен на базе модулей фирм КВАНТОР, (стандарт SMART 2) и последовательных четырехпроводных синхронных дуплексных интерфейсов SP1 со скоростью передачи 1 Мбод. Модули устанавливаются на DIN-рейку внутри шкафа контроллера, что позволяет использовать различные типы шкафов. Базовым блоком контроллера является процессор SM2-CPU контроллера SMART. Контроллер включает два типа шин с интерфейсом SP1, одна из которых имеет протоколы с географической адресацией модулей и предназначена для подключения модулей УСО фирмы PEP, ее информационная емкость-14 модулей. Вторая - имеет протоколы с логической адресацией модулей и предназначена для подключения модулей УСО фирмы КВАНТОР. Информационная емкость такой шины 32 модуля. Шин второго типа может быть несколько, что позволяет увеличить информационную емкость контроллера или вводить резервирование шин и модулей УСО.

Все модули УСО фирмы КВАНТОР имеют бортовой микропроцессор, выполняющий функции:

- автономного, без участия центрального процессора, управления в циклическом режиме процессами ввода/вывода, аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования, а также предварительную обработку сигналов (фильтрации, линеаризации, автоматической калибровки, настройки на тип сигнала аналоговых каналов);

- выбора одного из четырех интервалов интегрирования в АЦП для повышения точности входных аналоговых каналов - 20, 40, 80, 160 мсек (12, 13, 14, 15 разрядов соответственно);

- автономного широтно-импульсного модулирования импульсных выходных сигналов;

- непрерывной диагностики входных и выходных каналов модуля, установки выходов в заданное состояние в аварийных ситуациях.

Программы автокалибровки и калибровочные коэффициенты аналоговых входов и выходов интеллектуальных модулей УСО заносятся в память встроенного процессора при его настройке на этапе производства, чем обеспечивается взаимозаменяемость модулей во время их эксплуатации. Интеллектуализация модулей УСО обеспечивает реализацию принципа нечувствительности технологических программ к особенностям построения и работы аппаратуры ввода/вывода аналоговых сигналов и датчиков этих сигналов. Технологическая программа строится в терминологии номеров входных и выходных аналоговых и дискретных каналов и функций обработки информации.

Для обеспечения простоты технического обслуживания контроллера процессор и модули УСО фирмы КВАНТОР имеют последовательный порт с интерфейсом RS-485 для подключения переносного пульта настройки, тестирования, контроля и управления модулем в автономном режиме.

Контроллеры УК-743 компонуется одноплатным процессорным блоком и модулями связи с объектом необходимого типа и в нужном количестве.

Питание контроллера обеспечивается от двух гальванически развязанных между собой фидеров однофазной сети постоянного тока номинальным напряжением 24 В. Мощность потребляемая контроллером не превышает 100 В*А. Контроллер работает без вентиляторов.

Контроллеры УК-743 можно применять в экстремальных производственных условиях (они эксплуатируются при температуре от -30 до +50 °С).

Контроллеры могут работать как автономно, так и в составе вычислительной сети. При этом доступ к данным, контроль работоспособности, коррекция параметров обработки обеспечиваются как со встроенного или навесного пульта оператора-технолога, так и по сети со стороны включенных в неё комплексов, контроллеров и рабочих станций УНИКОНТ, а также ПЭВМ.

Встроенный в процессорный блок контроллер системной связи выдаёт результаты контроля УК-743 в сеть FNET (скорость обмена 1 Мбит/сек). Для выхода контроллера в сети Ethernet или Arcnet применяются соответствующие адаптеры.

Модули ввода/вывода МВВ:

Модули используются в процессорной архитектуре контроллера. Самостоятельного применения не имеют.

Модули ввода/вывода МВВ, разгружая вычислительные мощности БЦП, выполняют следующие функции:

o Управление аппаратурой ввода/вывода

o Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование сигналов

o Предварительная обработка сигналов: устранение «дребезга» дискретных входов, фильтрация, линеаризация и корректировка

o Учёт калибровочных коэффициентов аналоговых входов

o Автономное управление поведением выходных каналов при включении и в различных аварийных ситуациях

o Непрерывная диагностика и вывод сообщений об обнаруженных ошибках

o Выполнение команд БЦП, пульта настройки PN1 или программы «Конфигуратор».

Контроллеры Ук-743 уже широко применяются в САУ газоперекачивающими агрегатами, системах учёта энергоресурсов (газа, тепла, электроэнергии) и других объектах.

Цифровой модуль ввода FBs-20EX;

DI 20 x 24/60 VUC (6ES7 421-7DH00-0AB0)

· 20 входов, с индивидуальной потенциальной развязкой

· Номинальное входное напряжение от 24 до 60 В (универсальное)

· Пригоден для переключателей и 2-проводных датчиков близости (BERO)

· пригоден в качестве входа с активным высоким или низким потенциалом

· Индикация групповой ошибки для внутренних неисправностей (INTF) и

· внешних неисправностей (EXTF)

· Параметризуемая диагностика

· Параметризуемое диагностическое прерывание

· Параметризуемое аппаратное прерывание

· Напряжение шины питания модуля 24В

· Параметризуемые входные задержки

Состояние процесса отображается светодиодами.

Релейный модуль вывода FBs-16EY;

DO 16 x 30/230 VUC/Rel. 5 A (6ES7422-1HH00-0AA0)

· 16 выходов, потенциально развязанных в 8 группах по два канала

· Выходной ток 5 A

· Напряжение шины питания модуля 24В

· Номинальное напряжение нагрузки В перем. тока/125 В пост. тока

Светодиоды состояния указывают состояние системы даже при

отсоединенном фронтштекере.

Аналоговый модуль ввода FBs-8AD;

AI 8 x 13 Bit (6ES7431-1KF00-0AB0)

· 8 входов для измерения напряжения/тока

· 4 входа для измерения сопротивления

· произвольный выбор диапазона измерения

· разрешающая способность 13 битов

· аналоговая часть потенциально развязана относительно CPU

· Напряжение шины питания модуля 24В

· максимально допустимое синфазное напряжение между каналами и между опорным потенциалом подключенного датчика и MANA составляет 30 В перем. Тока

Аналоговый модуль вывода FBs-8AD;

AO 8 x 13 Bit (6ES7432-1HF00-0AB0)

· 8 выходов

· отдельные выходные каналы могут быть параметризованы как потенциальные выходы

· разрешающая способность 13 битов

· аналоговая часть потенциально развязана относительно CPU

· Напряжение шины питания модуля 24В

· каналов относительно MANA равно 3 В пост. тока.

