МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ Інженерно-педагогічний
КАФЕДРА АТП і В
СПЕЦІАЛЬНІСТЬ 7.0925.01 Автоматизоване управління
технологічними процесами і виробництвами
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
ДО ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТУ
НА ТЕМУ:
АСУ ТП процессом спікання агломераційної шихти
в умовах аглофабрики ВАТ ММК ім. Ілліча
СТУДЕНТ __________________________________Цуканова О.А.
КЕРІВНИК ПРОЕКТУ _______________________Щербаков С.В.
КОНСУЛЬТАНТИ:
З ЕКОНОМІКИ
І ОРГАНІЗАЦІЇ ВИРОБНИЦТВА______________Кліменко О.Ю.
З ОХОРОНИ ПРАЦІ_________________________Данілова Т.Г.
З ЦИВІЛЬНОЇ ОБОРОНИ____________________Шоботов В.М.
З НОРМОКОНТРОЛЮ______________________Черкашина Н.В.
РЕЦЕНЗЕНТ_______________________________Шевчук І.Ю.
ПРОЕКТ РОЗГЛЯНУТИЙ КАФЕДРОЮ І ДОПУЩЕНИЙ
ДО ЗАХИСТУ В ДЕК Протокол №______________________________
ЗАВІДУВАЧ КАФЕДРОЮ______________________Гулаков С.В.
МАРІУПОЛЬ, 2002 р.
РЕФЕРАТ
Пояснительная записка: с., рис., табл., приложений, источников.
Объект исследования - процесс спекания агломерационной шихты в условиях аглофабрики ОАО «ММК им. Ильича».
В пояснительной записке рассматриваются вопросы автоматизации участка спекания агломерационного цеха «ММК им. Ильича». Описывается состояние автоматизации в агломерационном производстве на данный момент времени. Литературный обзор содержит информацию о состоянии автоматизаци процесса спекания на различных комбинатах и предприятих черной металлургии, перспективные решения различных проблем и новые технологии. Создание АСУ ТП невозможно без тщательного изучения технологического процесса, поэтому вначале пояснительной записки рассматривается технологический процесс спекания и конструкция агломашины. На основании рассмотрения автоматизируемых параметров, рассматриваются задачи автоматизации и проектируется система АСУ ТП. В процессе проектирования разрабатывается структурная схема автоматизации, выбираются технические средства для контроля и регулирования параметров агломашины, разрабатывается функциональная схема автоматизации. Проектируется оптимальное расположение технических средств на щитах, монтажно-коммутационные и принципиально-электрические схемы подключения приборов.
В специальной части пояснительной записки предложена математическая модель спекания агломерационной шихты, реализуемая на ЭВМ, позволяющая быстро и с минимальными затратами исследовать влияние ведущих параметров процесса спекания (высоты слоя шихты, содержания углерода и влаги в шихте, скорости движения спекательных тележек и др.) на его технико-экономические показатели и может быть использована в качестве информационной части в АСУ агломерационным производством для оптимизации технологического процесса.
АВТОМАТИЗАЦИЯ, АГЛОМЕРАЦИОННАЯ МАШИНА, ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА, КОНТУР УПРАВЛЕНИЯ, ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА, МИКРОКОНТРОЛЛЕР, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
Содержание
стр.
