Помощь студентам в учебе
Модернизация автоматизированной системы управления технологическим процессом рудотермической печи
|
ВВЕДЕНИЕ 10
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ 12
1.1 Общее сопоставление возможностей преобразователей частоты.. 12
1.2 Особенности ПЧ Сапфир АП-140 13
1.3 Особенность ПЧ ВЕСПЕР (Е1-8000) 14
1.4 Особенности преобразователя частоты Schneider Electric
ALTIVAR 31 14
1.5 Особенности преобразователя частоты DANFOSS FC-051P5K5T. 15
2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА 16
3 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ОБОРУДОВАНИЯ 25
4 ВЫБОР СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 31
4.1 Некоторые особенности регулирования процеса плавки 31
4.2 Выбор параметра регулирования электрического режима 34
4.3 Функциональная схема системы автоматического регулирования
электрического режима 35
4.4 Выбор системы автоматического управления процессом плавления 38
5 МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕ
НИЯ 41
5.1 Функции системы автоматизированного управления 44
5.1.1 Функции управления 44
5.1.2 Контроль параметров технологического процесса 44
5.1.3 Световая (на дисплее) и звуковая сигнализация о предупредительных и аварийных отклонениях 45
5.1.4 Контроль параметров, вычисляемых в реальном масштабе
времени 45
5.1.5 Мгновенный вывод информации на дисплей, динамических
графиков изменения параметра плавки 45
5.1.6 Ведение базы графиков заданий по току и напряжению с
целью последующего выбора оптимального варианта 45
5.1.7 Паспортизация параметров 45
5.1.8 Вспомогательные функции 45
5.2 Состав и структура системы автоматического управления 46
5.2.1 Шкаф КИПиА 46
5.2.2 Шкаф регулятора 46
5.2.3 Шкаф электроприводов 46
5.2.4 Шкаф ШУЗС 46
5.2.5 Шкаф ПСН 46
5.3 Количество каналов ввода/вывода, уровни их напряжения 47
6 РАСЧЕТ И ВЫБОР ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА 50
6.1 Выбор двигателя 50
6.2 Выбор электропривода 58
7 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 64
7.1 Выбор контроллера 64
7.2 Модули ввода вывода 65
7.3 Клеммные платы 67
7.4 Клеммные платы для модулей оптической развязки 67
7.5 Преобразователи измерительные переменного тока Е 842/1 68
7.6 Преобразователи измерительные напряжения переменного тока
Е 855-М1 69
7.7 Выбор промышленного компьютера 69
8 ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВ
ЛЕНИЯ 71
8.1 Состав системы автоматического управления процессом плавки.. 71
8.2 Описание работы схемы 71
9 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ 74
9.1 Моделирование системы «АСУ-Плавка» 74
9.2 Моделирование системы «Частотный преобразователь-двигатель» 83
9.3 Описание модели 87
9.4 Расчет параметров настройки контура регулирования скорости и
контура регулирования тока 89
9.5 Программирование частотного преобразователя 90
10 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 92
10.1 Общие понятия об инвестициях и выбор методики расчета эф
фекта и эффективности инвестиционного проекта 92
10.2 Смета затрат на модернизацию механизма передвижения электродов 93
10.3 Расчет капитальных вложений в проект 94
10.4 Расчет и оценка эффекта и эффективности капитальных вложений 96
11 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 99
11.1 Краткое описание объекта и оборудования 99
11.2 Анализ производственных и экологических опасностей 99
11.2.1 Природо-климатические условия местности 99
11.2.2 Вредные и опасные факторы производственной среды... 99
11.3 Охрана труда 101
11.3.1 Организационные и правовые вопросы охраны труда.. 101
11.3.2 Мероприятия по предупреждению опасности поражения
электрическим током 103
11.3.3 Мероприятия по предупреждению несчастных случаеве. 106
11.4 Производственная санитария 106
11.4.1 Категории тяжести труда при работе на электродуговой
печи 106
11.4.2 Установление оптимальных параметров микроклимата... 106
11.4.3 Характеристики зрительной работы, освещение 107
11.4.4 Производственная вентиляция 108
11.4.5 Уровень шума и вибрации 108
11.4.6 Безопасность труда при работе за ПК 108
11.5 Противопожарная и взрывобезопасность 110
11.6 Экология 111