Импульсный модуль вывода FBs-16PY

PO 16 x 130 VUC (6ES7432-1HF00-0AB0)

· 16 входов

· Конфигурация каналов6 16 независимых, 8 пар связанных

· Коммутируемое напряжение: ~5В, 24В.

· Максимальный коммутируемый ток: 1А

· Защита выхода: короткое замыкание, перегрузка

· Режимы работы: генерация импульса длительностью от 100 мкс. До 6 с., частоты от 0,2Гц до 5,0 Гц различной скважности

· Индикация: по каждому каналу

· Адресация модуля: 6-битная

· Типы внешней шины: ST-bus

· Напряжение питания модуля: 5В, 24В

· Выходной сигнал: 5В.

3.3 Принципиальные электрические схемы регулирования и управления

Разработана принципиальная электрическая схема регулирования параметрами процесса получения стекломассы в производстве стекла, которая представлена на чертеже ДП 220301.800.2010.Э3.1

На схеме показаны электрические связи между датчиками, преобразователями, модулями ввода аналоговых сигналов и вывода импульсных сигналов.

Через автоматический выключатель SF1, обеспечивающий защиту от короткого замыкания, в схему подаётся напряжение питания 220 В, частотой 50 Гц. Блок питания контроллера U1 питается от сетевого напряжения и осуществляет преобразование напряжения 220 В в напряжение 24 В постоянного тока. Блок питания обеспечивает питанием все блоки ввода/вывода, как аналоговые и дискретные, так и импульсный модуль вывода.

Входным сигналом для аналогового модуля ввода является унифицированный токовый сигнал в диапазоне 4-20 мА.

Датчики температуры ВК1N BK2N, которые являются пирометрами, получают питание от сети, в соответствии со своими техническими требованиями, и подключены соответственно ко входам 8,9 и 13,14 аналогового модуля ввода А2.1.1.Z по двухпроводной схеме. Датчики давления ВЗ1N и уровня В1N получают питание от блока питания U2 и подключены соответственно ко входам 18,19 и 23,24 модуля аналогового ввода А2.1.1.Z по двухпроводной схеме типа «токовая петля».

Датчики расхода В2N и В3N получают питание от блока питания U3 и подключены соответственно ко входам 30,31 и 35,36 модуля аналогового ввода А2.1.1.Z по двухпроводной схеме типа «токовая петля».

В контроллере программно реализуется каскадная система регулирования температуры в зоне осветления стекловаренной печи, в которой контур на основе сигнала с датчика температуры ВК1N является основным, а контур на основе сигнала с датчика расхода В2N является вспомогательным.

Датчик температуры ВК3N получает питание от сети напряжением 220 В и подаёт унифицированный сигнал 4-20 мА на входы 8,9 модуля аналогового ввода А2.1.2.Z по двухпроводной схеме.

Датчик концентрации кислорода в дымовых газах В4N, расположенный в дымовой трубе стекловаренной печи, получает напряжение питания 24 В от блока питания U4. Сигнал с датчика поступает на клеммы 13,14 модуля ввода аналоговых сигналов А2.1.2.Z по двухпроводной схеме типа «токовая петля».

Датчики расхода В5N и В6N получают питание от блока питания U5 напряжением 24 В. Унифицированный сигнал 4-20 мА поступает с датчиков на входы 18,19 и 23,24 модуля аналогового ввода, соответственно, по двухпроводной схеме типа «токовая петля».

Датчик температуры ВК4N питается напряжением 220 В от сети. Сигнал с датчика в виде унифицированного сигнала поступает на клеммы 8,9 модуля аналогового ввода А2.1.3.Z по двухпроводной схеме.

Блок питания U6 питает напряжением 24 В датчик концентрации кислорода в дымовых газах на выходе из питателя В7N и датчик измерения расхода В8N, унифицированные сигналы 4-20 мА с которых поступают на разъёмы 13,14 и 18,19 модуля аналогового ввода А2.1.3.Z, соответственно, по двухпроводной схеме типа «токовая петля».

Сигнал с датчика расхода В9N, который питается от блока питания U7 напряжением в 24 В, поступает на входы 23,24 модуля аналогового ввода А2.1.3.Z по двухпроводной схеме типа «токовая петля».

Модуль А2.2.1.Z формирует импульсные сигналы, которыми управляются исполнительные механизмы, посредством контактных пускателей, т.к. на данном производстве не требуется предусматривать пожаро-взрывобезопасность. Питание модуля импульсных выходных сигналов 24В постоянного тока осуществляется от блока питания контроллера.

Управляющий выходной сигнал с модуля вывода импульсных сигналов А2.2.1.Z поступает на контактный пускатель КМ1, который изменяет направление вращения исполнительного механизма М1В. Управление исполнительным механизмом в режиме ручного и автоматического управления осуществляется ключами SA1 и SA2. В ручном режиме напряжение на исполнительный механизм М1В подается от встроенного в контактный пускатель КМ1 источника питания. Ключ SA2 обеспечивает выбор режима управления, а ключ SA1 - реверсирование исполнительного механизма в ручном режиме.

Управляющий выходной сигнал с модуля вывода импульсных сигналов А2.2.1.Z поступает на контактный пускатель КМ2, который изменяет направление вращения исполнительного механизма М2В. Управление исполнительным механизмом в режиме ручного и автоматического управления осуществляется ключами SA3 и SA4. В ручном режиме напряжение на исполнительный механизм М2В подается от встроенного в контактный пускатель КМ2 источника питания. Ключ SA4 обеспечивает выбор режима управления, а ключ SA3 - реверсирование исполнительного механизма в ручном режиме.

Управляющий выходной сигнал с модуля вывода импульсных сигналов А2.2.1.Z поступает на контактный пускатель КМ3, который изменяет направление вращения исполнительного механизма М3В. Управление исполнительным механизмом в режиме ручного и автоматического управления осуществляется ключами SA5 и SA6. В ручном режиме напряжение на исполнительный механизм М3В подается от встроенного в контактный пускатель КМ3 источника питания. Ключ SA6 обеспечивает выбор режима управления, а ключ SA5 - реверсирование исполнительного механизма в ручном режиме.

