трусики женские украина

На головну

 Hазработка системи регулювання, контролю та реєстрації споживання енергоносіїв піччю швидкісного нагріву - Цифрові пристрої

1 ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА

Світовий ринок пред'являє все більш високі вимоги до показників якості опорних валків прокатних станів (твердість, глибина загартованого шару, розподіл залишкових напружень).

Відомі такі технології гарту прокатних валків: в електромасляних ваннах, струмами промислової частоти, струмами високої частоти, регульованим охолодженням водою, водоповітряною сумішшю та ін.

Одним з таких процесів є диференційована термічна обробка (надалі - ДТО) опорних валків прокатних станів. Технологічний процес ДТО спрямований на зниження енерговитрат при нагріванні валка до температури гарту за рахунок нагріву не всього обсягу валка, а лише поверхневого (гартувати) шару.

С

уть ДТО полягає в наступному (схема і етапи режиму ДТО наведено малюнку 1):

Малюнок 1.1 - Схема і етапи режиму ДТО

Етап 1 - попередній підігрів валка.

Виробляється в термічній печі з викатним подом з метою переведення матеріалу серцевини валка в більш пластичне стан, здатне витримати високі розтягують напруги при подальшому інтенсивному нагріванні в печі швидкісного нагріву (надалі - ПСН).

Раціональна среднемассовая температура попереднього підігріву для всіх типорозмірів валків знаходиться в межах Тп?500?С. При більш низьких температурах велика небезпека руйнування валка при швидкому нагріванні бочки з-за недостатньої пластичності слабо прогрітій серцевини валка. З ростом температури попереднього підігріву підвищуються залишкові напруги після ДТО і, отже, зростає ймовірність руйнування валка після закінчення режиму. Необхідна рівномірність температури печі наприкінці підігріву ?5?С.

Етап 2 - градієнтний нагрів в ПСН.

Параметри нагріву валка визначаються маркою стали, вимогами по глибині активного (загартованого) шару, рівнем тріщиностійкості металу центральній частині валка і розмірами можливих дефектів металургійного походження.

Оптимальна температура нагріву Тнвибірается з розрахунку отримати максимальну закаливаемость, тобто максимальну твердість структури, що утворюється в поверхневому шарі валка при загартуванню. Оптимальний режим нагріву складається з максимально інтенсивного нагріву поверхні бочки до температури ТНІ витримці при даній температурі до прогріву на задану глибину. Обмежити інтенсивність нагріву можуть або можливості обладнання (потужність ПСН) або високі розтягують напруги, які виникають в центральній зоні валка при інтенсивному нагріванні.

Етап 3 - витримка для забезпечення прогріву бочки валка на задану глибину в ПСН.

Тривалість витримки при підтримці температури бочки валка на рівні температури нагріву Тнзавісті від бажаної глибини прогріву поверхневого шару. У свою чергу, оптимальна величина прогріву залежить від прокаливаемости стали й інтенсивності подальшого охолодження.

Етап 4 - транспортування валка з ПСН в спрейерную установку.

Тривалість перенесення валка з ПСН до спрейерной установці повинна бути зведена до мінімуму. Це обумовлено тим, що на повітрі поверхневий шар валка швидко втрачає тепло.

Етап 5 - інтенсивне водяне охолодження в спрейерной установці.

Виробляється з максимально можливою щільністю зрошення з метою формування найбільш сприятливої ??структури і максимальної глибини активного шару.

Етап 6 - м'яке регульоване водоповітряне охолодження в спрейерной установці з отогревом поверхні.

На цьому етапі триває примусовий знімання тепла з поверхні валка теплового потоку, що надходить з внутрішніх шарів. Тривалість водоповітряного охолодження визначається за умовою досягнення среднемассовой температури валка Т0 (температури копежа).

Етап 7 - відпустку в печі з викатним подом.

Температура і тривалість відпустки визначаються виходячи з вимог на твердість бочки валка.

Новокраматорський машинобудівний завод - лідер вітчизняного машинобудування - є одним з провідних постачальників валків прокатних станів як для України, так і в країни ближнього і далекого зарубіжжя. Заводом успішно освоєні перераховані вище технології.

Технологія ДТО реалізована на ділянці ДТО, який включає в себе дві термічні печі з викатним подом, піч швидкісного нагріву, спрейерную установку.

Автоматизована система управління технологічним процесом ДТО побудована на базі обладнання фірми «SIEMENS» по ієрархічній структурі.

Теоретичні відомості про етап диференційованої

термічної обробки прокатних валків - градиентном

нагріванні в печі швидкісного нагріву

Параметри нагріву валка визначаються маркою стали, вимогами по глибині активного шару, рівнем тріщиностійкості металу центральній частині валка і розмірами можливих дефектів металургійного походження. Розглянемо більш докладно фактори, що впливають на вибір параметрів нагріву.

Оптимальна температура нагріву ТНвибірается з розрахунку отримати максимальну закаливаемость, тобто максимальну твердість структури мартенситу і залишкового аустеніту, що утворюється в поверхневому шарі валка при загартуванню. З ростом температури нагріву Тнв легованих валкових сталях збільшується ступінь розчинення карбідів і, як наслідок, підвищується прокаливаемость стали і твердість мартенситной матриці. Але при цьому одночасно збільшується вміст залишкового аустеніту в загартованою структурі, що веде до зниження твердості. Дія цих двох протилежно спрямованих факторів призводить до появи максимуму на кривій залежності твердості загартованої структури стали заданого складу від температури нагріву.

Додатковим фактором, який обмежує ТНсверху, є негативний вплив перегріву на зростання зерна аустеніту і, отже, огрубіння структури мартенситу після гарту. Крім того, підвищення температури нагріву збільшує рівень максимальних розтягуючих залишкових напружень. Для стали 90ХФ оптимальною температурою нагріву при ДТО є ТН?920?С, для стали 75ХМ ТН?950?С.

Оптимальний режим нагріву складається з максимально інтенсивного нагріву поверхні бочки до температури ТНІ витримці при даній температурі до прогріву на задану глибину вище температури аустенізації АС3. Обмежувати інтенсивність нагріву можуть або можливості обладнання (потужність печі швидкісного нагріву - ПСН), або високі розтягують напруги, які виникають в центральній зоні валка при інтенсивному нагріванні.

KOBE STEEL (підприємство-розробник теорії диференційованої термічної обробки прокатних валків - ДТО) рекомендує наступний режим нагріву: до 960?С по металу за 3ч і витримка протягом 1ч при температурі поверхні валка 960?С. швидкість нагріву (менше 140?С / ч) досить мала і обмежується, мабуть, можливостями застосовуваної системи опалення з радіаційними пальниками. При такому нагріванні виникають максимальні розтягують напруги, які формуються в кінці витримки, дуже малі (в межах 180 МПа для всіх діаметрів). Таким чином, з точки зору безпеки режим градиентного нагріву істотно менш напружений, ніж режим попереднього підігріву. При заданому режимі поверхневий шар валків різних діаметрів прогрівається на 140-160 мм.

Проектована ПСН, обладнана швидкісними пальниками, за даними базового варіанту може забезпечити швидкість підйому температури поверхні бочки валка аж до 300?С / год (по металу). Для визначення раціонального діапазону параметрів нагріву розробниками базового варіанту (фірма «Термосталь» м Санкт-Петербург) виконано цикл розрахунків нагріву валків зі сталі 75ХМФ до 950?С по поверхні бочки з варіюванням діаметра валків D = 1200, 1600, 2000 мм, температури попереднього підігріву ТП = 400, 450, 500?С і швидкості нагріву по металу VН = 100, 200, 300?С / год. При цьому фіксувався критичний розмір дефекту для всіх режимів.

Результати розрахунків наведено на малюнку 1.2, де добре видно вплив масштабного фактора: зі зростанням діаметра форма залежності критичного дефекту від швидкості нагріву змінюється на протилежну. Якщо для діаметра 1200 мм ДКРуменьшается при збільшенні швидкості нагріву, для діаметра 1600 мм залежність немонотонна, то для діаметра 2000 мм розмір критичного дефекту збільшується зі зростанням VН.

П

ри виборі оптимального поєднання ТПІ VНпредварітельно можна керуватися формальним обмеженням на рівень допустимих дефектів по ОСТ 24.023.33-86 «Ультразвуковий контроль ВХП», який допускає для валків діаметром понад 1200 мм поодинокі несплошності з еквівалентним діаметром до 200 мм. Беручи це обмеження, можна бачити з малюнка 1.2, що застосування максимально можливої ??інтенсивності нагріву (300?С / год по металу) допустимо при ТП = 480?С, 450?С і 400?С для валків діаметром відповідно 1200, 1600 і 2000 мм .

Рисунок 1.2 - Розподіл температури в поверхневому шарі валків діаметром 1200, 1600 і 2000 мм із сталі типу 75ХМФ в кінці градиентного нагріву.

Слід підкреслити, що реальне проектування режиму нагріву можливо тільки після визначення реально можливої ??максимальної інтенсивності нагріву в ході теплотехнічних випробувань ПСН, а також реальної тріщиностійкості металу в серцевині валків із різних марок сталі, підданих поліпшення.

Тривалість витримки при підтримці температури бочки валка на рівні температури нагріву ТНзавісіт від бажаної глибини прогріву поверхневого шару до температури аустенізації АС3. У свою чергу, оптимальна величина прогріву залежить від прокаливаемости стали й інтенсивності охолодження. Суть процесу полягає в наступному.

При збільшенні глибини аустенізірованного шару зростає і глибина загартованого шару, але тільки до певної величини, обмеженої можливостями сталі (прокаливаемостью) і спрейерной установки (максимальною інтенсивністю охолодження).

Зростання глибини прогріву понад цього оптимального значення призводить до накопичення зайвого тепла в валку, що починає знижувати швидкість охолодження на кордоні загартованого шару, підвищує температуру на осі валка і призводить до зростання залишкових напружень. Коротенько цей принцип слід охарактеризувати так: не слід прогрівати валок більше необхідного.

