Схема автоматизации нагревательной печи

Обновлено: 18.05.2024

Схема автоматизации нагревательной печи

1. Предоставляя свои персональные данные при регистрации на сайте, Пользователь даёт Оператору своё согласие на обработку и использование своих персональных данных согласно ФЗ № 152-ФЗ «О персональных данных» от 27.07.2006 г. различными способами в целях, указанных в настоящих Правилах.

2. Под персональными данными понимается любая информация, относящаяся к прямо или косвенно определенному или определяемому физическому лицу (субъекту персональных данных) и которая может быть использована для идентификации определенного лица либо связи с ним.

3. Персональные данные Пользователей хранятся исключительно на электронных носителях и обрабатываются с использованием автоматизированных систем

4. Оператор использует персональные данные Пользователя в целях:
- регистрации Пользователя на Сайте;
- получения Пользователем запрашиваемой информации об услугах Оператора;
- получения Пользователем персонализированной рекламы;
- для выполнения своих обязательств перед Пользователем.

5. Оператор обязуется не разглашать полученную от Пользователя информацию. При этом не считается нарушением обязательств разглашение информации в случае, когда обязанность такого раскрытия установлена требованиями действующего законодательства РФ.

6. Обработка персональных данных Пользователя осуществляется без ограничения срока, любым законным способом, в том числе в информационных системах персональных данных с использованием средств автоматизации или без использования таких средств

7. Оператор осуществляет блокирование персональных данных, относящихся к соответствующему Пользователю, с момента обращения или запроса Пользователя или его законного представителя либо уполномоченного органа по защите прав субъектов персональных данных на период проверки, в случае выявления недостоверных персональных данных или неправомерных действий.

8. Персональные данные пользователя уничтожаются при:

- самостоятельном удалении Пользователем данных со своей персональной страницы с использованием функциональной возможности «удалить аккаунт», доступной Пользователю при помощи настроек профиля;
- удалении Оператором информации, размещаемой Пользователем, а также персональной страницы Пользователя в случаях, установленных договором купли продажи (оферта);
- при отзыве субъектом персональных данных согласия на обработку персональных данных.

Пример автоматизации нагревательной печи, работающей на природном газе

В качестве примера автоматизации системы газоснабжения рассмотрим печь для термообработки инструмента; топливо для печи – природный газ.

Рациональное использование природного газа требует постоянного внимания к вопросам его экономии. Эту задачу можно решить только средствами автоматического управления печи, экономное расходование топлива возможно только при использовании автоматических систем регулирования. Кроме того, при эксплуатации газоиспользующих установок особое требование предъявляется к выполнению условий техники безопасности. Правильная и безопасная эксплуатация печей, работающих без применения средств автоматизации, невозможна. Использование автоматики в цехе даёт возможность сократить расход топлива, обеспечить безопасность использования газа. Надёжная, экономичная и безопасная работа системы газоснабжения с минимальным числом обслуживающего персонала может осуществляться только при наличии автоматического регулирования и управления.

Общие требования к автоматизации печей

Целью автоматизации является:

- обеспечение выработки необходимого количества теплоты при заданных параметрах;

- достижение экономии сжигания топлива, рационального использования электроэнергии для собственных нужд установки;

- доведение потерь теплоты до минимума;

- обеспечение надёжности и безопасности работы каждого агрегата без участия оператора.

Задачи автоматизации подогревающих печей на объектах нефтяной промышленности. Схема автоматизации системы регулирования параметров печи ПТБ-10

Трубчатая печь предназначена для передачи нагреваемому продукту тепла, выделяющегося при сжигании топлива в топочной камере печи. Основные характеристики: производительность печи, полезная тепловая нагрузка, теплонапряженность поверхности нагрева и коэффициент полезного действия печи.

При повышении температуры воздуха увеличивается температура факела, повышается скорость горения и сокращаются размеры факела. Размеры факела уменьшаются и при увеличении количества воздуха, поступающего в топку. Избыток воздуха ускоряет процесс горения. При недостаточном количестве воздуха факел получается растянутым, топливо полностью не сгорает, что приводит к потере тепла. Чрезмерное количество воздуха приводит к повышению потерь тепла с отходящими дымовыми газами и более интенсивному окислению поверхности нагрева.

Стабилизация температуры сырья на выходе из печи достигается изменением подачи топливного газа и воздуха в камеру сгорания.

Трубчатые печи применяются для нагрева нефти, нефтепродуктов и природного газа за счет тепла, выделяемого при сжигании газообразного либо жидкого видов топлива.

Общей задачей локального регулирования режима работы всей установки является стабилизация параметров состояния. Она решается за счет регулирования технологических параметров в каждом отдельном аппарате.

Система автоматизации трубчатой печи ПТБ-10 осуществляет регулирование следующих технологических параметров.

