Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию РФ

Московский государственный технический университет «МАМИ»

Факультет «Автоматизация и управление»

Кафедра «Автоматика и процессы управления»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по техническим средствам на тему:

Система автоматического управления температурным режимом шахтной электропечи

Студент: Звездин И.С. Группа: 7-УИк-9

Преподаватель: Кононенко Д.А.

МОСКВА 2007

Содержание

преобразователь регулирование интерфейс модуль

Введение

Модернизация системы регулирования

Описание системы регулирования

Описание и технические данные оборудования

Программный двухканальный регулятор ТРМ151-01

Преобразователь интерфейса АС3-М

Модуль ввода МВА8

Введение

Электрические печи сопротивления (камерные, шахтные, колпаковые и т.д.) широко применяются для термообработки изделий в металлургии, энергетическом машиностроении, металлообработке, керамическом и стекольном производстве и других отраслях российской промышленности. Они работают с обычным окислительным нагревом (без муфеля) или с применением защитных атмосфер, предохраняющих изделия от окисления (муфельные печи). Электротермическая технология, основанная на использовании электротермических установок - электропечей и электронагревательных устройств, применяется для получения новых высококачественных материалов, которые иным путём получить нельзя, а также для улучшения свойств уже существующих материалов; для нагрева заготовок перед обработкой давлением, для термической обработки деталей и узлов машин, механизмов и элементов различных конструкций и других назначений. Применение электротехнологических процессов обеспечивает наименьшее по сравнению с другими процессами загрязнение окружающей среды, облегчает автоматизацию процессов, получает любое желательное распределение температур в рабочем пространстве, позволяя обеспечить высокую равномерность нагрева изделий, и увеличивает производительность труда.

В электрических печах сопротивления применяется автоматическое регулирование температурного режима, а также автоматическое управление работой различных механизмов печного агрегата (к примеру, циркуляция защитной атмосферы в печах обеспечивается вентиляторами). Повышение уровня автоматизации электрических печей сопротивления получило в настоящее время значительное развитие. Это связано, с одной стороны, с обработкой в них современных материалов, для которых требуются режимы со сложными графиками изменения температуры и высокой точностью её поддержания, непрерывным контролем и регулированием состава атмосферы в ходе процесса, с общим усложнением установок в связи с их агрегатированием, с другой - жёсткими требованиями к экономичности эксплуатации печей, а также стремлением к сокращению применения рабочей силы при обслуживании оборудования.

Для решения задачи по автоматизации электропечей разработан проект, суть которых изложена в данной курсовой работе. Проектное решение АСУ ТП повышает качество продукции, уменьшает количество брака, снижает расход сырья, повышает производительность труда и тем самым увеличивает объём выпуска продукции, сокращает поломки и простои оборудования, а так же улучшает условия труда обслуживающего персонала.

Общая цель курсовой работы заключается в том, чтобы с помощью системы автоматического управления в шахтной (рис. 1) электропечи исключить погрешность регулирования температуры, быстро создавать новые, либо менять имеющиеся режимы отжига в зависимости от вида продукции, упростить эксплуатацию установки, снизить затраты на ремонт и обслуживание оборудования, получить экономический эффект от рационального использования энергоресурсов вследствие оптимального управления технологическим процессом.

На производстве особое внимание уделяется режиму отжига, который должен точно выдерживаться, так как даже незначительные отклонения температуры нарушают технологический процесс, из-за чего отжигаемое изделие не обладает тем качеством, которое отмечено в технологической карте. Для устранения недостатков возникла необходимость модернизации системы управления электропечами для того, чтобы более точно регулировать температурные параметры, быстро менять терморежимы и уменьшить количество приборов для облегчения обслуживания и эксплуатации.

