330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / 2СУ_СушкиКовшей
.pdf
СИСТЕМНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ
МЕТАЛЛУРГИЯ
Автоматизированная система управления стендом вертикальной сушки ковшей
Виктор Переходченко, Александр Ребедак, Сергей Гаркавенко, Ольга Шевченко, Лариса Левина, Александр Борисов, Наталья Хмольянинова, Дмитрий Колесниченко
Важной составляющей подготовки ковшей для разливки стали является сушка футеровки, которая должна производиться строго по заданному температурному графику с минимизацией затрат энергоносителей. В данной статье представлен стенд вертикальной сушки ковшей, описаны режимы его работы и особенности. Основное внимание уделено системе управления стенда. Показаны возможности, предоставляемые системой пользователю, приведены показатели её эффективности, полученные по результатам внедрений.
|
ВВЕДЕНИЕ |
|
(ЗАО «НКМЗ») в кратчайшие сроки |
(рис. 2) установлены контрольно изме |
|
|
Для стабильной работы металлургиче |
спроектировал, изготовил и сдал в экс |
рительная аппаратура, поворотные за |
||
|
ского производства большое значение |
плуатацию стенд вертикальной сушки |
слонки газа и воздуха, трубчатый реку |
||
|
имеет подготовка ковшей для разливки |
ковшей, предназначенный для сушки |
ператор, часть системы удаления дыма и |
||
|
стали. Поэтому одной из важных задач |
футеровки ковша по строго опре |
горелка ДСГМ 150 II. Горелка спроек |
||
|
реконструкции мартеновского цеха Вы |
делённому температурному графику. |
тирована и изготовлена фирмой «Кор |
||
|
ксунского металлургического |
завода |
|
|
тес» при Институте газа НАН Украины, |
|
(ОАО «ВМЗ») была задача увеличения |
НАЗНАЧЕНИЕ И КОНСТРУКЦИЯ |
мощность горелки – 1400 кВт. Футеров |
||
|
времени работы ковшей для разливки |
СТЕНДА |
ка крышки выполнена огнеупорными |
||
|
стали до очередного ремонта футеровки |
Проект рабочей документации стен |
волокнистыми материалами. |
||
|
при одновременном сокращении расхо |
да вертикальной сушки ковшей разра |
Продукты сгорания через отверстие в |
||
|
да газа при её сушке. Для решения этой |
ботан на основании ТЗ и технических |
огнеупорной футеровке отводятся к ре |
||
|
задачи завод закупил и использует со |
условий на газоснабжение № 47 85ТУ |
куператору для подогрева подаваемого |
||
|
временные материалы для футеровки |
от 24.03.2004, выданных Региональной |
в горелку воздуха. После рекуператора |
||
|
ковшей производства фирмы Mayerton и |
инспекцией государственного газового |
дым поступает в камеру смешивания, |
||
|
ОАО «Динур». Кроме того, по заказу |
надзора по Нижегородской области. |
где температура дыма снижается путём |
||
|
ОАО «ВМЗ» коллектив Ново Краматор |
Стенд предназначен для сушки футе |
подсоса воздуха из цеха через воздуш |
||
|
ского машиностроительного |
завода |
ровки сталеразливочных ковшей ёмко |
ную щель. Продукты сгорания дымосо |
|
|
|
|
стью 130 тонн по заданному температур |
сом отводятся через дымовую трубу вы |
|
|
|
|
|||
|
|
|
ному графику, который выбирается, ис |
ше кровли цеха. Установка оборудована |
|
|
|
|
ходя из применяемой футе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ровки. Топливо – природный |
|
|
|
|
|
газ с теплотворной способно |
|
|
|
|
|
стью 7800…8200 ккал/нм3. Га |
|
|
|
|
|
зоснабжение стенда осущест |
|
|
|
|
|
вляется из цехового газопро |
|
|
|
|
|
вода. Общий вид стенда с ус |
|
|
|
|
|
тановленным на опоры стале |
|
|
|
|
|
разливочным ковшом пред |
|
|
|
|
|
ставлен на рис. 1. |
|
|
|
|
|
Стенд устанавливается ста |
|
|
|
|
|
ционарно. Он состоит из ра |
|
|
|
|
|
мы, на которой закреплён ме |
|
|
32 |
|
|
ханизм подъёма и опускания |
|
|
Рис. 1. Общий вид стенда сушки ковшей |
крышки. На крышке стенда |
Рис. 2. Крышка стенда сушки ковшей |
|||
|
|
|
|
|
|
|
www.cta.ru |
|
|
|
СТА 3/2006 |