1. Температуры нагреваемого продукта на выходе из печи в диапазоне от 0 до 90 C. Регулятор температуры (поз. 14б) воздействует на привод регулирующего органа, установленного на трубопроводе топливного газа к горелкам печи, и изменяет расход топлива в зависимости от температуры поступающей нефти в печь.

2. Давления топливного газа на уровне 0,06 МПа регулятором давления (поз. 5б), воздействующим на подачу топлива в питающий трубопровод.

4. Давление запального газа регулируется в диапазоне от 0,04 до 0,1 МПа.

Системой автоматики печи ПТБ-10 предусмотрен автоматический режим розжига запальных и основных горелок с предварительной продувкой камер сгорания нагревателей воздухом, а также пуск и останов двигателей вентиляторов, подающих воздух в камеры сгорания нагревателей.

Системой автоматики осуществляется измерение:

- расхода нагреваемого продукта;

- расхода топливного газа;

- температуры нагреваемого продукта на выходе из печи;

- температуры дымовых газов из печи;

- давления нагреваемого продукта на входе и выходе из печи.

Системой управления производятся вычисление и регистрация суммарного расхода нагреваемого продукта, расхода топливного газа на нагрев сырья, коэффициента полезного действия печи и выполняется диагностирование состояния жаровых труб нагревателей печи.

Система автоматизации прекращает подачу топлива путем закрытия отсечного клапана, установленного на линии питания печи, если:

- расход нагреваемого продукта ниже допускаемого значения;

- отклонения давления топливного газа больше заданных предельных значений;

- давление нагреваемого продукта выше допустимого значения;

- давление подаваемого в камеры сгорания воздуха ниже допустимого значения;

Автоматизация управления электрическими печами

Модернизация системы управления электропечами на базе приборов ОВЕН с учетом таких технологических потребностей, как точное регулирование температуры, возможности быстрой смены режимов при обработке различных видов изделий и внедрение ее на заводе ОАО «КЗ ОЦМ» (г. Киров) на линии протяжного отжига «HEURTEY».

Необходимость создания АСУ

Использование АСУ при термической обработке повышает качество продукции и облегчает труд обслуживающего персонала. Современное оборудование и новые методы автоматического управления позволяют снизить затраты на ремонт и обслуживание оборудования, получить экономический эффект от рационального использования энергоресурсов вследствие оптимального управления технологическим процессом. Рассмотрим два проектных решения модернизации системы управления электропечами с учетом таких технологических потребностей, как точное регулирование температуры, возможности быстрой смены режимов при обработке различных видов изделий.

Системы регулирования температуры в электропечах на основе ОВЕН ТРМ151

В качестве регулирующего устройства в системе управления электропечью используется двухканальный программный ПИД-регулятор ОВЕН ТРМ151, два канала которого регулируют температуру на нагревательных элементах. Исполнительным устройством служит блок управления симисторами и тиристорами ОВЕН БУСТ, который обеспечивает точность автоматической регулировки мощности на нагревательных элементах печи методом фазового управления. Для расширения входов и получения дополнительной возможности измерения температуры в самом изделии или в муфеле печи применяется модуль ввода ОВЕН МВА8. Обмен данными между регуляторами и модулем аналогового ввода осуществляется при помощи компьютера, для согласования интерфейсов RS-485/RS-232 используется преобразователь интерфейса ОВЕН АС3-М (рис. 1).

Разработанная система позволяет выполнять режим отжига любой степени сложности. Смена уставок в системе регулирования температуры осуществляется автоматически по разработанной технологом программе. Программы технолога создаются на компьютере верхнего уровня и заносятся в каждый прибор ТРМ151.

Схема системы регулирования температуры в шахтной печи показана на рис. 2. Система позволяет задавать скорость изменения температуры (увеличение или уменьшение до заданного значения) в каждой нагревательной зоне по индивидуальному графику, что обеспечивает равномерный нагрев изделия во всех точках. Возможен переход с одной программы на другую по достижении определенного значения любого из параметров температуры или времени. Сбор данных с каждой печи осуществляется при помощи SCADA-системы OWEN PROCESS MANAGER. Предложенная система регулирования температуры может быть реализована в любых электропечах с одной или двумя нагревательными зонами.

Для системы требуется:

• программный двухканальный регулятор (ОВЕН ТРМ151);

• блок управления симисторами и тиристорами (ОВЕН БУСТ);

• преобразователь интерфейса (ОВЕН АС3-М);

• модуль аналогового ввода (ОВЕН МВА8);

• датчики температуры, силовые симисторы;

Система регулирования температуры на заводе ОАО «КЗ ОЦМ»

Подобная система регулирования температуры на базе регуляторов ОВЕН ТРМ151 и блоков БУСТ, была внедрена в 2007 году на заводе ОАО «КЗ ОЦМ» г. Киров на линии протяжного отжига «HEURTEY». Печь имеет две независимо работающие зоны нагрева (предварительного и точного нагрева). В печи организовано два контура регулирования температуры на регуляторах ОВЕН ТРМ151. Линия предназначена для непрерывного отжига и травления медных и латунных лент толщиной 0,15. 0,8 мм и шириной 200. 630 мм. В процессе обработки рулоны разматывают и протягивают в печи по опорным роликам. После отжига металл изменяет свою структуру и механические свойства. Для достижения точного регулирования температуры применяются два блока управления ОВЕН БУСТ по одному на каждый канал приборов ТРМ151, которые регулируют мощность нагревательных элементов методом фазового управления.

