Реферат: Сау нагревом возухонагревателя доменной печи
Курсовая работа:
«САУ нагревом воздухонагревателя доменной печи»
Содержание:
Введение. Доменноепроизводство.
Описаниетехнологии.
Описание системырегулирования.
Схема системы автоматическогорегулирования.
Выбор используемых приборов(датчиков, преобразователей).
Выбор регулятора и параметровегонастройки.
Выбор исполнительногомеханизма (технические характеристики, принцип действия, еговозможности).
Выбор регулирующегооргана.
Заключение о проделаннойработе(вывод).
Списоклитературы.
ЗАДАНИЕ:
1). Разработать систему автоматического управления(САУ) нагревом воздухонагревателя доменной печи.
2). Сделать выбор элементовСАУ:
а) выбор исполнительныхприборов;
б) выбор регулятора;
в) выборисполнительного механизма;
г) выбор регулирующегооргана.
.
Введение
1 Доменное производство.
Чугунвыплавляют в шахтных печах. Процесс доменной плавки непрерывный. Сверху в печьзагружают сырые материалы (офлюсованный агломерат, кокс), а в нижнюю частьчерез фурмы подают нагретый воздух и жидкое, газообразное или пылевидноетопливо. Полученные от сжигания топлива газы проходят через столб шихты иотдают ей свою химическую и тепловую энергию. Опускающаяся рудная шихтанагревается, восстанавливается и плавится. Часть кокса расходуется в печи навосстановление железа и других элементов, а также на науглероживание железа, нобольшее его количество достигает фурм, где и сгорает.
Доменнаяпечь является мощным и высокопроизводительным агрегатом, в котором расходуетсяогромное количество шихты и дутья. Современная доменная печь ежесуточнорасходует около 23000 т. шихты, 18000 т. дутья, 1700 т. природного газа ивыдаёт 12000 т. чугуна, 4000 т. шлака и 27000 т. колошникового газа. Такимобразом, в большой доменной печи ежеминутно выплавляется около 9 т. чугуна. Дляобеспечения непрерывной подачи и выпуска столь большого количества материаловнеобходимо, чтобы конструкции печи были просты, надёжны и позволяли работатьбез простоев печи в течение длительного времени.
Устройствопечи.
Внутреннееочертание вертикального разреза доменной печи называют её профилем, в которомразличают колошник, шахту, распар, заплечики и горн. При конструированиидиаметр и высоту этих элементов выбирают главным образом на основании анализаданных работы фактических печей. Для примера приведены размера для доменнойпечи N 5 ОАО «Северсталь» объёмом 5500 м3.Доменная печь снаружи заключена в металлический кожух толщиной 20-25 мм вверхней части и 35-40 мм в нижней, состоящий из ряда цилиндрических иконических поясов. Кожух выполняют цельносварным. С внутренней стороны кожуханаходится огнеупорная футеровка, охлаждаемая холодильниками. Во многих случаяхверхняя часть печи от распара до колошника опирается на так называемоемараторное кольцо, которое лежит на колоннах, а нижняя часть опирается нафундамент. Материал на колошник подают при помощи двух скипов, движущихсясверху вниз по наклонному мосту, либо же при помощи транспортёра.
Основнойчастью колошникового устройства является засыпной аппарат. Он, как правило,бывает двух типов. Первый состоит из большого и малого конусов с приёмнойворонкой. Для обеспечения равномерного распределения шихты в межконусномпространстве малый конус и его воронка вращаются вокруг своей оси при помощиспециального устройства. Скип опрокидывается на колошнике, и шихта сначалавыгружается в приёмную воронку, затем при опускании малого конуса — вмежконусное пространство и при опускании большого конуса — в доменную печь.Наличие двух поочерёдно опускающихся конусов обеспечивает герметизацию колошникапри загрузке шихты.
/>
Засыпнойаппарат другого типа имеет приёмные воронки, снабжённые герметическимизатворами, в результате чего отпадает необходимость в герметизации с помощьюраспределительного устройства. Вместо большого конуса применено более сложноеустройство. В нижней части печи находятся фурменные устройства, через которыеподаётся нагретое дутьё и добавки газообразного, жидкого или пылеугольноготоплива. Жидкие продукты плавки непрерывно стекают в горн печи, в которомрасположены летки для выпуска чугуна и для выпуска доменного шлака. Через этилетки периодически выпускают продукты плавки. Таким образом, процессы в печи иподача шихты происходят непрерывно, а выпуск чугуна и шлака — периодически.
Футеровка печи.
Дляфутеровки применяют шамотный кирпич, высокоглинозёмистый кирпич и углеродистыеблоки.
Шамотныйкирпич получают из смеси обожжённой огнеупорной глины (шамота) и сыройогнеупорной глины. Он содержит 30-40 % Al2O3 и не более 1,6 % Fe2O3. Кирпич с более низким содержанием глинозёмаприменяют для кладки верхней части печи, его огнеупорность должна быть не ниже1580 ˚С, а кирпич с более низким содержанием глинозёма — для кладки нижнейчасти печи, его огнеупорность должна быть не ниже 1700-1730 ˚С. Лучше дляниза печи применять высокоглинозёмистый кирпич, содержащий более 45 % Al2O3, его огнеупорность составляет около 1750 ˚С.
Углеродистыеблоки изготовляют из кокса и обожжённого антрацита с добавкой в качествесвязующего небольшого количества каменноугольного пека. Длина блоков достигает3-4 м, они имеют прямоугольное сечение. Блоки в комбинации свысокоглинозёмистым кирпичом больших размеров применяют для кладки самой нижнейчасти печи — лещади.
Швымежду огнеупорными кирпичами заполняют раствором, изготовленным из мертелей,соответствующих классу кирпича. Мертель — это порошок, состоящий изизмельчённого шамота огнеупорной глины. Для ответственных видов кладкиприменяют мертели с добавкой небольших количеств поверхностно активных иклеющих веществ (сода, сульфитно-спиртовая барда), что позволяет приготавливатьрастворы с меньшей влажностью при одновременном повышении их пластичности. Длязаполнения швов между углеродистыми блоками применяют углеродистую пасту, состоящуюиз кокса и маслопека. Зазор между блоками допускается не более 0,5 мм длявертикальных и не более 1,5 мм для горизонтальных швов.
Всовременной доменной печи продолжительность пребывания в ней материаловсоставляет 4-6 часов, а газов — 1-3 секунд. Высокие показатели плавки могутбыть получены при хорошем распределении газов по сечению печи. Только в этомслучае газы в максимальной степени отдадут физическое тепло материалам инаиболее полно будет использована их восстановительная способность. Естественно,что распределение газового потока по сечению печи зависит от распределенияшихты.
Шихтузагружают в печь отдельными порциями — колошами. Рудную часть колоши можнозагружать отдельно или одновременно с коксом. Величину колоши и способ еёзагрузки выбирают так, чтобы распределение газов в печи было наилучшим.
Следуетучитывать, что дутьё поступает в печь у стен, а газовое сопротивление слояшихты у стен меньше, чем в центре, и поэтому газы стремятся идти вдоль стен. Внастоящее время основным железнорудным материалом является агломерат, слойкоторого менее газопроницаем, чем слой кокса. Поэтому целесообразно, чтобы слойагломерата у стен был толще, чем в центре печи, а слой кокса — наоборот.
Всвязи со значительным объёмом доменных печей и переходом на более мелкуюкалиброванную шихту (окатыши, дроблёный кокс, отгрохоченный агломерат) подачушихты на колошник осуществляют транспортёром с применением засыпных аппаратовновых типов с большими возможностями регулирования газового потокаперераспределением шихты по радиусу колошника.
Продуктыдоменной плавки.
Конечнымипродуктами доменной плавки являются чугун и шлак, выпускаемые из доменной печив огненно-жидком виде, и доменный газ. Чугун, как правило, является основнымпродуктом доменного производства, а шлак и доменный газ — побочными.
Цельдоменного производства состоит в получении чугуна, представляющего собоймногокомпонентный сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, фосфором исерой. В зависимости от назначения чугуна и от состава проплавляемых шихтовыхматериалов в нём может содержаться, кроме того, ещё хром, никель, ванадий,титан, медь и мышьяк. Содержание основных элементов (C, Si, Mn, P, S, Cr, Ni, Cu, As) вчугуне регламентируется соответствующим ГОСТом или техническими условиями.
Составчугуна, получаемого в ходе доменной плавки, определяется требованиямипотребителей и возможностями доменной плавки. Сообразно с этим стремятсяподобрать состав шихтовых материалов и технологический режим плавки.
Вседоменные чугуны по своему назначению подразделяют на три основных вида:передельный, предназначенный для дальнейшего передела в сталь; литейный,используемый после переплава в чугуноплавильных цехах для отливки чугунныхизделий; доменные ферросплавы, используемые в качестве раскислителей или присадкив сталеплавильном и чугунолитейном производствах.
Передельныйчугун является преобладающим видом продукции доменного производства. На егодолю приходится около 90 % общего производства чугуна. Он предназначен дляпроизводства стали в конвертерах или мартеновских печах и обычно содержит0,3-1,2 % Si; 0,2-1,0 % Mn, 0,15-0,2 % Р и 0,02-0,07 % S. Вчугуне некоторых марок, предназначенном для передела в кислых конверторах,фосфора должно быть очень мало (≤0,07 %), а в используемом дляспециального сталеплавильного передела с получением не только стали, нофосфористых шлаков необходимо, чтобы фосфора было 1,2-2,0 %.