Электрическая схема защиты и блокировки приведена на чертеже ДП 220301.800.2010 ЭЗ.2.

Питание модулей А2.3.1.Z, A2.3.2.Z дискретного ввода осуществляется от блока питания U1 по внутренней шине контроллера напряжением 24 В.

При повышении давления в печи выше критического значения, срабатывает датчик-реле давления Р1. Дискретный сигнал с контактов реле поступает на контакты 4,9 блока дискретного ввода А2.3.1.Z контроллера.

При падении давления в трубопроводе подачи топливного газа на горелки печи, срабатывает датчик-реле давления Р2. Дискретный сигнал поступает с контактов реле на клеммы 5,9 блока дискретного А2.3.1.Z ввода контроллера.

При падении давления в трубопроводе подачи воздуха в регенератор, срабатывает датчик-реле давления Р3. Дискретный сигнал с контактов реле поступает на клеммы 6,9 блока дискретного ввода А2.3.1.Z контроллера.

При падении давления в трубопроводе подачи топливного газа в смеситель №1, срабатывает датчик-реле давления Р4. Дискретный сигнал с контактов реле поступает на клеммы 7,9 блока дискретного ввода А2.3.1.Z контроллера.

При падении давления в трубопроводе подачи воздуха в смеситель №1, срабатывает датчик-реле давления Р5. Дискретный сигнал с контактов реле поступает на клеммы 8,9 блока дискретного ввода А2.3.1.Z контроллера.

При падении давления в трубопроводе подачи воздуха в смеситель №2, срабатывает датчик-реле давления Р6. Дискретный сигнал с контактов реле поступает на клеммы 4,9 блока дискретного ввода А2.3.2.Z контроллера.

При падении давления в трубопроводе подачи топливного газа в смеситель №2, срабатывает датчик-реле давления Р7. Дискретный сигнал с контактов реле поступает на клеммы 5,9 блока дискретного ввода А2.3.2.Z контроллера.

При погасании пламени на горелках печи, срабатывает датчик-реле контроля пламени Р8. Дискретный сигнал с контактов реле поступает на зажимы 6,9 блока дискретного ввода А2.3.2.Z контроллера.

При погасании пламени на горелках выработочного канала, срабатывает датчик-реле контроля пламени Р9. Дискретный сигнал с контактов реле поступает на зажимы 7,9 блока дискретного ввода А2.3.2.Z контроллера.

При погасании пламени на горелках питателя, срабатывает датчик-реле контроля пламени Р10. Дискретный сигнал с контактов реле поступает на зажимы 8,9 блока дискретного ввода А2.3.2.Z контроллера.

Модуль дискретного вывода имеет релейные выходы и не требует внешнего питания. При получении дискретных сигналов от датчиков-реле в контроллере

формируется дискретный сигнал и срабатывает определенное реле модуля дискретного вывода А2.4.1.Z.. При этом напряжение 24В постоянного тока от внешнего источника питания U10 и U11 подается на соответствующие пусковые устройства - обмотки реле напряжения KV1-KV4 и магнитные пускатели КМ1- КМ3. Сигналы на исполнительные механизмы снимаются с контактов с1-с11 модуля дискретного вывода А2.4.1.Z. Модуль имеет 16 независимых выходов, объединенных в группы по 2 с общим проводом.

Рассмотрим работу схемы управления: дутьевым вентилятором подачи воздуха в регенератор, электродвигателями загрузчика шихты и ленточного конвейера. Питание на схему управления подается от блока питания 24В постоянного тока U10 через автоматический выключатель SF2, защищающий схему от короткого замыкания. В схеме предусмотрен как ручной, так и автоматический режим управления, выбираемый ключом управления SA1. Если ключ управления находится в первом положении, то возможно только ручное управление, если в третьем - автоматическое. Второе положение является нейтральным и управление невозможно.

Питание силовой части осуществляется 3-х фазным переменным током 380В 50Гц. Питание на двигатели подается через общий силовой выключатель QF1, а на каждый двигатель через силовые выключатели QF2, QF3, QF4.

В ручном режиме (положение 1 ключа SA1) управление двигателями М1, М2, М3 осуществляется с помощью кнопочного поста SB1.1, SB1.2; SB2.1, SB2.2 и SB3.1, SB3.2 соответственно.

Рассмотрим управление двигателем М1. При нажатии на кнопку SB1.2 питание от блока питания U10 подается через замкнутые контакты кнопки SB1.1 и контакты тепловых реле F1.1,F2.1 на магнитный пускатель КМ1, который, срабатывая, замыкает свой контакт КМ1.1, блокируя кнопку SB1.2. Таким образом, цепь пускателя остаётся замкнутой при отпускании кнопки SB1.2. Одновременно замыкаются и остальные контакты пускателя КМ1.2, КМ1.3, КМ1.4, подавая напряжение на двигатель М1, происходит пуск ленточного конвейера. При нажатии на кнопку SB1.1 происходит разрыв цепи пускателя КМ1, размыкание контактов КМ1.1, КМ1.2, КМ1.3 и КМ1.4. Происходит остановка двигателя. Так как контакт КМ1.1 разомкнут, при отпускании кнопки SB1.1 питание на пускатель КМ1 не подается. Работа цепи управления двигателем М2 аналогична.

В автоматическом режиме (положение 3 ключа SA1) управление двигателями М1, М2, М3 осуществляется с помощью модуля дискретного вывода А2.4.1.Z. Рассмотрим управление двигателем М1. Для пуска двигателя в автоматическом режиме достаточно замкнуть контакты С3 и С1, чтобы подать питание на магнитный пускатель КМ1. Таким образом, когда на модуль дискретного вывода А2.4.1.Z. с контроллера придет управляющий сигнал, замыкаются контакты С3 и С1, сработает магнитный пускатель КМ1, подающий питание на М1. Кнопочный пост SB1.1, SB1.2 в автоматическом режиме не работает. Работа цепи управления двигателями М2, М3 аналогична.