© 2006, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru
С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /М Е ТА Л Л У Р Г И Я
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3. Структурная схема системы управления стендом сушки сталеразливочных ковшей |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
||||||
|
продувочными газопроводами и свечой |
томаты, пускатели, источники питания |
|
|
|
||||
|
безопасности. На подводящем газопро |
производства компании Siemens, заре |
|
|
|
||||
|
воде перед стендом находятся фильтр, |
комендовавшие себя как надёжные и |
|
|
|
||||
|
вихревой расходомер, регулятор давле |
долговечные устройства, а также клем |
|
|
|
||||
|
ния и отсечная аппаратура. |
мы фирмы WAGO, которые не только |
|
|
|
||||
|
На стенде установлены показываю |
обеспечивают высокую надёжность, |
|
|
|
||||
|
щие приборы для измерения темпера |
экономичность и быстроту электро |
|
|
|
||||
|
туры воздуха до и после рекуператора, |
монтажа, но и не требуют последующе |
|
|
|
||||
|
температуры дымовых газов до и после |
го технического обслуживания. |
|
|
|
|
|||
|
рекуператора, температуры дымовых |
В состав системы управления входят |
|
|
|
||||
|
газов перед дымососом, давления воз |
шкаф |
управления |
стендом |
сушки, |
Рис. 4. Пульт управления стендом сушки |
|
||
|
духа до и после рекуператора, давления |
пульт |
управления |
стендом |
сушки, |
и пульт управления крышкой |
|
||
|
перед горелкой, разрежения в дымохо |
шкаф управления приводом крышки, |
|
|
|
||||
|
де. Здесь также находятся регистри |
пульт управления крышкой. Выполне |
|
|
|
||||
|
рующие приборы для измерения тем |
ние и распределение функций управ |
|
|
|
||||
|
пературы в ковше, расхода природного |
ления реализовано следующим обра |
|
|
|
||||
|
газа, температуры природного газа. Ка |
зом (рис. 3): управление сушкой вы |
|
|
|
||||
|
чество сжигания природного газа кон |
полняется оператором с пульта управ |
|
|
|
||||
|
тролируется с помощью переносного |
ления стендом сушки, подъём/опуска |
|
|
|
||||
|
газоанализатора. |
|
ние крышки выполняется оператором |
|
|
|
|||
|
|
|
с пульта управления крышкой; весь |
|
|
|
|||
|
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ |
технологический процесс управляется |
|
|
|
||||
|
К системам управления оборудова |
контроллером, который находится в |
|
|
|
||||
|
нием мартеновского цеха предъявля |
шкафу |
управления |
стендом; |
шкаф |
|
|
|
|
|
ются повышенные |
требования по |
управления приводом крышки служит |
|
|
|
|||
|
надёжности и долговечности при экс |
для изменения скорости перемещения |
|
|
|
||||
|
плуатации их в условиях, характери |
крышки. Оба пульта управления рас |
|
|
|
||||
|
зующихся высокой температурой, по |
полагаются непосредственно |
возле |
|
|
|
|||
|
вышенной запылённостью, наличием |
стенда (рис. 4). Шкафы управления на |
|
|
|
||||
|
вибрации. Исходя из этого, для разме |
ходятся внутри специально оборудо |
|
|
|
||||
|
щения аппаратуры были выбраны шка |
ванного поста управления. |
|
|
|
|
|||
|
фы и пульты управления фирмы Rittal |
На двери пульта управления стендом |
Рис. 5. Общий вид шкафа управления |
|
|||||
|
со степенью защиты IP54. В качестве |
сушки расположены текстовый дисплей |
приводом крышки |
|
|||||
|
аппаратной основы системы управле |
TD 17 и кнопочная панель РР 17 II |
|
|
|
||||
|
ния применены контроллеры компа |
(Siemens). Эти приборы имеют проч |
ры, необходимые оператору для управ |
|
|||||
|
нии Siemens, которые отличаются вы |
ный металлопластиковый корпус с |
ления стендом: температура в ковше, |
|
|||||
|
сокой стойкостью к ударным и вибра |
мембранным покрытием фронтальной |
расход газа, расход воздуха, положение |
|
|||||
|
ционным нагрузкам, имеют стандарт |
панели, стойким к воздействию масел, |