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 115
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ 12
1.1 Общее сопоставление возможностей преобразователей частоты.. 12
1.2 Особенности ПЧ Сапфир АП-140 13
1.3 Особенность ПЧ ВЕСПЕР (Е1-8000) 14
1.4 Особенности преобразователя частоты Schneider Electric
ALTIVAR 31 14
1.5 Особенности преобразователя частоты DANFOSS FC-051P5K5T. 15
2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА 16
3 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ОБОРУДОВАНИЯ 25
4 ВЫБОР СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 31
4.1 Некоторые особенности регулирования процеса плавки 31
4.2 Выбор параметра регулирования электрического режима 34
4.3 Функциональная схема системы автоматического регулирования
электрического режима 35
4.4 Выбор системы автоматического управления процессом плавления 38
5 МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕ
НИЯ 41
5.1 Функции системы автоматизированного управления 44
5.1.1 Функции управления 44
5.1.2 Контроль параметров технологического процесса 44
5.1.3 Световая (на дисплее) и звуковая сигнализация о предупредительных и аварийных отклонениях 45
5.1.4 Контроль параметров, вычисляемых в реальном масштабе
времени 45
5.1.5 Мгновенный вывод информации на дисплей, динамических
графиков изменения параметра плавки 45
5.1.6 Ведение базы графиков заданий по току и напряжению с
целью последующего выбора оптимального варианта 45
5.1.7 Паспортизация параметров 45
5.1.8 Вспомогательные функции 45
5.2 Состав и структура системы автоматического управления 46
5.2.1 Шкаф КИПиА 46
5.2.2 Шкаф регулятора 46
5.2.3 Шкаф электроприводов 46
5.2.4 Шкаф ШУЗС 46
5.2.5 Шкаф ПСН 46
5.3 Количество каналов ввода/вывода, уровни их напряжения 47
6 РАСЧЕТ И ВЫБОР ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА 50
6.1 Выбор двигателя 50
6.2 Выбор электропривода 58
7 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 64
7.1 Выбор контроллера 64
7.2 Модули ввода вывода 65
7.3 Клеммные платы 67
7.4 Клеммные платы для модулей оптической развязки 67
7.5 Преобразователи измерительные переменного тока Е 842/1 68
7.6 Преобразователи измерительные напряжения переменного тока
Е 855-М1 69
7.7 Выбор промышленного компьютера 69
8 ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВ
ЛЕНИЯ 71
8.1 Состав системы автоматического управления процессом плавки.. 71
8.2 Описание работы схемы 71
9 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ 74
9.1 Моделирование системы «АСУ-Плавка» 74
9.2 Моделирование системы «Частотный преобразователь-двигатель» 83
9.3 Описание модели 87
9.4 Расчет параметров настройки контура регулирования скорости и
контура регулирования тока 89
9.5 Программирование частотного преобразователя 90
10 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 92
10.1 Общие понятия об инвестициях и выбор методики расчета эф
фекта и эффективности инвестиционного проекта 92
10.2 Смета затрат на модернизацию механизма передвижения электродов 93
10.3 Расчет капитальных вложений в проект 94
10.4 Расчет и оценка эффекта и эффективности капитальных вложений 96
11 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 99
11.1 Краткое описание объекта и оборудования 99
11.2 Анализ производственных и экологических опасностей 99
11.2.1 Природо-климатические условия местности 99
11.2.2 Вредные и опасные факторы производственной среды... 99
11.3 Охрана труда 101
11.3.1 Организационные и правовые вопросы охраны труда.. 101
11.3.2 Мероприятия по предупреждению опасности поражения
электрическим током 103
11.3.3 Мероприятия по предупреждению несчастных случаеве. 106
11.4 Производственная санитария 106
11.4.1 Категории тяжести труда при работе на электродуговой
печи 106
11.4.2 Установление оптимальных параметров микроклимата... 106
11.4.3 Характеристики зрительной работы, освещение 107
11.4.4 Производственная вентиляция 108
11.4.5 Уровень шума и вибрации 108
11.4.6 Безопасность труда при работе за ПК 108
11.5 Противопожарная и взрывобезопасность 110
11.6 Экология 111
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 115
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Актуальность темы.
Энергосбережение, точнее рационализация производства, распределения и использования всех видов энергии, стало наряду с информатизацией и компьютеризацией, одним из основных первоочередных направлений технической политики во всех развитых странах мира, в том числе и в России [1].
С введение Закона «Об энергосбережении», Федеральной целевой программы «Энергосбережение России» и, согласно основным положениям «Энергетической стратегии России до 2020 г.», предполагается осуществить целостную систему мер, стимулирующую эффектное 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» многие годы является одним из наилучших в сфере предприятий выпускающих качественную переклазовую продукцию .
Электродуговые рудотермические печи являются основным оборудованием для получения периклазной продукции [3]. Высокая энергоемкость этих 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 решением данной проблемы является-автоматизация управления электрическим режимом, что позволит сократить электро-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 печей [1]. Однако другие существующие печи значительно устарели, а строительство новых требует больших инвестиций. Следовательно, одним из приоритетных способов решения проанализированной проблемы следует признать усовершенствование имеющихся рудотермических электродуговых печек.
В работе предложена модернизация электропривода механизма передвижения электродов, электродуговой рудотермической печи РКЗ №1-2.
Цель работы - увеличить производительность печи РКЗ №1 -2, ДИПП ЦМП-4
Задачи работы:
- проанализировать процесс плавки печи;
- разработать мероприятия по модернизации печи;
- произвести расчет и выбор оборудования;
- произвести технико-экономический расчет;
Объект работы - рудотермическая печь РКЗ №1-2 ДИИИ ЦМП-4 ООО «Группа «Магнезит».
Предмет работы - модернизация автоматизированной системы управления, в частности, привода перемещения электродов рудотермической печи РКЗ №1-2 ДППП ЦМП-4 ООО «Группа «Магнезит».
Энергосбережение, точнее рационализация производства, распределения и использования всех видов энергии, стало наряду с информатизацией и компьютеризацией, одним из основных первоочередных направлений технической политики во всех развитых странах мира, в том числе и в России [1].
С введение Закона «Об энергосбережении», Федеральной целевой программы «Энергосбережение России» и, согласно основным положениям «Энергетической стратегии России до 2020 г.», предполагается осуществить целостную систему мер, стимулирующую эффектное 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» многие годы является одним из наилучших в сфере предприятий выпускающих качественную переклазовую продукцию .
Электродуговые рудотермические печи являются основным оборудованием для получения периклазной продукции [3]. Высокая энергоемкость этих 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 решением данной проблемы является-автоматизация управления электрическим режимом, что позволит сократить электро-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 печей [1]. Однако другие существующие печи значительно устарели, а строительство новых требует больших инвестиций. Следовательно, одним из приоритетных способов решения проанализированной проблемы следует признать усовершенствование имеющихся рудотермических электродуговых печек.
В работе предложена модернизация электропривода механизма передвижения электродов, электродуговой рудотермической печи РКЗ №1-2.
Цель работы - увеличить производительность печи РКЗ №1 -2, ДИПП ЦМП-4
Задачи работы:
- проанализировать процесс плавки печи;
- разработать мероприятия по модернизации печи;
- произвести расчет и выбор оборудования;
- произвести технико-экономический расчет;
Объект работы - рудотермическая печь РКЗ №1-2 ДИИИ ЦМП-4 ООО «Группа «Магнезит».
Предмет работы - модернизация автоматизированной системы управления, в частности, привода перемещения электродов рудотермической печи РКЗ №1-2 ДППП ЦМП-4 ООО «Группа «Магнезит».
В результате выполнения выпускной квалификационной работы был разработан программно-технический комплекс модернизации автоматизированной системы управления технологическим процессом в рудотермической печи РКЗ ООО «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 данной работы.
Рассмотрены вопросы охраны труда и экологии.
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 данной работы.
Рассмотрены вопросы охраны труда и экологии.
