Модернизация автоматизированной системы управления технологическим процессом рудотермической печи ООО «Группа Магнезит»
|
Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 11
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 13
2 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ОБОРУДОВАНИЯ 24
3 ВЫБОР СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РКЗ № 1-2.. 31
3.1. Некоторые особенности регулирования процесса плавки 31
3.2 Выбор параметра регулирования электрического режима 34
3.3 Функциональная схема системы автоматического регулирования
электрического режима 36
3.4 Выбор системы автоматического управления процессом плавления . 39
4 МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ . 41
4.1 Функции системы автоматизированного управления 45
4.1.1Функции управления 45
4.1.2 Контроль параметров технологического процесса 46
4.1.3 Световая (на экране монитора) и звуковая сигнализация о
предупредительных и аварийных отклонениях 46
4.1.4 Контроль параметров, вычисляемых в реальном масштабе времени46
4.1.5 Оперативное отображение информации на дисплее, динамические
графики изменения параметров плавки 47
4.1.6 Ведение базы графиков заданий по току и напряжению с целью
последующего выбора оптимального варианта 47
4.1.7 Паспортизация параметров 47
4.1.8 Вспомогательные функции 47
4.2 Состав и структура системы автоматического управления 47
4.2.1 Шкаф КИПиА 48
4.2.2 Шкаф регулятора 48
4.2.3 Шкаф электроприводов 48
4.2.4 Шкаф ШУЗС 48
4.2.5 Шкаф ПСН 48
4.3 Количество каналов ввода/вывода, уровни их напряжения 49
5 РАСЧЕТ И ВЫБОР ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА 53
5.1 Выбор двигателя 53
5.2 Выбор электропривода 61
6 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 67
6.1 Выбор контроллера 67
6.2 Модули ввода вывода 69
6.3 Клеммные платы 70
6.4 Клеммные платы для модулей оптической развязки 71
6.5 Преобразователи измерительные переменного тока Е 842/1 72
6.6 Преобразователи измерительные напряжения переменного тока Е 855-
М1 73
6.7 Выбор промышленного компьютера 73
7 ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 75
7.1 Состав системы автоматического управления процессом плавки 75
7.2 Описание работы схемы 76
8 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ 79
8.1 Моделирование системы «АСУ-Плавка» 79
8.2 Моделирование системы «Частотный преобразователь-двигатель» ... 87
8.3 Описание модели 91
8.4 Расчет параметров настройки контура регулирования скорости и
контура регулирования тока 93
8.5 Настройка частотного преобразователя 93
9 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 96
9.1 Общие понятия об инвестициях и выбор метода расчета эффекта и
эффективности инвестиционного проекта 96
9.2 Смета затрат на модернизацию механизма передвижения электродов 97
9.3 Расчет капитальных вложений в проект 98
9.4 Расчет и оценка эффекта и эффективности капитальных вложений . 100
10 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 103
10.1 Краткое описание объекта и оборудования 103
10.2 Анализ производственных и экологических опасностей 103
10.2.1 Природно-климатические условия местности 103
10.2.2 Вредные и опасные факторы производственной среды 104
10.3 Охрана труда 106
10.3.1 Организационные и правовые вопросы охраны труда 106
10.3.2 Мероприятия по предупреждению опасности поражения
электрическим током 108
10.3.3 Мероприятия по предупреждению несчастных случаев 111
10.4 Производственная санитария 112
10.4.1 Категории тяжести труда при работе на электродуговой печи ... 112
10.4.2 Установление оптимальных параметров микроклимата 112
10.4.3 Характеристики зрительной работы, освещение 113
10.4.4 Производственная вентиляция 114
10.4.5 Уровень шума и вибрации 114
10.4.6 Безопасность труда при работе за ПК 114
10.5 Противопожарная и взрывобезопасность 117
10.6 Экология 119
10.7 Гражданская оборона 123
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 125
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 126
ПРИЛОЖЕНИЕ А 129
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 132
ПРИЛОЖЕНИЕ В 133
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 134
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 135
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 136
ПРИЛОЖЕНИЕ Ё 137
ВВЕДЕНИЕ 11
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 13
2 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ОБОРУДОВАНИЯ 24
3 ВЫБОР СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РКЗ № 1-2.. 31
3.1. Некоторые особенности регулирования процесса плавки 31
3.2 Выбор параметра регулирования электрического режима 34
3.3 Функциональная схема системы автоматического регулирования
электрического режима 36
3.4 Выбор системы автоматического управления процессом плавления . 39
4 МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ . 41
4.1 Функции системы автоматизированного управления 45
4.1.1Функции управления 45
4.1.2 Контроль параметров технологического процесса 46
4.1.3 Световая (на экране монитора) и звуковая сигнализация о
предупредительных и аварийных отклонениях 46
4.1.4 Контроль параметров, вычисляемых в реальном масштабе времени46
4.1.5 Оперативное отображение информации на дисплее, динамические
графики изменения параметров плавки 47