Системы регулирования на базе ОВЕН ПЛК

Для более сложных систем с управлением тремя и более нагревательными зонами, а также работой вентиляторов и других исполнительных механизмов наиболее приемлемой станет система с управляющим устройством в виде программируемого логического контроллера, например, ОВЕН ПЛК. Примером такого типа установок может служить самый распространённый в промышленности тип печей – камерная электрическая печь сопротивления, либо колпаковая электропечь. В этих печах, в зависимости от конструкции, могут быть три зоны нагрева. Для оптимального регулирования температуры в них необходимо иметь три независимых контура управления. Система регулирует температуру в каждой зоне нагрева: в первой, во второй и в третьей зонах используя, соответственно, первый, второй и третий каналы регулирования. Все контуры подчиняются главному контуру управления температуры в муфеле. Контуры подчинённого регулирования идентичны и состоят из регулятора температуры, программно реализованного в контроллере (ОВЕН ПЛК154), исполнительного устройства (ОВЕН БУСТ и симисторов) и объекта управления (нагревательных элементов). Регулятор главного контура регулирования (рис. 3), так же как и регуляторы подчинённых контуров, программно реализован в контроллере ПЛК154.

Данные с каждого канала поступают сначала на контроллер, а затем на компьютер, где обрабатываются и хранятся при помощи SCADA-системы, приспособленной для работы с данным технологическим процессом и выбранным контроллером. В разработанной системе помимо автоматического регулирования температуры возможно регулирование с помощью резисторов ручного управления. Ручное управление используется во время наладки или аварийной ситуации.

Основными управляющими и контролирующими элементами СУ камерной печи являются:

• программируемый логический контроллер (ОВЕН ПЛК154);

• блоки управления симисторами и тиристорами (ОВЕН БУСТ);

• термопары ТХА (К) и силовые симисторы;

Отличительной особенностью проекта с использованием ПЛК является возможность визуализации на компьютере процесса регулирования температуры в выбранной электропечи.

Программное обеспечение для АСУ электрической печи

Сегодня существует целый ряд приложений, позволяющих выбирать необходимое программное обеспечение для АСУ ТП. Такими возможностями обладает продукт TraceMode, который совмещает программные стандарты с большинством средств промышленной автоматики от мировых производителей, в том числе производства ОВЕН. Поэтому данный продукт, как никакой другой, подходит в качестве основного системного программного обеспечения при создании АСУ электрической печи. Это обусловлено еще и тем, что программа Trace Mode имеет широкие функциональные возможности и удобную среду разработки, а также тем, что с ней бесплатно поставляются драйверы для выбранного контроллера ОВЕН ПЛК.

Возможные варианты экранных форм, разработанных в SCADA-системе, приведены на рис. 4. По ним видно, что управлять и производить регистрацию данных в системе не составляет особого труда. Экранные формы контроля и регулирования значительно упрощают эксплуатацию печей и облегчают работу оператора. Их внешний вид и структура может быть выполнена индивидуально под каждый заданный технологический процесс и установку.

Следует обратить внимание, что предлагаемый проект выполнен на основе детального анализа существующего на данный момент рынка предложений. А элементная база системы автоматики выбрана как наиболее удовлетворяющая современным требованиям управления технологическим процессом.

Спецификация оборудования ОВЕН для реализации проекта на базе ТРМ151

Для системы требуется:

• программный двухканальный регулятор ОВЕН ТРМ151

• блок управления симисторами и тиристорами ОВЕН БУСТ

• преобразователь интерфейса ОВЕН АС3-М

• модуль аналогового ввода ОВЕН МВА8

Результат автоматизации

Описанные проекты в полной мере учитывают запросы и требования, предъявляемые к термообработке изделий в электротермических установках. Проекты требуют минимальных экономических затрат на установку оборудования КИПиА и его обслуживание. Внедрение этих решений позволит повысить качество продукции, уменьшить количество брака, снизить расход сырья, сократить поломки и простои оборудования, и тем самым увеличить объём выпуска продукции, а так же повысить производительность за счет улучшения условий труда обслуживающего персонала.

Система регулирования температуры на базе регуляторов ОВЕН ТРМ151 и блоков БУСТ была разработана отделом автоматизации компании «Альфа-Пром» (г. Киров) и внедрена в 2007 году на заводе ОАО «КЗ ОЦМ» на линии протяжного отжига «HEURTEY».