Рис. 1 Разрез шахтной электропечи 1 - электродвигатель вентилятора; 2 - отверстие для подачи защитного газа; 3 - отверстие для отвода отработанного газа; 4 - место для зацепления муфеля и крышки муфеля мостовым краном; 5 - муфель; 6- водоохлаждаемое уплотнение; 7 - футеровка; 8 - крышка муфеля; 9 - рабочее колесо вентилятора; 10 - шахта; 11 - металлическое основание садки (шпуля); 12 - держатели крестовины 13 - нагреваемые изделия (садка); 14 - нагревательные элементы

Модернизация системы регулирования

Разработанная в данном проекте система регулирования значительно увеличила надёжность работы электропечей за счёт замены аналоговых регуляторов и релейных исполнительных механизмов на микропроцессорное управление с регулирующими элементами в виде силовых полупроводниковых вентилей - симисторов. Количество внешних соединений, клеммных коробок и объём, занимаемый системой автоматического поддержания температуры, уменьшился в несколько раз. Например, вместо трёх шкафов управления для каждой печи используется один шкаф. К тому же один программный регулятор ТРМ151, модуль аналогового ввода МВА8 и компьютер заменят три старых, но весьма дорогих по стоимости регулятора-самописца ДИСК-250.

Следует отметить, что капитальные затраты на проведение модернизации значительно сократятся, если она будет производиться в комплексе на нескольких установках сразу. Например, при модернизации четырех печей, кроме регуляторов температуры, понадобится всего один модуль аналогового ввода МВА8 и компьютер Так как данные устройства используются в единственном числе сразу для нескольких печей, то затраты на оборудование сокращаются.

Описание системы регулирования

Рассмотрим систему регулирования температуры в шахтных электропечах. В качестве главного регулирующего устройства в каждой системе управления шахтной электропечью используется программируемый по времени двухканальный регулятор температуры ОВЕН ТРМ151-01. Исполнительным устройством для регулятора служит блок управления симисторами и тиристорами БУСТ, индивидуальный для каждого канала регулирования (у каждой печи две группы нагревателей, и, следовательно, два канала регулирования). БУСТ по заданию от регулятора выдаёт импульсы на открывание симисторов, управляя тем самым мощностью на нагревательных элементах в печи. При использовании в БУСТ метода фазового управления достигается достаточно точная регулировка мощности на нагревательных элементах, что важно для системы регулирования режима температуры.

Так как оба канала прибора ТРМ151 задействованы в поддержании температуры на нагревательных элементах, то ему необходим как минимум ещё один канал измерения для получения значения температуры в изделии (или в муфеле печи). Для этой цели используется модуль аналогового ввода ОВЕН МВА8, в котором регулятор ОВЕН ТРМ151 (терморегулятор) может использовать каналы измерения как свои дополнительные. С выбранного канала измерения ОВЕН МВА8 в терморегулятор ОВЕН ТРМ151 поступает значение температуры отжигаемого изделия либо температура в муфеле печи. Обмен данными между регуляторами и модулем аналогового ввода производится с помощью сети и компьютера. Для согласования интерфейсов используется преобразователь интерфейса RS-485/RS-232 ОВЕН АС3-М. Через сеть RS-485 производится конфигурирование регуляторов ТРМ151 (через специальный сетевой конфигуратор ОВЕН) и управление по программе технолога системой регулирования температуры.

Программы технолога составляются на компьютере верхнего уровня в конфигураторе и вносятся в каждый из регуляторов ТРМ151 по сети. Сбор данных с каждой печи в виде таблиц и графиков также производится по сети на компьютер верхнего уровня при использовании SCADA-системы OWEN PROCESS MANAGER (рис.2).

Рис. 2а Регулирование и настройка в SCADA-системе OWEN PROCESS MANAGER

Рис. 2б Архивация данных в SCADA-системе OWEN PROCESS MANAGER

В схеме существует связь с общей системой управления электропечами.

Разработанная система рассчитана на любой достаточно сложный режим отжига изделий. Смена температурных уставок в системе происходит автоматически по разработанной технологом программе. Переход с одной программы на другую можно отстроить, во-первых, по достижению температуры, во-вторых, по достижению температуры с последующей выдержкой времени, в-третьих, просто по истечению времени, а также по достижению любого из параметров температуры или времени. Система позволяет задавать скорость изменения температуры (возрастание или спад до заданного значения) в каждой нагревательной зоне по индивидуальному графику, что позволяет достичь равномерного нагрева изделия во всех точках.

Предложенная система подходит для регулирования температуры в любых электропечах, где существует не более двух нагревательных зон. Для таких объектов данная система является наиболее оптимальным выбором, так как позволяет получить многофункциональную систему регулирования температуры при минимальных затратах.

Описание и технические данные оборудования

Программный двухканальный регулятор ТРМ151-01

Рис. 3 Структурная схема ТРМ151-01

ТРМ-151-01 предназначен для построения автоматических систем контроля производственными технологическими процессами.

Прибор выполняет функции:

-измерение двух физических величин, контролируемых входными первичными преобразователями

-цифровая фильтрация для уменьшения влияния на результат измерения промышленных импульсных помех

-коррекция измеренных величин для устранения погрешностей первичных преобразователей

-отображение результатов измерений на встроенном светодиодном четырехразрядном цифровом индикаторе

-регулирование измеренных физических величин по ПИД или двухпозиционному закону

-изменение установок регулируемых величин по заданной технологической программе

-формирование аварийного сигнала при обнаружении неисправности первичных преобразователей с отображением его причины на цифровом индикаторе

-формирование команды ручного управления исполнительными механизмами и устройствами с клавиатуры прибора

-передача в сеть RS-485 текущих значений любых измеренных или вычисленных величин, а также выходного сигнала регулятора и параметров программы технолога

Общие технические характеристики

Характеристики измерительных датчиков

Характеристики выходных элементов

Условия эксплуатации

Преобразователь интерфейса АС3-М

Рис. 4 Функциональная схема АС3-М

Назначение:

Предназначен для взаимного преобразования сигналов интерфейсов RS-232 и RS-485. Позволяет подключать к промышленной информационной сети RS-485 устройство с интерфейсом RS-232 (персональный компьютер, считыватель штрих-кодов, электронные весы и т. д.)

Основные функции:

-ВЗАИМНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ интерфейсов RS-485 и RS-232

-АВТОМАТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

-ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ ИЗОЛЯЦИЯ входов между собой и от питающей сети

-НАПРЯЖЕНИЕ ПИТАНИЯ =24 В или ~220 В

-ВСТРОЕННЫЕ СОГЛАСУЮЩИЕ РЕЗИСТОРЫ

Питание

Интерфейс RS-232

Интерфейс RS-485

Условия эксплуатации

Модуль ввода МВА8

Рис. 5 Функциональная схема модуля ввода МВА8

Назначение МОДУЛЯ ВВОДА МВА8:

Восьмиканальный универсальный измерительный модуль ввода для распределенных систем управления в сети RS-485.

Может использоваться в качестве модуля расширения входов для программируемых контроллеров, приборов ОВЕН ТРМ151, ТРМ148 и т.д.

Модуль ввода МВА8 работает в сети RS-485 при наличии в ней «мастера», при этом сам МВА8 не является «мастером» сети.

Основные функции модуля ввода:

-ВОСЕМЬ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ВХОДОВ для подключения широкого спектра датчиков температуры, давления, влажности, расхода, уровня и других физических величин

-ЦИФРОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ И КОРРЕКЦИЯ входных сигналов, масштабирование показаний датчиков с унифицированным выходным сигналом (активных датчиков)

-ПЕРЕДАЧА ИЗМЕРЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПО ИНТЕРФЕЙСУ RS-485

-ПОДДЕРЖКА РАСПРОСТРАНЕННЫХ ПРОТОКОЛОВ Modbus (ASCII, RTU), DCON, ОВЕН

-ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ благодаря импульсному источнику питания 90...264 В частотой 47...63 Гц

Питание

Входы

Интерфейс

Размещено на Allbest.ru