Введение . . . . . . . . . . . 7
1 Литературный обзор существующих систем управления
процессом спекания агломерата . . . . . . . 9
2 Описание технологического процесса . . . . . . 14
2.1 Производственные операции, осуществляемые на аглофабрике . 14
2.2 Характеристика и конструкция агломашины . . . . 20
2.3 Процесс спекания агломерата на агломашине . . . . 21
3 Процесс спекания – как объект автоматического управления . . 24
3.1 Задачи управления процессом спекания . . . . . 29
4 Структура АСУТП процессом спекания на аглофабрике . . . 31
4.1 Обоснование выбора АСУТП . . . . . . . 31
4.2 Описание, выбранной системы АСУ . . . . . 31
5 Функциональная схема АСУ ТП . . . . . . . 35
6 Специальная часть диплома . . . . . . . . 41
6.1 Разработка контура регулирования температуры в зажигательном
горне . . . . . . . . . . . 41
6.2 Разработка контура регулирования законченностью процесса
спекания . . . . . . . . . . 42
6.3 Разработка контура регулирования соотношением «топливо-воздух» 42
6.4 Проектирование принципиальной электрической схемы контура
регулирования соотношением «топливо-воздух» . . . 43
6.5 Проектирование щита КИПиА контура регулирования
соотношением «топливо-воздух» . . . . . . 44
6.6 Проектирование монтажно-коммутационной схемы контура
соотношением «топливо-воздух» . . . . . . 45
6.7 Математическая модель . . . . . . . 45
6.7.1 Разработка детерминированной математической модели . 45
6.7.2 Выбор входных и выходных параметров . . . . 52
7 Охрана труда . . . . . . . . . . 53
7.1 Расчет воздухообмена в помещении отдела АСУ ТП участка
спекания аглофабрики . . . . . . . . 54
7.2 Расчет искусственного освещения помещения отдела АСУ ТП . 56
7.3 Расчет защитного зануления корпуса электроустановки . . 60
7.4 Пожарная безопасность помещения отдела АСУ ТП . . . 62
8 Гражданская оборона . . . . . . . . .
8.1 Основные положения . . . . . . . .
8.2 Задание . . . . . . . . . .
8.3 Исследование радиационной обстановки на объекте . . .
8.4 Мероприятия по повышению устойчивости работы аглофабрики
при радиоактивном заражении . . . . . . .
9 Организация производства . . . . . . . .
9.1 Организация и планирование работ по текущей эксплуатации
и ремонту средств автоматизации . . . . . .
9.2 Расчет годового фонда времени рабочих . . . . .
9.3 Определение штата слесарей, обслуживающих систему контроля
и автоматического регулирования . . . . . .
9.4 Организация ремонтных работ и работ по поверке приборов .
9.5 Расчет капитальных затрат, связанных с внедрением АСУ ТП .
9.6 Затраты на материалы и запчасти . . . . . .
9.7 Расчет фонда заработной платы . . . . . .
9.8 Затраты на текущий ремонт КИП и А . . . . .
9.9 Прочие цеховые расходы . . . . . . .
9.10 Амортизационные отчисления . . . . . .
9.11 Энергетические затраты . . . . . . .
9.12 Экономическая эффективность предлагаемой системы
автоматизации . . . . . . . . .
9.13 Технико-экономические показатели . . . . .
Заключение . . . . . . . . . . .
Приложение А. Текс программы . . . . . . .
Приложение Б. Спецификация средств измерения . . . .
введение
Агломерация впервые была применена в цветной металлургии для спекания сернистых и медных руд, а также руд, содержащих свинец и цинк. Агломерация в промышленном масштабе развивалась на основе двух методов: продувкой воздуха через шихту и просасыванием воздуха.
Первые машины для непрерывного спекания руд были разработаны в результате ряда опытов Дуайтом и Ллойдом и были установлены в 1907 г. на заводах в Перу и Америке. В дальнейшем были разработаны и применены машины трех типов: барабанная, горизонтальная, круглая и ленточная с прямолинейным движением. Опыт эксплуатации подтвердил целесообразность применения последних, в результате чего началось их усовершенствование и развитие агломерации железных руд.
Современное агломерационное производство представляет собой сложную систему различных аппаратов, действующих в разных режимах и выполняющих различные функции.
Непрерывный рост производства агломерата, повышение требований к его качеству, а также поточность технологических процессов создали условия для широкого внедрения средств автоматического контроля и управления.
Комплексной автоматизации агломерационного производства уделяется большое внимание. Значительное место в технологической схеме агломерационного производства занимают процессы, связанные со спеканием шихты, одной из основных операций, определяющих качество агломерата.
Основная задача автоматизации агломерационного производства состоит в обеспечении максимальной производительности агломерационных машин и заданного качества агломерата. Одновременно автоматизация позволяет решать задачи повышения уровня организации производства, оперативности управ-ления технологическими процессами и в целом повышения экономической эффективности производства. Одним из важнейших направлений совер-шенствования управления является создание автоматизированных систем с применением вычислительной техники.
