1.3 Регулювання температури

Автоматичне регулювання температурного режиму являється основним завданням системи автоматики металургійних печей. Температурний режим, рівень температури в печі визначає теплопередачу до металу, інтенсивність

Окалино утворення, знос кладки печі і інщі параметри, які характеризують процес теплової обробки матеріалу і роботу самого агрегату.

Температура в печі визначається інтенсивністю підводу і спалення палива, в цьому випадку вона є регульованим параметром. Температуру в печі можна роздивлятися і як регулюючий вплив, наприклад по відношенню температури металу і температури кладки.

Вузли регулювання температури забезпечують підтримку заданої температури в робочому просторі печі, вони стабілізують температуру.

Якість регулювання температури в робочому просторі печі визначає вибір

точки контролю, правильну установку датчика температури, правильний вибір регулюючого органу.

Схема

Рис 3- АСР температури

Датчиками температури є термопари, межі виміру яких відповідають значенням вимірювальних температур. Термопару встановлюють у склепінні печі в спеціальній арматурі. Термопара занурена в робочий простір печі, в результаті теплообміну з факелом, гарячими газами і нагрітими поверхнями кладки до температури, яка відповідає деякій середній температурі в робочому просторі або в визначеній зоні робочого простору печі.

Регулювання температури в зоні печі здійснюється типовим комплексом приладів.

Термопара типу ТХА (поз 1-1) вимірює температуру та подає сигнал на вторинний показуючий пристрій типу Диск – 250 (поз. 1-2); з вторинного приладу сигнал надходить на перший вхід регулятора Р-27 (поз. 1-4). На другий вхід регулятора поступає сигнал з задавача типу ЗУ-05 (поз.1-5). Регулятор через пускач типу ПБР-2М (поз. 1-7) впливає на виконавчий механізм типу МЕО-100/25-0,25 (поз. 1-8), який змінює подачу газу на піч. Контроль за валом виконавчого механізму здійснюється за допомогою дистанційного вказівника положень типу ДУП-М (поз. 1-10).

2 Спеціальна частина

2.1 Вибір та обгрунтування первинних точок відбору вимірювальних величин

При монтажі термоелектричних термометрів опору необхідно додержуватися наступних вимог:

1. Робочий кінець термопари слід розміщувати в середині вимірюючого потоку або щільно притиснути до вимірюючої поверхні. Необхідно, щоб кінець зануреної частини термометра виступав за вісь потоку на 5-10 мм. При монтажі термометра для вимірювання температури в робочому просторі печей кінець термопари повинен входить в вимірювальну зону на 20-50 мм. При горизонтальному положенні термометра для попередження деформації необхідно встановити додаткову опору.

2. При монтажі платинових термометрів не можна допускати дії полум'я чи холодного потоку повітря на фарфорову оболонку, тому що вона при різких змін температури швидко виходить з ладу. При монтажі термометрів типу ПП, які не мають штуцера, застосовують карборундові чохли, які монтують в кладкі печей, а термометри встановлюють в чохол.

3. При монтажі температури поверхні стін і сводів печей, топок, газоходів термометр потрібно занурювати в конічному углублені, яке вибрано в кладці; термометр повинен доторкатися з виміряємою поверхнею на можливо більшій довжині.

4. При монтажі до термопари компенсаційних проводів слід строго дотримуватись полярність.

5. Вільні кінці термопари повинні мати постійну температуру, так як зміна температури робить вплив на показання приладу. Щоб віднести вільні кінці термометра з головки в зону з постійною температурою застосовують компенсаційні провода, які збільшують термоелектроди термопари.

6. Для з'єднання ліній в ланцюгах термоелектричних термометрів провода з алюмінієвими жилами не застосовують.

Способи монтажу термоелектричних термометрів залежить від їх конструкції і призначення. Як правило термометри монтують з використанням закладних конструкцій.

Конструкція монтажу термоелектричного термометру для виміру температури кладки доменної печі, треба звернути увагу на монтаж захисного козирка над термометром.

Термопара

Будова. Термопара – з’єднання двох різних металів. Змінення температури в цих металах перетворюється в термоелектрорушійну силу.

Термоелектричний термометр (термопара) – це вимірювальний перетворювач, чутливий елемент якого розташований в спеціальній захисній арматурі, яка забезпечує захист термоелектродів від механічних пошкоджень та дії виміряного середовища.

Захисні чохли виконуються з матеріалів через які не проходять газ, вони витримують високі температури і агресивну дію середовища. При високих температурах застосовують керамічні чохли: фарфорові, карбофраксові, алундові, з диборида цирконію, при температурі 1000^оС застосовують металеві чохли з углеродистої або нержавіючої сталі.