Система на базе ТРМ151 позволяет выполнять режим отжига любой степени сложности. Смена уставок в системе регулирования температуры осуществляется автоматически по разработанной технологом программе. Программы технолога создаются на компьютере верхнего уровня и заносятся в каждый прибор ТРМ151.

Предлагаемая система управления увеличивает надёжность работы электропечей за счёт замены аналоговых регуляторов и релейных исполнительных механизмов на микропроцессорные регулирующие элементы и бесконтактные силовые ключи (симисторы). Количество внешних соединений и клеммных коробок при этом уменьшается в несколько раз. Например, один ПИД-регулятор ТРМ151, модуль ввода ОВЕН МВА8 и компьютер (рис. 2) заменяют три старых, но весьма дорогих двухпозиционных регулятора-самописца, при этом точность и возможности регулировки значительно увеличиваются за счет применения ПИД-регуляторов с автоматической подстройкой коэффициентов.

Затраты на проведение модернизации существенно сократятся, если модернизация будет производиться на нескольких установках сразу. Например, для четырех печей кроме регуляторов температуры понадобится всего один модуль МВА8 и компьютер (рис. 1).

1 Автоматизация термической печи

ОАО «Волгограднефтемаш» – предприятие промышленной отрасли, относящееся к обрабатывающим производствам к категории «производство машин и оборудования». Производит оборудование для нефтяной, нефтеперерабатывающей, газовой, химической и нефтехимической отраслей промышленности.

Точкой отсчета в истории создания Предприятия явилось принятие в 1939 году Правительством СССР решения о строительстве в г. Сталинграде завода по производству тяжелого крекингового оборудования для строящихся нефтеперерабатывающих заводов в Сталинграде, Саратове, Сызрани и других городах Поволжья. Строительство завода началось в 1940 году.

После окончания боевых действий под Сталинградом в марте 1943 года началось восстановление разрушенных цехов, а в 1946-м – выпуск продукции.

Постоянно развиваясь, завод использовал передовые достижения науки. В содружестве с проектными и технологическими институтами активно внедрялись новые технологии, марки сталей (коррозионностойкие, теплостойкие, сталей, работающих при пониженных температурах и сероводородсодержащих средах и др.) для производства нефтегазоперерабатывающего оборудования. За время своего существования завод провел три реконструкции, направленные на повышение технического и технологического уровня, наращивание объемов производства. За внедрение крупноблочного метода производства оборудования для нефтеперерабатывающей промышленности в 1966г. завод был удостоен высшей награды СССР – ордена Ленина. Этот метод производства позволил сократить сроки ввода оборудования у заказчика в полтора-два раза.

В состав ОАО «Волгограднефтемаш» входят Волгоградский завод нефтяного машиностроения им. Петрова, филиал Котельниковский арматурный завод.

Головное предприятие – Волгоградский завод нефтяного машиностроения им. Петрова специализируется на выпуске оборудования, предназначенного для эксплуатации в химической, нефтеперерабатывающей, нефтяной, газовой промышленности и в других отраслях. Основной вид продукции завода – сосуды, работающие под давлением: сепараторы, реакторы, коксовые камеры, абсорберы, адсорберы, десорберы, колонны, емкости, ресиверы, пылеуловители и т. п., в том числе в блочно-комплектном исполнении. Сосуды изготавливаются из углеродистых, коррозионностойких и жаропрочных сталей, однослойных и двухслойных с толщиной листа от 4 до 260 мм и диаметром сосудов от 200 до 12000 мм.

Завод обеспечен современными станками и оборудованием с программным управлением известных мировых производителей. Обладая высококвалифицированными специалистами мы имеем возможность не только изготавливать, но, и обеспечивать шефмонтаж и пуско-наладку, обучение персонала заказчика, гарантийное и послегарантийное обслуживание всего производимого оборудования.

Для обеспечения качества продукции и удовлетворения требований потребителей на предприятии действует система менеджмента качества сертифицированная по ИСО 9001-2001, признанная соответствующей международным стандартам.

На предприятии имеется термическое производство. Термическое оборудование используется для проведения нормализации, закалки и отпуска заготовок, а также послесварочного отпуска сборочных единиц. Контроль режима термообработки осуществляется по показаниям печных термопар с записью процесса на диаграмме регистрирующего прибора. Значения температуры фиксируются в журнале термообработки. При необходимости, процесс термообработки проводится по показаниям термопар, закрепленных на садке.

Термообработка выполняется в соответствии с требованиями российских стандартов (ГОСТ Р 52630-2012), требований секции VIII, div 1, 2 кода ASME, спецификаций PVM-SU-5004-G фирмы Chevron, API-934, спецификаций UOP компании Honeywell и др.