Автоматизированная система управления спекательным отделением является качественно новым этапом комплексной автоматизации и призвана обеспечить существенное увеличение производительности труда, улучшение качества выпускаемой продукции и других технико-экономических показате-лей агломерационного производства.
Автоматическое управление в спекательном отделении заключается в автоматическом поддержании высоты слоя аглошихты, загружаемой на машину, контроле и автоматическом регулировании процессом зажигания шихты, контроле температуры зажигания горна, регулирование законченности процесса спекания в конце активного участка аглошихты.
Особенностью построения АСУ является системный подход ко всей совокупности металлургических, энергетических и управленческих вопросов. Специалист по АСУ ТП должен владеть теорией автоматического управления, разбираться в конструкции металлургических агрегатов и основах технологии, достаточно свободно ориентироваться в работе цифровых вычислительных машин, их математическом и алгоритмическом обеспечении, уметь правильно применять технические средства информационной и управляющей техники.
В АСУ ТП воплощены достижения локальной автоматики, систем централизованного контроля, электронной и вычислительной техники. Кроме того, АСУ ТП производят общую централизованную обработку первичной информации в темпе протекания технологического процесса, после чего информация используется не только для управления этим процессом, но и преобразуется в форму, пригодную для использования на выше стоящих уровнях управления для решения оперативных и организационно-экономических задач.
Внедрение АСУ ТП, как и любое нововведение, связано с определенными трудностями и затратами. На этапе освоения проявляются недостатки отдельных элементов вычислительного комплекса, погрешности примененных алгоритмов управления, недостаточная адаптация персонала к условиям работы с помощью вычислительной техники и другое.
При подготовке объекта к внедрению АСУ ТП была проведена работа по модернизации: усовершенствован пульт ручного управления на агломашине, контрольно-измерительные приборы заменены токовыми, для измерения давления, разрежения, расхода воды и газа применены датчики типа «Сапфир».
Целью данного дипломного проекта является разработка современной АСУ ТП процессом спекания шихты аглофабрики ОАО «ММК им.Ильича» с использованием технических средств на базе программируемых микроконтроллеров и персональных компьютеров (рабочих станций). Разработка структурной, функциональной схем и на их основе принципиально-электрической и монтажно-коммутационной, проектирование щитов КИПиА. Разработка модели спекания агломерационной шихты на агломашине и исследование влияния различных параметров на процесс спекания. Рассматриваются также вопросы по гражданской обороне, охране труда и технико-экономической эффективности.
1 литературный обзор существующих
систем автоматизации процесса
спекания агломерата
Непрерывный рост производства агломерата, повышение требований к его качеству, а также поточность технологических процессов создали условия для широкого внедрения эффективных средств автоматического контроля и управления и поставили задачу дальнейшего повышения уровня автоматизации. Автоматическое управление внедряют практически на всех участках аглофабрики. Автоматизируются процессы транспортировки, дозирования и загрузки шихтовых материалов, получают развитие новые, более совершенные способы контроля и управления процессами зажигания и спекания агломерационной шихты.
Применение АСУ ТП повышает оперативность управления агломерационным процессом [1], обеспечивает рациональное его ведение и облегчает труд агломератчиков. Благодаря повышению прочности агломерата уменьшается выделение пыли и улучшается экологическая обстановка в производстве, что немаловажно.
На современном этапе автоматизации агломерационного процесса применяются стабилизирующие системы управления процессами агломерации, выполняющие следующие функции: обеспечение непрерывного потока шихты, стабилизации режима возврата, регулирование влажности шихты, стабилизации места окончания процесса спекания, оптимизации процесса спекания, стабилизации химического состава и физических свойств агломерата.
Результаты промышленной эксплуатации [2] подтвердили техническую и экономическую целесообразность применения микропроцессорного вычислительного комплекса для АСУ ТП нижнего и среднего уровня в агломерационном производстве. В настоящее время в НПО «Днепрчерметавтоматика» ведется работа по созданию АСУ агломашины №4 НЛМК. Предусмотрено значительное расширение информационных функций, модернизация технических средств, алгоритмов и критериев управления агломерационным персоналом.
