Дипломная работа: Автоматизация процесса спекания аглошихты

Дипломная работа: Автоматизация процесса спекания аглошихты

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ   Інженерно-педагогічний

КАФЕДРА        АТП і В

СПЕЦІАЛЬНІСТЬ   7.0925.01 Автоматизоване управління

                        технологічними процесами і виробництвами

ПОЯСНЮВАЛЬНА  ЗАПИСКА

ДО ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТУ

НА ТЕМУ:

АСУ ТП процессом спікання агломераційної шихти

в умовах аглофабрики ВАТ ММК ім. Ілліча

СТУДЕНТ __________________________________Цуканова О.А.

КЕРІВНИК ПРОЕКТУ _______________________Щербаков С.В.

КОНСУЛЬТАНТИ:

З ЕКОНОМІКИ

І ОРГАНІЗАЦІЇ ВИРОБНИЦТВА______________Кліменко О.Ю.

З ОХОРОНИ ПРАЦІ_________________________Данілова Т.Г.

З ЦИВІЛЬНОЇ ОБОРОНИ____________________Шоботов В.М.

З НОРМОКОНТРОЛЮ______________________Черкашина Н.В.

РЕЦЕНЗЕНТ_______________________________Шевчук І.Ю.

ПРОЕКТ РОЗГЛЯНУТИЙ КАФЕДРОЮ І ДОПУЩЕНИЙ

ДО ЗАХИСТУ В ДЕК Протокол №______________________________

ЗАВІДУВАЧ КАФЕДРОЮ______________________Гулаков С.В.

МАРІУПОЛЬ, 2002 р.

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка:    с.,    рис.,      табл.,       приложений,   источников.

Объект исследования -  процесс спекания агломерационной шихты в условиях аглофабрики ОАО «ММК им. Ильича».

В пояснительной записке рассматриваются вопросы автоматизации участка спекания агломерационного цеха «ММК им. Ильича». Описывается состояние автоматизации в агломерационном производстве на данный момент времени. Литературный обзор содержит информацию о состоянии автоматизаци процесса спекания на различных комбинатах и предприятих черной металлургии, перспективные решения различных проблем и новые технологии. Создание АСУ ТП невозможно без тщательного изучения технологического процесса, поэтому вначале пояснительной записки рассматривается технологический процесс спекания и конструкция агломашины. На основании рассмотрения автоматизируемых параметров, рассматриваются задачи автоматизации и проектируется система АСУ ТП. В процессе проектирования разрабатывается структурная схема автоматизации, выбираются технические средства для контроля и регулирования параметров агломашины, разрабатывается функциональная схема автоматизации. Проектируется оптимальное расположение технических средств на щитах, монтажно-коммутационные и принципиально-электрические схемы подключения приборов.

В специальной части пояснительной записки предложена математическая модель спекания агломерационной шихты, реализуемая на ЭВМ, позволяющая быстро и с минимальными затратами исследовать влияние ведущих параметров процесса спекания (высоты слоя шихты, содержания углерода и влаги в шихте, скорости движения спекательных тележек и др.) на его технико-экономические показатели и может быть исполь­зована в качестве информационной части в АСУ агломерацион­ным производством для оптимизации технологического процес­са.

АВТОМАТИЗАЦИЯ, АГЛОМЕРАЦИОННАЯ МАШИНА, ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА, КОНТУР УПРАВЛЕНИЯ, ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА, МИКРОКОНТРОЛЛЕР, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

Содержание

                                                                                                                 стр.

Введение    .         .         .         .         .         .         .         .         .         .         .         7

1 Литературный обзор существующих систем управления

процессом спекания агломерата .         .         .         .         .         .         .         9

2 Описание технологического процесса  .         .         .         .         .         .        14

2.1 Производственные операции, осуществляемые на аглофабрике .        14

2.2 Характеристика и конструкция агломашины   .         .         .         .        20

2.3 Процесс спекания агломерата на агломашине .         .         .         .        21

3  Процесс спекания – как объект автоматического управления  .         .        24

    3.1 Задачи управления процессом спекания .         .         .         .         .        29

4 Структура АСУТП процессом спекания на аглофабрике          .         .         .        31

4.1 Обоснование выбора АСУТП        .         .         .         .         .         .         .        31