газовых и воздушных заслонок. При ра |
|
|||||
|
ный диапазон рабочих температур от 0 |
смазок, моющих средств. Степень за |
боте стенда на текстовый дисплей вы |
|
|||||
|
до +60°С и степень |
защиты IP20. |
щиты фронтальной панели – IP65. На |
водятся также все аварийные и техно |
|
||||
|
В шкафах и пультах управления ис |
экране текстового дисплея динамиче |
логические сообщения. С кнопочной |
33 |
|||||
|
пользуются переключатели, лампы, ав |
ски отображаются основные парамет |
панели РР 17 II оператор непосредст |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СТА 3/2006 |
|
|
|
|
|
www.cta.ru |
|
|
© 2006, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru
С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /М Е ТА Л Л У Р Г И Я
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 6. Панель оператора ОР 270, |
|
|
|
|
расположенная на двери шкафа управления |
|
Рис. 7. Общий вид шкафа управления |
|
|
стендом сушки |
|
стендом сушки |
|
|
|
|
|
|
|
венно управляет работой стенда сушки |
|
дуль аналогового вывода контроллера |
|
|
в ручном режиме, переключает стенд на |
|
формирует сигнал, определяющий сте |
|
|
работу в автоматическом режиме. |
|
пень открытия заслонок подачи газа и |
|
|
На двери пульта управления крыш |
|
воздуха, а также передаваемый на само |
|
|
кой расположены переключатель для |
|
писец сигнал, который пропорциона |
|
|
подъёма/опускания крышки и сигналь |
|
лен значению фактической температу |
|
|
ные лампы, указывающие на то, что |
|
ры в ковше. По сети PROFIBUS DP |
|
|
крышка поднята или опущена. Для кон |
|
контроллер связан с панелью оператора |
|
|
троля крайних положений крышки на |
|
ОР 270, текстовым дисплеем TD 17, |
|
|
стенде установлены конечные выклю |
|
кнопочной панелью РР 17 II и преобра |
|
|
чатели. Скорость перемещения крышки |
|
зователем частоты SIMOVERT. |
|
|
задаётся с помощью преобразователя |
|
Управляющая программа для кон |
|
|
частоты SIMOVERT (Siemens), распо |
|
троллера написана с использованием |
|
|
ложенного в шкафу управления приво |
|
пакета STEP 7, который содержит на |
|
|
дом крышки (рис. 5). Преобразователь |
|
бор стандартных инструментальных |
|
|
частоты управляет работой электродви |
|
средств для обслуживания систем, по |
|
|
гателя подъёма/опускания крышки. |
|
строенных на базе изделий семейства |
|
|
На двери шкафа управления стендом |
|
SIMATIC S7, и набор удобных функ |
|
|
сушки смонтирована панель оператора |
|
ций для реализации всех фаз проекта |
|
|
ОР 270 (Siemens), она имеет прочный |
|
системы автоматизации: конфигури |
|
|
корпус, компактную форму, защиту по |
|
рование и настройка параметров аппа |
|
|
фронту IP65, высокую степень защиты |
|
ратуры, конфигурирование коммуни |
|
|
от электромагнитных помех и внешних |
|
кационных соединений, программиро |
|
|
вибраций (рис. 6). Панель служит для |
|
вание, тестирование, наладка и обслу |
|
|
управления сушкой и визуализации тех |
|
живание, документирование и архиви |
|
|
нологического процесса. Внутри шкафа |
|
рование данных, оперативное управле |
|
|
размещён контроллер SIMATIC S7 300 |
|
ние и диагностика. |
|
|
(Siemens) с центральным процессором |
|
|
|
|
СРU315 2DP и модулями ввода вывода |
|
СИСТЕМА ВИЗУАЛИЗАЦИИ |
|
|
(рис. 7). На модули дискретного ввода |
|
Проект системы визуализации вы |
|
|
контроллера поступают сигналы от пе |
|
полнен на базе панели оператора ОР |
|
|
реключателей, кнопок, конечных вы |
|
270 и программного пакета ProTool. |
|
|
ключателей, блок контактов автоматов |
|
Панель оператора OP 270 предназначе |
|
|
и пускателей, датчиков давления. На |
|
на для построения профессиональных |
|
|
модули аналогового ввода контроллера |
|
систем человеко машинного интер |
|
|
приходят сигналы от термопар, расхо |
|
фейса в системах управления на основе |