В АО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» [3] была использована имитационная модель агломерации, которая позволяла совершенствовать технологию двухслойного спекания шихты применительно к условиям и особенностям работы аглофабрики ЗСМК. На основании анализов на фабрике ЗСМК был разработан усовершенствованный алгоритм регулирования коэффициента распределения топлива по высоте слоя. В настоящее время разработанный алгоритм регулирования реализован на 3-х агломашинах ЗСМК. Наибольшая эффективность его использования может быть достигнута при внедрении АСУ шихтовым отделением и локальной системы автоматического дозирования топлива по слоям.
По техническому заданию института ВНИИМТ и по проекту Казгипромеза на агломашине АКМ-312 Карагандинского металлургического комбината [4] смонтирована и с января 1995 года эксплуатируется установка по утилизации тепла, выделяемого в процессе охлаждения агломерата. Установка отбирает горячий воздух из-под укрытия головной части линейного охладителя ОП-315 и подает воздух двумя индивидуальными нитками в горн и в слой за горном. Установка снижает выбросы пыли в атмосферу и улучшает условия труда обслуживающего персонала. Несмотря на незавершенность теплоизоляции и нестабильность работы аглоцеха, эксплуатация установки с учетом возмещения затрат на её сооружение оказалась рентабельной, снизился расход газа и твердого топлива.
Для создания совершенной системы автоматического управления ходом аглопроцесса [5] необходимо найти надежные методы количественной оценки связей между основными технологическими параметрами работы агломерационных машин.
При выборе входных и выходных параметров необходимо иметь в виду многонаправленность связей, однако это не всегда принимается во внимание. Целью исследования было установление более надежных количественных связей между входными и выходными параметрами работы удлиненных агломашин аглофабрики №4 Магнитогорского металлургического комбината и разработка на их основе рекомендаций по управлению работой зоны охлаждения аглоспека и оперативному изменению содержания углерода и влаги в шихте.
В Донецком политехническом институте в 1990 году исследовался вопрос оптимизации агломерационного процесса [6]. В задачу исследования входила оценка возможности статической оптимизации агломерационного процесса на основе выбора наиболее эффективных параметров идентификации объекта, с помощью которых с достаточной для практики точностью можно получить управляющую модель оптимизации, а также технической реализации предлагаемой оптимизации.
Непременным условием реализации предложенного метода оптимизации аглопроцесса является контроль и стабилизация основных технологических параметров.
Реализация активных схем поиска экстремальных значений технологических параметров (производительности, состава агломерата и т.д.) агломерационного процесса в полном объеме достаточно сложна.
Предложенный алгоритм обладает новизной и может быть рекомендован к внедрению на строящихся или реконструируемых аглофабриках.
Испытанная частично практикой эффективность работы локальных систем стабилизации теплового режима аглопроцесса на аглофабриках Енакиевского металлургического завода и Коммунарского металлургического комбината [7] позволила предопределить последовательность задач создания структур оперативного контроля и регулирования: система контроля основных технологических показателей агломерационного процесса; система распознания основных причин нарушения нормального хода аглопроцесса; алгоритм управления аглопроцессом с целью получения максимума производительности и стабилизации содержания оксида железа (II) в агломерате и его механической прочности на базе стабилизации основных технологических факторов хода аглопроцесса. Алгоритм обладает преимуществами по сравнению с известными и может быть рекомендован для вновь строящихся или реконструируемых аглофабрик.
На днепровском металлургическом заводе им. Дзержинского [8] был введен в эксплуатацию прибор для автоматической и наиболее точной регистрации освещённости в вакуум-камерах, над которыми заканчивается процесс спекания. Принцип действия разработанного прибора основан на поглощении приемниками энергии инфракрасного излучения раскаленных частиц агломерата.
На аглофабрике №1 днепровского завода им. Дзержинского прошел испытания прибор [8], служащий датчиком для автоматического измерения и регулирования разрежения по вакуум-камерам. В основу разработанного прибора положен емкостный метод измерения неэлектрических величин.