В якості ілюстрації на малюнку 1.3 для валка діаметром 1200 мм показані залежності глибини аустенізірованного шару LАі загартованого шару LЗ (загартованим шаром умовно прийнятий шар з твердістю вище 45HS, що відповідає наявності в структурі не менше 50% бейнітного-мартенситной суміші) від тривалості нагрівання при температурі поверхні ТН = 950?С (сталь 75ХМФ) і ТН = 920?С (сталь 90ХФ). Нагрівання до температури ТНпроводілся зі швидкістю 300?С / год по металу, охолодження - з максимально можливою для даної спрейерной установки, яка допускає проводити охолодження з максимальною щільністю зрошення від 1.14 кг / м2?с (валок діаметром 2000 мм) до 1.9 кг / м2 ?с (валок діаметром 1200 мм).

Р

Малюнок 1.3 - Залежність глибини аустенізірованного шару LЗ (а) і температури центру ТЦ (б) від тривалості прогріву при градієнтному нагріванні валка діаметром 1200 мм.

З малюнка 1.3 видно, що збільшення тривалості прогріву понад 1 год практично не збільшує глибину загартованого шару для валка зі сталі 75ХМФ і 90ХФ. При цьому прогрів понад 1.5 ч навіть знижує глибину загартованого шару в валку зі сталі 90ХФ. Додатковим аргументом на користь обмеження тривалості нагріву служить той факт, що при витримці температура центру зростає досить інтенсивно, що буде супроводжуватися збільшенням залишкових напружень.

При виборі оптимальної тривалості прогріву слід враховувати, що зі зростанням витримки при температурі аустенізації збільшуються залишкові напруги в валку після гарту, тому цей параметр треба вибирати з урахуванням обмежень на рівень залишкових напружень.

У свою чергу, рівень залишкових напружень можна визначити, тільки вибравши режим охолодження, який залежить від режиму нагріву. Таким чином, параметри нагрівання та охолодження виявляються взаємозалежними. Це означає необхідність багатоваріантних (многопараметрических) розрахунків на стадії проектування режиму для визначення оптимальних значень параметрів ДТО.

Призначення, структура і склад АСУ ПСН

1.2.1 Призначення

ПСН призначена для швидкісного нагріву бочки валка (попередньо підігрітого в печі з викатним подом до температури 400-550?С) з постійною швидкістю 100-300?С / год (по металу) до температури гарту 920-970?С і наступною витримкою протягом 45-60 хв. В результаті нагрівання в ПСН в валку формується градієнтне розподіл температури з прогріванням поверхневого шару на задану глибину.

Спрейер призначений для регульованого охолодження бочки валка, при цьому на першому етапі використовується інтенсивне водяне охолодження з максимальною витратою води протягом 30-60 хв. На другому етапі застосовується м'яке водо-повітряне охолодження з регульованою витратою води протягом 75-145 хв.

Устаткування системи управління (СУ) ПСН призначене для управління тепловим режимом печі швидкісного нагріву в ручному і автоматизованому режимі.

Устаткування СУ спрейера призначене для управління режимом охолодження на спрейерной установці в ручному і автоматизованому режимі.

Устаткування системи управління призначено для роботи в наступних умовах:

номінальне значення кліматичних факторів зовнішнього середовища по ГОСТ 15150-69, ГОСТ 15543-70 для кліматичного виконання У;

температура навколишнього середовища від + 5?С до + 50?С, навколишнє середовище не вибухонебезпечне, з вмістом корозійно-активних агентів в атмосфері типів I і II по ГОСТ 15150-69, верхня концентрація інертного пилу (в т.ч. токопроводящей) в повітрі не більше 10 мг / м?;

живлення здійснюється від трифазної мережі змінного струму;

коливання напруги харчування щодо номінального в межах 0,85 - 1,1;

за способом обслуговування шаф і пультів з розміщеними в них технічними засобами АСУ виконані одностороннього обслуговування з доступом спереду;

для захисту персоналу від ураження електричним струмом при дотику до електроустаткування і для зменшення перешкод в ланцюгах управління застосована система шин для заземлення і вирівнювання потенціалу PE, заземлення екранів кабелів і проводів.

1.2.2 Структура і склад АСУ

Робота автоматизованих систем управління СУ ПСН і СУ спрейера заснована на принципах управління технологічними процесами з використанням одного мікропроцесорного контролера, що здійснює одночасне керування обома установками в реальному масштабі часу. Для зв'язку між окремими електронними пристроями системи керування (контролер, децентралізована периферія, панель оператора і промисловий комп'ютер) організовані локальні мережі управління MPI і Profibus DP (Європейський стандарт EN 50170).

Архітектура системи управління побудована за дворівневою схемою:

нижній рівень управління;

середній рівень управління.

Нижній рівень управління (НУУ) включає в себе модулі мікропроцесорного контролера SIMATIC S7 - 315 DP з цифровими і аналоговими входами-виходами і його децентралізовану периферію (видалені входи-виходи), об'єднану мережею PROFIBUS DP. Устаткування НУУ здійснює збір інформації з пультів, шаф і датчиків, її попередню обробку та передачу на середній рівень управління, а також видачу керуючих впливів на виконавчі механізми установки в залежності від алгоритму управління.

Середній рівень управління (СУУ) являє собою промисловий комп'ютер SIMATIC RI25P, панель оператора ОР7 і мікропроцесорний контролер SIMATIC S7-315DP об'єднані мережею MPI. Устаткування СУУ призначено для введення параметрів технологічного процесу, програмного управління, контролю, діагностики та протоколювання ходу технологічного процесу.

До складу системи управління входять:

шафа контролера;

шафа електрообладнання, КВП і А;

шафа комп'ютерний;

пульт управління;

датчики технологічних параметрів та електрообладнання на механізмах ПСН і спрейерной установки.

1.2.3 Управління тепловим режимом ПСН з допомогою системи управління на базі мікропроцесорного контролера

Система управління тепловим режимом ПСН реалізована на принципах управління технологічним процесом в режимі реального часу на базі мікропроцесорного контролера і призначена для вирішення наступних завдань:

підготовки та завдання змінних технологічного процесу і налаштування параметрів регулювання;

управління автоматикою безпеки печі;

управління розпалом пальників;

регулювання температури поверхні бочки прокатного валка або температури печі;

регулювання співвідношення «газ-повітря»;

регулювання тиску в робочому просторі печі;

візуалізації, контролю, діагностики і протоколювання ходу технологічного процесу.

До складу системи управління функціонально входять наступні підсистеми:

підсистема вимірювання технологічних параметрів;

підсистема візуалізації, контролю, діагностики і протоколювання;

підсистема автоматичного регулювання;

підсистема автоматики безпеки.

1.2.4 Підсистема вимірювання технологічних параметрів

Підсистема вимірювання технологічних параметрів призначена для збору та обробки інформації від аналогових і дискретних датчиків технологічного процесу.

До контрольованих аналоговим параметрів належать:

температура газового середовища в трьох точках робочого простору печі (близько торцевих стінок і посередині печі);

температура поверхні нагрівається металу;

температура газів, що відходять перед димовим клапаном;

температура димових газів після повітряного клапана на димоході;

тиск в робочому просторі печі:

витрата газу на піч;

витрата повітря на піч;

положення заслінок газу, повітря і димовидалення.

Контроль температури в робочому просторі печі здійснюється за допомогою термопар типу ТПР-1788.

Контроль температури нагрівається металу проводиться автоматичним оптичним пірометром ARDOCELL PZ20 фірми Siemens.

Контроль температури газів, що відходять здійснюється з використанням термопар ТХА-2388.

Тиск в печі вимірюється вимірювальним перетворювачем «Сапфір-22М-ДИВ»

Витрата газу та повітря вимірюється перед регулюючими органами комплектом приладів, що складаються з зондів вимірювання витрати SDF фірми SKI і вимірювальних перетворювачів SITRANS P фірми Siemens, розміщених за місцем на трубопроводах газу та повітря. Застосування зондів зумовлено необхідністю мінімізації втрат тиску по повітряному тракту печі і істотно більш широким порівняно з вимірювальними діафрагмами діапазоном вимірювання. Програмою контролера передбачається демпфірування миттєвих (поточних) вимірювань значень витрати газу та повітря для згладжування пульсації результатів.

Положення заслінок газу, повітря і димовидалення, пов'язаних через тяги з виконавчими механізмами контролюється блоками БСПТ-10 вбудованими в МЕВ.

До контрольованих дискретним параметрами ставляться інформаційні сигнали:

становище і стан допоміжних механізмів печі;

мінімальне і максимальне відкриття МЕВ;

наявність спрацьовування електромагнітних клапанів пальників;

наявність контролю факела пальників і сигналів з датчиків автоматики безпеки;

поточний стан кнопок управління.

Інформація про положення та стан допоміжних механізмів печі надходить на входи контролера з сухих контактів проміжних реле і служить для цілей діагностики.

Сигнали про мінімальний і максимальному відкритті МЕВ надходять при спрацьовуванні їх вбудованих кінцевих вимикачів і служать для обмеження ходу виконавчих механізмів.

Наявність спрацьовування електромагнітних клапанів фірми Kromschroeder контролюється вбудованими покажчиками положення.

Наявність полум'я факела пальників контролюється приладами Ф34.3.

Поточний стан кожної кнопки управління постійно відстежується контролером і при його зміні виробляються дії у відповідність з функціональним призначенням відповідної кнопки.

1.2.5 Підсистема візуалізації, контролю, діагностики і протоколювання

Підсистема візуалізації, контролю, діагностики і протоколювання призначена для організації доступу в діалоговому режимі оператора-технолога і майстри КВП і А печі до виконання операцій передбачених технологією при роботі ПСН. До складу підсистеми функціонально входять промисловий комп'ютер SIMATIC RI 25P (комп'ютер) і панель оператора SIMATIC OP7 (панель оператора ОР7), що працюють під управлінням контролера SIMATIС S7-315 DP (контролер), все обладнання фірми Siemens.

Комп'ютер і панель оператора ОР7 виконують функцію відображення змінних технологічного процесу (температура, тиск і т.д.), введення технології, параметрів (завдання регуляторам, конфігураційні коефіцієнти і т.д.) і служать як засіб для видачі керуючих команд на контролер під управлінням оператора-технолога.

Для майстра КВП і А передбачена можливість зміни налаштування параметрів регуляторів, параметрів вентиляції, розпалу й т.д., а також зміни конфігурації комп'ютера і панелі оператора ОР7 (робота з аварійними повідомленнями, зміна паролів, установка часу і т.д).

При роботі ПСН система діагностики контролера здійснює безперервної контроль за станом механізмів і параметрів технологічного процесу і управляє видачею текстових повідомлень на монітор комп'ютера і панель оператора ОР7, а також світловою та звуковою сигналізацією.

