Часть 2. Разработка проекта системы регулирования температуры в методической нагревательной печи

Для демонстрации основных возможностей среды S3 и систем, построенных с ее помощью, создадим систему, управляющую каким-либо технологическим процессом, например, нагревом заготовок в методической нагревательной печи.

2.1. Постановка задачи автоматизации

2.1.1. Схема технологического агрегата и описание автоматизируемой установки

Заготовки металла 4 перед прокаткой или ковкой нагревают в методических нагревательных печах (рис. 2.1). Они отличаются вытянутой в длину формой рабочего пространства и являются проходными печами непрерывного действия, работающими по принципу противотока.

Рис. 2.1. Схема автоматизируемой установки –

методической нагревательной печи (схема – разрез):

1 – регулирующий орган (поворотная заслонка в топливном трубопроводе),

2 – окно посада металла, 3 – толкатель, 4 – металл в печи, 5 – окно выдачи металла, 6 – методическая зона, 7 – сварочная (верхняя и нижняя зона),

8 – томильная зона, 9 – горелка, 10 – термоэлектрический преобразователь

в рабочем пространстве печи, 11 – термодатчик

В этих печах нагреваемый металл загружают при помощи толкателя 3 в наиболее холодную часть печи (методическая зона 6) через окно посада 2 и постепенно перемещают вдоль печи (сварочная зона 7) в более горячую ее часть (томильная зона 8) к окну выдачи 5. Продукты сгорания движутся по рабочему пространству печи навстречу движению металла, вдоль него, сверху и снизу, температура их постепенно снижается.

В методические печи загружают холодные или горячие (600-800С) заготовки.

Задача автоматизации состоит в обеспечении требуемых режимов тепловой работы печного агрегата (режимов нагрева заготовок), которая решается путем создания автоматической системы регулирования (АСР) температуры.

На рис. 2.2 представлена функциональная схема АСР температуры в печи. Регулируемая величина измеряется термоэлектрическим преобразователем 2, установленным в рабочем пространстве печи. Информация о значении температуры в печи t_П, а также заданное значение температуры t_ЗП, поступающее с задатчика 3, сравниваются в регуляторе 4, который по величине отклонения ε = t_ЗП – t_П вырабатывает регулирующее воздействие, обеспечивающее с помощью исполнительного механизма 5 перемещение регулирующего органа (поворотной заслонки в топливном трубопроводе). Это воздействие направлено на устранение возникшего отклонения (канал регулирования по отклонению). Если температура в печи выше заданной, то расход топлива уменьшается, если ниже – увеличивается. Одновременно с этим может быть измерена температура заготовки перед загрузкой в печь (возмущение в системе регулирования), что позволит регулятору 4 своевременно скорректировать вырабатываемое управляющее воздействие (канал регулирования по возмущению). Таким образом, АСР температуры в печи может иметь комбинированную конфигурацию.

Рис. 2.2. Функциональная схема АСР температуры

Назначение АСР – стабилизация заданной температуры в рабочем пространстве печи для равномерного нагрева металла.