Литейныйчугун по содержанию фосфора подразделяют на малофосфорный (до 0,1% Р), обычный(0,1-0,3 % Р), и высокофосфористые чугуны (0,31-0,7 % и 0,71-1,2 % Р). Дляизготовления высокопрочных изделий применяют чугуны с низким содержаниемфосфора, а для художественного литья — высокофосфористые чугуны.
Следуетотметить, что в последние годы передельный чугун используют не только длявыплавки стали, но и для переплавки в чугунолитейных цехах для производствачугунных отливок.
Выплавкачугуна в доменных печах неизбежно сопровождается получением значительногоколичества доменного шлака, являющегося побочным продуктом доменной плавки.Шлак образуется в доменной печи из флюсов, золы кокса и железосодержащихматериалов. Его количество определяется содержанием железа в шихте и требуемойосновностью. Чем беднее железом шихта и чем выше требуемая основность шлака,тем больше выход шлака из печи. Обычно при выплавке передельного и литейногочугунов выход шлака составляет 0,3-0,6 т на 1 т чугуна.
Доменныйпроцесс определяется тепловыми, химическими, газодинамическими, механическимиявлениями, протекающими в печи. Доменная печь как объект управления оченьсложна, очень сложно изучить все параметры доменной печи как объектауправления, поэтом управление доменными процессами осуществляется исходя измноголетнего опыта специалистов доменного производства.
Вкомплексе управлений технологическими процессами можно выделить следующиеподсистемы: шихтовки и шихтоподачи, теплового режима, распределения газовогопотока, хода доменной печи.
Подсистемауправления шихтовки и шихтоподачи решает следующие основные задачи: расчётшихты для доменной плавки из данных материалов, управление набором,взвешиванием и доставкой материала на колошник, управление загрузкой материаловв доменную печь.
Управлениетепловым режимом обеспечивает управление тепловыми процессами в верхней инижней частях доменной печи.
Управлениераспределением газового потока включает в себя управление распределением дутьяи природного газа по фурмам, а также управление распределением материалов наколошнике.
Управлениеходом доменной печи обеспечивает управление одновременного схода столбашихтовых материалов.
Подачаи нагрев дутья.
Длянормального протекания доменного процесса и достижения высокойпроизводительности необходимо вдувать ежеминутно 1,6-2,3 м3 (или1,9-3,2 кг) дутья на 1 м3 полезного объёма печи. Нижний пределотносится к работе на дутье, обогащённом кислородом. Так, при работе доменнойпечи объёмом 3000 м3 ежеминутно необходимо подавать дутья около 4800м3, а для доменной печи объёмом 5000 м3 - около 8000 м3.А так как давление газов на колошнике повышается до 250 кПа, то давление дутья,подаваемого в печь, достигает 350-400 кПа.
Дляподачи в доменную печь дутья и его сжатия применяют воздуходувные машиныразличных типов. Наибольшее распространение получили центробежные воздуходувныемашины с паротурбинным приводом, так называемые паротурбовоздуходувкипроизводительностью 4000-7000 м3/мин, создающие давление дутья навыходе, равное 400-500 кПа.
Внастоящее время в качестве дутья широко применяют воздух, обогащённыйкислородом. Последний получают на кислородных станциях с блоками разделения воздуха.Производительность больших блоков по кислороду составляет 35 000 м3/ч.В этих блоках процесс состоит из предварительного сжижения воздуха, которыйзатем подвергают ректификации, т. е. разделению, основанному на различиитемператур сжижения различных составляющих воздуха. При разделении необходимодостигать отрицательных температур до -200 ˚С, так как температура кипениявоздуха составляет -192˚С. Такие низкие температуры достигают в результатемногократного расширения сжатого воздуха и системы теплообменников, в которыхпроисходит передача холода от одной среды к другой. При испарении жидкоговоздуха в первую очередь улетучивается смесь газов, богатых азотом (tкип=-195,8˚С), затем аргоном (tкип=-189,4˚С), вследствие чего остаток постепеннообогащается кислородом (tкип=-183˚С).Полученный на кислородной станции газообразный технический кислород (95-97% О2)либо добавляют во входной патрубок воздуходувной машины или же подают квоздухонагревателям по отдельному кислородопроводу.
Дутьё,подаваемое воздуходувной машиной, нагревают до1050-1300˚С ввоздухонагревателях, называемых иногда кауперами в честь Каупера, который в1857 г. получил патент на регенеративный воздухонагреватель с кирпичнойнасадкой.
Современныйвоздухонагреватель имеет наружный диаметр 9 м, высота до верха куполасоставляет 36 м. Верхнюю часть насадки и купол выкладывают извысокоглинозёмистого кирпича или динаса, а нижнюю часть — из шамотного кирпича.Толщина насадочного кирпича составляет 40 мм. Из этого кирпича выложены ячейкиразмером 45 × 45 мм по всей высоте насадки. Поверхность нагрева 1 м3
такойнасадки около 25 м2. В последнее время предложено применять длянасадки шестигранные блоки с круглыми ячейками, имеющими горизонтальныепроходы. Это более сложная насадка, но её поверхность составляет около 30 м2на 1 м3 объёма насадки.
Следуетразличать газовый и воздушный периоды работы воздухонагревателя. В газовыйпериод осуществляется нагрев насадки продуктами сжигания газа, а в воздушныйпериод нагревается дутьё за счёт охлаждения насадки. В газовый период закрытыклапаны холодного и горячего дутья и открыты горелка и дымовые клапаны.
Газсжигается в камере горения и догорает под куполом, а продукты сгорания проходятсверху вниз через насадку, нагревают её и с температурой 250-400 ˚С уходятчерез дымовые клапаны и борова в дымовую трубу. Для подачи газа предусмотренагазовая горелка с вентилятором производительностью по воздуху 80-200 тыс. м3/ч.Сжигают главным образом очищенный колошниковый газ или смесь его с природнымили коксовым газом.
Ввоздушный период закрыты дымовые клапаны и отключена газовая горелка, нооткрыты клапаны для подачи холодного и отвода горячего дутья. Холодное дутьёпоступает в поднасадочное пространство, проходит насадку, где нагревается, ичерез клапан направляется в воздуховод горячего дутья и затем в печь.
Помере охлаждения насадки воздухонагревателя температура горячего воздуха,выходящего из него, падает. Это недопустимо для нормальной работы доменнойпечи, поэтому воздух нагревают до более высокой температуры, чем этонеобходимо, и к нему подмешивают, используя автоматическое дозирование,требуемое количество холодного воздуха, чтобы поддержать температуру дутьяпостоянной. Это осуществляется при помощи смесительного воздухопровода иавтоматического смесительного клапана.
Газовыйпериод примерно в два раза продолжительнее воздушного. Следовательно,необходимо не менее трёх кауперов — два одновременно нагреваются, а одиннагревает воздух. Фактически на печь приходятся четыре каупера, а в некоторыхслучаях — семь кауперов на две печи.
Дляобеспечения нагрева дутья до высокой температуры (1200 ˚С и выше)необходимо, помимо наличия требуемой поверхности нагрева, применять вподкупольной части достаточно огнеупорные материалы. Для этого применяютспециальный высокоглинозёмистый кирпич. Или малоразрыхляющийся динас. С цельюувеличения поверхности нагрева воздухонагревателей в последнее время сталиприменять выносные камеры горения.
Дляуменьшения или полного прекращения подачи дутья в печь баз остановки воздуходувноймашины на каждой печи имеется воздушно-разгрузочный клапан, или клапан снорт.Он установлен на воздухопроводе холодного дутья между воздухонагревателем ивоздуходувной машиной, управление им осуществляется с площадки, расположенной угорна доменной печи.
Конструкция и принцип действия воздухонагревателя.Современныйвоздухонагреватель представляет собой вертикально расположенный куполообразныйцилиндр (основные размеры воздухонагревателей определяют путёмтеплотехнического и гидравлического расчётов, исходя из требуемой температурынагрева дутья и его количества; кроме того, производят расчётвоздухонагревателя на прочность, руководствуясь заданным давлением дутья).Снаружи воздухонагреватель заключён в стальной кожух, который изнутри выложеногнеупорным кирпичом для предотвращения прогара и деформаций кожуха, а такжедля уменьшения тепловых потерь в атмосферу.
Внутреннее пространство воздухонагревателя разделеноне доходящей до верха вертикальной стеной 7 из огнеупорного кирпича на двечасти: камеру сгорания 4 и огнеупорную насадку 6 с вертикальными каналами,которая сверху соединяется с камерой сгорания подкупольным пространством 5, авнизу с поднасадочным пространством 8. Поднасадочное пространство в зависимостиот режима работы воздухонагревателя может соединяться либо с боровом и дымовойтрубой, либо с воздухопроводом холодного дутья.
Воздухонагреватель работает циклично. Цикл работыначинается с нагрева насадки. Для этого в камеру сгорания 4 через отверстие 2принудительно подают газо-воздушную смесь, которая, соприкасаясь с раскалённымистенами в нижней части камеры сгорания, воспламеняется/>и полностью сгорает в шахте камеры сгорания.Максимальная температура продуктов сгорания достигается в подкупольномпространстве 5, где газы, изменив направление движения на 180о,устремляются сверху вниз через вертикальные каналы огнеупорной насадки 6,передавая ей своё тепло. Из вертикальных каналов насадки газы поступают вподнасадочное пространство 8, охлаждёнными до 200 – 400о С и черезотверстие 9 дымовых каналов поступают в дымовой боров и в дымовую трубу.