Після запуску режиму печі по температурно-часовим графіком проводитися протоколювання ходу технологічного процесу із записом на жорсткий диск пам'яті промислового комп'ютера.

1.2.6 Підсистема автоматичного регулювання

Підсистема автоматичного регулювання призначена для управління тепловим режимом печі і включає в себе три контури регулювання:

контур регулювання температури печі,

контур регулювання співвідношення «газ-повітря»;

контур регулювання тиску в печі.

Регулювання температури в печі здійснюється шляхом впливу на виконавчий механізм, пов'язаний регульованою тягою з заслінкою на газопроводі, у функції зміни температури печі по температурно-часовим графіком нагріву. Завдання регулятору формується в контролері по алгоритму управління у вигляді одиничних значень залежно від заданої технології (зміна завдання температури по швидкості або в часі).

Регулювання співвідношення "газ - повітря" здійснюється шляхом впливу на виконавчий механізм, пов'язаний регульованою тягою з заслінкою на повітряному трубопроводі, до функцій каскадної схеми регулювання співвідношення газоповітряної суміші. За цією схемою провідний регулятор (температури) працює у функції зміни температури печі по температурно - часовим графіком нагріву і при цьому формує поточне завдання відомому (співвідношення "газ-повітря") за графіком співвідношення витрат газу та повітря, а ведений регулятор в свою чергу формує керуючий вплив на виконавчий механізм.

Регулювання тиску в робочому просторі печі ввозяться функції підтримки постійним заданого тиску в печі, шляхом впливом на виконавчий механізм пов'язаний регульованої тягою з заслінкою димовидалення.

Елементи підсистеми автоматичного регулювання уніфіковані і складаються з безконтактних тиристорних реверсивних пускачів ПБР і виконавчих електричних механізмів МЕВ. Контроль положення виконавчого органу ведеться через струмовий датчик зворотного зв'язку і индицируется на відповідному екрані комп'ютера або панелі оператора ОР7.

Управління виконавчими механізмами можливо і при відключених регуляторах - в ручному режимі, дистанційно, з технологічної клавіатури панелі оператора ОР-7 або з клавіатури комп'ютера.

1.2.7 Підсистема автоматики безпеки

Підсистема автоматики безпеки призначена для експлуатації в складі устаткування печі швидкісного нагріву. Функціонально апаратна частина автоматики безпеки працює автономно від контролера і управляє електромагнітом, що встановлюються на запобіжно-запірних клапані на вводі газу до печі.

Схема безпеки реалізована на базі контролера "LOGO!" Фірми Siemens. Контролер "LOGO! "Являє собою логічний пристрій з 12 дискретними входами (24В), 8 релейними виходами і реалізує алгоритм управління відсічним газовим клапаном печі і аварійної звуковою та світловою сигналізацією.

Включення електромагніту відсічного газового клапана здійснюється кнопкою «Відсічний клапан. Включити ». Включення відсічного клапана можливо в тому випадку, якщо не виконуються умови відсічення газу.

Відсічення газу здійснюється в таких випадках:

при зниженні тиску газу після регулятора тиску нижче допустимої межі;

при підвищенні тиску газу після регулятора тиску вище допустимого рівня;

при зниженні тиску повітря в повітропроводі печі нижче допустимої межі;

при натисканні кнопки «Відсічний клапан. Відключити »;

при натисканні кнопки «Аварійний стоп»;

при сигналі від контролера «Газ відключити» (даний сигнал видається контролером при згасанні факелів пальників або при падінні тиску в печі нижче аварійно допустимої межі).

При спрацьовуванні відсічного клапана видається звуковий сигнал і загоряється лампа, що сигналізує про причину відсічення газу:

при зниженні тиску газу після регулятора тиску нижче допустимої межі - лампа «Тиск газу мало»;

при підвищенні тиску газу після регулятора тиску вище допустимого рівня - лампа «Тиск газу велико»;

при зниженні тиску повітря в повітропроводі печі нижче допустимої межі - лампа «Тиск повітря мало»;

при натисканні кнопки «Відсічний клапан. Відключити », при натисканні кнопки« Аварійний стоп »і при сигналі від контролера« Газ відключити »- лампа« Відсічення газу ».

Аналіз існуючої системи управління та

постановка задачі проектування

Існуюча в базовому варіанті система управління піччю ПСН має ряд переваг і недоліків. До переваг слід віднести централізоване управління всією ділянкою ДТО від одного контролера, високий ступінь автоматизації процесу нагріву валка і механізації завантажувально-розвантажувальних робіт.

До недоліків такої системи можна віднести наступні:

застосування електроприводів обертання та орієнтування, що мають значні габарити, вартість і володіють значно меншою надійністю в порівнянні з аналогічними гідравлічними приводами;

застосування електричних регулюючих механізмів в магістралях подачі газу і повітря, що забезпечують регулювання в дуже вузькому діапазоні;

відсутність синхронізації роботи приводів і регуляторів подачі газоповітряної суміші;

відсутність контролю споживання енергоносіїв (природного газу та електроенергії);

застосування в системі управління дорогого імпортного обладнання.

Отже, проектована система повинна бути, по можливості позбавлена ??від цих недоліків або, принаймні, зводити їх до мінімуму. Основними завданнями проектування є:

розробка стежить системи регулювання, контролю та реєстрації споживання енергоносіїв для зниження собівартості кінцевого продукту - валків для прокатних станів;

заміна електричних приводів на гідравлічні, що володіють меншими габаритами (не вимагається установки редукторів та інших передавальних механізмів), вартістю (реалізовані на апаратурі вітчизняного виробництва) і надійністю;

установка регуляторів подачі газоповітряної суміші з пропорційним електричним управлінням, які забезпечують регулювання в широкому діапазоні з високою точністю;

забезпечення синхронізації роботи приводів і регуляторів подачі для підтримки процесу прогріву валка з оптимальними параметрами;

забезпечення мінімальних витрат на установку самої системи шляхом можливе мінімального зміни вже існуючої - тобто без зміни загальної структури ділянки в цілому і печі зокрема.

2 РОЗРАХУНКОВО-КОНСТРУКТОРСЬКЕ ЧАСТИНА

2.1 Проектування гідроприводів обертання валка і торцевого орієнтування

2.1.1 Гидропривод обертання валка

За заданим значенням зусилля на опорних роликах приводу Ммакс = 1300Н?м і заданої (максимальної) швидкості обертання валка Vмакс = 1с-1вибіраем виконавчий орган - гідромотор високомоментного типу ГРВ-600, який має такі технічні характеристики (таблиця 2.1).

Таблиця 2.1 - Технічні характеристики гидродвигателя ГРВ-600

 Параметр

 Од. вим.

 Значення

 Максимальний обертовий момент на валу ротора

 Нм

 1650

 Номінальний обертальний момент на валу ротора

 Нм

 1500

 Робочий тиск

 МПа

 32

 Максимальна частота обертання валу ротора

 З -1

4

 Робочий об'єм

 М 3 / об

 526?10 -6

 Номінальна витрата робочої рідини

 М 3 / с

 0,87

 Механічний ККД

 0,975

 Об'ємний ККД

 0,87

 Максимально допустима температура робочої рідини

 ° С

 120

 Рекомендовані типи робочої рідини

 И20, И40, АЇМ

Визначення вхідних і вихідних параметрів виконавчого органу (ІС).

Тиск на вході ІО (за умови, що тиск на виході дорівнює 0):

14,83 (МПа) (2.1),

де МMAX- момент опору на валу мотора, Н?м;

VГ- робочий об'єм двигуна, м3 / об;

?М- механічний ККД мотора.

Витрата робочої рідини на вході і виході гідромотора:

(М3 / с) (2.2);

(М3 / с) (2.3),

де ?MAX- максимальна швидкість обертання ротора, с-1;

?О- об'ємний ККД гідромотора.

Втрати тиску по довжині трубопроводу і в місцевих гідравлічних опорах за даними проектного варіанту печі (Фірма «Термосталь» м Санкт-Петербург) становлять близько ?pLІС = 0.64 МПа.

Вибір гідравлічної апаратури і визначення втрат тиску в гідроапарат. За отриманими значеннями тиску (2.1) і витрати (2.2) вибираємо гідравлічну апаратуру (гідравлічна принципова схема наведена на аркуші 3 графічної частини дипломного проекту):

Фільтр напірний типу 1П110.19.00.190;

Гідравлічний замок типу ЗГД-10-4;

Регулятор витрати типу ДВП-25;

Дросселирующий розподільник типу РП-20.

Технічні характеристики гидроаппаратов наведені в таблицях 2.2 і 2.3.

Таблиця 2.2 - Технічні характеристики гідроапаратури

 Параметр

 Од.вим

 Фільтр 1П110.19.00.190

 Замок ЗГД-10-4

1

2

3

4

 Тиск паспортне

 МПа

 32

 25

 Витрата робочої рідини паспортний

 М 3 / с

 23,3?10 -4

 6,67?10 -4

 Втрати тиску

 МПа

 0,2

 0,7

 Витоку робочої рідини

 М 3 / с

 4,1?10 -6

 7,3?10 -6

Таблиця 2.3 - Технічні характеристики гідроапаратури з пропорційним електричним управлінням

 Параметр

 Од.

 ДВП-25

 РП-20

 Тиск номінальний

 МПа

 32

 32

 Витрата паспортний

 М 3 / с

 33?10 -4

 50?10 -4

 Втрати тиску

 МПа

 0,3

 0,7

 Втрати робочої рідини

 М 3 / с

-

 13?10 -6

 Діаметр умовного проходу

м

 25?10 -3

 25?10 -3

 Площа перерізу умовного проходу (середня)

 М 2

 4,9?10 -4

 4,9?10 -4

 Хід золотника управління

м

 1,6?10 -3

 0,8?10 -3

 Діаметр керуючого золотника (діаметр прохідний щілини)

м

 10?10 -3

 (0,8?10 -3)

 Діаметр регулюючого золотника

м

 25?10 -3

 45?10 -3

 Коефіцієнт зворотного зв'язку

 А / мм

 0,26

 0,23

 Маса керуючого золотника

 кг

1

 2,3

Визначаємо втрати тиску в гідроапарат:

в напірному фільтрі:

(Па);

в гідравлічному замку:

(Па);

в регуляторі витрати:

(Па)

Сумарні втрати тиску в гидроаппаратуре:

(Па).