Рассмотрим управление электромагнитным пускателем YA1. В схеме предусмотрен как ручной, так и автоматический режимы управления, выбираемые ключом SA2. Если ключ управления находится в первом положении, то возможно только ручное управление, если в третьем - автоматическое. Второе положение является нейтральным и управление в нём невозможно.

В ручном режиме (положение 1 ключа управления SA2) управление электромагнитным пускателем YA1 осуществляется с помощью кнопочного поста SB 4.1; SB 4.2. При нажатии кнопки SB 4.2 питание от блока питания U11 подаётся через замкнутый контакт кнопки SB 4.1 на обмотку реле напряжения KV.1 которое, срабатывая, замыкает свой контакт КV1.1, блокируя кнопку SB4.2. Одновременно замыкается контакт КV1.2 подавая напряжение на электромагнитный пускатель YA1, происходит его срабатывание. При нажатии на кнопку SB 4.1, происходит разрыв цепи реле напряжения, размыкание контактов КV1.1, КV1.2. Реле электромагнитного пускателя YA1 возвращается в исходное положение. Так как контакт КV1.1 разомкнут, при отпускании кнопки SB 4.1 питание на реле напряжения KV.1 не подаётся. Работа цепей управления остальными электромагнитными пускателями аналогична.

В автоматическом режиме (положение 3 ключа SA2) управление реле электромагнитного пускателя YA1 осуществляется с помощью модуля дискретного вывода А2.4.1.Z. Для срабатывания реле YA1 в автоматическом режиме достаточно замкнуть контакты С6 и С5, чтобы подать питание на обмотку реле напряжения KV1. Таким образом, когда на модуль дискретного вывода А2.4.1.Z. с контроллера придет управляющий сигнал, замыкающий контакты С6 и С5. сработает реле напряжения KV1, подающее питание на реле электромагнитного пускателя YA1. Кнопочный пост SB4.1, SB4.2 в автоматическом режиме не работает. Работа цепей управления остальными электромагнитными пускателями аналогична.

3.4 Схемы внешних проводок

Схема внешних проводок отражает связь между всеми элементами управления, контроля и регулирования данной системы, находящимися между объектом управления и щитами.

Схема внешних соединений разработана на основе функциональной схемы автоматизации ДП 220301.800.2010 А2, схемы электрической принципиальной ДП 220301.800.2010 Э3.1 и представлена на схеме ДП 220301.800.2010 С5.

Измерение температуры в зоне осветления стекловаренной печи осуществляется высокотемпературным пирометром (поз. 1-1). С него унифицированный токовый сигнал 4-20 мА передаётся по кабелю КВБбШв5х1,5 №1 в соединительную коробку ЕхКСУВ-ПА-25№1.

Измерение температуры в рабочей зоне стекловаренной печи осуществляется высокотемпературным пирометром (поз. 6-1). С него унифицированный токовый сигнал передаётся по кабелю КВБбШв5х1,5 №2 в соединительную коробку ЕхКСУВ-ПА-25№1.

Измерение расхода топливного газа, подаваемого на горелки стекловаренной печи, осуществляется датчиком расхода (поз. 2-1). С него унифицированный токовый сигнал 4-20 мА передаётся по кабелю КВБбШв5х1,5 №3 в соединительную коробку ЕхКСУВ-ПА-25№1.

Измерение уровня стекломассы в печи осуществляется датчиком уровня (поз. 4-1). С него унифицированный токовый сигнал 4-20 мА передаётся кабелю КВБбШв5х1,5 №4 в соединительную коробку ЕхКСУВ-ПА-25№1.

Управление клапаном на трубопроводе подачи топливного газа на горелки печи осуществляется следующим образом: импульсный сигнал с выхода модуля импульсного вывода контроллера УК-743 через соединительную коробку ЕхКСУВ-ПА-25№1 по кабелю КВБбШв7х1,5 №5 поступает на электромагнитный пускатель (поз. 2-5). Выходное управляющее воздействие поступает на электрический исполнительный механизм (поз. 2-7), установленный на линии подачи топливного газа на горелки стекловаренной печи.

Измерение температуры внутри выработочного канала осуществляется высокотемпературным пирометром (поз. 13-1). С него унифицированный токовый сигнал 4-20 мА передаётся по кабелю КВБбШв5х1,5 №6 в соединительную коробку ЕхКСУВ-ПА-25№1.

Измерение концентрации кислорода в отходящих дымовых газах из выработочного канала осуществляется датчиком концентрации кислорода (поз. 20-1). С него унифицированный токовый сигнал 4-20 мА передаётся по кабелю КВБбШв4х1,5 №7 в соединительную коробку ЕхКСУВ-ПА-25№2.

Измерение расхода воздуха, подаваемого в смеситель №1, осуществляется датчиком расхода (поз. 21-1). С него унифицированный токовый сигнал 4-20 мА передаётся по кабелю КВБбШв4х1,5 №8 в соединительную коробку ЕхКСУВ-ПА-25№2.

Управление клапаном на трубопроводе подачи воздуха в смеситель №1 осуществляется следующим образом: импульсный сигнал с выхода модуля импульсного вывода контроллера УК-743 через соединительную коробку ЕхКСУВ-ПА-25№2 по кабелю КВБбШв7х1,5 №9 поступает на электромагнитный пускатель (поз. 21-5). Выходное управляющее воздействие поступает на электрический исполнительный механизм (поз. 21-7), установленный на линии подачи воздуха в смеситель №1.

Измерение температуры внутри питателя осуществляется высокотемпературным пирометром (поз. 14-1). С него унифицированный токовый сигнал 4-20 мА передаётся по кабелю КВБбШв5х1,5 №10 в соединительную коробку ЕхКСУВ-ПА-25№2.

Измерение концентрации кислорода в отходящих дымовых газах из питателя осуществляется датчиком концентрации кислорода (поз. 22-1). С него унифицированный токовый сигнал 4-20 мА передаётся по кабелю КВБбШв4х1,5 №11 в соединительную коробку ЕхКСУВ-ПА-25№2.

Измерение расхода воздуха, подаваемого в смеситель №2, осуществляется датчиком расхода (поз. 26-1). С него унифицированный токовый сигнал 4-20 мА передаётся по кабелю КВБбШв4х1,5 №12 в соединительную коробку ЕхКСУВ-ПА-25№2.