Для проведения объемной печной термообработки и нагрева металла на предприятии установлены 60 печей, работающих на природном газе или электричестве. Размеры пода печей от 0,5х0,5 до 8,5х39,7 м. Вес садки от 0,001 до 700 т. Температура нагрева садки до 1100°С при термообработке и до 1250°С при ковке и штамповке. На заводе используется 3 установки для проведения местной термообработки, мощностью 100 и 150 кВт. Режим работы установок – автоматический по заданной программе. Нагрев изделий производится при помощи нагревателей сопротивления.

Термические печи

В конструкциях печей-теплогенераторов тепло освобождается из самого нагреваемого объекта. К таким конструкциям можно отнести индуктивные печи или конвертеры. В таких печах внешний теплообмен большой роли не играет при нагреве материала.

Классификация конструкций печей

В топливной печи химическая энергия газа или жидкого топлива при сжигании превращается в тепло.

Электрические печи преобразуют электрическую энергию в тепловую.

индукционные,
дуговые,
электронно-лучевые,
печи сопротивления.

Электронно-лучевые печи работают по принципу столкновения потоков электронов ускоренных в вакуумном пространстве.

Дуговые печи создают тепловую энергию за счет дугового разряда в вакуумной среде.

Печи сопротивления вырабатывают тепловую энергию во время прохождения тока через полупроводники или активные сопротивления.

Роль автоматизации термической печи

На Рисунке 1 изображен принцип работы и автоматика безопасности термической печи. Как видно для полноценного функционирования системы не достаточно будет применение датчика температуры и газовой горелки или электрического ТЭНа.

Применение терморегулятора и термопар к системе термической печи

Для обеспечения стабильного температурного режима в термической печи можно применять терморегулятор ОВЕН ТРМ. С помощью этого прибора можно измерять температуру и отдавать команды передавать данные на внешние устройства. К примеру, терморегулятор ОВЕН ТРМ202 имеет встроенный интерфейс связи RS-485. На Рисунке 2 изображен прибор в варианте щитового исполнения.

На Рисунке 3 схема подключения терморегулятора ОВЕН ТРМ202. Как видно на схеме, прибор может работать с термопарами и активными датчиками с унифицированным сигналом. Терморегулятор может измерять сигналы с двух входов или выдавать разницу показаний термопар.

Подключение термопары может быть выполнено как к удаленному аналоговому модулю PLC, так и к микроконтроллеру. В последнем случае сигнал следует обработать и усилить, как на Рисунке 4. Датчик температуры печи подключается к контроллеру через аналоговые модули связи.

В жестких условиях работы, обычно применяется термопара печей типа PT-100 и им подобные. На Рисунке 5 изображена стандартная термопара серии PT-xx.

Подключение термопары к микроконтроллеру

Термо-ЭДС пропорциональна перепаду температур между горячим и холодным сплавом. Для получения значений с термопары можно применить схему как на Рисунке 4. Подключение термопары происходит на прямой вход ОУ. Но есть и специализированные микросхемы, у которых есть входы под данные типы термопар. К примеру, можно выбрать прибор MAX31855 от фирмы Maxim. Это микросхема имеет встроенный АЦП, что позволяет с ее выхода снимать цифровой сигнал.

Разрешение: 14 бит, с шагом 0.25 °С;
Диапазон измерения: от –270 °С до +1800 °С;
Компенсационная схема опорного спая термопары;
SPI-совместимый интерфейс;
Поддерживание термопар типов K, J, N, T и E;

Датчик угарного газа в автоматике безопасности газовой термической печи

На Рисунке 6 представлена плата с подключенным датчиком СО. По сравнению с «сухими» датчиками у TGS5042 потребление активных веществ, практически отсутствует. Прибор способен долгое время формировать точные сигналы без какого-либо обслуживания. Данные о концентрации угарного газа выдаются по токовому интерфейсу, что делает прибор еще удобней в использовании. Для полной калибровки датчика достаточно 10 минут.

Глава 2.

2.1. Автоматизация управления электрическими печами

Электрические печи сопротивления (камерные, шахтные, колпаковые и др.) широко применяются для термообработки изделий в различных отраслях промышленности: в металлургии, энергетическом машиностроении, металлообработке, керамическом и стекольном производстве. Использование автоматизированных систем управления при термической обработке повышает качество продукции и облегчает труд обслуживающего персонала.

Современное оборудование и новые методы автоматического управлении позволяют снизить затраты на ремонт и обслуживание оборудования, получить экономический эффект от рационального использования энергоресурсов вследствие оптимального управления технологическим процессом.

В ходе прохождения производственной практики было выявлено и предложено два проектных решения модернизации системы управлений электропечами ,с помощью использования литературы и примеров готовых проектов, с учетом таких технологических потребностей, как точное регулирование температуры, возможности быстрой смены режимов при обработке различных видов изделий.

При подготовке проектов модернизации АСУ предварительно был проведён подробный анализ технологического процесса термообработки для выяснения основных недостатков и проблем в работе печей. Например, во время отжига деталей и металлоконструкций недопустимы даже незначительные отклонения температуры от значений, указанных в технологической карте. Нарушения температурного режима могут привести к несоответствию механических свойств изделий, заявленных изготовителем, что, в свою очередь, может повлечь аварии на производстве.

2.2. Системы регулирования температуры а электропечах на основе приборов овен

В качестве регулирующего устройства в системе управления электропечью используется двухканальный программный ПИД-регулятор ОВЕН TPM151, два канала которого регулируют температуру на нагревательных элементах. Исполнительным устройством служит блок управления симисторами и тиристорами (БУСТ), который обеспечивает точность автоматической регулировки мощности на нагревательных элементах печи методом фазового управления.

Для расширения входов и получения дополнительной возможности измерении температуры в самом изделии или в муфеле печи применяется модуль ввода ОВЕН МВА8. Обмен данными между регуляторами и модулем аналоговое о ввода осуществляется при помощи компьютера, для согласования интерфейсов RS-485/RS-232 используется преобразователь интерфейса ОВЕН АС3-М (рис. 1).

Рис. 1. Общая структурная схема системы автоматического управления (САУ) температуры для четырех электропечей

Разработанная система позволяет выполнять режим отжига любой степени сложности. Смена уставок в системе регулирования температуры осуществляется автоматически по разработанной технологом программе. Программы технолога создаются на компьютере верхнею уровни и заносятся в каждый прибор ТРМ151.

Схема системы регулирования температуры в шахтной печи показана на рис. 2.

Рис. 2. Функциональная схема регулирования в шахтной электропечи

Система позволяет задавать скорость изменения температуры (увеличение иди уменьшение до заданного значения) в каждой нагревательной зоне по индивидуальному графику, что обеспечивает равномерный нагрев изделия во всех точках. Возможен переход с одной программы на другую по достижении определенного значения любого из параметров температуры или времени. Сбор данных с каждой печи осуществляете и при помощи SCADA-системы OWEN PROCESS MANAGER.

программный двухканальный регулятор (ОВЕН TPM151);
блок управления симисторами и тиристорами (ОВЕН БУСТ);
преобразователь интерфейса (ОВЕН АС3-М);
модуль аналогового ввода (OSEH МВА8);
компьютер;
датчики температуры, силовые симисторы.

Например, один ПИД-регулятор ТРМ151, модуль ввода ОВЕН МВА8 и компьютер заменяют три старых, но весьма дорогих двухпозиционных регулятора-самописца, при этом точность и возможности регулировки значительно увеличиваются за счет применении ПИД-регуляторов с автоматической подстройкой коэффициентов.

Стоит отметить, что затраты на проведение модернизации существенно сократятся, если модернизация будет производиться на нескольких установках сразу. Например, для четырех печей кроме регуляторов температуры понадобится всего одни модуль МВА8 и компьютер.

Печь имеет две независимо работающие зоны нагрева (предварительного и точного нагрева). В печи организовано два контура регулирования температуры на регуляторах ОВЕН ТРМ151.

Линия предназначена для непрерывного отжига и травлении медных и латунных лент толщиной 0,15 - 0,8 им и шириной 200 - 630 мм. В процессе обработки рулоны разматывают и протягивают в печи по опорным роликам. После отжига металл изменяет свою структуру и механические свойства.

Для достижения точного регулировании температуры применяются два блока управления ОВЕН БУСТ по одному на каждый канал приборов TPM151, которые регулируют мощность нагревательных элементов методом фазового управления.

Примером такого типа установок может служить самый распространённый в промышленности тип печей - камерная электрическая печь сопротивления, либо колпаковая электропечь. В этих печах, в зависимости от конструкции, могут быть три зоны нагрева. Дли оптимального регулирования температуры в них необходимо иметь три независимых контура управления.

Система регулирует температуру в каждой зоне нагрева: в первой, во второй и в третьей зонах используя, соответственно, первый, второй и третий каналы регулирования. Все контуры подчиняются главному контуру управлении температуры в муфеле.

Контуры подчинённого регулирования идентичны и состоят из регулятора температуры, программно реализованного в контроллере (ОВЕН ПЛК154), исполнительного устройства (ОВЕН БУСТ и симисторов) и объекта управления (нагревательных элементов). Регулятор главного контура регулирования (рис. 3), так же как и регуляторы подчинённых контуров, программно реализован в контроллере ПЛК154.

Рис. 3. Функциональная схема САУ электрической печи

Данные с каждого канала поступает сначала на контроллер, а затеи на компьютер, где обрабатываются и хранятся при помощи SCADA-системы, приспособленной для работы с данный технологическим процессом и выбранным контроллером.