4.2 Описание, выбранной системы АСУ       .         .         .         .         .        31

5 Функциональная схема АСУ ТП .         .         .         .         .         .         .        35

6 Специальная часть диплома        .         .         .         .         .         .         .         .        41

6.1 Разработка контура регулирования температуры в зажигательном

      горне          .         .         .         .         .         .         .         .         .         .         .        41

6.2 Разработка контура регулирования законченностью процесса 

       спекания   .         .         .         .         .         .         .         .         .         .        42

6.3 Разработка контура регулирования соотношением «топливо-воздух»     42

6.4 Проектирование принципиальной электрической схемы контура

      регулирования  соотношением «топливо-воздух»    .         .         .        43

6.5 Проектирование щита КИПиА контура регулирования

      соотношением «топливо-воздух»   .         .         .         .         .         .        44

6.6 Проектирование монтажно-коммутационной схемы контура

  соотношением «топливо-воздух»  .         .         .         .         .         .        45

6.7  Математическая модель       .         .         .         .         .         .         .        45

     6.7.1 Разработка детерминированной математической модели    .        45

         6.7.2 Выбор входных и выходных параметров          .         .         .         .        52

7 Охрана труда   .         .         .         .         .         .         .         .         .         .        53

7.1 Расчет воздухообмена в помещении отдела АСУ ТП участка

спекания аглофабрики .         .         .         .         .         .         .         .        54

7.2  Расчет искусственного освещения помещения отдела АСУ ТП  .        56

7.3 Расчет защитного зануления корпуса электроустановки    .         .        60

7.4 Пожарная безопасность помещения отдела АСУ ТП          .         .         .        62

8 Гражданская оборона        .         .         .         .         .         .         .         .         .        

8.1 Основные положения   .         .         .         .         .         .         .         .        

8.2  Задание     .         .         .         .         .         .         .         .         .         .

8.3 Исследование радиационной обстановки на объекте .         .         .        

8.4 Мероприятия по повышению устойчивости работы аглофабрики

при радиоактивном заражении       .         .         .         .         .         .         .

9 Организация производства          .         .         .         .         .         .         .         .        

9.1 Организация и планирование работ по текущей эксплуатации

и ремонту  средств автоматизации           .         .         .         .         .         .        

9.2 Расчет годового фонда времени рабочих         .         .         .         .         .        

9.3 Определение штата слесарей, обслуживающих систему контроля

и автоматического регулирования .         .         .         .         .         .        

9.4 Организация ремонтных работ и работ по поверке приборов    .        

9.5 Расчет капитальных затрат, связанных с внедрением АСУ ТП   .

9.6 Затраты на материалы и запчасти  .         .         .         .         .         .        

9.7  Расчет фонда заработной платы   .         .         .         .         .         .        

9.8 Затраты на текущий ремонт КИП и А     .         .         .         .         .

9.9 Прочие цеховые расходы     .         .         .         .         .         .         .        

9.10  Амортизационные отчисления    .         .         .         .         .         .

9.11 Энергетические затраты      .         .         .         .         .         .         .

9.12 Экономическая эффективность предлагаемой системы

автоматизации   .         .         .         .         .         .         .         .         .        

9.13  Технико-экономические показатели     .         .         .         .         .

Заключение                   .         .         .         .         .         .         .         .         .         .         .

Приложение А. Текс программы   .         .         .         .         .         .         .        

Приложение Б. Спецификация средств измерения     .         .         .         .        

введение

Агломерация впервые была применена в цветной металлургии для спекания сернистых и медных руд, а также руд, содержащих свинец и цинк. Агломерация в промышленном масштабе развивалась на основе двух методов: продувкой воздуха через шихту и просасыванием воздуха.

Первые машины для непрерывного спекания руд были разработаны в результате ряда опытов Дуайтом и Ллойдом и были установлены в 1907 г. на заводах в Перу и Америке.  В дальнейшем были разработаны и применены машины трех типов: барабанная, горизонтальная, круглая и ленточная с прямолинейным движением. Опыт эксплуатации подтвердил целесообразность применения последних, в результате чего началось их усовершенствование и развитие агломерации железных руд.

Современное агломерационное производство представляет собой сложную систему различных аппаратов, действующих в разных режимах и выполняющих различные функции.

Непрерывный рост производства агломерата, повышение требований к его качеству, а также поточность технологических процессов создали условия для широкого внедрения средств автоматического контроля и управления.

Комплексной автоматизации агломерационного производства уделяется большое внимание. Значительное место в технологической схеме агломерационного производства занимают процессы, связанные со спеканием шихты, одной из основных операций, определяющих качество агломерата.

Основная задача автоматизации агломерационного производства состоит в обеспечении максимальной производительности агломерационных машин и заданного качества агломерата. Одновременно автоматизация позволяет решать задачи повышения уровня организации производства, оперативности управ-ления технологическими процессами и в целом повышения экономической эффективности производства. Одним из важнейших направлений совер-шенствования управления является создание автоматизированных систем с применением вычислительной техники.

Автоматизированная система управления спекательным отделением является качественно новым этапом комплексной автоматизации и призвана обеспечить существенное увеличение производительности труда, улучшение качества выпускаемой продукции и других технико-экономических показате-лей агломерационного производства.

Автоматическое управление в спекательном отделении заключается в автоматическом поддержании высоты слоя аглошихты, загружаемой на машину, контроле и автоматическом регулировании процессом зажигания шихты, контроле температуры зажигания горна, регулирование законченности процесса спекания в конце активного участка аглошихты.

Особенностью построения АСУ является системный подход ко всей совокупности металлургических, энергетических и управленческих вопросов. Специалист по АСУ ТП должен владеть теорией автоматического управления, разбираться в конструкции металлургических агрегатов и основах технологии, достаточно свободно ориентироваться в работе цифровых вычислительных машин, их математическом и алгоритмическом обеспечении, уметь правильно применять технические средства информационной и управляющей техники.

В АСУ ТП воплощены достижения локальной автоматики, систем централизованного контроля, электронной и вычислительной техники. Кроме того, АСУ ТП производят общую централизованную обработку первичной информации в темпе протекания технологического процесса, после чего информация используется не только для управления этим процессом, но и преобразуется в форму, пригодную для использования на выше стоящих уровнях управления для решения оперативных и организационно-экономических задач.

Внедрение АСУ ТП, как и любое нововведение, связано с определенными трудностями и затратами. На этапе освоения проявляются недостатки отдельных элементов вычислительного комплекса, погрешности примененных алгоритмов управления, недостаточная адаптация персонала к условиям работы с помощью вычислительной техники и другое.

При подготовке объекта к внедрению АСУ ТП была проведена работа по модернизации: усовершенствован пульт ручного управления на агломашине, контрольно-измерительные приборы заменены токовыми, для измерения давления, разрежения, расхода воды и газа применены датчики типа «Сапфир».

Целью данного дипломного проекта является разработка современной АСУ ТП процессом спекания шихты аглофабрики ОАО «ММК им.Ильича» с использованием технических средств на базе программируемых микроконтроллеров и персональных компьютеров (рабочих станций). Разработка структурной, функциональной схем и на их основе принципиально-электрической и монтажно-коммутационной, проектирование щитов КИПиА. Разработка  модели спекания агломерационной шихты на агломашине и исследование влияния различных параметров на процесс спекания. Рассматриваются также вопросы по гражданской обороне, охране труда и технико-экономической эффективности.

1 литературный обзор существующих

систем автоматизации процесса

спекания агломерата

Непрерывный рост производства агломерата, повышение требований к его качеству, а также поточность технологических процессов создали условия для широкого внедрения эффективных средств автоматического контроля и управления и поставили задачу дальнейшего повышения уровня автоматизации. Автоматическое управление внедряют практически на всех участках аглофабрики. Автоматизируются процессы транспортировки, дозирования и загрузки шихтовых материалов, получают развитие новые, более совершенные способы контроля и управления процессами зажигания и спекания агломерационной шихты.

Применение АСУ ТП повышает оперативность управления агломерационным процессом [1], обеспечивает рациональное его ведение и облегчает труд агломератчиков. Благодаря повышению прочности агломерата уменьшается выделение пыли и улучшается экологическая обстановка в производстве, что немаловажно.

На современном этапе автоматизации агломерационного процесса применяются стабилизирующие системы управления процессами агломерации, выполняющие следующие функции: обеспечение непрерывного потока шихты, стабилизации режима возврата, регулирование влажности шихты, стабилизации места окончания процесса спекания, оптимизации процесса спекания, стабилизации химического состава и физических свойств агломерата.

Результаты промышленной эксплуатации [2] подтвердили техническую и экономическую целесообразность применения микропроцессорного вычислительного комплекса для АСУ ТП нижнего и среднего уровня в агломерационном производстве. В настоящее время в НПО «Днепрчерметавтоматика» ведется работа по созданию АСУ агломашины №4 НЛМК. Предусмотрено значительное расширение информационных функций, модернизация технических средств, алгоритмов и критериев управления агломерационным персоналом.

В АО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» [3] была использована имитационная модель агломерации, которая позволяла совершенствовать технологию двухслойного спекания шихты применительно к условиям и особенностям работы аглофабрики ЗСМК. На основании анализов на фабрике ЗСМК был разработан усовершенствованный алгоритм регулирования коэффициента распределения топлива по высоте слоя. В настоящее время разработанный алгоритм регулирования реализован на 3-х агломашинах ЗСМК. Наибольшая эффективность его использования может быть достигнута при внедрении АСУ шихтовым отделением и локальной системы автоматического дозирования топлива по слоям.

По техническому заданию института ВНИИМТ и по проекту Казгипромеза на агломашине АКМ-312 Карагандинского металлургического комбината [4] смонтирована и с января 1995 года эксплуатируется установка по утилизации тепла, выделяемого в процессе охлаждения агломерата. Установка отбирает горячий воздух из-под укрытия головной части линейного охладителя ОП-315 и подает воздух двумя индивидуальными нитками в горн и в слой за горном. Установка снижает выбросы пыли в атмосферу и улучшает условия труда обслуживающего персонала. Несмотря на незавершенность теплоизоляции и нестабильность работы аглоцеха, эксплуатация установки с учетом возмещения затрат на её сооружение оказалась рентабельной, снизился расход газа и твердого топлива.

Для создания совершенной системы автоматического управления ходом аглопроцесса [5] необходимо найти надежные методы количественной оценки связей между основными технологическими параметрами работы агломерационных машин.

При выборе входных  и выходных параметров необходимо иметь в виду многонаправленность связей, однако это не всегда принимается во внимание. Целью исследования было установление более надежных количественных связей между входными и выходными параметрами работы удлиненных агломашин аглофабрики №4 Магнитогорского металлургического комбината и разработка на их основе рекомендаций по управлению работой зоны охлаждения аглоспека и оперативному изменению содержания углерода и влаги в шихте.

В Донецком политехническом институте в 1990 году исследовался вопрос оптимизации агломерационного процесса [6]. В задачу исследования входила оценка возможности статической оптимизации агломерационного процесса на основе выбора наиболее эффективных параметров идентификации объекта, с помощью которых с достаточной для практики точностью можно получить управляющую модель оптимизации, а также технической реализации предлагаемой оптимизации.

Непременным условием реализации предложенного метода оптимизации аглопроцесса является контроль и стабилизация основных технологических параметров.

Реализация активных схем поиска экстремальных значений технологических параметров (производительности, состава агломерата и т.д.) агломерационного процесса в полном объеме достаточно сложна.

Предложенный алгоритм обладает новизной и может быть рекомендован к внедрению на строящихся или реконструируемых аглофабриках.

Испытанная частично практикой эффективность работы локальных систем стабилизации теплового режима аглопроцесса на аглофабриках Енакиевского металлургического завода и Коммунарского металлургического комбината [7] позволила предопределить последовательность задач создания структур оперативного контроля и регулирования: система контроля основных технологических показателей агломерационного процесса; система распознания основных причин нарушения нормального хода аглопроцесса; алгоритм управления аглопроцессом с целью получения максимума производительности и стабилизации содержания оксида железа (II) в агломерате и его механической прочности на базе стабилизации основных технологических факторов хода аглопроцесса. Алгоритм обладает преимуществами по сравнению с известными и может быть рекомендован для вновь строящихся или реконструируемых аглофабрик.

На днепровском металлургическом заводе им. Дзержинского [8] был введен в эксплуатацию прибор для автоматической и наиболее точной регистрации освещённости в вакуум-камерах, над которыми заканчивается процесс спекания. Принцип действия разработанного прибора основан на поглощении приемниками энергии инфракрасного излучения раскаленных частиц агломерата.

На аглофабрике №1 днепровского завода им. Дзержинского прошел испытания прибор [8], служащий датчиком для автоматического измерения и регулирования разрежения по вакуум-камерам. В основу разработанного прибора положен емкостный метод измерения неэлектрических величин.

На аглофабрике завода «Азовсталь» на основании проведенных исследований и анализа существующих систем автоматического регулирования скорости агломерационной машины как функции законченности процесса спекания [8] установлено, что эти системы неустойчивы и имеют колебательный характер регулирования.

Предлагаемая институтом автоматики система двойного регулирования агломерационной машины устраняет недостатки, присущие системам регулирования по параметрам, характеризующим законченность процесса спекания. Указанная система предусматривает регулирование интенсивности спекания и регулирование скорости аглоленты. Институт «Металлургавтоматика» разработал проект и рабочие чертежи системы для аглофабрики №2 днепровского металлургического завода им. Дзержинского. Все основные узлы смонтированы на этой фабрике и пущены в эксплуатацию.

Из существующих систем автоматического дозирования компонентов агломерационной шихты [8] все большее распространение получают следящие системы, в которых поддерживается постоянным соотношение концентрат/руда, причем наибольший эффект достигнут на агломерационных фабриках, снабжающихся тонкоизмельченными концентратами повышенной влажности. Такие системы внедрены на аглофабриках Ново-Криворожского горнообогатительного комбината (НКГОК) и ЮГОК.

Система [8] автоматического управления автоматическим дозированием агломерационной шихты, разработанная лабораторией автоматизации агломерационного производства Института автоматики, внедрена на мариупольском заводе «Азовсталь» и на НКГОК. Система обеспечивает непрерывность потока шихты, но требует осуществления автоматического дозирования возврата и автоматизации систем распределения агломерационной шихты по машинам без чего автоматическое управление автоматическим дозированием малоэффективно.

В 1993 году работниками Центральной лаборатории автоматизации и механизации аглоцехов предложены усовершенствованные автоматические системы подготовки аглошихты и процесса спекания агломерата с целью улучшения его качества [9]. На комбинате «Запорожсталь» применяются системы управления дозированием топлива в аглошихту с коррекцией содержания негорючей части, автоматизации дозирования известняка в аглошихту, автоматической стабилизации высоты слоя шихты на паллетах аглоленты. Разработан и внедрен специальный пробоотборник возврата, обеспечивающий получение данных для усредненного химического состава возврата.

На Новолипецком металлургическом комбинате [10] в 1987г. внедрена и промышленно освоена автоматизированная система управления агломерационным процессом на агломашине №3 типа АКМ-312. АСУ ТП выполняет информационные функции и функции непосредственного цифрового управления технологическими процессами окомкования, загрузки, зажигания и спекания шихты на агломашине и охлаждения агломерата на линейном охладителе.

В агломерационном производстве [11] осуществлена на ряде аглофабрик автоматизированная дозировка шихтовых материалов, а также системы увлажнения шихты и ее спекания, позволяющие улучшить качество регулирования по сравнению с применявшимися ПИ-регуляторами в 1,5-2 раза.

В Днепропетровском металлургическом институте были проведены исследования по завершенности агломерационного процесса [12]. Использовалась агломашина площадью спекания 62,5 м², оборудованная 9 пылевыми мешками. Методами химического и рентгеноструктурного анализа установлено, что изменения состава пыли отражает последовательность фазовых и химических превращений в зоне формирований спека на завершающей стадии процесса агломерации. Показатели пылевыделения в период окончания процесса спекания являются представительной характеристикой завершенности формирования структуры спека. Характеристики пыли могут быть использованы для управления законченностью процесса спекания.

НПО «Энергосталь» (г. Харьков) разработали экспоненциально-степенную аналитическую аппроксимацию эмпирически приближенно известного начального распределения локальных температур в слое агломерата, изготовленного на подвижной ленте агломашины [13], удобна для использования в соответствующих теплотехнических расчетах, в частности, при численном расчете температур в последующей зоне активного воздушного охлаждения агломерата.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5