Вибір регулюючого органу: по розрахованим значенням тиску і витрати вибираємо дросселирующий гідравлічний розподільник з пропорційним електричним управлінням типу РП-20, який має такі технічні характеристики (таблиця 2.3). Втрати тиску в Гідророзподільники:

(Па).

Визначаємо параметри насосної установки.

Максимальний тиск на вихідному патрубку насоса:

(Па);

мінімальне:

(Па).

Необхідна подача насоса:

,

де ?QУ = ?QФ + ?QГЗ + ?QГР = 24,4?10-6 (м3 / с) - витоку робочої рідини в гідроапарат (паспортні);

(М3 / с).

М

еханіческіе і швидкісні характеристики спроектованого гідроприводу розрахуємо за допомогою програмного продукту SPEED (ДП10.00094.01ПД) - малюнки 2.2 і 2.3.

Р

Малюнок 2.2 - Механічні характеристики приводу обертання валка

Малюнок 2.3 - Швидкісні характеристики приводу обертання валка

2.1.2 Гидропривод торцевого орієнтування

Гідравлічна принципова схема наведена на аркуші 3 графічної частини дипломного проекту.

За заданим значенням зусилля на штоку гідроциліндра приводу торцевого орієнтування FMAX = 425.76 кН і допустимої швидкості руху штока при орієнтуванні ?MAX = 0.005 м / с вибираємо виконавчий орган - гідроциліндр 1П110.16.10.000 виробництва НКМЗ (розроблений для шахтного прохідницького комбайна середньої серії 1П110, привід підйому стріли з різцьовим коронками), який має такі технічні характеристики - таблиця 2.4. Одним з істотних переваг даного гідроциліндра є його незначні габарити при великій розвивати зусилля, що особливо важливо - привід торцевого орієнтування передбачає малі переміщення (до 500 мм) досить важких прокатних валків (масою до 150 тисяч кг).

Визначення вхідних і вихідних параметрів гідроциліндра. Тиск рБна вході в поршневу порожнину (за умови, що тиск на виході РВ = 0):

(Па), (2.4)

де SБ- площа поршневий порожнини гідроциліндра, м2;

?М- механічний ККД гідроциліндра.

Витрата на вході і виході гідроциліндра:

(М3 / С), (2.5)

(М3 / С).

Таблиця 2.4 - Технічні характеристики гідроциліндра 1П110.16.10.000

 Параметр

 Од. вим.

 1П110.16.10.000

1

2

3

 Кількість

 Шт.

2

 Робочий тиск

 МПа

 14

 Діаметр поршня

 мм

 220

 Діаметр штока

 мм

 110

 Хід поршня

 мм

 550

 Обсяг поршнів. порожнини

л

 20.9

 Обсяг шток. порожнини

л

 15.8

 Зусилля штовхає

 кН

 532.2

 Зусилля тягнуче

 кН

 399.1

 Площа поршня. порожнини

 м 2

 0.038

 Площа шток. порожнини

 м 2

 0.0285

 Ном. витрата

 л / хв

 69

Втрати тиску по довжині трубопроводу і в місцевих гідравлічних опорах за даними базового варіанту печі складають ?рдс = 0.083?106Па.

Вибір гідравлічної апаратури і визначення втрат тиску в гідроапарат. За отриманими значеннями тиску (2.4) і витрати (2.5) вибираємо необхідну апаратуру [1]:

фільтр напірний Ф1 типу 1П110.19.00.190 з експлуатаційними характеристиками - таблиця 2.5

замки гідравлічні ЗМ2, ЗМ3 типу ЗГД-10-4 з експлуатаційними характеристиками - таблиця 2.5

дроселі односторонні ДРК1, ДРК2 типу П110.16.00.140 з експлуатаційними характеристиками - таблиця 2.5

регулятор витрати РП з пропорційним електричним управлінням типу ДВП25 з характеристиками - таблиця 2.6

Таблиця 2.5 - Технічні характеристики гідроапаратури

 Р К, МПа

 Q К, м 3 / с

 ?р К, МПа

 ?Q У, м 3 / с

 1П110.19.00.190

 32

 23.3?10 -4

 0.2

 4.1?10 -6

 ЗГД-10-4

 25

 6.67?10 -4

 0.7

 7.3?10 -6

 П110.16.00.140

 25

 23.3?10 -4

 0.43

 1.5?10 -6

 П110.16.00.160

 25

 6.3?10 -4

 0.2

 0.9?10 -6

Таблиця 2.6 - Технічні характеристики гідроапаратури з пропорційним електричним управлінням

 Параметр

 Од. вим.

 ДВП-25

 Рп20

 Ном. тиск

 МПа

 32

 32

 Ном. витрата

 м 3 / с

 33?10 -4

 50?10 -4

 Втрати тиску

 МПа

 0.3

 0.7

 Витрата витоків

 м 3 / с

-

 13?10 -6

 Діаметр умовного проходу

 мм

 25

 25

 Площа умовного проходу

 м 2

 4.9?10 -4

 4.9?10 -4

 Діаметр основного золотника

 мм

 25

 45

 Хід основного золотника

 мм

 6.2

 3.5

 Діаметр золотника управління

 мм

 10

 0.8 (діаметр сопла)

 Хід золотника управління

 мм

 1.6

 0.8

 Коефіцієнт зворотного зв'язку

 0.26

 0.23

 Маса основного золотника

 кг

1

 2.3

Втрати тиску в напірному фільтрі:

(Па);

втрати тиску в гідравлічному замку:

(Па);

втрати тиску в дроселі односторонньому:

(Па);

втрати тиску на регуляторі витрати:

(Па).

Сумарні втрати тиску в гидроаппаратуре:

?рАП = ?рФ + ?рГЗ + ?рДР + ?рРП = 0.196?106 (Па).

Вибір регулюючого органу. За розрахованими значеннями тиску і витрати вибираємо дросселирующий гідравлічний розподільник з пропорційним електричним управлінням типу рп20, який має такі характеристики - таблиця 2.6 втрати тиску в Гідророзподільники:

(Па).

Визначаємо вихідні параметри насосної установки. Максимальний тиск на вихідному патрубку:

рамах = ?рАП + ?рДС + ?рГР + рБ = 12.1?106 (Па);

мінімальне:

рАМIN = ?рАП + ?рДС + ?рГР = 0.282?106 (Па).

Необхідна подача насоса:

QAMAX = QБ + ?QУ,

де ?QУ = ??QУ.АП = 25.9?10-6м3 / с - сумарний витрата витоків в гідроапарат.

QАМАХ = 3.42?10-4 + 25.9?10-6 = 3.67?10-4 (м3 / с).

Площа умовного проходу дроселя:

м2.

М

еханіческіе і швидкісні характеристики (малюнки 2.4 і 2.5) розрахуємо за допомогою програми SPEED.

Р

Малюнок 2.4 - Механічні характеристики приводу торцевого орієнтування

Рисунок 2.5 - Швидкісні характеристики приводу торцевого орієнтування

2.1.3 Визначення параметрів насосної установки

Виходячи з аналізу роботи печі, робимо висновок, що одночасна робота трьох гідравлічних приводів (обертання валка, торцевого орієнтування та підйому кришки) неможлива. Тоді необхідна подача на вихідному патрубку насоса буде дорівнювати найбільшому з витрат гідроприводів (приводу обертання валка, в якому встановлені два гідромотора), а необхідний тиск - найбільшому з необхідних тисків на виконавчих органах (гідродвигуни приводу обертання валка):

QАМАХ = QБМАХ = 5.26?10-4?2 = 10,52?10-4 (м3 / с),

рамах = рБМАХ = 14.83?106 (Па),

де QБМАХ- найбільший з витрат приводів;

рБМАХ- найбільше з тисків у приводах.

За значеннями витрати і тиску вибираємо трисекційний шестерінчастий насос типу НШ-63-63-50 з номінальним тиском рА = 16 МПа та витратами по секціях (14.5-14.5-11.5) м3 / с.

Визначимо необхідну потужність на валу насоса:

(КВт),

де = 0.86 - повний ККД насоса.

Вибираємо приводний двигун для насосної установки типу 2ЕДКОФ250М4У2.5 виконання JM4001.

Одна секція насоса з витратою 14.5?10-4м3 / с працює на привід обертання валка, інша з витратою 14.5?10-4м3 / с працює на привід торцевого орієнтування і третя - на привід підйому кришки печі (в даному проекті не розраховуються).

2.1.5 Динамічний розрахунок гідроприводів

С

залишаємо розрахункову функціональну схему гідроприводу:

Малюнок 2.6 - Розрахункова функціональна схема гідроприводу

- Передавальна функція генератора струму управління,

kY = IВИХ / UВХ = 0.85 / 10 = 0.085 (А / В) - коефіцієнт передачі генератора струму;

ТУ = 0.002 с - постійна часу генератора струму.

Таким чином:

.

- Передавальна функція пропорційного електромагніта,

kПЕ = x0 / IВИХ = 1.6?10-3 / 0.85 = 1.88?10-3 (м / А) - коефіцієнт передачі електромагніта;

ТЕ = LМАГН / RМАГН = 0.01c - постійна часу електромагніта.

Таким чином:

.

- Передавальна функція гідравлічного потенциометра зі зворотним зв'язком,

- Коефіцієнт передачі потенциометра:

= 538.08 (м2 / c);

kД = kP?x0 / Pвх = 538.08?10-3 / 14.1?106 = 0.03?10-6 (М5 / Н?с);

= 15.9?10-4 (м2);

= 64.05?105 (Н / м);

тоді kП = 4.52;

= 2?10-3 (с) - постійна часу потенціометра;

- Відносний коефіцієнт демпфірування коливань.

Тоді:

.

- Передавальна функція основного золотника.

Для приводу обертання валка: k3 = QБ / L = 0.098;

для приводу торцевого орієнтування: k3 = QБ / L = 0.049.

- Передавальна функція гідроциліндра і гідромотора.

Для приводу торцевого орієнтування:

= 26.31 (м-2) - коефіцієнт передачі гідроциліндра;

= 22.1?103 (Н / м) - жорсткість гідроциліндра;

= 1.23 (с) - постійна часу гідроциліндра;

= 0.28 - відносний коефіцієнт демпфірування коливань;

тоді:

.

Для приводу обертання валка аналогічно:

.

- Передавальна функція ланки для отримання вихідного параметра - швидкості. Приймаємо дифференцирующее ланка з глибиною диференціювання а = 1 і постійними часу Т1 = Т2 = 0.1:

.