На аглофабрике завода «Азовсталь» на основании проведенных исследований и анализа существующих систем автоматического регулирования скорости агломерационной машины как функции законченности процесса спекания [8] установлено, что эти системы неустойчивы и имеют колебательный характер регулирования.
Предлагаемая институтом автоматики система двойного регулирования агломерационной машины устраняет недостатки, присущие системам регулирования по параметрам, характеризующим законченность процесса спекания. Указанная система предусматривает регулирование интенсивности спекания и регулирование скорости аглоленты. Институт «Металлургавтоматика» разработал проект и рабочие чертежи системы для аглофабрики №2 днепровского металлургического завода им. Дзержинского. Все основные узлы смонтированы на этой фабрике и пущены в эксплуатацию.
Из существующих систем автоматического дозирования компонентов агломерационной шихты [8] все большее распространение получают следящие системы, в которых поддерживается постоянным соотношение концентрат/руда, причем наибольший эффект достигнут на агломерационных фабриках, снабжающихся тонкоизмельченными концентратами повышенной влажности. Такие системы внедрены на аглофабриках Ново-Криворожского горнообогатительного комбината (НКГОК) и ЮГОК.
Система [8] автоматического управления автоматическим дозированием агломерационной шихты, разработанная лабораторией автоматизации агломерационного производства Института автоматики, внедрена на мариупольском заводе «Азовсталь» и на НКГОК. Система обеспечивает непрерывность потока шихты, но требует осуществления автоматического дозирования возврата и автоматизации систем распределения агломерационной шихты по машинам без чего автоматическое управление автоматическим дозированием малоэффективно.
В 1993 году работниками Центральной лаборатории автоматизации и механизации аглоцехов предложены усовершенствованные автоматические системы подготовки аглошихты и процесса спекания агломерата с целью улучшения его качества [9]. На комбинате «Запорожсталь» применяются системы управления дозированием топлива в аглошихту с коррекцией содержания негорючей части, автоматизации дозирования известняка в аглошихту, автоматической стабилизации высоты слоя шихты на паллетах аглоленты. Разработан и внедрен специальный пробоотборник возврата, обеспечивающий получение данных для усредненного химического состава возврата.
На Новолипецком металлургическом комбинате [10] в 1987г. внедрена и промышленно освоена автоматизированная система управления агломерационным процессом на агломашине №3 типа АКМ-312. АСУ ТП выполняет информационные функции и функции непосредственного цифрового управления технологическими процессами окомкования, загрузки, зажигания и спекания шихты на агломашине и охлаждения агломерата на линейном охладителе.
В агломерационном производстве [11] осуществлена на ряде аглофабрик автоматизированная дозировка шихтовых материалов, а также системы увлажнения шихты и ее спекания, позволяющие улучшить качество регулирования по сравнению с применявшимися ПИ-регуляторами в 1,5-2 раза.
В Днепропетровском металлургическом институте были проведены исследования по завершенности агломерационного процесса [12]. Использовалась агломашина площадью спекания 62,5 м², оборудованная 9 пылевыми мешками. Методами химического и рентгеноструктурного анализа установлено, что изменения состава пыли отражает последовательность фазовых и химических превращений в зоне формирований спека на завершающей стадии процесса агломерации. Показатели пылевыделения в период окончания процесса спекания являются представительной характеристикой завершенности формирования структуры спека. Характеристики пыли могут быть использованы для управления законченностью процесса спекания.
НПО «Энергосталь» (г. Харьков) разработали экспоненциально-степенную аналитическую аппроксимацию эмпирически приближенно известного начального распределения локальных температур в слое агломерата, изготовленного на подвижной ленте агломашины [13], удобна для использования в соответствующих теплотехнических расчетах, в частности, при численном расчете температур в последующей зоне активного воздушного охлаждения агломерата.
Для создания совершенной системы управления ходом агломерационного процесса необходим поиск надежных методов количественной оценки связей между основными технологическими параметрами
29-04-2015, 03:59