В якості термоелектродів використовується дріт діаметром 0,5мм (благородні метали) і до 3 мм (неблагородні метали). Термоелектроди спаюються в одну точку, яка називається робочим кінцем.

Термопари випускають двох типів: занурюючи і поверхносні. У поверхносних - робочий спай приводиться в безпосередній контакт з вимірюваним середовищем.

Конструктивно термопари мають різноманітне оформлення, що дозволяє їх використовувати в різноманітних умовах.

Стандартні і нестандартні термоелектричні термометри: для вимірювання в металургії найбільш широке застосування отримали термопари (ТТ) зі стандартним градуюванням:

платинородій - платинові (ТПП), платинородій – платинородієві (ТПР), хромель – алюмінієві (ТХА), хромель – копілієві (ТХК), вольфрамреній – вольфрамнієві (ТВР). В ряді випадків використовують також ТТ з нестандартним градуюванням: мідь – константові, вольфрам – молібденові (ПВМ) та інше.

Ремонт. Для ремонту термопару розбирають, очищують від забруднення і оглядають для визначення стану термоелектродів, робочого кінця, клем під’єднання голівки і захисної арматури. При виявленні тріщини або розриву термоелектродів з неблагородних металів їх замінюють новими, а термоелектроди з благородних металів розривають в місцях пошкодження і зварюють. Термоелектрони, які вже були вже в роботі, підлягають оджигу при температурі 1300^оС. Одночасно проводять чистку термоелектродів порошкоподібною бурою з наступним видаленням її окисів. Після чистки знову підвергають оджигу.

Повірка механічних термометрів. Для проведення повірки необхідно мати наступні прилади та обладнання:

а) зразкову мідно – константову термопару 2 – го розряду для температури від -50 до 0 ^оС;

б) зразкову платинородій – платинову термопару 2-го або 3-го розряду для повірок в інтервалі температурі від 300 до 1200^оС і зразкову термопару ПР 306 для інтервалу 900 - 1770^оС;

в) електричну нагрівальну піч горизонтально - муфельну Т – 40,600;

г) нульовий термостат (0^оС), водяний термостат (від 0 до 100^оС) і масляний термостат (від 90 до 300^оС).

Повірка виконується порівнянням термо е.р.с. робочої і зразкової термопар методом порівняння за рис. 8. Термо е.р.с. термопар зміниться через кожні 100 ^оС при t ^ох, близьких до 300, 400, 500 ^оС і т.д. до верхньої температурної границі перевіряємої термопари.

Задаючий пристрій типу ЗУ-05. Для встановлення заданих значень регульованих параметрів в системі “Каскад“ мається два типи задаючих пристроїв: ЗУ-05 – для формування уніфікованого сигналу постійного струму 0-5 мА і ЗУ-11 – для дистанційної зміни завдань, які подаються у вимірювальний блок. Загальний вигляд задаючого пристрою типу ЗУ-05 приведений на рисунку. На зовнішній панелі пристрою винесені ручки завдання, які пов’язані зі шкалою з поділками 0-100%. Пристрій розрахований на втоплений монтаж на вертикальній або горизонтальній площині. Для підключення зовнішніх електричних кіл пристрої забезпечені штепсельними роз'ємами. Задаючий пристрій ЗУ-05 представляє собою регульоване джерело постійного струму 0-5 мА при опорі навантаження 0-3 кОм. Електрична схема пристрою виконана на печатних платах. Живлення кіл задавача здійснюється від джерела живлення через стабілітрон. Споживання потужності складає не більше 10 ВА.

Задавач складається з панелі та кронштейна. З іншої сторони задавач має клеми. Перевірку працездатності проводять наступним чином:

• підключають задавач до схеми;

• встановлюють ручку задавача на 0%, 50%, 100%;

• при цьому амперметр повинен показувати відповідно 0 мА, 2,5 мА, 5мА.

Рисунок 4 - Пускач безконтактний реверсивний ПБР-2М

Призначення. Пускач призначений для безконтактного управління електричним виконавчим механізмом з однофазним конденсаторним електродвигуном. Пускач призначений для експлуатації в таких умовах:

• температура від +5 до +50 ⁰С;

• відносна вологість від 30 до 80% при +35 ⁰С;

• вібрація: частота до 25 Гц, а амплітуда до 0,1 мм;

• магнітні поля постійні або змінні (частота 50 Гц) до 400 А/м.