Передача тепла более нагретых газов менее нагретойогнеупорной насадке происходит в основном конвекцией и лишь частичноизлучением. Поэтому чем выше скорость движения газов, чем больше поверхность ихсоприкосновения с насадкой и чем больше разность температур газов и насадки,тем интенсивнее протекает передача тепла.
После окончания нагрева насадки воздухонагревательпереводят на нагрев дутья. Для этого специальными клапанами закрывают отверстия2 и 9, отсоединяя воздухонагреватель от горелки и дымового борова, и черезотверстие 1 соединяют поднасадочное пространство с воздухопроводом холодногодутья, а камеру сгорания через отверстие 3 с воздухопроводом горячего дутья.Холодный воздух от воздуходувной машины из поднасадочного пространстваустремляется через каналы насадки и движется снизу вверх, отбирая тепло нагретойнасадки. Из вертикальных каналов насадки нагретый до высокой температуры воздухвыходит в подкупольное пространство, где изменяет направление движения на 180ои через камеру сгорания и отверстие 3 поступает в воздухопровод горячего дутья,который соединён с кольцевым воздухопроводом доменной печи. В первый моментпосле перевода из режима нагрева в режим дутья энтальпия насадкивоздухонагревателя максимальна. Температуры купола и верха насадки тожемаксимальны. По мере работы в дутьевом режиме насадка отдаёт тепло воздуху и еётемпература уменьшается. Когда температура верхних рядов насадки станет равнойзаданной температуре дутья, следует перевести в режим дутья новый нагретыйвоздухонагреватель, а остывший перевести в режим нагрева. Перевод воздухонагревателейосуществляется по программе: 1 час в режиме дутья, 2 часа в режиме нагрева.Работу воздухонагревателя в период нагрева насадки принято называть газовымрежимом воздухонагревателя, а работу в период нагрева дутья – воздушным режимомвоздухонагревателя.
Схема Системыавтоматического регулирования.
/>
Воздухонагревателипредназначены для нагрева дутья до температур выше 1300 ˚С. Чтобыобеспечить непрерывный нагрев дутья, доменную печь оснащают тремя или четырьмявоздухонагревателями, представляющие собой регенеративные устройствапериодического действия и работающие поочерёдно в режимах аккумуляции тепланасадками регенераторов (режим нагрева) или нагрева дутья (дутьевой режим).Перевод воздухонагревателей из одного режима в другой осуществляетсяавтоматически по программе (1 ч. в режиме дутья, 2 ч. в режиме нагрева) или попоказателю, характеризующему остывание нагревателя. Это может быть степеньзакрытия заслонки, регулирующей подмешивание холодного воздуха к дутью,проходящему через воздухонагреватель. Очевидно, что, если заслонка приближаетсяк полному закрытию, то воздухонагреватель остыл, и температура нагрева дутья внём близка к минимально допустимому значению. Требуется переключениевоздухонагревателя на режим нагрева.
Задачамиавтоматического управления тепловым режимом воздухонагревателей являются полноеи экономичное сжигание топлива, нагрев насадки до заданной температуры сограничением предельной температуры купола для предотвращения разрушенияогнеупоров, автоматическое переключение с режима нагрева на режим дутья инаоборот.
Расходгаза на каждый воздухонагреватель II контролируется датчиком 2а вкомплекте со вторичным прибором 2б и поддерживается на заданном уровне регуляторомрасхода 2г с помощью исполнительного механизма 2д с регулирующей заслонкой 2е,установленной на подводе газа к горелке III.
Температуракупола стабилизируется системой, состоящей из датчика температуры 1а,вторичного прибора 1б, регулятора 1в и исполнительного механизма 1д, которыйвоздействует на лопатки направляющего аппарата вентилятора IV.
Температурадыма после воздухонагревателя измеряется термоэлектрическим термометром — термопара 4а и вторичный прибор 4б.
Работасистемы регулирования нагрева протекает следующим образом. Из схемыавтоматического переключения воздухонагревателей поступают сигналы на включениевентилятора и частичное открытие клапана на газопроводе. Если в камере горениявспыхивает факел, то датчик наличия факела 3а даёт разрешение на включениерегулятора расхода 2г, который с этого момента начинает поддерживать заданныйрасход газа. Расход воздуха в этот момент устанавливают с таким расчётом, чтобыкоэффициент расхода воздуха был близок к единице. Температура купола начинаетвозрастать и в некоторый момент времени достигает максимально допустимогозначения, установленного задатчиком. С этого момента регулятор 1в начинаетувеличивать расход воздуха, открывая лопатки направляющего аппарата вентилятора1е. При этом температура купола стабилизируется вследствие уменьшениятемпературы продуктов сгорания, а теплоотдача от газов к насадкевоздухонагревателя увеличивается, так как возрастает количество продуктовсгорания и увеличивается скорость их движения по каналам насадки.
Помере прогрева насадки возрастает температура дыма, уходящего извоздухонагревателя. Когда она достигает максимально допустимого значения,заданного задатчиком 4в, корректирующий прибор 4б изменяет задание регуляторурасхода газа 2г, не допуская дальнейшего увеличения температуры дыма. Если приэтом температура купола несколько снизится, то регулятор температуры 1всократит расход воздуха и обеспечит повышение температуры купола до заданногозначения.
Выбор используемых приборов.
Датчик температуры ТТ 242.
Термоэлектрическийдатчик ТТ 242 предназначен для измерения температуры газовых потоков в условияхмеханических и температурных воздействий.
Основные техническиехарактеристики:
Диапазон измерений, ˚С 0 +2000
Сопротивление,Ом 2,6 ± 0,2
Показатель термическойинерции, с неболее 1,5
Вероятность безотказнойработы с вероятностью0,8 не менее 0,98
Масса,кг неболее 0,2
Номинальная статическаяхарактеристика ВР(А)-1,ВР(А)-2, ВР(А)-3
Условия эксплуатации:
Воздействие трёхциклов изменения температуры окружающей среды, ˚С -100 +50
Температура, ˚С:
В местеустановки датчика, в зоне укладки кабеля и установки
штепсельногоразъёма неболее +200
погруженной вконтролируемую среду части корпуса датчика не более +800
давление рабочей средыв течение 2 с, МПа 0,4
вибрация в полосечастот 3…20 Гц с ускорением, м/с2 24…40
случайная вибрация вполосе частот 20…2000 Гц со спектральной
плотностью, м•с-2/Гц не более 200
ударные ускорения при частотеударов 30…10 000 Гц, м/с2 50…50 000
акустический шум в диапазоне20…4000 Гц с интенсивностью, дБ не более 176
/>
Чувствительнымэлементом датчика является открытая вольфрам-рениевая термопара с диаметромэлектродов 0,35 мм. Герметизация датчика и крепление чувствительного элемента вкорпусе обеспечивается герметичным выводом из прессматериала ВЭП-1. Кабельдатчика состоит из вольфрам-рениевых проводников, изолированных друг от друга иэкранированных плетёнкой из нержавеющей стали.
Разработчик: НПОизмерительной техники, г. Королёв.
Датчиктемпературы ТХК 1087.
Термоэлектрическийдатчик ТХК 1087 предназначен для измерения температуры азотоводородной смеси игазов после сгорания природного газа (H2, N2, CO, O2, H2O, CH4),газообразного и жидкого аммиака, природного газа, конвертированного газа,моноэтанолоаминеового раствора с примесями сероводорода (H2S) исернистого анигирида (SO2) вдопустимых пределах по ГОСТ 12.1.005-76. До 4 ч допускается эксплуатациядатчиков при концентрации H2S до 100 мг/м3.
Датчикивыпускаются в четырёх конструктивных вариантах. Всего существует 71 заводскойвариант исполнения датчика ТХК 1087. Заводские варианты исполнения различаютсяконструкцией, схемой электрических соединений, материалом защитной арматуры идлиной монтажной части.
/>
Основные техническиехарактеристики:
Диапазон измерения, ˚С 0…+600
Показатель термическойинерции, с 20
Масса,кг 1,22
Номинальная статическаяхарактеристика XK(L)
Давление рабочей среды,МПа 16
Защищённость от воздействияокружающей среды со стороны выводов IP55
Виброустойчивость — исполнениеN4 по ГОСТ12997-84
Вид взрывозащиты — взрывонепроницаемая оболочка по ГОСТ 22782.6-81
Маркировка по взрывозащите 2ExdIICT6.
Материал защитной арматуры — сталь 12X18H10T
Изготовитель: Луцкийприборостроительный завод ПО Электротермия, г. Луцк, Украина.
В качестве элемента 3авыберем фотосигнализатор пламени.
Входной сигнал — низкочастотная пульсация света с длиной волны от1 до 3 мкм в диапазоне 6-12Гц. Выходной сигнал — замыкание контактов реле контроля пламени.
ТУ 311.00225549.084-92.
ФСП 1.1 42.1878.
Изготовитель: Московскийзавод тепловой автоматики.