программируемый логический контроллер (ОВЕН ПЛК154);
блоки управления симисторами и тиристорами (ОВЕН БУСТ);
термопары ТХА (К) и силовые симисторы;
компьютер.

Сегодня существует целый ряд приложений, позволяющих выбирать необходимое программное обеспечение для ACУ ТП. Такими возможностями обладает продукт TraceMode, который совмещает программные стандарты с большинством средств промышленной автоматики от мировых производителей, в том числе производства ОВЕН. Поэтому данный продукт, как никакой другой подходит в качестве основного системного программного обеспечения при создании АСУ электрической печи.

Это обусловлено еще и тем, что программа Trace Mode имеет широкие функциональные возможности и удобную среду разработки, а также тем, что с ней бесплатно поставляются драйверы для выбранного контроллера ОВЕН ПЛК.

Экранные формы контроля и регулирования значительно упрощают эксплуатацию печей и облегчают работу оператора. Их внешний вид и структура может быть выполнена индивидуально под каждый заданный технологический процесс и установку.

2.3. Результат автоматизации

Описанные проекты в полной мере учитывают запросы и требования, предъявляемые к термообработке изделий в электротермических установках. Проекты требуют минимальных экономических затрат на установку оборудования КИПиА и его обслуживание. Внедрение этих решений позволит повысить качество продукции, уменьшить количество брака, снизить расход сырья, сократить поломки и простои оборудования и тем самым увеличить объём выпуска продукции, а так же повысить производительность за счет улучшения условий труда обслуживающего персонала.

Курсовая работа: Проект системы автоматического управления температуры печи

Согласно техническим условиям во внутреннем объеме электрической печи 1 требуется поддерживать постоянную температуру. Температура измеряется термопарой 2. Термо - э. д. с термопары сравнивается с напряжением задающего потенциометра 3 и разностный сигнал усиливается электронным усилителем 4, а затем выходным магнитным усилителем 5. Нагревательный элемент 6, питаемый выходным током магнитного усилителя обогревает печь.

Электронный усилитель Uy = k2 U;

Элемент сравнения U =- Uq- Ut;

где ко - коэффициент передачи сушильного шкафа;

k1 - коэффициент усиления магнитного усилителя;

к2 - коэффициент усиления электронного усилителя;

кт - коэффициент передачи термопары;

То - постоянная времени объекта управления (электрической печи);

Т1 - постоянная времени магнитного усилителя

Т2- постоянная времени термопары

Параметры Вариант 50

Система автоматического управления температуры печи очень распространена в современных отраслях производства и широко применяется.

Приведем пример использования данной САУ. Возьмем в рассмотрение завод, где производят хлебобулочные изделия. Здесь требуется использование печи для выпечки изделий, имеющих разные температуры приготовления. Для реализации быстрого и качественного изменения температуры печи можно применять систему автоматического регулирования, которая будет рассмотрена в нашей работе.

1. Функциональная схема САУ

Функциональная схема системы автоматического управления температурой печи приведена на рисунке 3.

Рисунок 2 - функциональная схема САУ

Функциональная схема системы автоматического управления температурой печи реализуется следующими функциональными блоками:

ЗУ — задающее устройство. Реализуется на принципиальной схеме задающим потенциометром 3. Задает напряжение U0; которое будет сравниваться с термо-ЭДС термопары.

СЭ - сравнивающий элемент, выполненные на упрощенной принципиальной схеме в виде совокупности термопары 2 и задающего потенциометра 3. СЭ определяет сигнал рассогласования между напряжением Uq с задающего устройства и термо-ЭДС.

У - усилитель, выполненные па упрощенной принципиальной схеме в виде электронного усилителя 4. Увеличивает величину входного напряжения в К раз.

УМ - усилитель мощности представленный на принципиальной схеме в виде тиристорного преобразователя. Здесь, поступающий на вход тиристорного преобразователя, сигнал Uy усиливается по мощности;

РО - регулирующий орган. Реализуется на принципиальной схеме нагревательным элементом и электрической печью;

ОУ - объект управления. В качестве него выступает сама печь, температуру которой мы регулируем.

ИП - измерительный преобразователь. На принципиальной схеме представлен в виде термопары 2.

2. Алгоритмическая схема САУ

Для составления алгоритмической схемы системы автоматического управления получим передаточные функции каждого функционального элемента схемы.

а) Согласно заданию работа предварительного усилителя описывается следующим дифференциальным уравнением:

Применим преобразования Лапласа и получим операционную форму записи уравнения, из которой найдем передаточную функцию:

В результате получили безынерционное звено.

б) Магнитный усилитель описывается дифференциальным уравнением:

Его передаточная функция будет иметь вид:

В результате было получено инерционное звено.

в) Электрическая печь с нагревательным элементом описывается дифференциальным уравнением:

Его передаточная функция будет иметь вид:

Получили инерционное звено.

г) Термопара описывается дифференциальным уравнением:

Его передаточная функция будет иметь вид:

W4(p)= = = - инерционное звено.