Технічні дані:

• живлення: однофазна мережа змінного струму напругою 220+22 (- 33) В, частотою 50 Гц;

• вхідний опір пускача не менше 750 Ом:

• максимальний комутуючий струм – 4 А;

• динамічні характеристики пускача:

1. швидкодія (час запізнення вихідного струму при подачі і знятті управляючого сигналу) не більше 25 м/с;

2. різниця між тривалістю вхідного і вихідного сигналів не більше 20 м/с;

• повна потужність, споживана пускачем, не більше 10 ВА;

• напруга джерела живлення кіл управління 22-26 В (середнє значення двопівперіодного випрямленого струму);

• середній термін роботи пускача – 20 років;

• маса пускача – не більше 4,5 кг.

Конструкція. Пускач складається з плати, литого кожуха і передньої

панелі. На передній панелі розміщені дві клемні колодки для підключенняпускача до зовнішніх кіл, а також гвинт заземлення. Клемні колодки закриваються кришками. На платі встановлюються елементи схеми пускача. Плата встановлюється в кожух і закріплюється трьома гвинтами.

Принцип роботи. Схема пускача складається зі схеми управління безконтактними ключами, силової схеми комутуючої напруги живлення механізму і джерела живлення для дистанційного управління пускачем.

Вхідний сигнал управління пускачем – постійна напруга 24+-6 В, подається на клеми 8-7 або 8-9. На клему 8 (вхід “Ср”) подається позитивний потенціал на клему 7 (вхід “М”) або 9 (вхід “Б”) негативний потенціал сигналу управління.

Причинами виходу з дії пускача можуть бути: обрив кола напруги живлення; порушення контактів у схемі через обриви, особливо в місцях пайки; вихід з ладу напівпровідникових приладів та інші внутрішні пошкодження.

1 – куток (згідно з ДЕСТ 8509 – 75), який рекомендується, як допоміжна опора на об’єкт, 2 – гвинт , 3 – пластини.

Рисунок 5- Загальний вигляд приладу ПБР – 2М

Вибір виконавчого механізму. Вибір виконавчого механізму (приводу) визначається:

• типом регулятора (електричний, пневматичний, гідравлічний);

• величиною зусилля, необхідного для переміщення регулюючого органу;

• необхідною швидкодією;

• умовами експлуатації, температурою, вологістю, запиленістю,

• хімічною агресивністю оточуючого середовища, вибухонебезпечністю та ін.;

• умовами розміщення і зчленування з регулюючим органом і умовами монтажу;

• номенклатурою випускаємих механізмів.

На основі цих даних обираємо механізм виконавчий електричний однообертовий типу МЭО 100/25-0,25.

Призначення. Механізм виконавчий типу МЭО 100 призначений для переміщення регулюючих елементів у відповідності з командними сигналами, які надходять від регулюючих і керуючих пристроїв.

Умови експлуатації. Виконавчий механізм МЭО 100 призначений для експлуатації в стаціонарних умовах. Механізми встановлюються з горизонтальним розташуванням вихідного валу і можуть допускати нахил до 15º у будь-який бік від робочого положення. Виконавчий механізм призначений для роботи в наступних умовах: температура повітря 5-50 ⁰С; відносна вологість повітря 30-80 %; постійна вібрація з частотою до 30 Гц з амплітудою до 0,2 мм.

Механізм не призначений для роботи в середовищах, які містять агресивні гази, пари та речовини, які викликають руйнування покриття, ізоляції та матеріалів.

Пристрій механізму. Виконавчий механізм виконаний на базі однієї конструкції, яка складається із наступних основних елементів: електродвигуна, редуктора, ручного приводу, гальма, блока датчиків, вузла упорів, штепсельного розніму зі штуцерним вводом і важелем. В якості приводу використаний двохфазний асинхронний електродвигун ДАУ-4.

Заходи безпеки. Всі роботи, пов’язані з монтажем при встановленні, з підсилювачем, треба проводити при відключеній напрузі живлення. Корпус механізму заземлений.

Виконавчий механізм може бути встановлений на підлозі, стіні, регулюючих елементах і проміжних конструкціях із будь-яким положенням вихідного валу. Кріплять механізм до основи чотирма гвинтами. Механізм припускає і фланцеве кріплення на регулюючому елементі.

При дотриманні правил експлуатації механізм забезпечує нормальну роботу протягом одного року без обслуговування.

Упаковка, транспортування і зберігання. Механізм повинен зберігатися у приміщенні при температурі 5-35 ⁰С і відносній вологості повітря 80 % в законсервованому стані. Повітря у приміщенні не повинно містити пилу і домішків агресивних парові газів.