Турбинныйрасходомер состоит из 3-х основных элементов: турбинный первичныйпреобразователь расхода 3, вторичный преобразователь частоты вращения 4,регистрирующей измерительной системы 1, 2 — подшипник.
/>
Турбинныеприборы в качестве первичного преобразователя имеют как правило аксиальныетрубки, оси которых совпадают с осью трубопровода, на имеют механической связис каким-либо измерительным или счётным устройством, за счёт этого снижаетсяпогрешность измерения.
Вкачестве элемента 2а выберем расходомер фирмы Singer, модель12 GT; эта модель имеет рабочее давление 10 МПа, расход4250-415000 м3/ч, погрешность ±1.
Выбор регулятораИсходными данными к расчёту регулятора являютсястатические и динамические параметры объекта, то есть коэффициент объекта Коб,чистое запаздывание /> и постояннаявремени />. Тип регулятора выбираютисходя из следующих рекомендаций:
/>
- релейный
- непрерывный
- непрерывный
В нашем случае: τоб=10мин, Tоб= 1 час. Исходя из приведённых выше рекомендацийвыбираем релейный регулятор.
/>
U
1
0 t,оС
1400о С 1500о С
Рис. 4. Релейная характеристика регулятора 1в.
Вид релейной характеристики (рис. 4) обусловлен принципомработы САР нагрева купола в режиме нагрева воздухонагревателя. При сгораниигазо-воздушной смеси происходит нагрев купола (нижняя ветвь характеристики);когда его температура достигает значения 1500 оС (максимальнаятемпература нагрева купола воздухонагревателя составляет 1550 оС)регулятор подаёт сигнал на включение вентилятора, который увеличивает подачувоздуха (в результате снижается температура продуктов сгорания, а теплопередачаот газов к насадке воздухонагревателя увеличивается, так как возрастает ихколичество и скорость движения по каналам насадки) и температура куполаначинает снижаться. Когда снижение температуры достигает значения в 1400оС, регулятор посылает сигнал на выключение вентилятора. В результате этоготемпература купола снова начинает увеличиваться, так как избытка воздуха уженет (увеличивается температура продуктов сгорания, а теплопередача от газов кнасадке воздухонагревателя уменьшается).
Аналогичнопоступаем и с регулятором 2г. Его характеристика имеет такой же вид, как у 3-хпозиционного реле.
/>
Регуляторвыдаёт сигнал однооборотному запорному механизму на закрытие заслонкигазопровода при увеличении температуры отработанного газа свыше 400 оС,т. е. когда насадка воздухонагревателя нагрелась. При температуре газа ниже 200оС регулятор выдаёт сигнал на открытие заслонки — происходит процесснагрева насадки. Регулятор при регулировании расхода газа должен работатьсогласно с системой переключения режимов работы воздухонагревателя.
В качестве регуляторавыберем программируемый контроллер SIMATIC S7-200,CPU 222 Программируемые контроллеры SIMATIC S7-200предназначены для построения систем автоматического управления и регулирования,как отдельных машин, так и отдельных частей производственного процесса.
Контроллерынаходят применение для управления:
1) прессами;
2) смесителями пластификатора ицемента;
3) насосными и вентиляторами;
4) деревообрабатывающимоборудованием;
5) воротами и дверями;
6) гидравлическими подъемниками;
7) конвейерами;
8) оборудованием пищевойпромышленности;
9) лабораторным оборудованием;
10) обменом данными через модем;
11) электротехническим оборудованием и аппаратурой;
На их основемогут создаваться эффективные управляющие устройства, отличающиеся относительноневысокой стоимостью SIMATIC S7-200 позволяют решать широкий спектр задачуправления. От замены простых релейно-контактных схем до построения автономныхсистем управления или создания интеллектуальных устройств системраспределенного ввода-вывода. Программируемые контроллеры S7-200 находятприменение там, где основным требованием к системе управления является ее низкаястоимость. Их основные достоинства:
1) Программируемые контроллеры,отличающиеся максимумом эффективности при минимуме затрат.
2) Простота монтажа, программированияи обслуживания.
3) Решение как простых, так икомплексных задач автоматизации.
4) Возможность применения в видеавтономных систем или в качестве интеллектуальных ведомых устройств системраспределенного ввода-вывода.
5) Возможность использования всферах, где применение контроллеров раньше считалось экономическинецелесообразным.
6) Работа в реальном масштабе времении мощные коммуникационные возможности (PPI, PROFIBUS-DP, AS интерфейс).
7) Компактные размеры, возможностьустановки в ограниченных объемах
Основные характеристики S7-200:
1). Простота освоения, подкрепляемая наличием специальныхстартовых пакетов и технической документации.
2). Простота использования: интуитивно понятный мощныйнабор инструкций, дружественное программное обеспечение.
3). Работа в реальном масштабе времени.
4). Мощные коммуникационные возможности: работа всетях PROFIBUS-DP и AS интерфейсе, связь по PPI и MPI, использование свободнопрограммируемых протоколов.
Семейство SIMATIC S7-200 включает в свой состав:
1) 4 типа центральных процессоровразличной производительности;
2) 15 типов модулей ввода-вывода дискретныхи аналоговых сигналов;
3) 2 коммуникационных процессора дляподключения к сетям PROFIBUS и AS-Interface.
Механические характеристики
1) Компактный пластиковый корпус.
2) Простой вариант подключениявнешних соединений. Защита всех токоведущих частей пластиковыми крышками.
В качестве центральногопроцессора контроллера выберем CPU 222 — компактный программируемый процессор с 14встроенными дискретными входами — выходами и возможностью подключения до 2модулей расширения.
Технические данные программируемогоконтроллера SIMATIC S7-200, CPU 222 приведены в приложении I. Модификациипроцессора CPU 222 приведены в таблице 1.
Таблица1
Модификации
Модификация Напряжение питания Входное напряжение Выходное напряжение Выходной ток выходы постоянного тока 24В, постоянное 24В, постоянное 24В, постоянное 0.75 A, транзистор релейные выходы 85 … 264В, переменное 24В, постоянное 24В, постоянное 24…230В, переменное 2 A, релеДляпостроения систем человеко-машинного интерфейса программируемых контроллеровS7-200 воспользуемся текстовым дисплеем TD 200.
Текстовый дисплей TD 200 является наиболее удобнымсредством для создания интерфейса оператора с программируемым контроллеромSIMATIC S7-200. Дисплей соединяется с контроллером соединительным кабелем,входящим в его комплект поставки, по PPI интерфейсу и не требует использованиядополнительного источника питания. TD 200 может быть использован для решенияследующих задач: а) отображение сообщений; б) изменение параметров настройкипрограммы; в) ручной запуск и остановка машин и механизмов. Он обладаетследующими достоинствами:
1). Удобство пользования.
2). Оперативное управление и мониторинг: отображениетекстовых сообщений, изменение параметров настройки системы, установка входов ивыходов.
3). Непосредственное подключение к интерфейсуцентрального процессора с помощью входящего в комплект поставки кабеля иливключение в PPI сеть.
4). Отсутствие необходимости в использованииотдельного блока питания.
5). Настройка параметров из STEP 7 Micro/WIN безиспользования дополнительного программного обеспечения.
6). Возможность изготовления фронтальной панели сучетом пожеланий заказчика.
7).Выполнение операций адресации и настройки с помощью системы меню.
Параметры настройкитекстового дисплея TD 200 сохраняются в памяти центрального процессорапрограммируемого контроллера S7-200. Необходимые части текстовых сообщений ипараметры настройки текстового дисплея формируются инструментальными средствамипакета STEP 7-Micro/WIN. Дополнительного программного обеспечения для этихцелей не требуется.
В памяти центральногопроцессора программируемого контроллера S7-200 резервируется специальнаяобласть для хранения данных, используемых для организации связи с текстовымдисплеем TD 200. При выполнении функций человеко-машинного интерфейса TD 200осуществляет непосредственное обращение к этой области памяти центральногопроцессора.
Для определения параметровнастройки текстового дисплея TD 200 используется специальный мастер, встроенныйв среду STEP 7-Micro/WIN.
TD 200 выполняет следующие функции:
· Вывод текстовых сообщений: до 80текстовых сообщений, содержащих до 4 переменных, поддержка кириллицы. Выводсообщений с подтверждением их получения или сообщений, защищенных паролем.Сохранение текстов сообщений на различных языках в памяти дисплея.
· Отображение и модификация текущихпараметров: текущие значения технологических параметров могут отображаться надисплее и модифицироваться с помощью его клавиш. Например, модификации могутподвергаться заданные значения регулируемой температуры, скорости и т.д.
· Установка состояний входов ивыходов с помощью 8 программируемых клавиш: может использоваться для выполненияпуско-наладочных работ, а также реализации операций ручного управления.
Дополнительные функции и характеристики: выполнениеопераций с плавающей запятой, отображение специальных символов и гистограмм,использование различных блоков данных для подключения к одному центральномупроцессору нескольких текстовых дисплеев TD 200, использование парольной защитыдля доступа к меню, использование различных типов переменных.
TD 200 имеет следующие конструктивные особенности:
· Пластиковый корпус со степеньюзащиты лицевой панели IP 65.
· Толщина корпуса 27мм: возможностьустановки в шкафы и пульты управления, а также использования в качестве ручнойпанели.
· LCD дисплей с внутреннейсветодиодной подсветкой.