Управление клапаном на трубопроводе подачи газо-воздушной смеси на горелки питателя осуществляется следующим образом: импульсный сигнал с выхода модуля импульсного вывода контроллера УК-743 через соединительную коробку ЕхКСУВ-ПА-25№2 по кабелю КВБбШв7х1,5 №13 поступает на электромагнитный пускатель (поз. 14-5). Выходное управляющее воздействие поступает на электрический исполнительный механизм (поз. 14-7), установленный на линии подачи газо-воздушной смеси на горелки питателя..

3.5 Расчёт каскадной системы регулирования температуры в зоне осветления стекловаренной печи

3.5.1 Анализ печи для варки стекла как объекта управления

В качестве варочного агрегата на предприятии используется ванная печь для варки стекла с поперечным направлением пламени. Печь предназначена для получения однородной стекломассы заданного состава.

В печи выделяют три зоны:

- зона варки, предназначенная для расплавления компонентов шихты и предварительной варки стекломассы;

- зона осветления, в которой происходит очищение шихты от примесей металлов и удаление мелких пузырьков воздуха;

- рабочая зона, в которой происходит варка очищенного стекла.

Проведем анализ печи для варки стекла как объекта управления:

Выходными регулируемыми параметрами для данного объекта являются:

- уровень стекломассы в печи;

- давление - разрежение в печи;

- температура газо-воздушной среды в зоне осветления печи;

- концентрация кислорода в отходящих газах печи.

Входные управляющие величины:

- расход газа;

- расход воздуха;

- количество отходящих газов;

- количество сырья;

- расход воздуха на барботаж.

Возмущающие измеряемые величины:

- параметры газа (давление, температура, влажность);

- параметры воздуха (давление, температура, влажность);

- параметры окружающей среды (давление, температура, влажность).

Возмущающие неизмеряемые параметры:

- состав сырья;

- скорость движения сырья в ходе процесса.

Температура в зоне осветления - один из наиболее важных параметров печи, так как она наиболее сильно влияет на качественный состав стекломассы, а значит и на качество выпускаемой продукции. На предприятии реализована одноконтурная система регулирования температуры в зоне осветления печи. Температура регулируется изменением подачи топливного газа на горелки печи.

Использование каскадной системы позволит уменьшить динамическое

отклонение и улучшить динамику процесса. Поэтому предлагается для регулирования температуры в зоне осветления печи использовать каскадную АСР. В качестве вспомогательной координаты предлагается использовать расход топливного газа, так как расход топливного газа на горение более оперативно характеризуют текущее состояние объекта. В качестве регулирующего параметра в данной системе предлагается использовать расход топливного газа, поступающего к горелкам печи.

1

3.5.2 Нахождение динамических характеристик объекта

Исходными данными для расчета являются графики двух переходных процессов объекта управления (ОУ).

Для получения динамической характеристики печи по основному каналу управления были сняты изменения значения температура в зоне осветления печи при ступенчатом изменении расхода природного топливного газа. В качестве ступенчатого изменения расхода природного топливного газа принято 5 %-ое открытие клапана на линии подачи природного топливного газа.

Переходная характеристика для основной координаты приведена на рис.1

Рис.1 Переходная характеристика для основной координаты

Аналогично была получена вторая графическая зависимость изменения расхода природного газа при 5 %-ом открытие клапана на линии подачи газа.

Переходная характеристика для вспомогательной координаты приведена на рис.2

Рис.2 Переходная характеристика для вспомогательной координаты

3.5.3 Расчет автоматической системы регулирования

Передаточные функции, получаем по методу Симою, в виде:

Здесь:

Передаточная функция по основному каналу:

Коэффициент усиления K = 12

Запаздывание tau = 112,5 (с)

Коэффициенты числителя b[0] = 1

Коэффициенты знаменателя F[0] = 1

F[1] = 120,25 (с)

F[2] = 2945,42 (с)

F[3] = 1000 (с)

Вид передаточной функции

Передаточная функция по вспомогательному каналу:

Коэффициент усиления K = 10

Запаздывание tau = 3 (с)

Коэффициенты числителя b[0] = 1

Коэффициенты знаменателя F[0] = 1

F[1] = 3 (с)

F[2] = 1,5625 (с)

F[3] = 0,5 (с)

Вид передаточной функции:

Частотные характеристики основного канала:

Частотные характеристики вспомогательного канала:

3.5.4 Расчёт одноконтурной АСР

Расчет настроек регуляторов.

Для каскадной системы регулирования температуры в зоне осветления в качестве закона регулирования выбираем ПИ закон, обеспечивающий астатическое регулирование достаточно высокого качества.

Передаточная функция ПИ-регулятора имеет вид

где -- настроечные параметры.

Расчет настроек каскадной системы регулирования предполагает определение настроек основного и вспомогательного регуляторов при заданных динамических характеристиках объекта по основному и вспомогательному каналу. Так как настройки основного и вспомогательного регуляторов взаимно зависимы, расчет их проводят методом итераций, при этом на первой итерации определяют параметры настройки одного из регуляторов по параметрам другого регулятора, найденным для одноконтурной системы. В расчете используют передаточные функции эквивалентных объектов.

Для получения значений оптимальных настроек регулятора проектируемой системы автоматического регулирования могут быть применены точные методы, такие как метод расширенных комплексно-частотных характеристик и приближённый [20].

Определим настройки вспомогательного регулятора в одноконтурной системе регулирования расхода приближенным методом Циглера-Никольса.

Принцип метода состоит в следующем:

Предполагается, что в одноконтурной системе автоматического регулирования используется П-регулятор. Меняя коэффициент передачи регулятора, находят такое его значение, при котором в системе возникают незатухающие колебания, то есть система находится на границе

колебательной устойчивости. Тогда по полуэмпирическим формулам можно рассчитать оптимальные настройки ПИ-регулятора:

.

Исследуем объект в программе Matlab и определим экспериментально критическое значение коэффициента усиления пропорционального регулятора и найдём настройки ПИ - регулятора.

Рис. 3 Схема определения для основного регулятора.

Переходной процесс при единичном возмущающем воздействии представлен на рис.4

Рис. 4 Переходный процесс.

Для данного переходного процесса:

- критический период =426 с.

- критическая частота

=0,0147 с-1.

=

Необходимо подобрать оптимальные значения параметров настройки (С1, С0), чтобы они обеспечивали заданный запас устойчивости системы. Передаточная функция замкнутой системы имеет вид:

3.5.5 Расчет каскадной АСР

Многоконтурные системы с добавочным воздействием от вспомогательной регулируемой величины, выбираемой в относительной близости от регулирующего органа с целью устранения влияния на главную регулируемую величину возмущений, идущих со стороны регулирующего органа объекта получили название каскадных систем. На практике их применяют для автоматизации объектов, обладающих большой инерционностью по каналу регулирования, если можно выбрать менее инерционную по отношению к наиболее опасным возмущениям промежуточную координату и использовать для нее то же регулирующее воздействие, что и для основного выхода объекта.

Каскадная АСР включает два регулятора - основной (внешний) - R, служащий для стабилизации основного выхода объекта y, и вспомогательный (внутренний) - R1, предназначенный для регулирования вспомогательной координаты y1. Заданием для вспомогательного регулятора служит выходной сигнал основного регулятора. Вследствие более высокого быстродействия внутреннего контура в каскадной АСР существенно повышается качество переходного процесса, особенно при компенсации возмущений, поступающих по каналу регулирования. Часто основная и вспомогательная координаты имеют одинаковую физическую природу и характеризуют значения одного и того же технологического параметра в разных точках системы.

Структурная схема каскадной АСР.

Расчет каскадной АСР предполагает определение настроек основного и вспомогательного регуляторов при заданных динамических характеристиках объекта по основному и вспомогательному каналам. Так как настройки основного и вспомогательного регуляторов взаимозависимы, расчет их проводят методом итераций. На каждом шаге итерации рассчитывают приведенную одноконтурную АСР, в которой один из регуляторов условно относится к эквивалентному объекту.

Структурная схема эквивалентной одноконтурной АСР с основным регулятором R(s).

Структурная схема эквивалентной одноконтурной АСР со вспомогательным регулятором R1(s).

Передаточная функция эквивалентного объекта для основного регулятора R(s) имеет вид:

Передаточная функция эквивалентного объекта для вспомогательного регулятора R1(s) имеет вид:

Рассчитаем настройки регулятора R(s) с использованием метода Циглера-Никольса

крит =1,6 [C/ %х.р.о.];

Ткр = 287,5 (с)

=0,0218 (с-1)

В качестве закона регулирования выбираем ПИ закон, обеспечивающий астатическое регулирование достаточно высокого качества.

Вторая итерация.

Рассчитаем настройки регулятора R1 (s) с использованием метода Циглера-Никольса.

С1крит = 0,1777 [C0/ %х.р.о.];

Рассчитаем настройки регулятора R(s) с использованием метода Циглера-Никольса

С1крит =1,59 [C/ %х.р.о.];

Ткрит = 287,5 с

=0,02184с-1

Произведем расчет настроек ПИ-регулятора:

Так как последние полученные параметры отличаются друг от друга менее, чем на 15%, то расчет каскадной АСР считаем законченным.

3.5.6 Сравнительный анализ одноконтурной и каскадной АСР

Построим графики переходных процессов в одноконтурной и каскадной АСР. На графиках серым показан переходный процесс в одноконтурной АСР, а черным - в каскадной.

Переходный процесс в системе при подаче возмущающего воздействия

Оценим качество полученного переходного процесса:

Одноконтурная АСР:

1)время переходного процесса или время регулирования tp=2500 (С) 2)статическая ошибка сm - величина отклонения установившегося значения регулируемой величины x() от требуемого значения N

3) степень затухания переходного процесса:

0,645

4) квадратично-интегральный критерий качества: I=6,1636

5) динамическая ошибка равна

Каскадная АСР

1) время переходного процесса или время регулирования tp=2200(С)

2) статическая ошибка

3) степень затухания переходного процесса

1

4) квадратично-интегральный критерий качества: I=3,3664

5) динамическая ошибка равна

Из полученных характеристик видно, что качество переходного процесса в каскадной системе значительно выше, чем в одноконтурной АСР. Динамическое отклонение в каскадной АСР при подаче возмущающего воздействия уменьшилось в 1,75 раза, а время переходного процесса уменьшилось в 1,136 раза, по сравнению с одноконтурной системой. Таким образом можно сделать вывод, что применение каскадной АСР температуры в зоне осветления печи целесообразно.

Применение каскадной АСР температуры в зоне осветления печи позволит значительно улучшить процесс варки стекломассы в производстве стекла, что в дальнейшем позволяет снизить количество брака изготовляемой на предприятии продукции.

Графический материал расчёта системы автоматического регулирования приведён в документах ДП 220301.800.2010.РР.1 и ДП 220301.800.2010 РР.2.

4. Безопасность и экологичность проекта

4.1 Введение

В настоящее время общей тенденцией в промышленности является повышение внимания к влиянию производственных процессов на окружающую среду. Сейчас уже не вызывает сомнения, что загрязнение окружающей среды способно вызвать ряд экологически обусловленных заболеваний и, в целом, приводит к сокращению средней продолжительности жизни людей, подверженных влиянию экологически неблагоприятных факторов.

Так же загрязнение окружающей среды угрожает устойчивому существованию растительного и животного мира. В природе складывается критическая ситуация. Несколько сот, а возможно тысячи видов растений -- трав, кустарников и деревьев -- могут исчезнуть с лица нашей планеты. Так же обстоит дело и с животным миром планеты. Сохранить и улучшить среду обитания животного и растительного мира в настоящее время одна из важнейших задач, стоящих перед всеми странами мира.

Безопасность и комфортность условий труда также является важным фактором. Статистика подтверждает, что аварии, выбросы, сбои в работе технологического оборудования ведут к загрязнению окружающей среды, экономическим потерям, а самое главное к болезням и даже человеческим жертвам. Для повышения безопасности работы персонала на предприятиях необходимо регулярно проводить инструктаж по технике безопасности, по возможности сокращать время пребывания обслуживающего персонала на опасных участках технологического процесса. Таким образом для повышения безопасности и экологичности производства не обойтись без внедрения современных надежных технических средств автоматизации на основе которых строится АСУ. Применение АСУ позволяет резко снизить экономические потери, повысить качество продукции, уменьшить вредные выбросы, увеличить надежность, предотвратить аварии, уменьшить количество отходов, защитить оборудование и, тем самым, спасти человеческое здоровье и жизнь.

Для построения высоконадежного и безопасного производства необходимо глубокое понимание безаварийного хода технологического процесса, правильное проектное решение. Все это отраженно в соответствующих разделах проекта.

4.2 Анализ на соответствие проектируемого объекта требованиям безопасности и экологичности

4.2.1 Анализ по вредным, опасным, экологическим и аварийным факторам

Проведем анализ на соответствие технологического процесса подготовки и варки шихты в производстве стеклотары на предприятии ООО «ВМ Product АстраханьСтекло» требованиям безопасности и экологичности.

Автоматизированная линия по подготовке и варке шихты, представляет собой множество крупногабаритных аппаратов, механизмов и машин, расположенных на значительной площади, в цеховых производственных помещениях. Обслуживание данного технологического оборудования требует присутствия персонала на некоторых технологических аппаратах постоянно и периодического обслуживания практически всех аппаратов, в различное время суток, что увеличивает риск получения производственной травмы. Подробный анализ производства позволяет выделить следующие факторы:

Вредные факторы производства.

К вредным факторам, влияющим на безопасность обслуживающего персонала, относятся, прежде всего, повышенная летом и пониженная зимой температура воздуха, повышенная влажность в производственных помещениях, недостаточная и некачественная освещенность, запыленность. Любой из вредных факторов влияет на здоровье обслуживающего персонала, способствует снижению внимания и в конечном итоге может привести к производственной травме или способствовать появлению аварийной ситуации.

Наличие в цеху дутьевых вентиляторов, насосов, транспортеров значительно повышает уровень шума, а длительное нахождение в непосредственной близости от источника шума вызывает заболевания органов слуха, опорно-двигательного аппарата.

Также вредным, по отношению к обслуживающему персоналу, фактором является тепловое излучение от некоторых аппаратов автоматизированной линии, длительное нахождение рядом с такими аппаратами может вызвать профессиональное заболевание.

Опасные факторы производства.

Наряду с вредными факторами существует множество факторов несущих непосредственную опасность для обслуживающего персонала.

Большую опасность в помещении технологического процесса несут движущиеся части. К движущимся частям относятся сборочный и ленточный конвейеры, загрузчики, дозаторы, элеваторы, цепные приводы. Неосторожность при обслуживании, несоблюдение мер по технике безопасности или отвлечение от работы может привести к попаданию конечности в движущуюся или вращающуюся часть, что приведет к тяжёлым увечьям или гибели обслуживающего персонала.

К опасным факторам производства также можно отнести необходимость обслуживания оборудования на отметках более 10 метров от уровня земли. Неквалифицированная работа на такой высоте может привести к потерям инструментов, деталей, а также падениям и травмам людей.

Варка шихты происходит при температурах до 1600С, что обуславливает наличие сильно нагретых частей оборудования, при прикосновении к которым можно получить ожог различной степени тяжести.

Применение механизмов с электроприводами: транспортеры, насосы, вентиляторы, дозаторы и т.д., создает возможность поражения обслуживающего персонала электрическим током. Воздействие электрического тока чрезвычайно опасно для жизни человека.

Проектируемая для линии система автоматизации является электрической системой. Электрическая часть системы несет с собой возможность опасного влияния электрического тока. Небрежное и неаккуратное проведение электромонтажных работ создаёт возможности для короткого замыкания и возгорания изоляции и аппаратуры. Кроме угрозы для здоровья и жизни обслуживающего персонала, порчи приборов и коммуникаций, это приводит к потере управляемости и аварийной остановке технологического оборудования.

Экологические факторы производства.

Одним из основных экологических факторов производства является загрязнение атмосферы дымовыми газами стекловаренной печи. В дымовых газах содержится в основном окислы азота, а в случае нарушения технологического процесса горения возможны выбросы угарного газа в атмосферу.

Кроме этого имеет место тепловое загрязнение окружающей среды дымовыми газами производства, тепловым излучением печи и других нагретых объектов производства.

Аварийные факторы производства.

Наиболее серьезные последствия для безопасности представляют аварийные факторы. К аварийным факторам производства можно отнести увеличение давления природного газа, поступающего на горение к газовым горелкам печи, уменьшение давления воздуха, поступающего на горение, поломка хотя бы одного из дымовоздушных шиберов. Увеличение давления в газовой магистрали может привести к разрыву трубопровода и утечке взрывоопасного природного газа. Уменьшение давления воздуха ниже минимально допустимого значения приводит к воспламенению воздуха вблизи смотровых окон печи, появлению языков пламени около загрузчиков, возможны также возгорание линий проводки или поражение рабочего персонала. В случае поломки дымовоздушного шибера дымовые газы печи скапливаются в цеховом пространстве, в результате чего температура воздуха резко повышается, возможны возгорания стенок печи. Для обнаружения поломки дымовоздушного шибера предусмотрена система блокировки по максимальному давлению-разрежению в печи.

Безопасная работа линии зависит от квалификации и внимательности обслуживающего персонала, а также от строжайшего соблюдения требований и правил техники безопасности, пожарной безопасности и параметров технологического режима, установленных регламентом.

4.3 Защита от вредных, опасных и аварийных факторов

Стекольный завод относится к категории «В» взрывопожарной и пожарной опасности и классу «В-1г» взрывоопасной и пожароопасной зоны. Проектируемая система управления процессом варки стекла разрабатывается в соответствии с ГОСТ 12.1.004-91* ССБТ, «Пожарная безопасность. Общие требования», ГОСТ 12.1.010-76* ССБТ «Взрывобезопасность. Общие требования».

Проектируемая система автоматизации по своему прямому назначению позволяет не только достичь запланированных технико-экономических показателей, но и обеспечивает максимально возможную защиту от вредных, опасных и аварийных факторов, как технологического оборудования, так и средств автоматизации, а также снижает уровень опасности за счет уменьшения времени пребывания обслуживающего персонала в рабочих зонах технологического процесса.