Тому в приводі послідовно включені дві ланки другого порядку, то в області високих частот ЛАЧХ приводу буде мати нахил порядку -120 dB / дек, що неприйнятно для приводів (малюнок 2.7).

Бажана ЛАЧХ для повільних приводів має вигляд - малюнок 2.8.

Малюнок 2.7 - ЛАЧХ і ЛФЧХ гідроприводу без коригувальних ланок

Малюнок 2.8 - Бажані ЛАЧХ і ЛФЧХ гідроприводу з коригуючими ланками і зворотним зв'язком за швидкістю

Для отримання нахилу в області високих частот порядку -40 ...- 60 dB / дек необхідне включення коригувальних дифференцирующих ланок (+20 dB / дек). Визначення параметрів коригувальних ланок виробляємо за методикою [2] за допомогою програми SIAM (малюнки 2.9, 2.10).

Малюнок 2.9 - ЛАЧХ і ЛФЧХ коригуючого ланки №1

Малюнок 2.10 - ЛАЧХ і ЛФЧХ коригуючого ланки №2

Малюнок 2.11 - Графік перехідного процесу в гідроприводі торцевого орієнтування

Малюнок 2.12 - Графік перехідного процесу в гідроприводі обертання валка

Проаналізувавши отримані графіки перехідних процесів, можна зробити наступні висновки:

час перехідного процесу, до входу заданого параметра в 5% зону для приводу обертання валка tПП?2.1 с; для приводу торцевого орієнтування - tПП?1.8 с, що для даного об'єкта, робочий цикл якого складає для різних марок сталі і типорозмірів валків від 4-5 до 24 годин, є цілком прийнятною величиною;

коливальність, що виявляється при розгоні приводів, що не перевищує 1% при заданому бажаному значенні ?20%, значно нижче і при високій інерційності приводів впливу на якість перехідного процесу не зробить.

Таким чином, спроектовані приводи є високоякісними, задовільними по потужності, споживання енергоносіїв, якості перехідних процесів в динамічних режимах (розгін-гальмування) та високому сталості підтримки заданого параметра (швидкості та відпрацювання положення) в статичних (робочих) режимах.

Крім того, у складі приводів відсутні дорогі імпортні електричні і гідравлічні апарати (на відміну від базового варіанту, на якому встановлені апарати німецької фірми "KromSchroder"), що істотно знижує вартість як самих приводів, так і автоматизованих систем управління ними.

2.2 Повірочний розрахунок теплових режимів в ПСН

Нагрівання металу в печах - поширена операція (застосовується при відпалі, нормалізації, плавці і т.д.). Метал бажано нагрівати швидко, тому в цьому випадку зменшується його угар, збільшується продуктивність печі і зменшується питома витрата палива на нагрів. З цих міркувань доцільно вибирати оптимальний температурний режим печі, що забезпечує, з одного боку, швидке нагрівання металу, а з іншого, не створює в нагреваемом металі надмірних механічних напружень, які можуть призвести до утворення тріщин.

При розгляді процесу нагріву металу в печі необхідно враховувати закони теплового випромінювання, передачу теплоти теплопровідністю і конвекцією, рух газів в пічному просторі, взаємодія пічних газів з металом і т.д. Процесу теплообміну повинні бути підпорядковані: горіння палива - перетворення хімічної енергії в теплову, рух газів в робочому просторі печі і т.д.

Конструкції промислових печей постійно удосконалюються в напрямі інтенсифікації процесів теплообміну при безперервному підвищенні рівня їх автоматизації та механізації.

Дані міркування вилилися в сучасну теорію печей [3], основні принципи якої полягають у наступному:

створення найкращих умов для забезпечення максимального теплового потоку до нагрівається матеріалу;

інтенсивний підведення теплоти в піч при можливо більш повному її використанні в робочому об'ємі печі;

забезпечення розвиненого примусового руху газів в печі;

суміщення топкового простору з робочим простором печі;

можливо більш повна герметизація печі для усунення вибивання пічних газів і подсасиванія атмосферного повітря.

Проведемо спрощений перевірочний розрахунок теплового режиму для прогріву валка зі сталі 75ХМФ діаметром 1200 мм на глибину 120 мм до температури 920?С.

До пальників печі підводиться газоповітряна суміш, що містить 10% природного газу (у розрахунках приймаємо метан) і 90% атмосферного повітря. Теплота, що виділяється при горінні 1кг такої суміші:

(Дж),

де qМЕТ- питома теплота згоряння метану.

Втрати теплоти на нагрівання повітря, придатного до пальника не враховуємо, вважаючи, що він повністю витрачається на підтримку горіння і в процесі передачі тепла до валку не бере.

Теплота, необхідна для прогріву валка з зазначеними вище параметрами:

,

де сСТАЛЬ- питома теплоємність стали 75ХМФ,

сСТАЛІ = 0.385 кДж / кг??С;

mВАЛКА- маса прогрівається частини валка, кг;

Т1 = 450?С і Т2 = 920?С - відповідно початкова та кінцева температура валка, ° С.

Визначимо (приблизно) масу прогрівається частини валка:

,

де ?СТАЛІ = 7850 кг / м3-щільність стали 75ХМФ;

V - об'єм прогрівається частини бочки валка, м3,

,

де h = 1500 мм - довжина бочки валка;

R = 600 мм - зовнішній радіус бочки;

r = 540 мм - внутрішній радіус прогрівається частини.

(М3);

(Кг);

(Дж).

Теплота від пальників до бочки валка передається конвекцією, теплопровідністю і випромінюванням. Найбільшою мірою позначається конвекція і теплопровідність, причому теплопровідність надає швидше негативний вплив - через нагрівання повітря в робочому просторі печі до валка доходить набагато менша кількість теплоти, ніж віддають пальника. Визначимо втрати теплоти на нагрівання повітря в печі, враховуючи, що він розігрівається від нормальної температури 20?С до кінцевої температури поверхні валка:

Позначення аналогічні формулі (2.).

(Кг);

(Дж).

Якщо врахувати постійне вентилювання робочого простору печі, що забезпечує трикратний обмін атмосфери протягом години, то отримуємо:

(Дж).

Таким чином, необхідна кількість теплоти для нагріву валка:

(Дж).

Виходячи з проведених розрахунків, визначимо необхідну величину подачі газоповітряної суміші до пальників і необхідну швидкість обертання валка для рівномірного розподілу градієнта температур по поверхні бочки валка.

Як було зазначено вище, з проведених експериментальних досліджень стає ясно, що оптимальним часом прогріву для валків зі сталі 75ХМФ є величина порядку 1.5 - 2 години при інтенсивності нагріву 250 - 300 ° С / год.

Різниця температур валка при його завантаженні в ПСН і видачу в спрейерную установку становить 920-450 = 470 ° С. При прогріванні з інтенсивністю 250 ° С / год час прогріву складе близько 2 годин, враховуючи можливі втрати теплоти.

Визначимо необхідну подачу газоповітряної суміші. Споживання теплоти в годину:

(Дж).

Враховуючи ККД пальника, рівний ?ГОР = 0.75, отримуємо:

(Дж).

Маса газоповітряної суміші:

(Кг),

і її обсяг:

(М3).

Таким чином, годинне споживання газоповітряної суміші складе 7.272 м3, з них: 0.7272 м3- природного газу (метану) і 6.5448 м3- повітря для підтримки горіння.

Для рівномірного розподілу градієнта температур на поверхні бочки валка необхідно підтримку швидкості обертання валка із заданою точністю на заданому рівні. В цілому, закон зміни швидкості обертання валка залежно від прогріву поверхневого шару досить складний і описується диференціальними рівняннями II порядку, але для орієнтовного розрахунку застосуємо спрощену методику.

Допустима нерівномірність температури по поверхні валка становить ?t = ?5?С. Для нагріву на 5?С необхідно згоряння 0.0033 кг газоповітряної суміші (або 0,0029 м3). При витраті R = 7.272 м3 / ч таку кількість газу згорить за

(Ч) або t5 = 39 (с).

Отже, за цей час валок повинен зробити три чверті обороту, звідси, повний оборот буде здійснений за

(С),

тобто мінімальна швидкість обертання валка:

(С-1).

При цьому нерівномірність розподілу градієнта температур по поверхні бочки валка складе не більше ?t = ?5?С.

2.3 Вимоги до проектованої системи управління,

регулювання, контролю та реєстрації споживання

енергоносіїв

Виходячи з проведених вище розрахунків і вимог, зазначених у завданні на проектування, можна зробити наступні висновки:

автоматизована система управління повинна дозволяти автоматичне регулювання швидкості обертання валка для забезпечення рівномірного розподілу градієнта температур по поверхні бочки валка, що також дозволить трохи знизити споживання природного газу за рахунок оптимального обертання валка (автоматичне керування гідроприводами - регульований привід обертання валка і стежить привід торцевого орієнтування);

автоматизована система регулювання споживання енергоносіїв (природного газу) повинна таким чином налаштовувати регулятори витрати (схема пневматична газова принципова - креслення ДП10.), щоб подача газу була мінімально можливою при збереженні оптимальних параметрів нагріву в печі ПСН (узгодження роботи приводу обертання валка і системи подачі газоповітряної суміші на горіння);

автоматизована система контролю споживання енергоносіїв (природного газу та електроенергії) повинна проводити виміри споживання енергоносіїв і в разі відхилення від допустимих параметрів (збільшення сили струму, зниження напруги, збільшення або зниження витрати або тиску газоповітряної суміші) видати застережливий або аварійний сигнал на пульт оператора (а при роботі в автономному режимі проаналізувати - чи можливо подальше функціонування ПСН до закінчення циклу прогріву і, залежно від прийнятого рішення або заблокувати роботу об'єкта відразу або завершити цикл нагріву валка і після цього заборонити подальше функціонування до усунення несправності);

автоматизована система реєстрації споживання енергоносіїв повинна забезпечувати запис, зберігання і зчитування інформації про споживання енергоносіїв (природного газу та електроенергії) за деякий час роботи ПСН (один цикл прогріву валка, зміна, або будь-який інший на вибір оператора). Причому зберігання інформації має забезпечуватися навіть при відключенні напруги живлення мережі.