· Эргономический дизайн клавиш,возможность программного определения их назначения.
· Встроенный интерфейс дляподключения соединительного кабеля.
Технические данныетекстового дисплея TD 200 приведены в таблице 2.
Таблица2
Текстовый дисплей TD 200 Дисплей LCD с внутренней светодиодной подсветкой, 2 строки по 20 символов (ASCII, кириллица), высота символов 5мм Интерфейс 1 PPI интерфейс (RS 485); подключение к сети, объединяющей до 126 станций (S7-200, OP, TP, TBP, PG/PC); скорость передачи данных 9.6/ 19.2/ 187.5 Кбит/с Питание =24В/ 120мА. От коммуникационного интерфейса S7-200 или от внешнего блока питания. Встроенный в центральный процессор блок питания датчиков для этой цели не используется. Диапазон рабочих температур 0…60°C Диапазон температур хранения и транспортировки -40…+70°C Степень защиты IP 65/ фронтальная панель; IP 20/ остальная часть корпуса Габариты в мм 148 x 76 x 27 Размер монтажного проема в мм 138 x 68 Толщина стенки шкафа управления в мм 0.3…4.0 Масса 250гПодключениетермоэлектронных датчиков к программируемому контроллеру невозможно осуществитьнапрямую, так как он обладает только дискретными входами. Для этого необходиммодуль EM 231, который предназначен для подключения термопар к центральнымпроцессорам CPU 222/ 224/ 226 и позволяет производить прецизионное измерениесигналов стандартных термопар. Кроме этого модуль способен измерять сигналынапряжения ± 80мВ.
Модуль ЕМ 231 обладает следующимидостоинствами: а) удобная обработка сигналов термопар с высокой точностью; б)возможность подключения термопар 7 различных типов; б) возможность измерениясигналов напряжения ±80мВ; г) простое подключение к существующим системам.
Модультермоэлементов EM 231 имеет те же конструктивные характеристики, что и вседругие модули S7-22x:
1). Монтаж на стандартную профильную шину:модуль устанавливается на стандартную 35мм профильную шину DIN справа отцентрального процессора CPU 22x и подключается к системе с помощью встроенногоплоского кабеля.
2). Монтаж на плоскую поверхность: корпусмодуля снабжен монтажными отверстиями, позволяющими производить его монтаж наплоскую поверхность с помощью винтов или шурупов. Этот вариант креплениярекомендуется для установок, подверженных вибрационным воздействиям.
3). Термопары: к одному модулю возможноподключение 4 термопар семи различных типов. Подключение датчиков производитсянепосредственно к модулю без использования промежуточных усилителей. Ко всем 4каналам должны подключаться термопары одного и того же типа.
4). Особенности монтажа: для обеспечениянаиболее высокой точности измерений и хорошей повторяемости результатов модульдолжен монтироваться в местах, подверженных минимальным колебаниям температуры.
5). DIP-переключатели: необходимыенастройки модуля, например, выбор типа подключаемых термопар, производятся спомощью встроенных DIP-переключателей.
6). Выбор пределов измерений:сигналы термопар типов J, K, T, E, R, S или N; сигналы напряжения ±80мВ.
7). Тестирование на разомкнутых линиях.
8). Компенсация холодного спая: дляпредотвращения погрешностей, вносимых сопротивлением соединительных линий иконтактных соединений между модулем и термопарой; при переходе на диапазон±80мВ компенсация автоматически отключается.
9). Масштабирование: измерение температурыможет выполняться в °C или в °F.
Технические данные модулятермоэлементов ЕМ 231 приведены в таблице 3.
Таблица 3.
Модуль термоэлементов EM 231
Подключение к CPU 222/224/226 Съемные терминальные блоки Нет Количество входов 4, аналоговых Пределы измерения/ входное сопротивление Термопары типов: S, T, R, E, N, K, J/ более 1МОм Напряжение ±80мВ/ более 1МОм Максимально допустимое напряжение на входах измерения напряжения 30В, постоянное Гальваническое разделение цепей Есть 1-й полевой уровень — цепи логики 500В, переменное 2-й полевой уровень — цепи 24В, постоянное 500В, переменное Цепи 24В (постоянное) — цепи логики 500В, переменное Время обновления информации 405мс (на все каналы) Принцип преобразования Sigma-Delta Разрешение: 15бит + знаковый разряд по температуре 0.1°C/0.1°F по напряжению 15бит + знаковый разряд Подавление шумов 85Дб для частот 50/60/400Гц Синфазное напряжение ~120В Отклонение синфазного сигнала 120Дб при ~120В Диапазон изменения измеренных величин: для биполярных сигналов -27648…+27648 Базовая погрешность преобразования 0.1% FS (напряжение) Повторяемость 0.05% FS Погрешность холодного спая ±1.5°C Диагностика Светодиоды: EXTF (контроль напряжения питания), SF (системная ошибка) Длина соединительного кабеля Не более 100м к одному датчику Сопротивление кабеля Не более 100 Ом Потребляемый ток: от внутренней шины контроллера (=5В) 87мА от источника L+ 60мА Потребляемая мощность 1.8Вт Габариты в мм 71.2 x 80 x 62 Масса 210гПрограммируемыйконтроллер SIMATIC S7-200, CPU 222 имеет только дискретные выходы, а для управлениянам необходимы аналоговые, поэтому необходимо применение модуля выводааналоговых сигналов EM 232. Этот модуль предназначен для цифро-аналоговогопреобразования внутренних числовых величин контроллера во внешние аналоговыесигналы. Технические данные модуля приведены в таблице 4.
Модуль вывода аналоговых сигналов EM 232 для CPU 22x
6ES7 232- 0HB21-0XA0 Подключение к CPU 22x Съемные терминальные блоки Нет Количество выходов 2 Диапазоны изменения выходных сигналов: напряжения -10…+10В силы тока 4…20мА Сопротивление нагрузки: для выходных каналов напряжения, не менее 5кОм для выходных каналов силы тока, не более 0.5кОм Гальваническое разделение цепей нет Разрешение: для каналов напряжения 12бит для каналов силы тока 11бит Время преобразования: для каналов напряжения 100мкс для каналов силы тока 2мс Диапазоны представления преобразуемых величин: для униполярных сигналов 0…32.000 для биполярных сигналов -32000…+32000 Рабочая погрешность преобразования (0…60°C по отношению к предельному значению выходного сигнала) 2,0% Базовая погрешность преобразования (рабочая погрешность при 25°C по отношению к предельному значению выходного сигнала) 0,5% Общие технические характеристики Потребляемый ток: от внутренней шины контроллера (=5В) 20мА от источника питания датчиков или внешнего блока питания =24В 70мА Потребляемая мощность, типовое значение 2.0Вт Габариты в мм 46 x 80 x 62 Масса 148г
Технические данныепрограммируемого контроллера SIMATIC S7-200, CPU 222
CPU 222 объединяет в своем составе:
1) Встроенный блок питания=24В/ 180мА для питания датчиков и преобразователей.
2) 2 исполнения,отличающихся напряжением питания и типами выходов.
3) 8 встроенных дискретныхвходов и 6 дискретных выходов.
4) 1 коммуникационный порт(RS 485), который может использоваться:
- Как PPI-интерфейс, используемыйдля программирования контроллера, подключения устройств человеко-машинногоинтерфейса (TD 200, OP), организации связи между центральными процессорамиS7-200. Скорость передачи данных может устанавливаться равной 9.6/ 19.2/ 187.5Кбит/с.
- Как MPI-интерфейс, используемый дляпрограммирования контроллера и подключения к ведущим MPI-устройствам (S7-300/S7-400, панелям оператора, текстовым дисплеям, кнопочным панелям). Скоростьпередачи данных может устанавливаться равной 9.6/ 19.2/ 187.5 Кбит/с.
- Как свободно программируемый порт свозможностью поддержки прерываний, используемый для организациипоследовательного канала обмена данными с оборудованием и аппаратурой другихпроизводителей. Например, с поддержкой ASCII протокола передачи данных.Скорость передачи данных может устанавливаться равной 0.3/ 0.6/ 1.2/ 2.4/ 4.8/9.6/ 19.2/ 38.4 Кбит/с. Для подключения к аппаратуре, оснащенной встроенныминтерфейсом RS 232 может использоваться PC/PPI-кабель.
5)Возможность подключения до 2 модулей расширения EM (из состава серии S7-22x)для ввода-вывода дискретных или аналоговых сигналов.
6) Входы прерываний,обеспечивающие исключительно быструю реакцию на внешние события.
7) 4 скоростных счетчика (30 кГц) спараметрируемыми входами разрешения работы и сброса, 2 независимых входа дляподключения инкрементальных датчиков позиционирования с двумяпоследовательностями импульсов, сдвинутых на 90° (20 кГц).
8) Имитатор входныхсигналов (опциональный), позволяющий имитировать переключателями входныесигналы контроллера и производить отладку программы.
9) 1 потенциометр,подключенный к АЦП контроллера, позволяющий производить установку цифровыхпараметров. Например, уставок счетчиков или таймеров.
10) 2 импульсных выхода (до20 кГц), используемых для решения задач позиционирования, частотного управлениядвигателями, а также управления шаговыми двигателями. Подключение двигателейдолжно производиться через соответствующие усилители.
11) Съемный опциональныймодуль часов реального времени, используемый для управления процессами вовремени, снабжения сообщений временными отметками и т.д.
