КТС

В этом разделе описывается последовательность програм- мирования контроллера, заданные системные номера и комплект- ность контроллера, а также таблицы состава конфигураций, кон- фигурирования и настройки.

Рассмотрим порядок выполнения курсовой работы на при-

мере разработки контура системы автоматического управления подачей воздуха для сжигания топлива в методической печи по схеме объёмного пропорционирования расходов для методиче- ской нагревательной печи №3 стана 300.

Описание технологического процесса нагрева заготовок

Методические печи предназначены для нагрева металла перед прокаткой и относятся к печам непрерывного действия.

За время нагрева заготовки постепенно перемещаются через всю печь от входа к выходу. Методическая нагревательная печь стана 300 предназначена для нагрева заготовок квадратного сечения 120х120 мм и длиной 9,3 м. Площадь пода 150 м2. Печь по длине вмещает сто двадцать заготовок.

Подготовленные для прокатки заготовки принимают от обжимного цеха и укладывают на механизированные загрузоч- ные решетки. На загрузочных решетках находятся заготовки только одной плавки. При помощи реечного механизма решеток заготовки поштучно сбрасываются на посадочный рольганг, по которому они транспортируются к загрузочному окну печи. Да-

лее загрузочной тележкой заготовки посылаются в рабочее пространство печи. Продвижение металла по поду печи произ- водится рычажным толкателем. При выдаче заготовки канту- ются на ребро и передаются на печной рольганг, имеющий ка- либрованные ролики. По печному рольгангу при помощи тянущих

роликов заготовки подаются непосредственно к прокатному стану.

В торцевой стене перед рольгангом выдачи заготовок ус- танавливаются двенадцать горелок ДАБ-250/70. Общий расход коксового газа до 10000 м3/ч.

Вентиляторный воздух на горение, подогретый в рекупе- раторе до температуры 300…400 оС, подается к горелкам вен- тилятором ВГДН-19М. Расход воздуха до 50000 м3/ч.

Отвод дымовых газов осуществляется через рекупера- тор, два дымовых борова с поворотными шиберами и две дымо- вых трубы.

31

Для регулирования количества подаваемого в горелки кок- сового газа устанавливается дроссельная заслонка с исполни- тельным механизмом.

Количество вентиляторного воздуха регулируется на- правляющим аппаратом на вентиляторе с исполнительным ме- ханизмом.

Давление в печи регулируется двумя поворотными шибе- рами с исполнительными механизмами, установленными в боро- вах перед дымовыми трубами.

Регулирование температуры воздуха, подаваемого к го- релкам, осуществляется подсосом холодного воздуха через патрубок перед вентилятором с установленным на нем пово- ротным дросселем, сочлененным с исполнительным механиз- мом.

Особенностью нагревательной печи стана 300 №3 явля- ется то, что в данной печи присутствует всего одна зона, что

существенно ограничивает возможности оптимизации нагрева заготовок с одновременным снижением расхода топлива. Однако последняя особенность значительно упрощает схемы автома- тизации, применяемые для регулирования и контроля важней- ших параметров печи.

Одним из параметров является коэффициент избытка воздуха. Регулирование соотношения газ-воздух является одной из важнейших целей автоматизированного управления (с эконо- мической точки зрения). Правильная настройка контура позво- ляет сократить расход топлива. Входными параметрами явля- ются расходы газа и воздуха.

В настоящее время в промышленности используются раз- личные способы автоматического управления процессом сжига- ния топлива, каждый из которых имеет свои достоинства и не- достатки, но все они основаны на качестве сжигания топлива.

Количество сжигаемого топлива определяется не только производительностью стана (нагрузкой печей), но и в значи- тельной степени способоми его сжигания. Сюда относятся, в частности, перераспределение нагрузки между зонами печи, из- менение теплоты сгорания топлива в зависимости от его со- става, импульсное сжигание.

При любом из применяемых способов исключительно важное значение имеет контроль правильности выбора соотношения топливо-воздух, от которого зависят экономичность сжигания топлива и количество вредных выбросов в атмосферу с продук- тами сгорания.

32

Наиболее экономично сжигается топливо при коэффициен- те расхода воздуха, близком к 1, но в этой же области отмеча- ется максимум образования окислов азота, особенно неблаго- приятно воздействующих на окружающую среду. Таким образом, традиционный способ управления сжиганием топлива – дозиро- вание расхода воздуха с целью получения максимальной темпе- ратуры факела – не обеспечивает возросшие требования к эф- фективности и экологической чистоте процесса. Компромиссный подход к решению задачи заключается в преднамеренном откло- нении от значения коэффициента расхода воздуха, равного 1, в одну или попеременно в одну или в другую стороны и в минимиза- ции суммарных потерь от снижения эффективности использова- ния топлива и загрязнения окружающей среды.

В настоящее время, подавляющее большинство систем управления процессом сжигания топлива в рабочем пространст-

ве печей построены по схеме объемного пропорционирования расходов газа и воздуха и осуществляются путем целенаправ- ленного изменения расхода воздуха при изменении расхода топ- лива. В основу работы такой системы положено определение и поддержание заданного значения коэффициента расхода воздуха:

α в	=	V вд	,
		V вт

где VВД – действительное значение расхода воздуха, м3/ч; VВТ=LО*VТ – теоретическое значение расхода воздуха, требуемое для полного сжигания топлива, м3/ч; VТ – расход топлива, м3/ч; Lo

– коэффициент, численно равный количеству воздуха, которое необходимо для полного сжигания единицы топлива, м3/м3 ;

Система управления сжиганием топлива обеспечивает вы- полнение следующего условия:

VВД = αВ*LО*VТ ;

Коэффициент расхода воздуха в данной системе является параметром коррекции значения VВД. Введение корректирующего

коэффициента вызвано необходимостью устранения недожога топлива или избытка воздуха, что позволяет минимизировать затраты энергоресурсов. Обычно с учетом типа горелки значе- ние коэффициента расхода воздуха для каждой зоны печи опреде- ляется в зависимости от величины расхода газа. Для каждой зо- ны существует своя зависимость коэффициента расхода возду- ха от расхода газа.

33

Увеличенный расход воздуха при малом расходе газа обес-

печивает поддержание необходимой кинетической энергии струи смеси, что способствует созданию турбулентности в потоке и прилипанию его к поверхности свода. При недостаточной турбу-

лентности струи основное горение будет происходить внутри конуса горелки, что приводит к преждевременному выходу ее из строя. При больших расходах газа поддерживается меньший рас- ход воздуха по сравнению с теоретически рассчитанным. Недос-

таток воздуха при интенсивном перемешивании компенсируется подсосами в струю газов из рабочего пространства печи, где со- держание кислорода составляет 3-8%.

Структурная схема контура системы регулирования

Структурная схема системы управления подачей воздуха для сжигания топлива в рабочем пространстве печи представ- лена на рис.15.

Рис.15 Структурная схема контура регулирования

34

Измерение расходов газа и воздуха производится преобра- зователями разности давлений САПФИР, которые преобразуют

пневматические сигналы пропорциональные разности давлений газа и воздуха в электрический сигналы. После извлечения корня сигналы пропорциональные текущим расходам газа и воздуха по- даются одновременно на вторичные приборы ( для визуального контроля и регистрации ) и в контроллер, который осуществля- ет расчёт текущего коэффициента расхода воздуха –

	α в =	V вд	и сравнивает его с заданным. На основании
		V вт

этого сравнения формируется управляющее воздействие для исполнительного механизма управляющего жалюзи вентилято- ра, установленного на воздухопроводе. Управляющий сигнал с контроллера усиливается реверсивным бесконтактным пуска- телем.

Предусмотрено ручное управление расходом воздуха через блок ручного управления.

Функциональная схема автоматизации контура управления

Схема автоматизации контура управления сжиганием то- плива приведена на рис. 16. Спецификация технических средств представлена в таблице.3.

Электрическая схема контура управления сжиганием топлива

На рис.17 изображена электрическая схема контура управ- ления сжиганием топлива в методической печи для нагрева за- готовок стана 300.

Измерение перепадов давления на газо- и воздухопроводах

осуществляется измерительными преобразователями типа САПФИР 22 ДД, которые конвертируют пневматические сигна- лы перепада давления в электрические сигналы 0..5 mА. Пита- ние преобразователей САПФИР (напряжением 36 В.) осуществ- ляют блоки ЭП2715, которые также производят извлечение корня из выходных сигналов этих преобразователей. С выходов блоков ЭП2715 электрические сигналы 0..5 mА, пропорциональ-

ные текущим расходам газа и воздуха поступают на вторичные приборы ДИСК 250-2121 и клеммно-блочный соединитель КБС-23.

На клеммно-блочный соединитель также приходит сигнал 0..5 mA от ручного задатчика РЗД-22, служащего для задания

35

требуемого коэффициента расхода воздуха. В КБС-23 на вход- ные каналы установлены нормирующие резисторы для преобра- зования стандартных сигналов в сигналы 0..2 В, которые по- ступают на вход УСО группы А блока контроллера.

Питание блоков БПК, показывающих приборов ДИСК 250 и

ручного задатчика РЗД осуществляется от сети переменного тока (220 в. 50 Гц.).

Блок контроллера БК-21 запитывается по межблочному соединителю от блока питания БП-21.

Управляющий сигнал с контроллера поступает на блок ручного управления БРУ-32, который осуществляет индикацию положения выходного вала исполнительного механизма и позво- ляет выбирать автоматический или ручной режимы управления.

Далее управляющий сигнал поступает на входы реверсив- ного бесконтактного пускателя ПБР-2М-3 для усиления сигнала управляющего исполнительным механизмом. Питание ПБР-2М-3 осуществляется от сети переменного тока (220 в. 50 Гц.).

Таблица 3

Спецификация применяемого оборудования

Поз.
обозна-	Наименование	Кол.	Примечание
чение
1	2	3	4
1а	Диафрагма бескамерная, ДБС 0,6-	1
	1200
2а	Диафрагма бескамерная, ДБС 0,6-	1
	800
1б,2б	Преобразователь измерительный	2
	разности давлений, Сапфир 22М-ДД-
	2420
1в,2в	Блок питания и корнеизвлечения,	2
	ЭП2715
1г,2г	Прибор показывающий регистри-	2
	рующий,
	ДИСК-250-2121
2д	Задатчик ручной, РЗД-22	1
1д	Пускатель бесконтактный реверсив-
	ный, ПБР-2М-3
1е	Датчик сигнализации положения то-	1
	ковый БСПТ-10
к	Блок ручного управления, БРУ-32	1
у1	Механизм исполнительный,	1
	МЭО-250/63-0,25

36

Рис.16 Функциональная схема автоматизации контура управления

сжиганием топлива по схеме объемного пропорционирования

Регулирование расхода воздуха производится исполни- тельным механизмом МЭО 250/63-0,25. В состав исполнитель- ного механизма входит блок сигнализации положения БСПТ-10, который питается напряжением +10В от блока питания БП-10. Питание пускателя ПБР и блока БП-10 осуществляется от се- ти переменного тока (220 в. 50 Гц.).

Управляющая программа микропроцессорного контроллера Р-130 для реализации алгоритма управления процессом сжигания топлива

Регулирование расхода воздуха по принципу объёмного пропорционирования производится с применением следующих алгоритмов:

37

§ВАА(07) (ввод аналоговый гр. А);

§ИВБ(16) (импульсный вывод гр. Б);

§УМД(44) (умножение-деление);

§РИМ(21) (Регулирование импульсное);

§ЗДН(24) (Задание);

§РУЧ(26) (Ручное управление);

§ОКО(01) (Оперативный контроль регулирования) Схема конфигурации алгоблоков приведена на рис.18. Сиг-

налы с объекта управления поступает в схему алгоритмов че- рез ВАА(07). Текущие значения расходов воздуха и топлива по- даются, соответственно, на входы 01 и 03 алгоритма УМД(44),

который осуществляет вычисление текущего коэффициента расхода воздуха. На входе 02 выставляется величина 1/LО, где LО

– коэффициент, численно равный количеству воздуха, которое необходимо для полного сжигания единицы топлива, м3/м3 .

