Содержание
C
Аннотация 5
Введение 6
1 Доменный процесс, задачи автоматизации 8
2 Доменная печь как объект автоматизации 10
2.1 Статические и динамические характеристики доменного процесса 11
2.2 Автоматический контроль основных параметров доменного процесса 14
2.3 Локальные системы регулирования доменной печи 16
3 Разработка структурной схемы системы автоматизации 18
3.1 Анализ систем автоматического регулирования 18
3.2 Типовая схема регулирования температуры горячего дутья 22
3.3 Создание модели адаптивной системы автоматического регулирования 24
3.4. Разработка системы автоматического регулирования температуры горячего дутья с перестраиваемой структурой 28
3.5 Разработка элементов устройств управления на основе многофункциональных логических модулей 31
4 Расчетная часть 39
4.1 Идентификация объекта управления 39
4.2 Расчет оптимальных параметров настройки управляющего устройства для типовой структуры автоматического регулирования температуры горячего дутья доменной печи 45
4.2.1 Аналитический метод расчета оптимальной настройки регуляторов с помощью расширенных амплитудно-фазовых характеристик 45
4.2.2 Определение параметров настройки регуляторов с помощью номограмм 47
4.2.3 Графо-аналитический метод определения параметров настройки регуляторов 48
4.2.4 Метод ВТИ для приближенного расчета оптимальной настройки регулятора 51
4.2.5 Метод максимума амплитудно-частотных характеристики (метод Ротача) 54
4.2.6 Выбор метода расчета 54
4.2.7 Расчет оптимальных параметров настройки ПИ-регулятора 55
4.3 Расчет оптимальных параметров настройки адаптивной системы автоматического регулирования 57
4.4 Расчет оптимальных параметров настройки системы автоматического регулирования с перестраиваемой структурой 62
4.5 Оценка качества переходных процессов 68
5 Экономическая часть 69
5.1 Определение технического уровня выполненной разработки 69
5.2 Определение капитальных вложений на разработку системы автоматизации 71
5.3 Определение единовременных капитальных вложений на приобретение средств автоматизации, их монтаж и наладку 76
5.4 Расчет годовых эксплуатационных затрат 76
5.5 Расчет экономической эффективности 77
5.6. Выводы 78
6 Производственная и экологическая безопасность 79
6.1 Расчет системы заземления 85
6.2 Устройства защитного отключения 89
6.3 Мероприятия по охране окружающей среды 90
Заключение 92
Список использованных источников 93
Приложение №1 Акт использования 102
Приложение №2 Акт внедрения 103
Приложение №3 Заявление в выдаче патента Российской Федерации на изобретение 104
Приложение №4 Листинг программы «Метод наименьших квадратов» 105
Приложение №5 Листинг программы для расчета оптимальных параметров настройки ПИ-регулятора 107
Приложение №6 Листинг модели адаптивного регулятора 109
Приложение №7 Диплом за доклад «Адаптивная система автоматического регулирования с перестраиваемой структурой» 159
Ф
ЮРА.421000.024
С2 Система автоматизации
Схема функциональная
ФЮРА.421000.024 С2 Многофункциональный логический модуль
Схема функциональная
ФЮРА.421000.024 ДМ Система автоматического регулирования
Результаты расчетов
ФЮРА.421000.024 ДМ Адаптивная система автоматического
регулирования Результаты расчетов
ФЮРА.421000.024 ДМ Адаптивная система автоматического
регулирования Схема модели
адаптивного регулятора
ФЮРА.421000.024 ДМ Система автоматического регулирования
с перестраиваемой структурой
Результаты расчетов
Аннотация
Рассматриваются вопросы автоматизации доменного процесса, предложена структурная схема системы автоматического регулирования температуры горячего дутья с перестраиваемой структурой, создана модель адаптивного регулятора, разработан многофункциональный логический модуль для построения цифровых управляющих устройств с перестраиваемой структурой, приведены расчетные данные и идентификация объекта управления, оптимальных параметров настройки управляющих устройств и адаптивной системы автоматического регулирования, дана оценка качества переходных процессов и приведено технико-экономическое обоснование применяемой системы автоматического регулирования, рассмотрены вопросы производственной и экологической безопасности.
Введение
Развитие черной металлургии идет по пути создания мощных, высокопроизводительных агрегатов (доменных, мартеновских, электросталеплавильных печей, кислородных конверторов и т.д.). Одновременно в производство внедряются новые прогрессивные мероприятия, улучшающие технологию и повышающие производительность агрегатов.
Каждая ошибка, допущенная при управлении такими агрегатами, приводит к значительным потерям металла или топлива. Поэтому автоматизация управления этими агрегатами приобретает особо важное значение. Современные металлургические печи в значительной мере механизированы и оснащены системами автоматической стабилизации отдельных параметров, однако еще до сих пор многое зависит от квалификации и личного опыта персонала, управляющего производственными процессами.
Непрерывный рост мощности доменных печей и внедрение новых методов интенсификации технологического процесса существенно повысили производительность доменного производства и увеличили потоки сырья, энергии и продуктов плавки, участвующих в производственном процессе. Современный доменный цех ежесуточно потребляет свыше 50 тыс. т различных материалов, 100 млн м3 воздуха, примерно 2 млн т воды и расходует более 20 тыс. кВтч электроэнергии. Значительно усложнилось управление доменным производством, возросло количество информации, которое необходимо освоить и использовать для управления процессом. Увеличилось также число управляющих воздействий и усложнился выбор управлений, наиболее рациональных для данных условий. Анализ поступающей информации и выбор оптимальных управляющих воздействий требуют высокой квалификации персонала, обслуживающего печь. В этих условиях возрастает необходимость внедрения систем автоматического контроля и управления.
Металлургические печи являются одновременно теплотехническими и технологическими объектами. Тепловые процессы, протекающие в печах, включают превращение в тепло различных видов энергии, теплопередачу от одного теплоносителя к другому (регенераторы, рекуператоры) и передачу тепла материалам, подвергающимся тепловой обработке. Технологические процессы используют тепло, генерированное в печах, для получения металла заданного качества за минимальное время. Химические и физические процессы, протекающие в металлургических печах, могут служить дополнительным источником тепла. Естественно, что необходимость учета тепла, генерированного в процессе работы печей, усложняет их автоматизацию.
Системы контроля и управления работой доменных печей постепенно усложнялись — от простейших систем стабилизации отдельных параметров до локальных систем управления отдельными режимами работы печи и, наконец, до комплексных систем управления всем доменным процессом.
Автоматический контроль и регулирование некоторых параметров доменного процесса сыграли в свое время большую роль в деле повышения производительности и экономичности работы доменных печей. Внедрение локальных систем регулирования расхода, температуры и влажности горячего дутья, давления колошникового газа, нагрева воздухонагревателей позволило повысить производительность доменных печей на 5–9% и получить экономию кокса 6–7%. Кроме того, локальные системы регулирования облегчили труд металлургов и повысили общую культуру производства.
Внедрение локальных систем управления, таких, например, как системы автоматического управления шихтоподачей, распределения горячего дутья и природного газа по фурмам доменной печи, автоматический перевод и управление нагревом воздухонагревателей и т.д., дало дополнительный экономический эффект: производительность доменных печей увеличилась еще на 4–5%, а расход кокса снизился на 2–3%.