12) Съемный опциональныймодуль EEPROM-памяти, используемый для быстрого программирования контроллера(установкой запрограммированного модуля памяти) и архивирования данных.
13) Съемный опциональный модульбатареи, позволяющий сохранять данные (состояния флагов, таймеров и счетчиков)при перерывах в питании в течение 200 дней. Без этого модуля данные в памятиконтроллера могут сохраняться только в течение 5 дней. Для сохранения программымодуль батареи не нужен.
14) Исчерпывающий наборинструкций; большое количество:
- Базовыхопераций: логические инструкции, инструкции адресации результата, сохранения,управления таймерами и счетчиками, загрузки, передачи, сравнения, сдвиговыхопераций, формирования дополнений, вызова подпрограмм (с передачей локальныхпеременных).
- Интегрированныхкоммуникационных функций: чтения (NETR) и записи (NETW) информации в сеть,поддержки свободно программируемого порта (Transmit XMT, Receive RCV).
- Функцийрасширенного набора команд: инструкции управления широтно-импульсной модуляцией,генераторами импульсов, выполнением арифметических функций и операций сплавающей запятой, работой ПИД регуляторов, функциями переходов и циклов,преобразования кодов и другие.
15) Счетчики: удобный наборфункций в сочетании с встроенными скоростными счетчиками существенно расширяютвозможный спектр областей применения контроллера.
16) Обработка прерываний:
- Использованиевходов аппаратных прерываний, фиксирующих появление импульсных сигналов (понарастающему или спадающему фронту) и позволяющих существенно снизить времяреакции контроллера на поступающие запросы.
- Временные прерывания, периодичность повторения которых может задаваться с шагом в 1мс вдиапазоне от 1 до 255 мс.
- Прерывания отсчетчиков: могут формироваться в моменты достижения заданного значения илиизменения направления счета.
- Коммуникационныепрерывания: обеспечивают повышение эффективности связи с периферийнымоборудованием, например, с принтером или сканнером штрих-кодов.
17) Непосредственный опросвходов и управление выходами: опрос входов и управление состоянием выходовможет выполняться независимо от цикла выполнения программы. Это позволяетснизить время реакции на прерывание и время формирования соответствующихвыходных сигналов.
18) Парольная защита:трехуровневая парольная защита доступа к программе пользователя. Концепцияпарольной защиты базируется на использовании следующих вариантов доступа кпрограмме:
- Полный доступ:программа может быть изменена по Вашему желанию.
- Только чтение:изменение программы запрещено, допускается выполнять ее тестирование, изменятьнастройки параметров, копировать программу.
- Полная защита:программа не может быть прочитана, не может быть скопирована, не может бытьизменена. Допускается изменение параметров настройки.
19) Функции тестирования идиагностики: готовая программа может быть выполнена заданное количество циклов(до 124), результаты выполнения могут быть проанализированы; допускаетсяизменение состояний флагов, счетчиков и таймеров.
20) Принудительнаяустановка значений входных и выходных сигналов во время диагностирования иотладки: в целях отладки циклы выполнения программы могут происходить призаданных значениях входных и выходных сигналов.
Объем памяти программ ……………………………………………….……………………. 4 Кбайт / 1.3 K инструкций
Объем памяти данных ……………………………………………………………………………………..…….. 1024 слов
Опциональный модуль памяти ………… 1 съемный модуль памяти; содержимое идентично встроенному EEPROM
Защита программы ………...……. вся программа сохраняется в необслуживаемом режиме во встроенном EEPROM
Защита данных ... блок данныхсохраняется в полном объеме в необслуживаемом режиме во встроенном EEPROM
Время сохранения данных .... 50 часов (не менее 8 часов при 40 °C); 200 дней с использованием буфернойбатареи
Языки программирования …………………………………………………………………….………… LAD, FBD и STL
Организация программы ….. 1организационный блок (OB), 1 блок данных (DB), 1 системный блок данных (SDB)
Выполнение программы ……….. циклическое, по сигналам аппаратных прерываний, по временным прерываниям
Максимальное количествоподпрограмм ……………………………………………………………………………….. 64
Количество уровней вложенияподпрограмм ……………………………………………………………………………. 8
Защита программы пользователя ……………………………………………………….. 3-уровневая парольная защита
Набор инструкций:
Инструкции логических операций,сравнения, управления таймерами, счетчиками, часами; инструкции выполненияарифметических операций с фиксированной и плавающей точкой; инструкциипреобразования форматов чисел; инструкции передачи данных; инструкции обработкитабличных данных; инструкции управления ходом выполнения программы; инструкцииобработки системных прерываний и коммуникационных функций; инструкции работы состеком.
Время выполнения логическихопераций ……………………………………………………………………….. 0.37 мкс
Мониторинг времени цикла ……………………………………………………………………… 300 мс (настраивается)
Флагов ……………………………………………………………………………………………………………………. 256
Из них сохраняемых при сбоях впитании ………………………………….…… 0 … 112 в EEPROM; 0 … 256 в RAM
Счетчиков ………………………………………………………………………………………………………………... 256
Из них сохраняемых при сбоях впитании …………………………………………………………. 256 в RAM
Диапазон счета ……………………………………………………………………………………..……………. 0 … 32767
Таймеров …………………………………………………………………………………………………………………. 256
Из них сохраняемых при сбоях впитании ………………………………………………………………..…… 64 в RAM
Выдержки времени ………….. 4таймера, 1 мс … 30 с 16 таймеров, 10 мс … 5 мин 236 таймеров, 100 мс … 54 мин
Входы сигналов аппаратныхпрерываний ……………………………………………………………………………….. 4
Счетчики:
4 скоростных счетчика (каждый до30 кГц), 32 бита (включая знак), используются как суммирующие/вычитающиесчетчики или для подключения 2 инкрементальных датчиков с 2последовательностями импульсов, сдвинутых на 90? (до 20кГц). Параметрируемыевходы разрешения работы и сброса. Возможность формирования прерываний (включаявызов подпрограммы) при достижении заданного значения, изменении направлениясчета и т.д.
Импульсные выходы:
2 импульсных выхода, 20 кГц свозможностью формирования прерываний; регулируемая длительность и частотаследования импульсов.
Интерфейсы:
1 коммуникационный интерфейс RS485, используемый:
а) как PPI интерфейс с PPIпротоколом для программирования, организации связи с устройствамичеловеко-машинного интерфейса (TD 200, OP), обмена данными между центральнымипроцессорами S7-200 Скорость передачи 9.6/19.2/187.5 Кбит/с как MPI интерфейс(только ведомое устройство) для обмена данными с ведущим MPI устройством(центральные процессоры S7-300/S7-400, панели оператора, текстовые дисплеи,кнопочные панели). Обмен данными между центральными процессорами S7-200 по MPIинтерфейсу невозможен Скорость передачи 19.2/187.5 Кбит/с
б) как свободно-программируемыйпорт с поддержкой прерываний для последовательного обмена данными с внешнимиустройствами, например, с использованием ASCII протокола Скорость передачи 0.3/0.6/ 1.2/ 2.4/ 4.8/ 9.6/ 19.2/ 38.4 Кбит/с При скоростях передачи 1.2 … 38.4Кбит/с для подключения к портам RS 232 различных устройств можно использовать PC/PPIкабель с встроенным преобразователем RS232/RS485
Программаторы ……………………………………………………………..……….. Field PG, Power PG или компьютер
Встроенные входы-выходы:
Количество дискретных входов ………………………………………………………………………………………..…. 8
Количество дискретных выходов ………………………………………………………………………………………... 6
Количество потенциометров ……………………………………………………….. 1; с внутренним 8-разрядным АЦП
Максимальное количествовходов-выходов:
дискретных ………………………………………………………..…………….. до 40 входов и 38 выходов (CPU + EM)
аналоговых …………………………………..…….. до 8 входов и 2 выходов (EM) или до 4 выходов без входов(EM)
AS интерфейса ………………………..…. до 31 ведомого устройства AS интерфейса (подключение через CP 243-2)
Количество модулей расширения ………………………………………………………………………………..……. до 2
Степень защиты ………………………………………………………………………..… IP 20 в соответствии с IEC 529
Диапазон рабочих температур:
а) при горизонтальной установке ……………………………………………………………….….………… 0 … 55 °C
б) при вертикальной установке ………………………………………………………….……………………. 0 … 45 °C
Относительная влажность …………………………………….. 5 … 95% (RH уровень 2 в соответствии с IEC 1131-2)
Атмосферное давление ……………………………………………………………………………..…….. 860 … 1080 hPa
Питание:
а) постоянное напряжение ………….……………………………………………………………………………..….. 24 В
б) переменное напряжение …………………………………………………………………………….…….. 100 … 230 В
Вход ………………………………………………………………………………………… 24 В постоянного напряжения
Выходы …………………………………………………………………………. 24 В постоянного напряжения или реле
Напряжение питания L+/L1:
а) номинальное значение ………………………..……. 24 В постоянного или 120 … 230 В переменного напряжения
б) допустимые отклонения ….. 20.4 … 28.8 В постоянного или 85 … 264 В (47 … 63 Гц) переменного напряжения
Входной ток:
а) пусковой ……………………………………………………….……………. не более 10 A при 28.8 В/20 A при 264 В
б) потребляемый ток …………………………………. 85 … 500 мА; 20 … 70 мА при 240 В; 40 … 140 мА при 120 В
Выходное напряжение для питаниядатчиков и преобразователей
а) номинальное значение …………………………………………………………………. 24 В постоянного напряжения
б) допустимые отклонения …………………………………………..………… 20.4 … 28.8 В постоянного напряжения
Выходной ток цепи питаниядатчиков (постоянное, 24 В), номинальное значение ………………….………… 180 мА
Защита от короткого замыкания ………………………………………….... электронная при 600 мА, не запоминается
Выходной ток для цепи питаниямодулей расширения (постоянное, 5 В) ………………………………….….. 340 мА
Встроенные входы …………………..… 8, с положительным или отрицательным потенциалом общей точки группы
Входное напряжение:
а) номинальное значение ………………………………………………………………………….…….. 24 В, постоянное
б) логической 1 ………………………………………………………………………………..…………….. не менее 15 В
в) логического 0 ……………………………………………………………………………………………………. 0 … 5 В
Изоляция ………………………………………………………………………………………………….. оптоэлектронная
Количество входов в группе …………………………………………………………………………….………………… 4
Входной ток логической 1 ………………………………………………………………………………….…………. 4 мА
Входная задержка (при номинальномвходном напряжении):
а) для стандартных входов, неболее …………………………………………………… 0.2 … 12.8 мс, корректируется
б) для входов прерываний ……………………………………………….... (I0.0 … I0.3) 0.2 … 12.8 мс, корректируется
в) для скоростного счетчика ……………………………………………………………….. не более (I0.0 … I0.5) 30 кГц
Подключение 2-проводных датчиковBERO, максимально допустимый установившийся ток …………….…… 1 мА
Длина кабеля:
а) обычного (не используется дляцепей скоростных сигналов) ………………………………………………….. 300 м
б) экранированного (входыпрерываний и скоростных счетчиков) ………………………………………….. 500 (50) м
Встроенные выходы ………………………………………………………………………….... 6 (транзисторы или реле).