Дистанційний вказівник положення типу ДУП-М. Дистанційний вказівник положення призначений для дистанційного контролю положення вихідного валу виконавчого механізму.

Принцип роботи приладу. ДУП-М являє собою вимірювальний міст, плечі якого створюються змінним опором та опором індуктивного датчика.

Вимірювальний прилад послідовно ввімкнений з опором – вони створюють діагональ моста. Живлення моста здійснюється змінним струмом. Змінним опором встановлюється необхідна чутливість приладу. При зміні положення вихідного валу виконавчого механізму змінюється відношення опорів пліч датчиків, що веде за собою зміну струму в діагоналі моста, а внаслідок цього змінюються показання вимірювального приладу.

Налагодження приладу проходить наступним чином: встановити вихідний вал виконавчого механізму в початкове положення; обертаючи вісь змінного опору встановити вказівник приладу на позначку “нуль %”; вихідний вал виконавчого механізму встановити в кінцеве положення; обертаючи вісь змінного опору встановити вказівник приладу на позначку “100 %”.

Причинами несправностей приладу ДУП-М можуть бути пошкодження резисторів, трансформатора, вихід з ладу діодів, пошкодження з’єднувальних дротів в середині приладу та дротів, які йдуть до клемної колодки.

Регулюючий пристрій типу Р-27. Аналоговий регулюючий пристрій типу Р-27 містить вимірювальний модуль типу И₀₀1.1, регулюючий модуль типу Р_0.27-1 та джерело живлення ИПС_01.1

Вимірювальний модуль містить наступні вузли:

• підсилювач модулятора;

• групи модулів;

• вузол коректора;

• джерело живлення;

• генератор;

• до модуляторний підсилювач;

• суматор.

Регулюючий орган здійснює формування вихідних імпульсних сигналів у відповідності з П-, ПІ- та ПІД-законом регулювання, демпфірування сигналу похибки, гальванічне ділення вхідних та вихідних ланцюгів модуля, введення заборони на керування навантаженням.

Регулюючий модуль Р_0.27-1 містить такі функціональні вузли:

• демпфер;

• диференціатор;

• суматор прямого каналу;

• трьох позиційний тригер;

• суматор зворотного зв’язку;

• інтегратор;

• підсилювач потужності.

ДИСК – 250. Прилад ДИСК-250 призначений для вимірювання напруги постійного струму, а також неелектричних величин, які перетворюються у підсилений сигнал і активний опір. Пристрій ДИСК-250 може працювати з серійно випускаючими датчиками, які не мають власних джерел живлення, індуктивності, ємності, які можна встановити у вибухонебезпечних зонах приміщень. Пристрій розрахований на роботу з вхідними сигналами:

- від термоелектричних перетворювачів з номінальною статичною характеристикою перетворення, згідно з ДЕСТ-3044-84;

- від термоперетворювачів опору з номінальною статичною характеристикою перетворення згідно з ДЕСТ 6651-84;

- 0-5 і 4-20мА; 0-5 і 0-10; 0-50 і 0-100мВ, згідно з ДЕСТ26.011-80.

Сумарний опір лінії зв’язку і внутрішній перетворювачів не повинен перевищувати 200Ом. Опір кожного дроту лінії зв’язку термоперетворювачів опору з пристроями не повинен перевищувати 5Ом.

Прилад має наступні вихідні пристрої:

- пристрій перетворення вхідних сигналів у вихідний безперервний сигнал 0-5 або 4-20мА, згідно з ДЕСТ 26.011-80;

- пристрій пропорційно-інтегральний регулюючий ;

- пристрій регулюючий з безконтактним, а для ДИСК-250 і контактним виходом для формування трьохпозиційного закону регулювання з незалежним встановленням нижньої і верхньої межі регулювання;

- два двох позиційні пристрої сигналізації з релейним виходом.

Номінальна середня швидкість обертання діаграмного диска приладу 1 оберт за 8 або 24 години. Потужність, яку використовує прилад при номінальній напрузі живлення ( 220 В ), не перевищує 20 ВА. Маса приладу не перевищує 10,5кг. Основна похибка приладу, виражена у відсотках від нормуючого значення по ДЕСТ 7164-78, не виходить за межі допустимих значень, рівних:

- - по показанням і по перетворенню;

- -по реєстрації, регулюванню і по сигналізації.

Реєстрація на діаграмному диску здійснюється безперервною лінією. Ширина лінії реєстрації не перевищує 0,8мм.