Сигнал с выхода 01 алгоритма УМД поступает, одновре- менно, на вход 02 алгоритма РИМ(21) и вход 02 алгоритма ОКО(01). Алгоритм РИМ(21) формирует сигнал рассогласования между текущим коэффициентом расхода воздуха, рассчитанным

валгоритме УМД, и заданным коэффициентом, который пода- ётся на вход 01 алгоритма РИМ с выхода алгоритма ЗДН(24).

По величине и знаку этого рассогласования РИМ формирует управляющий сигнал на выходе 01. С выхода 02 сигнал рассогла- сования поступает на вход 05 алгоритма ОКО.

Выходной сигнал регулятора поступает на вход 02 алго- ритма РУЧ(26). Алгоритм предназначен для изменения режима управления регулятора. С его помощью регулятор переводится

вдистанционный или ручной режим работы. Далее управляющий сигнал подаётся на вход 01 алгоритма ИВБ(16) который преоб-

разует выходной сигнал алгоритма РИМ в последовательность импульсов, управляющих исполнительным механизмом.

Для оперативного управления контуром регулирования с помощью лицевой панели контроллера использован алгоритм ОКО(01). Алгоритм позволяет с помощью клавиш лицевой пане- ли изменять режим управления, режим задания, выходной сигнал регулятора (в режиме ручного управления), изменять сигнал за- дания (в режиме ручного задатчика), а также контролировать сигналы задания и рассогласования, входной и выходной сигналы,

параметры программы (при программном регулировании) и т.д.

38

																																																					1
	Сапфир − 22ДД												ЭП 2715																	Диск−250
																																																					2
					+ 36В		1			3		+ 36В					≈ 220В			1																X1
																																																					3
					− 36В		2			6		Общ.								2										1			+ Вход
																																																					4
				Вых +			5			7		+ Вх.					Вых +			9										2							0 − 5mA
																																																					5
				Вых −			6			8		− Вх.					Вых −			10																X2
										4		Корп.																		5						≈ 220В
																														7
							ЭП 2715
						3	+ 36В		≈ 220В			1
						6	Общ.					2																																										6
						7	+ Вх.		Вых +			9
																																																						7
						8	− Вх.		Вых −			10
																																																					8
						4	Корп.
																																																					9
																																																					10
																																																					11
																																				БРУ − 32
		Сапфир − 22ДД
																												B		Цепь																				Цепь		B
						+ 36В		1
																												26		XO										А										Q42		6
																																						mA															12
						− 36В		2																				27		XJ																				Q4		7
																																								Р
						Вых +		5																				28		XU																				Q41		8	13
																												29		Ср										А										Q32		9
						Вых −		6																																													14
																												32		Б										Р										Q3		10
																												33		М																				Q31		11	15
																												18		Q Б										А										Q22		12
				БП− 21					КБС−21																																														16
																												19	QСР											Р										Q2		13
						X4						1																20		QМ																				Q21		14
				+ 24В			1					2																												А										Q12		15
																																																		Q1		16
				− 24В			2					3																												Р
																																																		Q11		17
				X2			X1					4
		1		≈ 220В
		2																																																			17

Рис. 17.а. Электрическая схема контура управления сжиганием топлива (начало)

39

КБС−23

1	1	БК − 21		ПБР− 2М			МЭО−250/ 63−0,63
2	2	X2	7	ВхМ	ВыхМ	3	1
3	3	УСО	8	ВхСр	ВыхСр	4	2
4	4	гр.А	9	ВхБ	ВыхБ	5	3
	5	X3	10 + 24В			1	4
5
					≈ 220В 2
	6	УСО					28
	7	гр.Б					5
	8	X1					6
6		Приб.					9
							10
							13 Питание
							14		10В
7							16	0..5mA
8							18
9
10
11		КБС−22
		19							БП − 10
		20						B	Цепь
12		21						4	Выход
								3	± 10
13		РЗД − 22		КБС−22				1	≈ 220 В
14		Выход	5		5			2
			7		7
15		Вых+ UОП 16			16
16		X2	17		17
		X1	20		20
		Поценц. ср	21		21
		Поценциал	22		22
		Общий	23		23
		≈ 220В	1		1
		50Гц	2		2
17

Рис. 17.б. Электрическая схема контура управления сжиганием топлива (окончание)

40