Номинальное напряжение питаниянагрузки …………………………….. 24 В, постоянное/24 … 230 В, переменное
Допустимые отклонения …………………………..… 20.4 … 28.8 В/5 … 30 В (постоянное)/5 … 250 В (переменное)
Выходное напряжение логической1 …………………………………..……………………. не менее 20 В, постоянное
Изоляция …………………………………………………………………………………………………. оптоэлектронная
Реле, количество выходов вгруппе ………………………………………………………………………….……. 3 или 6
Выходной ток:
а) логической 1 номинальноезначение при 40 °C ………………………………………………………. 0.75 A или 2 A
б) логической 1 номинальноезначение при 55 °C ………..………………………………………..……. 0.75 A или 2 A
в) логического 0 ……………………………………………………………………………………………….. 0 … 10 мкА
Суммарный ток всех выходов
а) при 40 °C, не более ………………………………………………………………………………………. 4.5 A или 6.0 A
б) при 55 °C, не более(горизонтальная установка) ……………………………………………………... 4.5 A или 6.0 A
Задержка включения:
а) стандартные выходы, не более …………………………………………………….…………… (Q0.2 … Q0.5) 15 мкс
б) все выходы ………………………………………………………………………………………………………… 10 мс
в) импульсные выходы, не более ……………………………………………………………..……. (Q0.0 … Q0.1) 2 мкс
Задержка отключения:
а) стандартные выходы, не более ………………………………………………..……………… (Q0.2 … Q0.5) 100 мкс
б) все выходы ………………………………………………………………………………………………………… 10 мс
г) импульсные выходы, не более ………………………………………………………………….. (Q0.0 … Q0.1) 10 мкс
Частота переключения импульсныхвыходов (Q0.0 … Q0.1) при активной нагрузке ………………………….. 20 кГц
Коммутационная способностьвыходов:
а) при активной нагрузке ……………………………………………………………………………….….. 0.75 A или 2 A
б) при ламповой нагрузке ………………………..…………. 5 Вт/30 Вт на постоянном и 200 Вт на переменном токе
Срок службы контактов (количествоциклов в соответствии с VDE 0660, часть 200):
а) механических …………………………………………………………………………………………………. 10 000 000
б) при номинальной нагрузке ……………………………………………………………………………………… 100 000
Ограничение коммутационныхперенапряжений, не более ………………………………………………………… 1 Вт
Защита от короткого замыкания ……………………………………………………. обеспечивается внешними цепями
Длина кабеля
а) обычного ……………………………………………………………………………………………………….…… 150 м
б) экранированного ………………………………………………………………………………………………..….. 500 м
Изоляция:
а) между цепями 5 В и 24 В,постоянное …………………………………………………..…………. 500 В, постоянное
б) между цепями 24 В, постоянноеи 230 В, переменное ………………………………………….. 1500 В, переменное
Габариты в мм …………………………………………………………………………………..……………… 90 x 80 x 62
Масса ……………………………………………………………………………………………..………… 270 г или 310 г
Выбор блоков ручногоуправления.
На предприятии могут возникнуть какие-либо неполадки,из-за которых часть оборудования автоматики может выйти из строя, напримерпрограммируемый контроллер. На этот случай предусмотрены блоки ручногоуправления технологическим процессом, с помощью которых оператор может следитьза процессом и управлять им вместо автоматического регулятора, пока тот небудет отремонтирован. В нашей САР таким блоком является БРУ – 32.
Блок ручного управления типа БРУ – 32 агрегатногокомплекса электрических средств регулирования АКЭСР рассчитаны на применение вавтоматизированных системах управления технологическими процессами вэнергетике, металлургии, химии и других отраслях промышленности. Предназначеныдля переключения цепей управления исполнительными устройствами, индикации положенийцепей управления, кнопочного управления интегрирующими исполнительнымиустройствами.
Блок БРУ – 32 содержит переключатель на два положения«Автоматический» и «Ручной», кнопки «Больше» и «Меньше», светодиоды, встроенныев кнопки, стрелочный указатель положения исполнительного устройства.
Блок БРУ содержит реле с магнитной блокировкой, котороевыполняет функции переключателя цепей на два положения. Переключение релепроисходит при прохождении импульсов постоянного тока через соответствующуюобмотку. Повторение импульса в той же обмотке, а также включение питаниясостояния контактов реле не изменяют. Для перемены состояния контактовнеобходимо выключить питание одной обмотки и пропустить импульс тока по другойобмотке. Управление состоянием реле осуществляется переключателем режимов вположения «Автоматический» и «Ручной». Кнопки «Больше» и «Меньше» служат дляуправления исполнительными устройствами. Для индикации режимов управления инаправления работы регулирующего устройства служат светодиоды. Блок содержитстрелочный указатель, осуществляющий индикацию аналоговых сигналов 0… 1, 0.. 5 мА, 0… 10 В. Дистанционное переключение реле осуществляется замыканиемвнешних сухих контактов.
Блок состоит из литого корпуса 1, защищённого кожухом 2.На передней панели 6 расположены кнопки управления, стрелочный указательположения регулирующего органа 5. светодиоды расположены внутри соответствующихкнопок. Под рамки закладываются бумажные таблички для нанесенияэксплуатационных надписей. Элементы схемы блоков расположены на печатной плате,которая крепится к корпусу с помощью винтов. В задней части блоков расположенаколодка 4 для внешних соединений, которая с внутренними элементами блоковсоединяется с помощью гибкого жгута 3.
/>
Рис. 10. Изображение блока ручного управления БРУ – 32с основными установочными размерами.
Технические данные
Входные сигналы стрелочного индикатора блоков БРУ –32 0… 5 мА при Rвх неболее 500 Ом; 0… 10 В при Rвх неменее 10 кОм; 0… 1 мА при Rвх неболее 2.5 кОм.
Выходные сигналы – логическое состояние групппереключающих контактов реле или логическое состояние групп переключающихконтактов кнопок управления.
Коммутационная способность контактов реле и кнопокуправления при активной нагрузке: постоянный ток 0.08… 0.25 А при напряжении6… 34 В; переменный ток 0.1… 0.25 А при напряжении 12… 220 В.
Параметры питания светового индикатора: напряжение 24В, потребляемый ток 10 мА.
Параметры указателя положения: пределы измерения 0..1, 0… 5 мА, 0… 10 В; цена деления 5%; погрешность измерения />2.5%.
Мощность, потребляемая блоком, не более 2.5 В*А.
Масса 0.7 кг.
Вероятность безотказной работы в течение 2000 ч неменее 0.99.
Средний срок службы не менее 10 лет.
Блок рассчитан на установку на пульте или щите.Крепление к щиту (пульту) осуществляется винтами за панель корпуса.
Условия эксплуатации: температура окружающего воздуха5… 50о С; относительная влажность воздуха до 80% при 35оС; магнитные поля постоянные или переменные частотой 50 Гц напряжённостью до400 А/м; допустимые внешние вибрационные воздействия частотой до 25 Гц иамплитудой до 0.1 мм.
Изготовитель: ОАО “Чебоксарскийзавод электроники и механики”.
Выбор пускателя.
Устройства серии УПР1 служатдля управления безударным пуском, торможением и реверсом асинхронных двигателейс короткозамкнутым ротором, для кратковременного регулирования их скорости ирегулирования напряжения на активно-индуктивных нагрузках, питание оттрёхфазной сети 380 В. Применение пускорегулирующих устройств позволяетзначительно увеличить ресурс электротехнического и механического оборудования(в т. ч. электродвигателей) и снизить эксплутационные затраты в системахуправления насосами, вентиляторами, воздуходувками и центрифугами.
Режим работы — продолжительный, повторнократковременный с ПВ 15, 25, 40 и 60%.
Конструктивное исполнение — моноблок со степенью защиты IP 00.
Предусмотрены вариантыустройств, питаемых с выходом НПЧ, с нестандартными напряжениями и частотой.
Выберем в качестве пускателяУПР1-4000.
Технические характеристикиУПР1-4000:
Номинальный ток, А 160
Диапазон регулированиявыходного напряжения силовой цепи 0,1-0,95
Время изменения нагрузки от0,1 до 0,95 Uвых, с 0,5-20
Диапазон регулированиявремени динамического торможения, с 0,5-5
Габарит, мм (ширина5высота5глубина) 24255005340
Выбор исполнительного механизма
Выбор исполнительного механизма определяется:
1) типом регулятора (электрический,пневматический, гидравлический);
2) величиной усилия, необходимого дляперемещения регулирующего органа;
3) требуемым быстродействием;
4) условиями эксплуатации(температурой, влажностью, запылённостью, агрессивностью окружающей среды,взрывоопасностью);
5) условиями размещения и сочлененияс регулируемым органом, условиями монтажа;
6) номенклатурой выпускаемыхмеханизмов.
Выберем в качестве элемента2д запорный однооборотный электропривод.
Привод имеет общепромышленноеи взрывозащитные исполнения (Iexd11BT5). Приводы обеспечивают управление однооборотнойзапорной аппаратурой в магистралях природного газа, мазута, химическихкомпонентов и других сред в соответствии с командами устройств автоматическогоили дистанционного управления. Пусковой момент выше номинального на30-50%.
Технические характеристикиМЗОВ-500/25-0,25:
Номинальный крутящий моментнагрузки, Н•м 500
Рабочий уголповорота 90 ˚
Время поворота выходногооргана, с 22,5…27,5
Потребляемая мощность,Вт 125
Габаритные размеры,мм 43552065270
Масса,кг 50
Регулирующим органом в САР нагрева куполавоздухонагревателя является центробежный вентилятор, исполнительным механизмомдля него служит электродвигатель. Вентилятор Ц4 – 70 №12 рассчитан на скоростьвращения 960 об/мин, потребляемая мощность составляет 40 кВт. Исходя из этихтребований и выбираем асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротороммодели А2 – 91 – 6. Двигатели типа А2 общего применения используются дляприводов длительного режима, не требующих больших пусковых моментов, напримердля вентиляторов, насосов, компрессоров, станков и т. п. Электродвигатель А2 –91 – 6 выполнен в защитном исполнении, предохраняющем от случайногоприкосновения к вращающимся и токоведущим частям, а также от попадания внутрьмашины посторонних предметов и капель воды, падающих под углом 45о.Он может работать только с горизонтальным расположением вала и опорнойплоскости лап.
В качестве исполнительногомеханизма 1д выберем электродвигатель А2-91-6.
Технические характеристики:
Номинальная мощность,кВт 55
Скорость вращения,об/мин 980
Ток статора: 176 А при 220 В
102 А при 380 В
77,5 А при 500 В
Коэффициент полезного действия 92 %
Маховый момент ротора 6,2 кГм2
Cosφ=0.89
/>
Схема и установочные размерыэлектродвигателя А2-91-6.
Выбор регулирующего органаТип регулирующего органа определяется: а) видомрегулируемого энерго- или материалоносителя; б) параметрами регулируемой среды;в) величиной регулируемого расхода; г) условиями размещения, монтажа иэксплуатации; д) номенклатурой выпускаемых устройств.
Исходя из этих рекомендаций в качестве регулирующегооргана выбираем центробежный вентилятор среднего давления Ц4 – 70 №12.Вентиляторы этого типа предназначены для перемещения неагрессивных газов стемпературой меньше 180о С, содержащих пыль и другие твёрдыепримеси. Вентиляционное поле (расход газа, его давление), покрываемое им можетрегулироваться осевыми направляющими аппаратами. Вентилятор имеет плоскиелопатки, но благодаря особой конструкции может работать при более высокихокружных скоростях, чем вентиляторы низкого давления той же схемы.
Центробежный вентилятор среднего давления Ц4 – 70 №12приведён на рис. 13. Он состоит из цилиндрического корпуса 1, внутри которогонаходится вращающееся рабочее колесо 2. На рабочем колесе закреплены лопатки 3,угол поворота которых может изменяться, в результате чего меняетсяпроизводительность вентилятора. Засасываемый воздух проходит через коллектор 4,и далее через лопатки рабочего колеса направляется в короб воздуховода 5, изкоторого поступает в воздухонагреватель.
Техническая характеристика
центробежного вентилятора среднего давления Ц4 – 70 №12.
Диаметр рабочего колеса — 1200мм
Скорость вращения колеса — 960об/мин
Производительность — 23– 80 тыс. м3/час
Давление -240 – 115 кгс/м2
Потребляемая мощность — 40 кВт
Наибольший КПД — 0.8
Габаритные размеры:
длина А — 1610 мм
ширина Б -2160 мм
высота В -2080 мм
Масса - 732 кг
/>
Центробежный вентилятор среднего давления Ц4 – 70 №12.
В качестве регулирующегооргана расхода газа выберем поворотную заслонку. Её по заданным размерам итехническим условиям выточит ремонтно-механический цех.
/>
Заключение
В результате выполнения курсового проекта мыразработали САУ нагревом воздухонагревателя доменной печи и выбрали еёэлементы. САУ должна обеспечить эффективную работу воздухонагревателя и защитукупола, верха насадок и нижних строений воздухонагревателей от перегрева ипоследующего разрушения путём увеличения расхода воздуха. Температуравоздухонагревателя стабилизируется системой, которая состоит из следующихэлементов:
1а). Датчик температуры (термоэлектрический датчик ТТ242).
1б). Видеотерминальное устройство (текстовый дисплей TD200).
1в). Регулятор (программируемый контроллер SIEMENS S7-200, CPU 222).
1г). Ручной задатчик (блока ручного управленияБРУ-32).
1д). Пускатель (пускорегулирующее устройствоУПР1–4000).
1е). Исполнительный механизм (электродвигательА2-91-6).
1ж). Регулирующий орган(центробежный вентилятор Ц4 – 70 №12).
2а) Датчик расхода газаSinger 12 GT
2б) Видеотерминальноеустройство TD 200.
2в) Ручной задатчик — БРУ-32.
2г) Регулятор (программируемыйконтроллер SIEMENS S7-200, CPU 222).
2д) Исполнительныймеханизм (механизм запорный однооборотный МЗОВ-500).
2е) Регулирующий орган(заслонка).
/>
3а) Датчик наличия факела ФСП1.1.
4а) Датчик температуры(ТХК 1087).
4б) Блок ручногоуправления БРУ-32.
4в) Регулятор.
На практике элементы 1в, 2г и4в можно реализовать на базе одного программируемого контроллера SIEMENS S7-200, но для надёжности работы системы можнопоставить два контроллера, объединив их по сети. Таким образом один контроллерв случае отказа другого просто подменит его.
В результате наша САУвыглядит, как на представленном рисунке.
Список используемойлитературы:
1. «Проектирование системконтроля и автоматического регулирования металлургических процессов» Г. М.Глинков, В. А. Маковский, С. Л. Лотман Москва, 1986 г.
2. Справочник «Датчикитеплофизических и механических параметров», Ю. Н. Коптев, Е. Е. Багдатьев,Я. В. Малков, Москва, 1998 г.
3. «Измерение расхода иколичества газа и его учёт», А. И. Гордюхин, Ю. А. Гордюхин, Москва, 1985г.
4. Отраслевой каталог «Приборы исредства автоматизации», «Регулирующая и исполнительнаятехника», Москва, ИнформПрибор, 2001 г.
5. Отраслевой каталог «Приборы исредства автоматизации», «Приборы для измерения и регулированиярасхода жидкостей и газов», Москва, ИнформПрибор, 2000 г.
6. Каталог «Типовые элементысистем автоматического управления» Ю. М. Келим, Москва, Форум-Инфра-М,2002 г.
7. Номенклатурный справочник«Приборы для измерения расхода», 2-е издание, С.-Петербург,Информационно-технический центр «Приборостроение и автоматизация»,1999 г.
8. Каталог «Электродвигатели иэлектрооборудование», Жмылевская М. Л., Информационно-коммерческая фирма«Каталог», 2000 г.
9. Комплект лекций по дисциплине«Средства получения технологической информации», Булатов Ю. И.
10. Комплект лекций по дисциплине «Системы локальногоконтроля и управления», Смыслова А. Л.
11. Лекции по дисциплине «Объекты автоматизации вметаллургии», Булатов Ю. И.
12. Лекции по дисциплине «Проектирование системавтоматизации и управления», Булатов Ю. И.
13. «Общая металлургия», Воскобойников В. Г.,Кудрин В. А., Якушев А. М., 4-е издание, Москва, «Металлургия», 1985.
14. «Металлургические печи», Кривандин В.А., Молчанов Н. Г., Соломенцев С. Л., Москва, Метталургиздат, 1982.