Алгоритмическая схема САУ представлена на рисунке 4.

Рисунок 3 - Алгоритмическая схема системы управления температуры печи.

Найдем передаточную функцию разомкнутой системы:

Найдем передаточную функцию замкнутой системы относительно регулируемой величины по задающему воздействию:

Найдем передаточную функцию замкнутой системы относительно ошибки регулирования по задающему воздействию:

Передаточную функцию замкнутой системы относительно регулируемой величины по возмущающему воздействию и передаточную функцию замкнутой системы относительно ошибки регулирования по возмущающему воздействию не можем найти, т.к. отсутствует возмущающее воздействие.

3. Анализ устойчивости исходной САУ

Для анализа устойчивости рассматриваемой системы воспользуемся логарифмическим критерием устойчивости, который подразумевает построение ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы. Это позволит не только ответить на вопрос об устойчивости системы, но и оценить ее запасы устойчивости по фазе и амплитуде. В дальнейшем мы воспользуемся приведенными в этом разделе логарифмическими характеристиками для синтеза корректирующего устройства в том случае ,если окажется ,что система не отвечает предъявленным к ней требованиям

Качества процесса регулирования. На этот вопрос нам поможет ответить переходная характеристика системы, приведенная ниже.

Рисунок 4 - ЛАЧХ и ЛФЧХ исходной САУ

Рисунок 5 - переходная характеристика, исходной, САУ.

4. Синтез корректирующих устройств САУ

В области низких частот у «желаемой» ЛАЧХ оставляем наклон -20дБ/дек. В области высоких частот «желаемая» ЛАЧХ повторяет исходную ЛАЧХ, т.к. ОВЧ не оказывает существенного влияния на характеристики системы. Построение «желаемой» ЛАЧХ приведено на рисунке выполненном на миллиметровой бумаге.

По этим данным определяем, что корректирующим звеном является два интегро-дифференцирующих звена. Передаточная функция получившегося звена имеет вид:

Переходная характеристика при таком корректирующем звене имеет следующий вид:

Рисунок 8 - переходный процесс скорректированной

Рисунок 9 - ЛАЧХ и ЛФЧХ скорректированной САУ.

Найдем вид данного звена.

В качестве звена будем использовать пассивные четырехполюсники постоянного тока:

Рассчитаем параметры элементов.

Для первого четырехполюсника:

W(p) =k1(T1p+1) / (T2p+1) ; k1 = C1 / (C1 + C2); T2 = k1*T!; T1= R*C2 =>

=> K1=T2 / T1 = 1,25 / 25 = 0,05

Пусть С, = 1 (мкф), тогда

R = T1 / C2 = 25 / (20*10-6) = 1,25(MOм)

Для второго четырехполюсника:

W(p) =k2(T3+1) / (T4p+1); k2= C3 / (C3+C4); T4=k2T3; T3 = R*C4;

K2=T4 / T3 = 0,1 / 0,2 = 0,5;

Пусть С3= 10(мкф) тогда С4= С3*(1-к1) / к1 = 10* (0,5/0,5)=10(мкФ)

R=0,2/ 10*10-6= 20 (мкФ)

Для реализации коэффициента усиления как у корректирующего звена, необходимо изменить суммарный коэффициент усиления. Это можно сделать путем изменения коэффициента усиления у какого-нибудь другого звена. Все зависит от физической возможности его изменения.

5. Анализ характеристик скорректированной системы

Построение ЛАЧХ и ЛФЧХ скорректированной системы приведены на рисунке 8 и 9. Скорректированная система получилась устойчивой. Запас устойчивости по фазе и по амплитуде почти удовлетворяет требуемым. По переходной характеристике системы определим основные показатели качества САУ. После коррекции время регулирования tp почти удовлетворяет предъявляемым к системе требованиям, т. е. tp=1,2c (требуемое tp=1c). Перерегулирование о составляет 17 %. Таким образом, можно сделать вывод, что коррекция системы удалась.

В результате проделанной работы над приведенной сначала системой мы привели её к устойчивому виду с заданными запасами устойчивости. Как видно из графика переходной характеристики скорректированной системы, получившееся время переходного процесса приблизительно как заданное. Такой же вывод можно сделать и относительно перерегулирования. Для стабилизации и демпфирования данной системы использовался метод построения желаемой ЛАЧХ. По её виду определялась передаточная функция дополнительного к системе корректирующего звена. Следовательно для корректировки системы достаточно подсоединить последовательно два интегро-дифференцирующих корректирующих звена. Это сравнительно удобно, т.к. любое интегро-дифференцирующее звено можно реализовать с помощью обычного четырехполюсника.

Список использованной литературы

1.Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 2004.

2.Макаров И.М., Менский Б.М. Линейные автоматические системы. 2-е изд. перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1982. -504 с.

Читайте также: