Дипломная работа: Автоматизация процесса спекания аглошихты
Дипломная работа: Автоматизация процесса спекания аглошихты
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ
УКРАЇНИ
ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ
ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ Інженерно-педагогічний
КАФЕДРА АТП і В
СПЕЦІАЛЬНІСТЬ 7.0925.01
Автоматизоване управління
технологічними процесами і виробництвами
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
ДО ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТУ
НА ТЕМУ:
АСУ ТП процессом спікання
агломераційної шихти
в умовах аглофабрики ВАТ ММК
ім. Ілліча
СТУДЕНТ __________________________________Цуканова О.А.
КЕРІВНИК ПРОЕКТУ _______________________Щербаков С.В.
КОНСУЛЬТАНТИ:
З ЕКОНОМІКИ
І ОРГАНІЗАЦІЇ ВИРОБНИЦТВА______________Кліменко О.Ю.
З ОХОРОНИ ПРАЦІ_________________________Данілова Т.Г.
З ЦИВІЛЬНОЇ ОБОРОНИ____________________Шоботов В.М.
З НОРМОКОНТРОЛЮ______________________Черкашина Н.В.
РЕЦЕНЗЕНТ_______________________________Шевчук І.Ю.
ПРОЕКТ РОЗГЛЯНУТИЙ КАФЕДРОЮ І ДОПУЩЕНИЙ
ДО ЗАХИСТУ В ДЕК Протокол №______________________________
ЗАВІДУВАЧ КАФЕДРОЮ______________________Гулаков С.В.
МАРІУПОЛЬ, 2002 р.
РЕФЕРАТ
Пояснительная записка: с., рис., табл., приложений,
источников.
Объект
исследования - процесс спекания агломерационной шихты в условиях аглофабрики
ОАО «ММК им. Ильича».
В
пояснительной записке рассматриваются вопросы автоматизации участка спекания
агломерационного цеха «ММК им. Ильича».
Описывается состояние автоматизации в агломерационном производстве на данный
момент времени. Литературный обзор содержит информацию о состоянии автоматизаци
процесса спекания на различных комбинатах и предприятих черной металлургии, перспективные
решения различных проблем и новые технологии. Создание АСУ ТП
невозможно без тщательного изучения технологического процесса, поэтому вначале
пояснительной записки рассматривается технологический процесс спекания и
конструкция агломашины. На основании рассмотрения автоматизируемых параметров,
рассматриваются задачи автоматизации и проектируется система АСУ ТП. В процессе
проектирования разрабатывается структурная схема автоматизации, выбираются
технические средства для контроля и регулирования параметров агломашины,
разрабатывается функциональная схема автоматизации. Проектируется оптимальное
расположение технических средств на щитах, монтажно-коммутационные и принципиально-электрические
схемы подключения приборов.
В
специальной части пояснительной записки предложена математическая модель спекания
агломерационной шихты, реализуемая на ЭВМ, позволяющая быстро и с минимальными
затратами исследовать влияние ведущих параметров процесса спекания (высоты слоя
шихты, содержания углерода и влаги в шихте, скорости движения спекательных
тележек и др.) на его технико-экономические показатели и может быть использована
в качестве информационной части в АСУ агломерационным производством для
оптимизации технологического процесса.
АВТОМАТИЗАЦИЯ,
АГЛОМЕРАЦИОННАЯ МАШИНА, ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА, КОНТУР УПРАВЛЕНИЯ, ТЕХНИЧЕСКИЕ
СРЕДСТВА, МИКРОКОНТРОЛЛЕР, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
Содержание
стр.
Введение . . . . . . . . . . . 7
1 Литературный обзор существующих
систем управления
процессом
спекания агломерата . . . . . . . 9
2 Описание технологического
процесса . . . . . . 14
2.1 Производственные операции, осуществляемые на
аглофабрике . 14
2.2 Характеристика и конструкция агломашины . . . .
20
2.3
Процесс спекания агломерата на агломашине . . . .
21
3 Процесс спекания –
как объект автоматического управления . . 24
3.1 Задачи управления процессом спекания . . . . .
29
4 Структура АСУТП процессом спекания на аглофабрике . . .
31
4.1 Обоснование выбора АСУТП . . . . . . .
31
4.2 Описание, выбранной системы АСУ . . . . .
31
5 Функциональная схема АСУ ТП . . . . . . .
35
6 Специальная часть диплома . . . . . . . .
41
6.1 Разработка контура регулирования
температуры в зажигательном
горне . . . . . . . . . . .
41
6.2 Разработка контура регулирования
законченностью процесса
спекания . . . . . . . . . .
42
6.3 Разработка контура регулирования
соотношением «топливо-воздух» 42
6.4 Проектирование принципиальной
электрической схемы контура
регулирования соотношением
«топливо-воздух» . . . 43
6.5 Проектирование щита КИПиА контура
регулирования
соотношением «топливо-воздух» . . . . . .
44
6.6 Проектирование
монтажно-коммутационной схемы контура
соотношением
«топливо-воздух» . . . . . . 45
6.7 Математическая модель . . . . . . .
45
6.7.1 Разработка детерминированной математической модели .
45
6.7.2 Выбор входных и выходных параметров . . . .
52
7 Охрана труда . . . . . . . . . .
53
7.1 Расчет воздухообмена в помещении отдела АСУ ТП участка
спекания аглофабрики . . . . . . . .
54
7.2 Расчет
искусственного освещения помещения отдела АСУ ТП . 56
7.3 Расчет защитного зануления корпуса
электроустановки . . 60
7.4 Пожарная безопасность
помещения отдела АСУ ТП . . . 62
8 Гражданская оборона . . . . . . . . .
8.1 Основные
положения . . . . . . . .
8.2 Задание . . . . . . . . . .
8.3 Исследование
радиационной обстановки на объекте . . .
8.4 Мероприятия по повышению
устойчивости работы аглофабрики
при радиоактивном
заражении . . . . . . .
9 Организация производства . . . . . . . .
9.1 Организация и планирование работ по текущей
эксплуатации
и ремонту средств
автоматизации . . . . . .
9.2 Расчет годового фонда времени рабочих . . . . .
9.3 Определение штата слесарей, обслуживающих
систему контроля
и автоматического регулирования . . . . . .
9.4 Организация ремонтных работ и работ по
поверке приборов .
9.5 Расчет капитальных затрат, связанных с
внедрением АСУ ТП .
9.6 Затраты на материалы и запчасти . . . . . .
9.7 Расчет фонда заработной платы . . . . . .
9.8 Затраты на текущий ремонт КИП и А . . . . .
9.9 Прочие цеховые расходы . . . . . . .
9.10 Амортизационные отчисления . . . . . .
9.11 Энергетические затраты . . . . . . .
9.12 Экономическая
эффективность предлагаемой системы
автоматизации . . . . . . . . .
9.13 Технико-экономические показатели . . . . .
Заключение . . . . . . . . . . .
Приложение А. Текс программы . . . . . . .
Приложение Б. Спецификация средств измерения . . . .
введение
Агломерация впервые была
применена в цветной металлургии для спекания сернистых и медных руд, а также
руд, содержащих свинец и цинк. Агломерация в промышленном масштабе развивалась
на основе двух методов: продувкой воздуха через шихту и просасыванием воздуха.
Первые машины для
непрерывного спекания руд были разработаны в результате ряда опытов Дуайтом и
Ллойдом и были установлены в 1907 г. на заводах в Перу и Америке. В дальнейшем
были разработаны и применены машины трех типов: барабанная, горизонтальная,
круглая и ленточная с прямолинейным движением. Опыт эксплуатации подтвердил
целесообразность применения последних, в результате чего началось их усовершенствование
и развитие агломерации железных руд.
Современное агломерационное
производство представляет собой сложную систему различных аппаратов,
действующих в разных режимах и выполняющих различные функции.
Непрерывный рост производства агломерата, повышение требований к его
качеству, а также поточность технологических процессов создали условия для
широкого внедрения средств автоматического контроля и управления.
Комплексной
автоматизации агломерационного производства уделяется большое внимание.
Значительное место в технологической схеме агломерационного производства
занимают процессы, связанные со спеканием шихты, одной из основных операций,
определяющих качество агломерата.
Основная задача автоматизации агломерационного производства состоит в
обеспечении максимальной производительности агломерационных машин и заданного
качества агломерата. Одновременно автоматизация позволяет решать задачи
повышения уровня организации производства, оперативности управ-ления
технологическими процессами и в целом повышения экономической эффективности
производства. Одним из важнейших направлений совер-шенствования управления
является создание автоматизированных систем с применением вычислительной
техники.
Автоматизированная система управления спекательным отделением является
качественно новым этапом комплексной автоматизации и призвана обеспечить
существенное увеличение производительности труда, улучшение качества
выпускаемой продукции и других технико-экономических показате-лей
агломерационного производства.
Автоматическое
управление в спекательном отделении заключается в автоматическом поддержании
высоты слоя аглошихты, загружаемой на машину, контроле и автоматическом
регулировании процессом зажигания шихты, контроле температуры зажигания горна,
регулирование законченности процесса спекания в конце активного участка аглошихты.
Особенностью построения АСУ
является системный подход ко всей совокупности металлургических, энергетических
и управленческих вопросов. Специалист по АСУ ТП должен владеть теорией автоматического
управления, разбираться в конструкции металлургических агрегатов и основах
технологии, достаточно свободно ориентироваться в работе цифровых
вычислительных машин, их математическом и алгоритмическом обеспечении, уметь
правильно применять технические средства информационной и управляющей техники.
В АСУ ТП воплощены
достижения локальной автоматики, систем централизованного контроля, электронной
и вычислительной техники. Кроме того, АСУ ТП производят общую централизованную
обработку первичной информации в темпе протекания технологического процесса,
после чего информация используется не только для управления этим процессом, но
и преобразуется в форму, пригодную для использования на выше стоящих уровнях
управления для решения оперативных и организационно-экономических задач.
Внедрение
АСУ ТП, как и любое нововведение, связано с определенными трудностями и
затратами. На этапе освоения проявляются недостатки отдельных элементов вычислительного
комплекса, погрешности примененных алгоритмов управления, недостаточная
адаптация персонала к условиям работы с помощью вычислительной техники и другое.
При
подготовке объекта к внедрению АСУ ТП была проведена работа по модернизации:
усовершенствован пульт ручного управления на агломашине,
контрольно-измерительные приборы заменены токовыми, для измерения давления,
разрежения, расхода воды и газа применены датчики типа «Сапфир».
Целью
данного дипломного проекта является разработка современной АСУ ТП процессом
спекания шихты аглофабрики ОАО «ММК им.Ильича» с использованием технических
средств на базе программируемых микроконтроллеров и персональных компьютеров
(рабочих станций). Разработка структурной, функциональной схем и на их основе
принципиально-электрической и монтажно-коммутационной, проектирование щитов КИПиА.
Разработка модели спекания агломерационной шихты на агломашине и исследование
влияния различных параметров на процесс спекания. Рассматриваются также вопросы
по гражданской обороне, охране труда и технико-экономической эффективности.
1 литературный обзор
существующих
систем автоматизации процесса
спекания агломерата
Непрерывный
рост производства агломерата, повышение требований к его качеству, а также
поточность технологических процессов создали условия для широкого внедрения
эффективных средств автоматического контроля и управления и поставили задачу
дальнейшего повышения уровня автоматизации. Автоматическое управление внедряют
практически на всех участках аглофабрики. Автоматизируются процессы
транспортировки, дозирования и загрузки шихтовых материалов, получают развитие
новые, более совершенные способы контроля и управления процессами зажигания и
спекания агломерационной шихты.
Применение
АСУ ТП повышает оперативность управления агломерационным процессом [1],
обеспечивает рациональное его ведение и облегчает труд агломератчиков.
Благодаря повышению прочности агломерата уменьшается выделение пыли и улучшается
экологическая обстановка в производстве, что немаловажно.
На
современном этапе автоматизации агломерационного процесса применяются стабилизирующие
системы управления процессами агломерации, выполняющие следующие функции:
обеспечение непрерывного потока шихты, стабилизации режима возврата, регулирование
влажности шихты, стабилизации места окончания процесса спекания, оптимизации
процесса спекания, стабилизации химического состава и физических свойств агломерата.
Результаты
промышленной эксплуатации [2] подтвердили техническую и экономическую
целесообразность применения микропроцессорного вычислительного комплекса для
АСУ ТП нижнего и среднего уровня в агломерационном производстве. В настоящее
время в НПО «Днепрчерметавтоматика» ведется работа по созданию АСУ агломашины
№4 НЛМК. Предусмотрено значительное расширение информационных функций, модернизация
технических средств, алгоритмов и критериев управления агломерационным
персоналом.
В АО «Западно-Сибирский
металлургический комбинат» [3] была использована имитационная модель
агломерации, которая позволяла совершенствовать технологию двухслойного
спекания шихты применительно к условиям и особенностям работы аглофабрики ЗСМК.
На основании анализов на фабрике ЗСМК был разработан усовершенствованный
алгоритм регулирования коэффициента распределения топлива по высоте слоя. В
настоящее время разработанный алгоритм регулирования реализован на 3-х агломашинах
ЗСМК. Наибольшая эффективность его использования может быть достигнута при
внедрении АСУ шихтовым отделением и локальной системы автоматического дозирования
топлива по слоям.
По техническому заданию
института ВНИИМТ и по проекту Казгипромеза на агломашине АКМ-312
Карагандинского металлургического комбината [4] смонтирована и с января 1995
года эксплуатируется установка по утилизации тепла, выделяемого в процессе
охлаждения агломерата. Установка отбирает горячий воздух из-под укрытия
головной части линейного охладителя ОП-315 и подает воздух двумя
индивидуальными нитками в горн и в слой за горном. Установка снижает выбросы
пыли в атмосферу и улучшает условия труда обслуживающего персонала. Несмотря на
незавершенность теплоизоляции и нестабильность работы аглоцеха, эксплуатация
установки с учетом возмещения затрат на её сооружение оказалась рентабельной,
снизился расход газа и твердого топлива.
Для создания совершенной
системы автоматического управления ходом аглопроцесса [5] необходимо найти
надежные методы количественной оценки связей между основными технологическими
параметрами работы агломерационных машин.
При выборе входных и
выходных параметров необходимо иметь в виду многонаправленность связей, однако
это не всегда принимается во внимание. Целью исследования было установление
более надежных количественных связей между входными и выходными параметрами
работы удлиненных агломашин аглофабрики №4 Магнитогорского металлургического
комбината и разработка на их основе рекомендаций по управлению работой зоны
охлаждения аглоспека и оперативному изменению содержания углерода и влаги в
шихте.
В Донецком
политехническом институте в 1990 году исследовался вопрос оптимизации
агломерационного процесса [6]. В задачу исследования входила оценка возможности
статической оптимизации агломерационного процесса на основе выбора наиболее
эффективных параметров идентификации объекта, с помощью которых с достаточной
для практики точностью можно получить управляющую модель оптимизации, а также
технической реализации предлагаемой оптимизации.
Непременным условием
реализации предложенного метода оптимизации аглопроцесса является контроль и
стабилизация основных технологических параметров.
Реализация активных схем
поиска экстремальных значений технологических параметров (производительности,
состава агломерата и т.д.) агломерационного процесса в полном объеме достаточно
сложна.
Предложенный алгоритм
обладает новизной и может быть рекомендован к внедрению на строящихся или
реконструируемых аглофабриках.
Испытанная частично
практикой эффективность работы локальных систем стабилизации теплового режима
аглопроцесса на аглофабриках Енакиевского металлургического завода и
Коммунарского металлургического комбината [7] позволила предопределить
последовательность задач создания структур оперативного контроля и
регулирования: система контроля основных технологических показателей
агломерационного процесса; система распознания основных причин нарушения
нормального хода аглопроцесса; алгоритм управления аглопроцессом с целью
получения максимума производительности и стабилизации содержания оксида железа
(II) в агломерате и его механической
прочности на базе стабилизации основных технологических факторов хода
аглопроцесса. Алгоритм обладает преимуществами по сравнению с известными и
может быть рекомендован для вновь строящихся или реконструируемых аглофабрик.
На днепровском
металлургическом заводе им. Дзержинского [8] был введен в эксплуатацию прибор
для автоматической и наиболее точной регистрации освещённости в вакуум-камерах,
над которыми заканчивается процесс спекания. Принцип действия разработанного
прибора основан на поглощении приемниками энергии инфракрасного излучения
раскаленных частиц агломерата.
На аглофабрике №1
днепровского завода им. Дзержинского прошел испытания прибор [8], служащий
датчиком для автоматического измерения и регулирования разрежения по
вакуум-камерам. В основу разработанного прибора положен емкостный метод
измерения неэлектрических величин.
На аглофабрике завода
«Азовсталь» на основании проведенных исследований и анализа существующих систем
автоматического регулирования скорости агломерационной машины как функции
законченности процесса спекания [8] установлено, что эти системы неустойчивы и
имеют колебательный характер регулирования.
Предлагаемая институтом
автоматики система двойного регулирования агломерационной машины устраняет
недостатки, присущие системам регулирования по параметрам, характеризующим
законченность процесса спекания. Указанная система предусматривает
регулирование интенсивности спекания и регулирование скорости аглоленты.
Институт «Металлургавтоматика» разработал проект и рабочие чертежи системы для
аглофабрики №2 днепровского металлургического завода им. Дзержинского. Все
основные узлы смонтированы на этой фабрике и пущены в эксплуатацию.
Из существующих систем автоматического
дозирования компонентов агломерационной шихты [8] все большее распространение
получают следящие системы, в которых поддерживается постоянным соотношение
концентрат/руда, причем наибольший эффект достигнут на агломерационных фабриках,
снабжающихся тонкоизмельченными концентратами повышенной влажности. Такие
системы внедрены на аглофабриках Ново-Криворожского горнообогатительного
комбината (НКГОК) и ЮГОК.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
|