|
|
домеров, а также сигналы обратной свя |
|
программируемых контроллеров се |
|
|
зи о положении заслонок газа и воздуха. |
|
мейства SIMATIC S7. Такие панели |
|
|
Из модуля дискретного вывода кон |
|
способны поддерживать функции мо |
|
|
троллера управляющие сигналы переда |
|
ниторинга и оперативного управления, |
34 |
|
ются на лампы сигнализации, клапаны |
|
позволяют решать задачи визуализа |
|
подачи газа и воздуха, пускатели. Мо |
|
ции, обеспечивают поддержку динами |
|
|
|
|
|
|
ческих полей ввода вывода, использо вания встроенной клавиатуры, масшта бируемых шрифтов и других сервисных возможностей, предоставляемых опе рационной системой Windows CE. Па кет ProTool является универсальным для всех операторских панелей фирмы Siemens и имеет мощный интерфейс управления процессом. Система визуа лизации отображает графическую, тек стовую и цифровую информацию о тех нологическом процессе сушки, позво ляет оператору управлять технологиче ским процессом путём ввода цифровой информации, отображает на экране па нели оператора и текстового дисплея сообщения обо всех возникающих ава рийных ситуациях. При возникнове нии аварийной ситуации в процессе сушки ковша прекращается подача газа к горелке, включается звуковая и свето вая сигнализация.
НАЛАДКА РАБОТЫ СТЕНДА
Наладка работы стенда во всех режи мах производилась специалистами ЗАО «НКМЗ» совместно со специали стами фирмы «Кортес» и специалиста ми ОАО «ВМЗ» (служба КИП и А, ла боратория наладки топливоиспользую щего оборудования).
Для регулирования температуры суш ки в автоматическом режиме был вы бран программный ПИД регулятор SFB41 “CONT_C”, который поставля ется совместно с пакетом STEP 7 и слу жит для регулирования на основе кон троллеров SIMATIC S7 технологических процессов с непрерывными входными и выходными величинами. При парамет ризации можно легко подключать или отключать отдельные функции ПИД регулятора, тем самым оптимизируя его настройки для управления объектом.
Путём подачи ступенчатого воздей ствия на объект регулирования были определены его динамические характе ристики, после чего для управления был выбран ПИ регулятор. Были рас считаны значения коэффициента уси ления пропорционального звена, вре мя интегрирования, длительность цик ла опроса, ширина мёртвой зоны регу лятора, верхняя и нижняя границы ре гулирующего значения и т.д. На опыт ном ковше была проведена проверка работы стенда сушки в автоматическом режиме с оптимизацией параметров регулятора, что позволило уменьшить до минимума износ механизмов газо вых и воздушных заслонок и миними зировать расход газа.
www.cta.ru |
СТА 3/2006 |
© 2006, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru
С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /М Е ТА Л Л У Р Г И Я
|
Одной из задач наладки стенда было |
|
|
|
|||
|
Температура, °C |
|
|
||||
|
определение фактического графика |
|
|
||||
|
|
|
|
||||
|
сушки ковшей. Проблема состояла в |
|
|
|
|||
|
том, что фирмы поставщики огнеупор |
|
|
|
|||
|
ных материалов для футеровки ковшей |
|
|
|
|||
|
предоставляют температурный график |
|
|
|
|||
|
сушки футеровки, однако при проведе |
|
|
|
|||
|
нии сушки ковша на стенде измеряется |
|
|
|
|||
|
температура газовой смеси внутри ков |
|
|
|
|||
|
ша, а не футеровки. Для получения |
|
|
|
|||
|
фактической температуры футеровки |
|
|
|
|||
|
были проведены три эксперименталь |
|
|
|
|||
|
ные сушки на специально подготовлен |
|
|
|
|||
|
ных ковшах. На разных уровнях по вы |
|
|
|
|||
|
соте ковша были заложены в футеровку |
|
|
|
|||
|
термопары, сигналы от которых выво |
|
Время, ч |
|
|||
|
дились на самописцы. После анализа |
|
|
||||
|
полученных результатов было опреде |
Рис. 8. Скорректированный на основе экспериментальных данных график сушки |
|
||||
|
лено соответствие температур футеров |