Крім того, алгоритми роботи проектованої системи управління не повинні вносити будь-яких кардинальних змін в загальний алгоритм роботи ділянки ДТО, який управляється від однієї загальної керуючої ЕОМ на базі мікропроцесора сімейства INTEL Pentium II. Всі кошти поєднання повинні бути розраховані на підключення до портів введення-виведення саме цього типу ЕОМ і, в той же час, володіти достатньою гнучкістю і підтримувати нормальне функціонування у разі заміни мікропроцесора на інший, більш новий або побудований за що відрізняється архітектурі.

ВСТУП

Метою дипломного проекту є розробка системи регулювання, контролю та реєстрації споживання енергоносіїв піччю швидкісного нагріву (ПСН) для ділянки диференційованої термічної обробки валків для прокатних станів, встановленої в термічному цеху №2 ЗАТ НКМЗ. Необхідність даної розробки викликана економічною неефективністю існуючої системи.

В даний момент на даному об'єкті встановлена ??система управління, що не виконує функції контролю та регулювання споживання енергоносіїв. При цьому приводи печі (електро- і гідроприводи) працюють в регульованих режимах, не забезпечуючи стеження за ходом прогріву валка.

Крім зазначених недоліків існують і інші, не менш важливі.

У зв'язку зі зростаючими обсягами виробництва, значно збільшується потреба у високоякісному прокатному обладнанні. При наявному обсязі виробництва продуктивності старої системи не достатньо. Це уповільнює роботу металургійних підприємств (Єнакіївський металургійний завод, Маріупольський комбінат імені Ілліча та інші), підвищує витрати з експлуатації та ремонту устаткування, що в кінцевому підсумку позначається на собівартості продукції, що випускається.

Наступний аспект проблеми, що розглядається в даному дипломному проекті, безпосередньо пов'язаний з проблемами енергетичної галузі України. Ціни на природний газ постійно зростають при постійному зростанні його споживання. У зв'язку з цим виникає необхідність точного контролю та реєстрації споживання палива, так як встановлені норми споживання часто набагато перевищують дійсний витрата газу.

Основною метою дипломного проекту є проектування такої системи регулювання, контролю та реєстрації споживання енергоносіїв (газ, повітря, електроенергія), яка дозволила б раціонально їх використовувати, керуючи процесом нагріву з найбільш оптимальними параметрами шляхом синхронізації роботи приводів і регуляторів подачі газо-повітряної суміші в робочий простір печі.

Практична цінність розроблюваної системи регулювання, контролю та реєстрації споживання енергоносіїв полягає в підвищенні рентабельності виробництва прокатного обладнання ЗАТ НКМЗ. Розрахунок економічного ефекту від впровадження розроблюваної системи автоматичного управління та діагностики також проведений в даному дипломному проекті.

ВИСНОВКИ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ

Результатом даного дипломного проекту є спроектована система регулювання, контролю та реєстрації споживання енергоносіїв піччю швидкісного нагріву (ПСН) ділянки диференційованої термічної обробки прокатних валків, встановленої в термічному цеху №2 ЗАТ НКМЗ, орієнтована на зниження витрат на ремонт і експлуатацію як самої печі, так і валків.

Рішення про необхідність даної розробки було прийнято в результаті аналізу об'єкта. Було з'ясовано, що на стан робочої поверхні валків значний вплив робить режими термічної обробки. Відповідно до цього були зроблені висновки про необхідність контролю режимів прогріву валка і споживання природного газу та їх оптимізації. Виконання цих функцій було покладено на проектовану систему.

Аналіз існуючої системи управління виявив недостатню точність, тому була спроектована нова система, що забезпечує контроль, регулювання та реєстрацію споживання енергоносіїв, а також оптимізацію процесу нагріву валка шляхом синхронізації роботи регуляторів подачі газоповітряної суміші і приводу обертання валка.

В якості центральної ЕОМ системи використовується промисловий контролер фірми Siemens, керуючий всім ділянкою диференційованої термічної обробки. Для зв'язку системи управління з приводами і регуляторами, були розроблені блоки сполучення з аналого-цифровими і цифро-аналоговими перетворювачами.

Для визначення економічної доцільності проекту було проведено розрахунок техніко-економічних показників, який показав, що застосування даної системи дозволить отримати річний економічний ефект у розмірі 2979,66 грн. і забезпечити повну окупність витрат за 3,41года.

Були проведено аналіз небезпечних і шкідливих виробничих факторів та визначено шляхи мінімізації їх впливу на здоров'я оператора. Так само був проведений аналіз стійкості об'єкта до впливу ударної хвилі при вибуху 116 тонн пропану на відстані 455 метрів і намічені заходи, спрямовані на підвищення стійкості об'єкта.

Таким чином, спроектована система забезпечує всі вимоги пред'явлені в завданні. Крім основного призначення, що полягає в забезпеченні регулювання, контролю та реєстрації споживання енергоносіїв, система дозволяє оптимізувати процес прогріву валка. Невисока вартість, простота і гнучкість дозволяють застосувати цю систему для модернізації існуючого обладнання на металургійних підприємствах важкого машинобудування.

3 СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА

3.1 Розробка структурної схеми системи регулювання, контролю та реєстрації споживання

енергоносіїв

Визначимо структуру проектованої системи управління процесом градиентного нагріву.

До складу системи управління (рисунок 3.2) входять такі структурні блоки:

об'єкт управління (пальники, двигуни та циліндри приводів);

регулювання та керування органи (регулятори витрати і тиску);

реєструючі органи (блок пам'яті і накопичувач на магнітному диску керуючої ЕОМ);

вимірювальні перетворювачі зворотних зв'язків (датчики витрати, тиску, швидкості, переміщення, температури, струму і напруги);

пристрою узгодження (ЦАП, АЦП, генератори стабільного струму, блоки сполучення);

формувачі адрес пристроїв (дешифратори адреси, демультіплексори каналів введення-виведення, аналогові і цифрові ключі);

регістри проміжного зберігання інформації;

гальванічні розв'язки силовий, вимірювальної і керуючої ланцюгів (оптичні, трансформаторні).

У

ЕОМ - центральна керуюча ЕОМ; RG - буферні регістри даних; DAC - цифро-аналоговий перетворювач; ADC - аналого-цифровий перетворювач; MUX - аналогові двонаправлені дешифратори-демультіплексори; DCA - дешифратор адреси; ПМУ - пульт місцевого управління; БАС - блок аварійної сигналізації; ГСТ - генератори стабільного струму; РР - гідравлічні і пневматичні регулятори витрати; ІП - проміжні перетворювачі; ІПОС - вимірювальні перетворювачі зворотних зв'язків.

Рисунок 3.2 - Структурна схема системи управління ПСН

3.2 Розробка засобів сполучення об'єкта з системою управління

3.2.1 Вибір первинних вимірювальних перетворювачів

За отриманими раніше значенням швидкості обертання валка, величини переміщення при торцевому орієнтуванні, витрат газу та повітря, тисків газу та повітря, тисків у гідросистемі, струмів і напруг і заданим значенням температур і рівня масла в баку приймаємо до установки наступні типи вимірювальних перетворювачів:

для вимірювання та контролю тиску в поршневих порожнинах гідроциліндрів, в статорах гідродвигунів і на виході насоса: датчики тиску типу «САПФІР - 22ДІ» з технічними характеристиками:

вимірюється тиск, МПа ? 100;

максимальний вихідний струм, мА ? 20;

напруга живлення, В 36?0.72;

опір навантаження, кОм 0.1 ... 2.5;

тип блоку живлення 22БП36 по ТУ25-02720159-81;

закон зміни вихідного струму;

для вимірювання та контролю струму статорів двигунів приводів насосної станції і вентиляторів: трансформатори струму типу ТКЛМ-0.5-300 / 5 з технічною характеристикою:

номінальну напругу, кВ 0.66;

номінальний первинний струм, А 300;

номінальний вторинний струм, А 5;

номінальний клас точності 0.5;

номінальна частота, Гц 50;

технічні умови

ГОСТ 7746-78;

техніка безпеки ГОСТ 12.2.007.0-75;

для вимірювання та контролю напруги на двигунах приводів насосної станції і вентиляторів: трансформатори напруги типу І-50-0.2-3 / 0.1 с характеристиками:

номінальне первинна напруга, кВ 3;

номінальне вторинне напруга, В 100;

номінальна потужність, В?А 10;

максимальна потужність, В?А 200

номінальна частота, Гц 50;

для вимірювання та контролю температур двигунів, насоса і масла в гідробаку: терморезистор прямого підігріву типу СТ3-19 з характеристиками:

межа вимірювання температур, ° С 0 ... 150;

номінальний опір, кОм (при 20?С) 5,1; 7,5; 10; 15; 100;

номінальна потужність, Вт 0,125;

номінальну напругу, В до 300.

для вимірювання та контролю температури в робочому просторі печі: термоелектричний перетворювач ТХК-51Б з характеристиками:

межа вимірювання температури, ° С 0 ... 1100;

максимальна термо-ЕРС, В 1,25;

довжина робочої частини, мм 1200;

маса, кг 4,25;

для вимірювання та контролю витрат газу та повітря: расходомер ДРПГ-60 з характеристиками:

номінальний тиск, МПа 0,6;

максимальний контрольований витрата, м3 / год 12;

максимальний вихідний струм, А 0,02;

напруга джерела живлення, В 24;

опір навантаження, Ом, не менше 10;

для вимірювання та контролю швидкості обертання валка: тахогенератор ТГ-14/400 з характеристиками:

максимальна вимірювана частота, з-1400;

ЕРС при максимальній частоті, В 11;

маса, кг 2,35;

для вимірювання та контролю величини переміщення при торцевому орієнтуванні: фотоелектричний лінійний датчик переміщення HSM-150/2 з характеристиками:

довжина робочої частини, м 0,85;

похибка вимірювання по всій довжині,% 0,01;

дискретність, імп. / мм 150;

напруги джерел живлення, В +5; -5; +12;

рівень вихідного сигналу ТТЛ;

тип вихідних сигналів: 2 послідовності, зсунутих на 90? відносно один одного для визначення напрямку руху.

3.2.2 Розробка засобів сполучення з датчиками

д

авленія

Схема включення датчика тиску наведена на малюнку 3.3.

Малюнок 3.3 - Схема включення датчика тиску типу САПФІР-22ДІ

Розрахунок елементів схеми.

Визначимо величину опорів R1 і R2. Максимальний вимірюваний струм IMAX = 20 мА, вихідна напруга датчика U вих = 36 В, вимірювана напруга UІЗМ = 10 В, тоді:

;

звідки :.

За технічними характеристиками датчика R1 = 0.1 ... 2.5 кОм, приймаємо R1 = 1.5 кОм, тоді:

= 576.9 (Ом).

Приймаємо R2 = 560 Ом, тоді:

В.

3.2.3 Сполучення з датчиками струму типу ТКЛМ-0.5-300 / 5

Трансформатор струму типу ТКЛМ-0.5Т3 на вторинній обмотці видає струм 5 А частотою 50 Гц. Для підключення АЦП необхідно отримати постійну напругу, пропорційне току. Для цього застосуємо двохнапівперіодне випрямлення вимірювального сигналу і амплітудне детектування (малюнок 3.4).

Р

Малюнок 3.4 - Принципова схема вимірювального каналу струму

Визначимо параметри елементів схеми.

Величина опору резистора R1. На вхід операційного підсилювача має подаватися напруга не більше 10 В. Тоді напруга (синусоидальное) на резистори R1: UR1 = 20 В, звідки:

R1 = UR1 / IT1 = 20/5 = 4 Ом,

потужність резистора R1:

PR1 = I2?R1 = 52?4 = 100 Вт.

Приймаємо резистор R1 типу ПЕЛ-100-3.9. Тоді: UR1 = I?R1 = 19.5 В.

Для визначення параметрів діодів моста необхідні параметри операційного підсилювача (ОУ). Приймаємо ОУ типу 140УД7, вхідний струм якого IВХ.ОУ = 0.55 ?А. За цим значенням струму і напруги UR1прінімаем діоди моста VD1, VD2 типу КД521Б. Стабілітрони VD3, VD4 призначені для захисту ОУ від перевантажень по вхідному напрузі. По максимальному вхідному напрузі ОУ (UВХ.ОУ = 10 В) вибираємо стабілітрони типу КС210А. Діод VD5 - КД521А (UVD5 = 10 В, IMAX = 0.55?A). Транзистор VT1:

напруга затвор-стік Uзс = UВИХ.ОУ + Uпит = 10 + 15 = 25 В;

напруга затвор-витік UЗІ?0;

напруга стік-витік Uси = U вих + Uпит = 10 + 15 = 25 В;

струм стоку (по вхідному току АЦП) IС? 10 мА.

За цими даними приймаємо VT1 типу КП303В.

Резистор R2 - обмежувач струму стоку VT1. Для нормальної роботи детектора IС?IВИХ.ОУ = 10 ... 15 мА, тоді:

R2 = Uпит / IС = 15 / (15?10-3) = 1 кОм.

Постійна часу інтегрування:

(С).

На НЕ інвертується вхід ОП надходить імпульсний сигнал. На інвертується - постійна напруга з виходу детектора. Посилений ОУ DA1 різницевий сигнал заряджає конденсатор с1, і утворюється на ньому напруга передається через істоковий повторювач (VT1) на вихід пристрою. Якщо напруга на витоку транзистора VT1, а, отже, і на вході інвертується ОУ DA1 стає більше вхідного імпульсного напруги, різницевий сигнал на виході останнього зникає і конденсатор починає розряджатися через резистор R1. Розрядка продовжується до тих пір, поки напруга на виході детектора чи не стане менше вхідного на кілька мілівольт, в результаті чого на виході ОП DA1 знову з'являється посилений різницевий сигнал і конденсатор с1 знову заряджається. Таким чином, створюється динамічний стежить режим роботи, що забезпечує рівність вхідного і вихідного напруг детектора з точністю до декількох мілівольт.

Резистор R3 обмежує струм витоку транзистора VT1 при короткому замиканні в навантаженні детектора.

3.2.4 Сполучення з датчиками напруги

Трансформатор напруги типу І-50-0.2-3 / 0.1 на вторинній обмотці видає напругу 100 В. для підключення АЦП необхідно отримати постійну напругу, пропорційну вхідного. Для цього застосуємо ще один понижуючий трансформатор напруги, двохнапівперіодне випрямлення та пікове детектування вимірювального сигналу (аналогічно каналу струму).

Р

Малюнок 3.5 - принципова схема вимірювального каналу напруги

Трансформатор TV2 - типу ТПП207-127 / 220-50. Використовуються обмотки I '- до трансформатора TV1 і III' -к диодам моста. В іншому схема вимірювального каналу напруги повністю повторює схему каналу струму.

За допомогою каналів струму і напруги будуємо канал вимірювання потужності - електронний фазометр [] - його схема приведена на кресленні ДП10.96502.007Е3 в графічної частини дипломного проекту.

Пристрій дозволяє вимірювати кут зсуву фаз в межах ?180?. Сигнали на вході - в межах 0.05 ... 30 В. з виходу ФНЧ, зібраного на мікросхемі 140УД6 виходить аналоговий сигнал, пропорційний куту зсуву фаз між двома вхідними сигналами, який потім надходить на вхід АЦП. З виходу індикатора знака зсуву фаз, зібраного на мікросхемах 555ЛА3 і 555ТМ2 в систему управління надходить дискретний сигнал "0" або "1". Причому "0" означає, що кут зсуву фаз позитивний, т. Е. Напруга випереджає струм.

Вхідний підсилювач-обмежувач з коефіцієнтом посилення малого сигналу порядку КУ = 5 посилює і обмежує сигнал до рівня спрацьовування формувача прямокутних імпульсів на мікросхемах 140УД6. З виходу формувача на пристрій-змішувач надходять імпульси ТТЛ-рівня, одержувані за допомогою мостового випрямляча-обмежувача (діоди КД521А і стабілітрон КС133А). Змішувач, побудований на мікросхемах 555ЛП5, змішує два сигналу (струм і напруга) в імпульсної формі. В результаті чого на вхід ФНЧ надходить послідовність імпульсів різної скважности - виходить своєрідна широтно-імпульсна модуляція. ФНЧ інтегрує ці імпульси, перетворюючи їх у безперервний сигнал, придатний для аналого-цифрового перетворення з великими періодами квантування.

На вхід фазометра слід подавати сигнали безпосередньо з датчиків струму і напруги, а не з перетворювачів, які забезпечують безперервний несинусоїдальний сигнал.

Після перетворення трьох сигналів: струму, напруги та кута зсуву фаз мікропроцесорна система управління може обчислити потужність, споживану двигуном:

.

Це дозволить визначити споживання електроенергії двигунами приводів, шляхом інтегрування значення спожитої потужності за часом, що в результаті дасть значення роботи струму.

3.2.5 Сполучення з датчиками температури статорів

двигунів

Д

атчик температури є терморезистори типу СТ3-19 прямого підігріву. Приймаємо бруківку схему включення з операційним підсилювачем в одному з плечей вимірювального моста (малюнок 3.6).

Малюнок 3.6 - Принципова схема сполучення з датчиком температури

Як датчик температури приймаємо терморезистор прямого підігріву типу СТ3-19 з номінальним опором (при 20?С) рівним 15 Ком.

3.2.6 Сполучення з датчиками температури в робочому

просторі печі

Датчиками температури в робочому просторі печі є термоелектричні перетворювачі типу ТХК-51Б - термопари занурення з довжиною робочої частини 1200 мм. Термо-ЕРС таких перетворювачів не перевищує 1.5 В при максимальній температурі (1100?С) і при нульовій температурі холодних кінців висновків. Фірмою Analog Devices була розроблена мікросхема AD594 - компенсатор точки танення льоду спеціально для термопар типів ТХК, ТХА, ТПП.

Р

Малюнок 3.7 - Вимірювальний канал температури в робочому просторі печі ПСН

Функціональне призначення цієї мікросхеми - компенсація надмірної температури холодних кінців термопари (в ідеалі точне перетворення відбувається при температурі холодних кінців термопари, рівної 0), лінеаризація передавальної характеристики термодатчика та посилення рівня сигналу до величини, заданої на висновках напруги управління мікросхеми (виводи 6 і 9) . Балансування мікросхеми виробляється при накоротко замкнутих диференціальних входах «+» і «-». За допомогою резистора R2 домагаються нульового напруги на виході компенсатора.

На вхід АЦП має подаватися напруга близько 11 В. Для цього після компенсатора необхідно встановити нормирующий підсилювач з коефіцієнтом підсилення КУ = 2. Вхідний обмежує опір R5 = 10 кОм, отже, величина опору резистора зворотного зв'язку:

Ом.

Приймаємо R7 = 22 кОм для забезпечення напруги на виході підсилювача U вих = 11 В.

Крім того, в мікросхемі AD594 вбудовано пристрій сигналізації граничної температури: при досягненні заданої температури (величина задається напругою зміщення на виведенні U0) спрацьовують транзисторні ключі, і спалахує світлодіод HL1. У разі необхідності в схему можна ввести пристрої звукової сигналізації, для цього в мікросхемі передбачений вихід сигналу з частотою 400 Гц і максимальним струмом навантаження 10 мА. Але, т. К. В загальній системі управління ділянкою ДТО звукова сигналізація вже передбачена (температура контролюється модулем LOGO), то цей висновок мікросхеми залишений вільним.

3.2.7 Сполучення з датчиками витрати

Вихідним сигналом датчика витрати є сила струму, отже, для передачі його в блок аналого-цифрового перетворення, необхідна зміна його в пропорційний сигнал напруги. Для цього, на виході перетворювача встановлений резистор R1 - датчик напруги (рисунок 3.8).

Р

Малюнок 3.8 - Сполучення з датчиками витрати

Розрахуємо елементи схеми.

Величина опору резистора R1: максимальний вихідний струм датчика дорівнює 20 мА, напруга на вході операційного підсилювача приймаємо рівним 3,6 В, тоді:

(Ом);

потужність резистора R1:

(Вт).

Приймаємо в якості датчика напруги резистор ОМЛТ-0.125-180.

Визначимо коефіцієнт підсилення операційного підсилювача:

;

і величину опору резистора зворотного зв'язку:

(Ом).

Приймаємо резистор R4 типу ОМЛТ-0.125-30К.

Для поліпшення параметрів схеми і захисту ОУ від перевантажень по входу і виходу паралельно резистору-датчику можна включити стабілітрон КС136А (на схемі не показаний).

3.2.8 Сполучення з електромагнітними гидроусилітелямі (регуляторами витрати)

Гідропідсилювач управляється електромагнітом з пропорційним електричним управлінням. Отже, для регулювання швидкості руху різцевого коронки необхідно сигнал, що надходить від мікропроцесорної системи управління, перетворити в аналоговий сигнал струму. Для цього після ЦАП включається генератор струму управління, що видає на виході струм, пропорційний вхідній напрузі. Так як для повноцінного управління електромагнітом необхідне формування струмів різної амплітуди і полярності, як генератор струму приймаємо схему, описану в [] (малюнок 3.9). Ця схема може бути отримана із загальної функціональної схеми генераторів струму за умови, що два однакових джерела струму - один для позитивної полярності, а інший для негативною - працюють на загальний датчик струму (резистор R25) і загальне навантаження з комплексним опором ZНі мають спільну ланцюг зворотного зв'язку. У цій схемі вихідний струм IНв точності повторює форму вхідної напруги UВХі визначається виразом

.

При вказаних на схемі номіналах джерело струму перетворює вхідну напругу від -10 В до +10 В у ток від -1 А до +1 А. Для досягнення високої точності перетворення потрібно використовувати резистори R18-R25 з допуском не більше 1%.

В

цією схемою можна використовувати практично будь ОУ з відповідними ланцюгами корекції. Слід враховувати, що більш висока точність перетворення напруги в струм виходить при використанні ОУ з малими вхідними струмами і напругами зсуву. Приймаємо ОУ типу 140УД6 - операційний підсилювач з супер-бета транзисторами на вході. У якості регулюючих транзисторів VT1 і VT2 можна взяти будь-які транзистори середньої потужності з максимальним колекторним напругою понад 50 В і струмом колектора 0.5 - 1.5 А.

Малюнок 3.9 - Принципова схема джерела струму

Розрахуємо величину опору резистора R25:

(Ом).

Для отримання вихідного сигналу струму різної полярності необхідно отримання вхідної напруги різної полярності, т. Е. На вхід опорної напруги ЦАП потрібно подавати напругу різної полярності. Для цього застосуємо схему формувача опорної напруги - малюнок 3.10.

Принцип роботи джерела опорної напруги (ДОН) - повторення або інвертування вхідного сигналу. Управління ІОН проводиться по одній дискретної лінії зв'язку: «0» або «1». При надходженні «1» ІОН працює в режимі повторювача, на вхід опорної напруги ЦАП надходить позитивне напруга, з

ледовательно, на виході буде негативне і навпаки.

Малюнок 3.10 - Принципова схема джерела опорної напруги (ДОН) для ЦАП

3.2.9 Сполучення з тахогенератором

Зі обмотки статора тахогенератора знімається сигнал напруги, пропорційний частоті обертання валу ротора. При максимальній вимірюваної частоті 400 с-1ЕДС обмотки статора одно 11В. Частота обертання валка становить 2-20 с-1, отже, пропорційно зменшується знімається з обмотки ЕРС:

(В).

Отже, необхідний проміжний підсилювач, з коефіцієнтом посилення по напрузі рівним:

,

схема якого аналогічна схемі сполучення з датчиками витрати (виключається резистор - датчик напруги R1). Величина опору резистора зворотного зв'язку:

(Ом).

3.2.10 Проектування модулів АЦП і ЦАП

Модуль аналого-цифрового перетворення побудований на інтегральній схемі АЦП типу К1113ПВ1 - десятирозрядний АЦП, сполучаються з мікропроцесором. Ця мікросхема не вимагає додаткових пристроїв вибірки та зберігання і проміжних буферних регістрів. Для нормальної роботи перетворювача необхідно ввести проміжний нормирующий підсилювач на інтегральній мікросхемі ОУ типу 140УД8.

Сигнали для перетворення надходять від 24 вимірювальних перетворювачів безперервної дії. Для спрощення схеми модуля АЦП (установки тільки однієї мікросхеми К1113ПВ1 та зменшення числа оптопар для гальванічної розв'язки силовий та інформаційної ланцюгів) необхідне включення аналогових мультиплексорів загальною структурою 24-1. Застосуємо мікросхеми типу К590КН6 - аналогові комутатори 8-1, для повного перемикання всіх сигналів необхідні три такі мікросхеми. Для вибору одного з 24 каналів необхідні 5 розрядів адреси: 3 для вибору каналу в мікросхемі і 2 для вибору необхідної мікросхеми.

Мікросхема К1113ПВ1 містить пристрій вибірки та зберігання, власне АЦП і проміжні буферні регістри, - т. Е. У разі її застосування не потрібно включення будь-яких додаткових пристроїв.

Модуль цифро-аналогового перетворення побудований на інтегральній мікросхемі ЦАП типу К572ПА1 - восьмизарядний цифро-аналоговий перетворювач. Для отримання сигналів напруги різної полярності був розроблений керований джерело опорного напруги. Для отримання сигналів струму, необхідних для управління пропорційними розподільниками, розроблені генератори стабільного струму управління.

Максимальний вихідний струм генератора становить 1А. Дискретність перетворення мікросхеми К572ПА1 становить 256. Максимальний хід золотника управління у пропорційних розподільниках дорівнює 1мм, при цьому швидкість обертання валка є максимальною - 20 с-1, отже, мінімальна швидкість обертання, яку дозволить така система управління, становитиме 0,078 с-1.

Для системи регулювання подачі повітря і газу на пальники: максимальний хід золотника управління дорівнює 100мм, при цьому витрата газу через розподільник дорівнює 10м3 / год, отже, мінімальний витрата складає 0,039м3 / год, що дозволяє управляти процесом градиентного нагріву в дуже широких межах, за рахунок роздільного узгодженого регулювання частоти обертання валка і подачі газоповітряної суміші в робочий простір печі.

3.2.11 Сполучення з датчиками переміщення

Датчики переміщення типу HSM-150/2 являють собою фотоелектричні перетворювачі величини лінійного переміщення в дві послідовності імпульсів ТТЛ-рівня, зсунутих відносно один одного на 90?, що дозволяє визначати не тільки величину переміщення, але і напрямок руху.

За технічними характеристиками датчика: дискретність становить 15 імпульсів на міліметр, або:

(Имп.),

де N - число імпульсів за повне переміщення лінійки;

d - паспортна дискретність датчика, імп. / мм;

l - довжина робочої частини датчика, мм.

Для перетворення величини переміщення в паралельний код необхідно лічильний пристрій з паралельним виведенням інформації. Для організації такого пристрою застосуємо двійкові реверсивні лічильники типу 555ІЕ7. Визначимо необхідну кількість мікросхем для повного підрахунку числа імпульсів при повному переміщенні рухомий лінійки датчика. Необхідне число двійкових розрядів:

,

приймаємо Nдв = 17 двійкових розрядів.

Тому мікросхеми 555ІЕ7 мають четирехбітовую організацію, то необхідне число мікросхем:

.

Приймаємо 4 мікросхеми 555ІЕ7 (16 двійкових розрядів) і одну мікросхему 555ТМ2 (два асинхронних D тригера з прямими і інверсними виходами і роздільними установкою і скиданням).

Причому D-тригери необхідно включити в режимі рахункових T-тригерів, для чого необхідно з'єднати інверсний вихід тригера з тактовим входом (принципова схема пристрою наведена у графічній частині проекту - креслення ДП10.96502.007Е3).

Організація роботи мікросхем 555ІЕ7 дозволяє без будь-яких додаткових пристроїв автоматично визначати напрямок рахунку - два рахункових входу «+1» і «-1» працюють синхронно по фронту надходить імпульсу: коли на вході «+1» з'являється високий рівень, а на вході « -1 »проходить фронт імпульсу, лічильник сприймає це як декремент поточного стану тригерів, і навпаки - коли на вході« -1 »високий рівень, а на вході« +1 »- фронт імпульсу - відбувається инкрементирование поточного значення.

Вхід R - скидання поточного стану - має пріоритет над усіма іншими входами мікросхеми і використовується для обнулення вмісту лічильників в кінці кожного заданого переміщення валка, щоб уникнути появи постійно наростаючою накопиченої похибки, що становить 0.01% на одне повне переміщення рухомий лінійки датчика, а з урахуванням фазового зсуву між послідовностями на рахункових входах мікросхем 555ІЕ7 ця похибка буде залежати ще й від частоти проходження імпульсів, тобто - Від швидкості переміщення валка.

3.3 Вибір необхідних джерел живлення для пристроїв сполучення та узгодження

За розрахованими раніше елементам принципової схеми системи регулювання, контролю та реєстрації споживання енергоносіїв визначимо необхідні величини живлячої напруги для забезпечення нормальних режимів роботи всіх блоків системи.

Для пристроїв, до складу яких входять мікросхеми операційних підсилювачів (140УД6, 140УД7, К544УД2) необхідні джерела живлення, що забезпечують двухполярной напруга ?15В, при струмі (загальний струм споживання пристроями сполучення від такого джерела) близько 2.5А.

Для пристроїв, до складу яких входять мікросхеми серії 555, необхідне джерело живлення з напругою + 5В і струмом навантаження не менше 1-2А.

Для генераторів стабільного струму необхідне джерело напруги ?24В зі струмом навантаження не менше 25А по кожному каналу.

Крім того, для харчування первинних перетворювачів потрібні наступні напруги:

+ 5В, -5В, + 12В - для живлення датчика переміщення HSM-150/2;

?36В - для живлення вимірювальних перетворювачів тиску САПФІР-22ДІ;

+ 24В - для живлення вимірювальних перетворювачів витрати ДРПГ-60.

Приймаються до установки наступні типи блоків живлення:

22БП36 - для живлення перетворювачів САПФІР-22ДІ (входять в комплект поставки);

БПМ-303М - для живлення перетворювачів HSM-150/2 і ДРПГ-60 (забезпечує наступні величини напруг:

+ 5В при струмі 5А;

5В при струмі 5А;

+ 12В при струмі 0.5А;

+ 24В при струмі 0.1А);

УБП-24 / 50-3 УХЛ4.2 - для живлення генераторів стабільного струму (забезпечує напругу ?24В при струмі навантаження 50А по кожному каналу);

УБП-15 / 10-2 УХЛ4.2 - для живлення пристроїв, до складу яких входять мікросхеми операційних підсилювачів (забезпечує напругу ?15В при струмі навантаження 10А по кожному каналу);

D2-10M - для живлення пристроїв, до складу яких входять мікросхеми серії 555 (забезпечує напругу + 5?0,5В при струмі навантаження до 2.5А).

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка