Разработка системы регулирования давления в печи с шагающими балками для нагрева заготовок трубопрокатного цеха №3 АО «ВТЗ»

1.

Министерство высшего образования и науки РФ
Филиал федерального государственного бюджетного образовательного
учреждения высшего образования
«Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Волжском
Направление подготовки: теплоэнергетика и теплотехника, 13.03.01
Выпускная квалификационная работа:
Разработка и исследование системы
автоматического регулирования
давления в печи с шагающими балками
для нагрева заготовок трубопрокатного
цеха №3 АО «ВТЗ»
Студент: Разливаев Н.А., ТЭ-3-17
Научный руководитель: Агринская С.А., к.т.н., доцент
г. Волжский, 2021

2.

Актуальность
Важным является точное поддержания давления в рабочем
пространстве печи.
Излишне высокое давление в рабочей зоне печи приводит к
выбиваниям газов через неплотности в кладке, и загрузочные окна. При
этом из рабочего пространства уносится тепло, вызывается ускоренный
износ внешних конструкций печи, затрудняется обслуживание агрегата и
загрязняется атмосфера цеха.
При чрезмерно низком давлении в рабочее пространство
засасывается холодный атмосферный воздух, понижая температуру в
печи, неравномерно охлаждая кладку, металл и вызывая дополнительное
окалинообразование.
2

3.

Цель работы
Достижение параметров процесса нагрева рабочей зоны за счет
регулирования давления.
Задачи
1. Проанализировать
недостатки
существующих
методик
регулирования давления в рабочем пространстве печи и разработать
методику их устранения
2. Осуществить выбор комплекса технических средств, необходимых
для реализации системы автоматического регулирования давления
3. Произвести технико-экономическое обоснование принимаемых
проектных решений и выполнить расчет надежности разрабатываемой
системы
4. Разработать проектную документацию
5. Определить параметры настройки системы автоматического
регулирования давления в рабочем пространстве печи.
3

4.

Описание технологического процесса
Рисунок 1 – Общий вид и разрез методической нагревательной печи
1 – заготовки, подлежащие нагреву; 2 – толкатель; 3 – охлаждаемые подовые трубы;
4 – горелки; 5 – окно для отвода продуктов сгорания топлива из печи;6 – боров;
7 - рекуператор; 8 – дымовая труба; 9 – вентилятор.
4

5.

Технические средства автоматизации
Таблица 1 – Основные технические характеристики АГАВА АДР-0,25.5
Параметр
Значение
Диапазон измерения
0 – 0,25 кПа
Погрешность и вариация
2,5 %
Предельное рабочее давление
250 кПа
Выходной сигнал
4...20 мА
Среднее время наработки на отказ
44 000 ч.
Таблица 2 – Основные технические характеристики ПБР3И
Параметр
Значение
Максимальная мощность ЭД
1,5 кВт
Число фаз подключаемого ЭД
3
Напряжение источника питания
24 В
Быстродействие
40 мс
Среднее время наработки на отказ
100 000 ч
5

6.

Технические характеристики
Таблица 3 – Основные технические характеристики АГАВА ПЛК-40
Параметр
Значение
Поддерживаемые интерфейсы
Ethernet 100 Base-T; RS-485; RS-232
Количество дискретных входов (DI)
4 DI
Количество аналоговых входов (AI) и
4 AI, 2 AO
аналоговых выходов (AO)
Типы поддерживаемых сигналов
4–20 мА, 0–20 мА, 0–5 мА; 0–10 В
Средняя наработка на отказ
87 600 ч.
Таблица 4 – Основные технические характеристики МУ110-224.8К
Параметр
Значение
Количество выходов
8
Протокол передачи данных
ModBus-RTU, ModBus-ASCII, DCON
Средняя наработка на отказ
60 000 ч
6

7.

Листинг программы для ПЛК
Рисунок 2 – Программа, реализующая регулирование давления по
средству изменения степени открытия регулирующей арматуры
7

8.

Визуализация
а)
б)
Рисунок 3 – Визуализация процесса регулирования давления в рабочей
зоне ПШБ: а) главный экран; б) экран настройки регулятора
8

9.

Надежность
Рисунок 4 – Надежность канала «давление – положение
регулирующей арматуры» 1- датчик дифференциального давления; 2ПБР; 3 - УСО дискретного вывода; 4 – ПЛК; 5 – БП.
Таблица 5 - Показатели надежности канала регулирования давления
Параметр
Значение
Интенсивность отказов, 1/ч
0,0000537
Средняя наработка на отказ, ч.
18 620
Вероятность безотказной работы
0,9
(соответствует требованиям высокой надежности прописанных
в РД 153-34.1-35.127-2002 )
9

10.

Технико-экономическое обоснование
Таблица 6 – Технико-экономические показатели
Показатель
Система на базе
АГАВА ПЛК-40
Стоимость оборудования, руб.
94 800
Система на
базе ОВЕН
ПЛК 150
116 860
Капитальные затраты, руб.
132 720
163 604
Вероятность безотказной работы канала
регулирования «давление – положение
регулирующей арматуры»
Время наработки на отказ канала
измерения давления, ч.
0,9
0,89
18 620
17 675
10

11.

Математическое описание объекта
управления
Рисунок 5 – Кривая разгона объекта
управления
Передаточная функция объекта управления
(методическая печь) :
Рисунок 6 – Аппроксимация
экспериментальных данных
Передаточная функция регулятора
давления:
11

12.

Заключение
1.
2.
3.
4.
5.
Проанализированы
недостатки
существующих
методик
регулирования давления в рабочем пространстве печи и разработана
методика их устранения
Осуществлен выбор комплекса технических средств, необходимых
для реализации системы автоматического регулирования давления
Произведен технико-экономическое обоснование принимаемых
проектных
решений
и
выполнить
расчет
надежности
разрабатываемой системы
Разработана проектная документация, включающая в себя
структурную, функциональную, принципиальную подключений
схемы, спецификацию, схему внешних проводок
Определены параметры настройки системы автоматического
регулирования давления в рабочем пространстве печи.
12