Прилад відповідає технічним вимогам при наступних умовах:

• температура оточуючого повітря (20 2 )⁰С;

• відносна вологість від 30 до 80%;

• атмосферний тиск від 86 до 106,7 кПА;

• напруга живлення (220 4,4 ) В;

• частота струму живлення (50 1) Гц;

• коефіцієнт вищих гармонік, які живлять коло не більш 5%;

• відсутність зовнішніх електричних і магнітних полів, які впливають на роботу приладу.

Принцип дії приладу. В основу роботи приладу покладений принцип електромеханічного слідкуючого урівноваження. Вхідний сигнал від датчика попередньо підсилюється і лише після цього здійснюється урівноваження його сигналом компенсуючого елемента (реохорда ).

1 - кнопки; 2 - резистори; 3 - індикатори пристрою регулювання і сигналізації; 4 - індикатор сигналізації про ввімкнення; 5 - індикатор сигналізації про аварійний стан приладу; 6 - пристрій кріплення діаграмного диска; 7 - вказівник; 8 - пристрій реєструючий.

Рисунок 6- Структурна схема приладу ДИСК- 250

На внутрішньому боці шасі розташовані: реохорд; реверсивний двигун; привід діаграмного диска; клемна колодка; блок конденсаторів; розділювальний трансформатор.

Основною намоткою реохорда служить ізольований мідний дріт. Реохорд розташований на металевому важелі, який кріпиться на втулки, які приводяться в рух реверсивним електродвигуном. Реохорд закритий з'ємною кришкою, яка захищає його від механічних пошкоджень.

На приладі ДИСК-250 встановлений асинхронний конденсатор, електродвигун Д32, виконаний конструктивно разом з редуктором, який знижує обороти до 24 або 72 об/хв.

Конструкція приладу. Прилад конструктивно виконаний у прямокутному корпусі, який пристосований для втопленого щитового монтажу, корпус закривається скляною кришкою зі встановленою на ній шкалою. На кришці розташовані кнопки 1 і резистори 2, встановлення меж регулювання і сигналізації, індикатори спрацьовування пристроїв регулювання і сигналізації 3, індикатор зеленого кольору, сигналізуючий про ввімкнення приладу у коло 4, індикатор червоного кольору, сигналізуючий про обрив датчика, підключенні його з порушенням полярності або про знаходження вхідного сигналу поза діапазоном вимірювання 5.

На зовнішньому боці шасі розташовані: вказівник, устрій кріплення діаграмного диску, пристрій реєструючий (перо і утримувач), вимикач приладу і вставка плавка.

На внутрішньому боці шасі розташовані: реохорд, реверсивний двигун, привід діаграмного диску, клемна колодка, блок конденсаторів, а у приладі іскробезпечного виконання – розділовий трансформатор.

Основною намоткою реохорда слугує ізольований мідний дріт. Реохорд розташований на металевому важелі, що кріпиться на втулку, яка приводиться в рух реверсивним електродвигуном. Реохорд закритий з’ємною кришкою, яка захищаю його від механічних пошкоджень. На приладі ДИСК-250 встановлений асинхронний конденсаторний електродвигун Д32, виконаний конструктивно разом з редуктором, який зменшує кількість обертів до 24 або 72 об/хв..

Розміщення і монтаж. Прилад повинен бути встановлений у добре освітленому приміщенні з чистим, сухим повітрям і незначною зміною температури.

Бажано мати навколо щита, на якому встановлений прилад, скляну перегородку, яка відокремлює його від іншої частини приміщення.

Для монтажу приладу в панелі щита роблять виріз 304 304 мм, прилад встановлюють у виріз до упору.

Для зручного обслуговування прилад повинен бути встановлений на щиті так, щоб вісь вказівника знаходилась на висоті 1,4-1,6м від рівня підлоги.

Бажано експлуатувати прилад при температурі не вище С. Не можна розташовувати прилад поблизу потужних джерел електромагнітних полів. В місці встановлення приладу не повинно бути тряски і вібрації.

Живлення приладу здійснюється напругою 220 В змінного струму. При сильних перешкодах із мережі, живлення подається через розділовий трансформатор потужністю не менше 100 Вт.

Не можна прокладати дроти силової лінії та вимірювального кола в одному джгуті або загальній трубі. Не допускається наявність петель у з’єднувальних дротах.

Дроти до вхідної чотирьох клемної колодки приладу підключають наступним чином: зачищають дріт від ізоляції на довжину приблизно 15 мм, складають зачищену частину вдвічі, послаблюють піджимаючий гвинт і вставляють кінець дроту під контактну пружину, піджимають пружину гвинтом, закривають колодку кришкою. Заземлюють прилад відповідно з інструкцією.