Основное внимание в проекте уделено защите от аварийных факторов, так как именно ими наносится наибольший ущерб. Для защиты от аварийных факторов в проекте предусмотрена система блокировок:

- по максимальному значению природного газа, подаваемого на горение, в стекловаренной печи;

- по минимальному значению воздуха, подаваемого на горение, в стекловаренной печи, питателях и выработочном канале;

- по максимальному значению давления-разрежения в печи;

(см. лист 1,2 ДП 220301.800.2010).

При срабатывании реле в одном из перечисленных случаев происходит автоматическая остановка линии в аварийном режиме с целью предотвращения взрыва аппаратов работающих под давлением, разрыва питающих трубопроводов, поражения рабочего персонала, пожара на предприятии. Перечисленные системы блокировок отражены в функциональной схеме (см. лист 1,2 ДП 220301.800.2010).

Эксплуатация электроприборов системы автоматизации несёт с собой возможность электропоражения персонала, короткого замыкания с последующим возгоранием. Для защиты от этого применён ряд конструктивных и организационных мер. Все приборы, щиты, пульты имеют защитное заземление. Значительная часть системы питается электрическим постоянным током с напряжением 24В, что в значительной мере уменьшает угрозу электропоражения. Для предотвращения коротких замыканий электромонтажные работы должны проводиться в соответствии со специальными правилами и инструкциями.

Для устранения последствий короткого замыкания все приборы, расположенные на щите, подключаются к цепи питания через щитовой автоматический выключатель. Доступ внутрь щита для обслуживания аппаратуры осуществляется через дверь, открываемую специальным ключом. Для предотвращения возгорания трансформатора, низковольтной части системы в цепь вторичной обмотки включён отдельный автоматический выключатель. Помещение операторной оборудуется датчиками пожарной сигнализации. При обнаружении возгорания производится подача предупредительного сигнала.

На целый ряд факторов технически трудно или невозможно разработать автоматическую защиту. К их числу относятся: шум и вибрация от транспортеров и вентиляторов, тепловое излучение оборудования, наличие сильно нагретых поверхностей и т.д. Наличие этих факторов объясняется особенностями оборудования и обеспечение защиты от них должно осуществляться проектировщиками аппаратов, машин и механизмов.

4.4 Обеспечение экологической безопасности

Предлагаемая система автоматизации позволяет значительно сократить вред, наносимый окружающей среде. Введение каскадной системы регулирования качества горения способствует уменьшению выбросов недогоревшего природного газа в атмосферу. Введение сложной системы регулирования температуры в зоне осветления стекловаренной печи, использование современного контроллера способствует более качественному регулированию процессов, протекающих в аппаратах, позволяет уменьшить тепловые выбросы в атмосферу.

Введение в состав системы электронно-вычислительной машины, работающей в режиме советчика, предотвращает грубые ошибки при управлении технологическим процессом и позволяет в случае нарушений нормализовать работу блока до срабатывания аварийной защиты.

При монтаже системы автоматизации возникают различного рода отходы. Ряд из них - обрезки стальных, медных, алюминиевых труб являются экологически безопасными и представляют немалую ценность как вторичное сырье. Другие отходы - упаковка приборов, обрезки полиэтиленовых труб, проводов в ПВХ изоляции являются экологически опасными в плане загрязнения окружающей среды в случае возгорания. Поэтому эти два вида отходов собираются в малогабаритные контейнеры на рабочих местах отдельно друг от друга и утилизируются соответствующим образом.

Экологически опасным фактором, создаваемым самой системой автоматизации, является возможность возгорания изоляции электропроводок с выбросом в атмосферу вредных продуктов её горения. Введение защиты от короткого замыкания позволяет предотвратить данную ситуацию (см. листы 4,5 ДП 220301.800.2010 Э3.1 и ДП 220301.800.2010 Э3.2).

Для охраны воздушного бассейна принят оптимальный режим работы горелок. Максимальный КПД газовых горелок соответствует нагрузкам 30-60%. Данный режим работы газовых горелок также соответствуем режиму уменьшенного загрязнения воздушного бассейна, так как уменьшение расхода топлива при снижении тепловой нагрузки уменьшает количество уходящих дымовых газов, и, следовательно, уносимых ими вредных выбросов.

Использование на производстве дымовой трубы, высотой около 30 м также способствует охране воздушного бассейна, обеспечивает концентрацию вредных веществ в приземном слое в допустимых пределах.

Предлагаемая система автоматизации позволяет получить положительный экологический эффект, так как она позволяет регулировать расход топливного газа в зависимости от нагрузки и расход воздуха по качеству горения. Конкретные цифры могут быть получены только после экспериментальной проверки разработанной системы автоматизации.

4.5 Повышение устойчивости функционирования

Система управления линией подготовки и варки шихты, как и любая техническая система подвержена отказам. При отказе системы автоматического регулирования нарушаются контролируемые ею параметры технологического режима. Управление оборудованием полностью восстанавливается при переходе на ручной режим.

При сбое в работе ЭВМ теряется возможность оптимального ведения процесса, но оборудование остается полностью управляемым и контролируемым, управление технологическим процессом в этом случае осуществляется промышленным контроллером.

При отключении основного электропитания происходит автоматический переход на резервную линию электропитания. В системе автоматизации применены аппараты с примерно одинаковыми показателями надёжности, вероятность безотказной работы в течение 2000 часов не менее 0,98. Поэтому наиболее вероятен выход из строя приборов, работающих в более тяжелых условиях эксплуатации. К таким приборам относятся первичные измерительные преобразователи, расположенные на технологическом оборудовании. Для предотвращения длительного простоя линии из-за отсутствия запасных частей, на предприятии необходимо обеспечить наличие ЗИП комплекта (см. спецификацию).

Повышению устойчивости функционирования способствует ограничение типов используемой аппаратуры. Такое решение упрощает техническое обслуживание, ремонт аппаратуры, сокращает число допускаемых при этом ошибок и уменьшает потребность в разнотипных запасных комплектах приборов.

Другим способом повышения надежности является применение резервирования некоторых элементов. Так данным проектом предусмотрено резервирование контроллера.

Все подключения датчиков и приборов к промышленному контроллеру производятся с помощью соединительных разъемов. При выходе прибора из строя возможна быстрая замена и восстановление работоспособности системы.


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.