4.1.6 Ведение базы графиков заданий по току и напряжению с целью
последующего выбора оптимального варианта 47
4.1.7 Паспортизация параметров 47
4.1.8 Вспомогательные функции 47
4.2 Состав и структура системы автоматического управления 47
4.2.1 Шкаф КИПиА 48
4.2.2 Шкаф регулятора 48
4.2.3 Шкаф электроприводов 48
4.2.4 Шкаф ШУЗС 48
4.2.5 Шкаф ПСН 48
4.3 Количество каналов ввода/вывода, уровни их напряжения 49
5 РАСЧЕТ И ВЫБОР ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА 53
5.1 Выбор двигателя 53
5.2 Выбор электропривода 61
6 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 67
6.1 Выбор контроллера 67
6.2 Модули ввода вывода 69
6.3 Клеммные платы 70
6.4 Клеммные платы для модулей оптической развязки 71
6.5 Преобразователи измерительные переменного тока Е 842/1 72
6.6 Преобразователи измерительные напряжения переменного тока Е 855-
М1 73
6.7 Выбор промышленного компьютера 73
7 ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 75
7.1 Состав системы автоматического управления процессом плавки 75
7.2 Описание работы схемы 76
8 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ 79
8.1 Моделирование системы «АСУ-Плавка» 79
8.2 Моделирование системы «Частотный преобразователь-двигатель» ... 87
8.3 Описание модели 91
8.4 Расчет параметров настройки контура регулирования скорости и
контура регулирования тока 93
8.5 Настройка частотного преобразователя 93
9 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 96
9.1 Общие понятия об инвестициях и выбор метода расчета эффекта и
эффективности инвестиционного проекта 96
9.2 Смета затрат на модернизацию механизма передвижения электродов 97
9.3 Расчет капитальных вложений в проект 98
9.4 Расчет и оценка эффекта и эффективности капитальных вложений . 100
10 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 103
10.1 Краткое описание объекта и оборудования 103
10.2 Анализ производственных и экологических опасностей 103
10.2.1 Природно-климатические условия местности 103
10.2.2 Вредные и опасные факторы производственной среды 104
10.3 Охрана труда 106
10.3.1 Организационные и правовые вопросы охраны труда 106
10.3.2 Мероприятия по предупреждению опасности поражения
электрическим током 108
10.3.3 Мероприятия по предупреждению несчастных случаев 111
10.4 Производственная санитария 112
10.4.1 Категории тяжести труда при работе на электродуговой печи ... 112
10.4.2 Установление оптимальных параметров микроклимата 112
10.4.3 Характеристики зрительной работы, освещение 113
10.4.4 Производственная вентиляция 114
10.4.5 Уровень шума и вибрации 114
10.4.6 Безопасность труда при работе за ПК 114
10.5 Противопожарная и взрывобезопасность 117
10.6 Экология 119
10.7 Гражданская оборона 123
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 125
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 126
ПРИЛОЖЕНИЕ А 129
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 132
ПРИЛОЖЕНИЕ В 133
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 134
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 135
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 136
ПРИЛОЖЕНИЕ Ё 137
Энергосбережение, точнее рационализация производства, распределения и использования всех видов энергии, стало наряду с информатизацией и компьютеризацией, одним из основных приоритетных направлений технической политики во всех развитых странах мира, в том числе и в России [1].
С принятием Закона «Об энергосбережении», Федеральной целевой программы «Энергосбережение России» и, согласно основным положениям «Энергетической стратегии России до 2020 г.», предполагается осуществление целостной системы мер, стимулирующих эффективное использование энергии и, в частности электроэнергии [2].
«ООО «Группа Магнезит» является крупнейшим потребителем топливно-энергетических ресурсов Саткинского района. В отдельных производственных процессах и, в частности при плавке, возможно, значительно сократить расход энергоресурсов путем технологического переоснащения.
«ООО «Группа Магнезит» долгие годы является одним из лучших в отрасли предприятий по выпуску качественной периклазовой продукции.
Электродуговые рудотермические печи являются основными агрегатами для получения периклазовой продукций [3]. Высокая энергоемкость данных печей и их вредное влияние на показатели качества электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий обуславливают большое внимание, которое уделяется вопросам оптимизации режимов печей и параметров силового электрооборудования. Эффективным направлением решения данной проблемы является автоматизация управления электрическим режимом, что позволяет сократить электрические и тепловые потери.
На сегодняшний день ЦМП-4 (цех магнезиального порошка) оснащен десятью электродуговыми рудотермическими печами РКЗ № 1-2, ОКБ-955Н. А также начато строительство еще двух новых печей ОКБ-955Н.
РКЗ № 1-2 печь № 10 была введена в эксплуатацию в 1970 году. На
сегодняшний день электрооборудование печи устарело.
Одним из недостатков существующего положения можно назвать эксплуатацию бесконтактных регуляторов мощности типа РБС-62-12 на магнитных усилителях, которые работают неудовлетворительно, что ведет к снижению средней мощности, увеличению времени расплавления и удельных расходов [4].
Плавка высоко качественного переклаза в электродуговых печах в настоящее время становится экономически более целесообразной, чем в других типах печах [1]. Однако многие существующие печи морально и физически устарели, а создание новых требует значительных капиталовложений. Поэтому одним из основных способов решения данной проблемы следует признать модернизацию существующих рудотермических электродуговых печей.
В дипломном проекте предложена модернизация электропривода механизма передвижения электродов, электродуговой рудотермической печи РКЗ № 1-2.
Объект проекта - рудотермическая печь ДППП ЦМП-4,предмет проекта комплекс технических мероприятий по модернизации рудотермической печи ДППП ЦМП-4.
С принятием Закона «Об энергосбережении», Федеральной целевой программы «Энергосбережение России» и, согласно основным положениям «Энергетической стратегии России до 2020 г.», предполагается осуществление целостной системы мер, стимулирующих эффективное использование энергии и, в частности электроэнергии [2].
«ООО «Группа Магнезит» является крупнейшим потребителем топливно-энергетических ресурсов Саткинского района. В отдельных производственных процессах и, в частности при плавке, возможно, значительно сократить расход энергоресурсов путем технологического переоснащения.
«ООО «Группа Магнезит» долгие годы является одним из лучших в отрасли предприятий по выпуску качественной периклазовой продукции.
Электродуговые рудотермические печи являются основными агрегатами для получения периклазовой продукций [3]. Высокая энергоемкость данных печей и их вредное влияние на показатели качества электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий обуславливают большое внимание, которое уделяется вопросам оптимизации режимов печей и параметров силового электрооборудования. Эффективным направлением решения данной проблемы является автоматизация управления электрическим режимом, что позволяет сократить электрические и тепловые потери.
На сегодняшний день ЦМП-4 (цех магнезиального порошка) оснащен десятью электродуговыми рудотермическими печами РКЗ № 1-2, ОКБ-955Н. А также начато строительство еще двух новых печей ОКБ-955Н.
РКЗ № 1-2 печь № 10 была введена в эксплуатацию в 1970 году. На
сегодняшний день электрооборудование печи устарело.
Одним из недостатков существующего положения можно назвать эксплуатацию бесконтактных регуляторов мощности типа РБС-62-12 на магнитных усилителях, которые работают неудовлетворительно, что ведет к снижению средней мощности, увеличению времени расплавления и удельных расходов [4].
Плавка высоко качественного переклаза в электродуговых печах в настоящее время становится экономически более целесообразной, чем в других типах печах [1]. Однако многие существующие печи морально и физически устарели, а создание новых требует значительных капиталовложений. Поэтому одним из основных способов решения данной проблемы следует признать модернизацию существующих рудотермических электродуговых печей.
В дипломном проекте предложена модернизация электропривода механизма передвижения электродов, электродуговой рудотермической печи РКЗ № 1-2.
Объект проекта - рудотермическая печь ДППП ЦМП-4,предмет проекта комплекс технических мероприятий по модернизации рудотермической печи ДППП ЦМП-4.
В результате выполнения выпускного квалификационного проекта был разработан программно-технический комплекс модернизации автоматизированной системы управления технологическим процессом в рудотермической печи РКЗОАО «Группа Магнезит». А именно реализован электрический и тепловой регулятор, причем в систему были заранее заложены резервы для строительства на ее базе в дальнейшем автоматизированной системы более высокого уровня.
Спроектированная система имеет следующие особенности:
- малые массогабаритные показатели (сама система помещается в один шкаф и еще один для реле);
- система спроектирована на современной элементной базе;
- система способна вести плавку в автоматическом режиме по программе задания мощности;
- обеспечивает автоматическое зажигание дуги и отработку ее обрыва.
В ходе выполнения проекта была выстроена математическая модель системы и получены следующие результаты для первой ступени напряжения:
- при разжигании дуги выход на номинальную мощность происходит в среднем за 5...7 с.;
- при отработке обрыва дуги, ее восстановление происходит не более чем за 3...4 с.;
- данные значения соответствуют большинству современных систем данного типа.
В экономической части была рассчитана экономическая эффективность данного проекта.
Рассмотрены вопросы охраны труда и гражданской обороны
Спроектированная система имеет следующие особенности:
- малые массогабаритные показатели (сама система помещается в один шкаф и еще один для реле);
- система спроектирована на современной элементной базе;
- система способна вести плавку в автоматическом режиме по программе задания мощности;
- обеспечивает автоматическое зажигание дуги и отработку ее обрыва.
В ходе выполнения проекта была выстроена математическая модель системы и получены следующие результаты для первой ступени напряжения:
- при разжигании дуги выход на номинальную мощность происходит в среднем за 5...7 с.;
- при отработке обрыва дуги, ее восстановление происходит не более чем за 3...4 с.;
- данные значения соответствуют большинству современных систем данного типа.
В экономической части была рассчитана экономическая эффективность данного проекта.
Рассмотрены вопросы охраны труда и гражданской обороны