сталеразливочного ковша, футерованного огнеупорами производства фирмы Mayerton |
|||||
|
ки и газовой смеси в ковше, на основа |
|
|
|
|||
|
Температура, °C |
|
|
||||
|
нии чего скорректировали график суш |
|
|
||||
|
ки сталеразливочного ковша (рис. 8). |
|
|
|
|||
|
Система управления позволяет ис |
|
|
|
|||
|
пользовать ручной и |
автоматический |
|
|
|
||
|
режимы. Переход из одного режима в |
|
|
|
|||
|
другой |
выполняется |
оператором по |
|
|
|
|
|
своему усмотрению в любой момент |
|
|
|
|||
|
проведения сушки. Ручной режим ре |
|
|
|
|||
|
комендовано использовать для прове |
|
|
|
|||
|
дения наладочных или профилактиче |
|
|
|
|||
|
ских работ. При переходе в автоматиче |
|
|
|
|||
|
ский режим выполнение графика начи |
|
|
|
|||
|
нается с точки текущей температуры. |
|
|
|
|||
|
На рис. 9 представлены графики за |
|
|
|
|||
|
данной и фактической температуры |
|
Время, ч |
|
|||
|
сушки сталеразливочного ковша № 7, |
|
|
||||
|
проведённой в автоматическом режи |
Рис. 9. График сушки сталеразливочного ковша в автоматическом режиме |
|
||||
|
ме. Как видно из графиков, во всём |
|
|
|
|||
|
диапазоне сушки ковша |
отклонение |
ковшей № 2 получена за счёт увеличе |
Руководство мартеновского цеха Вык |
|||
|
фактического значения |
температуры |
ния срока службы футеровки ковшей, |
сунского металлургического завода |
|||
|
от заданного не превышает 20°C. При |
высушенных по новой технологии, так |
рассматривает вопрос о приобретении |
||||
|
мечательно, что при этом показатели |
как спроектированная установка по |
у ЗАО «НКМЗ» второй установки вер |
||||
|
СО, СО2 и других контролируемых га |
зволила обеспечить режим, требуемый |
тикальной сушки ковшей. |
||||
|
зоанализатором параметров ниже до |
для создания максимально стойкой и |
В 2002 2004 годах ЗАО «НКМЗ» бы |
||||
|
пустимых значений. |
|
|
долговечной футеровки из современ |
ли поставлены и сданы в эксплуатацию |
||
|
|
|
|
|
ных материалов. |
три стенда сушки промковшей с анало |
|
|
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ |
|
Необходимо также отметить просто |
гичной системой управления на Ена |
|||
|
ЭФФЕКТИВНОСТЬ |
|
|
ту обслуживания установки: работа |
киевском металлургическом заводе |
||
|
На существующем в мартеновском |
оператора на ней сводится к включе |
(Украина). |
||||
|
цехе ОАО «ВМЗ» стенде сушки ковшей |
нию стенда и его отключению после |
В 2005 году ЗАО «НКМЗ» были по |
||||
|
№ 1 средний часовой расход природ |
того, как контроллер выдаст сообще |
ставлены два стенда сушки промков |
||||
|
ного газа при стандартных условиях ра |
ние на текстовый дисплей о том, что |
шей на Литейно прокатный завод в го |
||||
|
вен 192,5 нм3/ч. На поставленном ЗАО |
график сушки выполнен. |
роде Ярцево (Россия). ● |
||||
|
«НКМЗ» стенде сушки ковшей № 2 |
|
|
|
|||
|
средний |
часовой расход |
природного |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ |
Авторы — сотрудники |
||
|
газа при стандартных условиях равен |
В сентябре 2004 года стенд верти |
ЗАО «Ново Краматорский |
||||
|
84,125 нм3/ч. С учётом того, что стенд |
кальной сушки ковшей передан в про |
машиностроительный завод», |
||||
|
№ 2 работает 60% рабочего времени, |
мышленную эксплуатацию. По резуль |
телефон: (+380 6264) 78 854, |
||||
|
годовая |
экономия |
газа |
составляет |
татам 15 месяцев работы стенда не бы |
78 400, |
|
|
561816 нм3. |
|
|
ло зарегистрировано ни одного отказа |
ОАО «Выксунский |
||
36 |
Однако основная составляющая эф |
системы управления стендом, как и |
металлургический завод», |
||||
фективности работы стенда сушки |
поставленного оборудования в целом. |
телефон: (831 77) 97 198 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
www.cta.ru |
|
|
|
СТА 3/2006 |
||
© 2006, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru