Теоретическое обоснование разработки микропроцессорной системы управления подачей воздуха в термотравильный агрегат №3

1.1 Общая характеристика цеха №1 ООО «Спецтехнологии»

Цех №1 ООО «Спецтехнлогии» предназначен для производства металлокорда. Данный цех включает в себя канатный участок, участок тонкого волочения, термотравильный участок, участок грубо-среднего волочения, термотравильно – гальванический участок, участок сортировки, упаковки и отгрузки. В цеху осуществляются производственные операции по подготовке и производству металлокорда. Операции включают в себя травление катанки, грубое волочение, патентирование, охлаждение проволоки в расплаве селитры, охлаждение и промывку проволоки после ванны с расплавом селитры, химическое травление, нанесение покрытий, сушку проволоки, среднее волочение, тонкое волочение, намотку проволоки, окончательный контроль и отгрузку.

1.Травление катанки

Травление катанки производится в двух ваннах предварительного и окончательного травления. В зависимости от состава раствора травления, травильная ванна сначала является ванной окончательного травления, затем, по мере накопления сульфата железа и снижения концентрации серной кислоты, становится ванной предварительного травления. После травления с целью удаления травильного шлама и остатков кислоты, катанка промывается водой методом окунания, а затем душирования с подачей воды под давлением от 3 до 7 атм.

2. Волочение катанки

Бунты травленой катанки навешиваются на размоточное устройство с помощью кран-балки. Размотка катанки осуществляется с горизонтально-размоточного устройства, позволяющего производить непрерывную подачу катанки в волочильный стан с помощью сварки конца вырабатываемого конца мотка катанки с началом нового. Заправка маршрута волочения стана производится при полной или частичной замене волок, при обрыве проволоки, на заправочной скорости («тихий ход»). Волочение проволоки производится на твердосплавных волоках. Место сварки проволоки пропускается по всему маршруту волочения на заправочной скорости, после чего стан переводится на рабочую скорость волочения. Наматывание проволоки производится на металлические катушки или в бухты.

3. Патентирование

Печь патентирования предназначена для термообработки проволоки с целью восстановления структуры и механических свойств металла, измененных после операции волочения. Нагрев заготовки производится в 24 ниточных печах малоокислительного нагрева. Проволока протягивается через рабочее пространство печи по каналам или по поду печи. Для обеспечения минимально возможного окисления проволоки при нагреве необходимо в рабочем пространстве печи поддерживать соотношение расхода «газ-воздух». Регулирование соотношения «газ-воздух» осуществляется путем изменения расхода горячего воздуха, подаваемого на горелки зоны догрева. Маршрут прохождения проволоки внутри патентировочной печи должен обеспечивать прямолинейность проволоки, отсутствие перекрещивания и переплетения нитей проволок.

4. Охлаждение проволоки в расплаве селитры

Охлаждение нагретой в печи проволоки осуществляется в расплаве селитры, с целью получения требуемой микроструктуры металла, необходимой для обеспечения последующего волочения. Нагрев и поддержание заданной температуры расплава селитры осуществляется тепловыми электронагревателями, а также за счет тепла, вносимого проволокой из печи. Прохождение проволоки в охлаждающей ванне с расплавом селитры должно обеспечивать одинаковое расстояние между нитями проволоки, прямолинейность проволоки и отсутствие касания нитей между собой.

5. Охлаждение и промывка проволоки после ванны с расплавом селитры

После выхода из ванны с расплавом селитры проволока охлаждается и промывается в двух последовательно расположенных ваннах для удаления с её поверхности остатков селитры. Далее проволока поступает в ванну химического травления.

6. Химическое травление

Снятие окалины, загрязнений и подготовка поверхности проволоки перед нанесением покрытия осуществляется химическим травлением в растворе серной кислоты. Для интенсификации процесса травления травильный раствор подогревается паром, проходящим через теплообменники.

7. Нанесение покрытий

Фосфатирование заготовки производится с целью образования на её поверхности подсмазочного слоя (для процесса мокрого волочения), состоящего из фосфатов цинка и железа. Фосфатирование проволоки производится в переливной ванне. Нити проволоки должны быть полностью погружены в раствор фосфатирования.

Известкование фосфатированной заготовки производится с целью нейтрализации остатков кислоты на поверхности проволоки и нанесения дополнительного подсмазочного слоя для улучшения процесса мокрого волочения.

Бурирование заготовки производится для нейтрализации остатков кислоты на поверхности проволоки и для создания подсмазочного слоя, являющегося наполнителем и закрепителем смазки при сухом волочении проволоки, для обеспечения снижения трения при протяжке и предотвращение прилипания металла к поверхности рабочей зоны волоки.

8. Сушка проволоки

Сушка проволоки является завершающей операцией подготовки поверхности проволоки к среднему и тонкому волочению. Сушило предназначено для удаления остатков влаги с движущейся проволоки перед намоточным аппаратом для предотвращения ее ржавления. Сушка проволоки осуществляется в протяжных электрических сушилах горячим воздухом.

9. Намотка проволоки

Намоточное устройство предназначено для протяжки стальной проволоки через все стадии процесса патентирования и подготовки поверхности к волочению и намотки патентированной проволоки на металлические технологические катушки.

Намотка заготовки производится на катушки ёмкостью 1000 кг. На вытяжном барабане должно быть не менее двух витков проволоки. Проскальзывание проволоки недопустимо. Намотка проволоки регулируется так, чтобы обеспечить равномерное распределение проволоки ровными рядами по всей ширине катушки. Не допускается перепутывания витков и образования выпуклостей и впадин.

Далее готовая проволока проходит визуальный осмотр на наличие дефектов и поступает в отсек отгрузки потребителю.

1.2 Общая характеристика технологического процесса нагрева проволоки в термотравильном агрегате ТТА №3. Задачи автоматизации термотравильного агрегата

Основными задачами автоматизации являются повышение эффективности производственного процесса и его безопасности.

В производственном цехе №1 ООО «Спецтехнологии» установлена безмуфельная печь, предназначенная для малоокислительного нагрева проволоки диаметром 0,8…2,1 мм и установлена в поточном агрегате №3.

По конструкции печь представляет собой туннель, выложенный из огнеупорного материала и заключенный в прочный газоплотный металлический каркас. Свод печи уплотнен металлическими съемными щитками, уложенными в песочные затворы. Вся печь установлена на ножках и находится выше уровня пола на 500 мм, что позволяет расположить воздуховоды под печью.
Через щель одновременно протягивается до 24-х ниток проволоки. Для равномерного размещения проволоки по ширине рабочего пространства и облегчения ее заправки, под печи выложен огнеупор в виде 12 каналов. В каждом канале располагается по 2 нитки проволоки.
Проволока нагревается непосредственно продуктами сгорания природного газа.

Рабочая камера печи по длине условно разделена на 2 тепловые зоны: зону нагрева и зону догрева.

Совмещенный процесс термической обработки и подготовки поверхности проволоки к волочению включает в себя следующие операции:

- размотку проволоки с катушек;

- нагрев проволоки в печи:

- охлаждение проволоки в расплаве селитры (патентирование);

- охлаждение проволоки на воздухе;

- промывка проволоки в ванне с проточной водой;

- травление проволоки в растворе серной кислоты;

- промывка проволоки в ванне с проточной водой;

- бурирование или фосфатирование (в зависимости от назначения проволоки);

- промывка проволоки после фосфатирования;

- нейтрализация остатков кислоты с поверхности проволоки в растворе извести после фосфатирования и нанесение подсмазочного слоя извести;

- сушка проволоки;

- намотка проволоки на катушки.

В зоне нагрева проволока нагревается от 20°С до 600…650°С в окислительной атмосфере, образующейся при дожигании продуктов неполного горения (полугаза), поступающего из зоны догрева.

В зоне догрева при температуре 950…1050°С происходит окончательный нагрев проволоки до рабочей температуры 900…920°С и выдержка ее при этой температуре. В этой зоне производится сжигание природного газа с расходом воздуха, что обеспечивает предохранение поверхности проволоки от окисления. В зону нагрева природный газ не подается. Для отопления зоны догрева применяется природный газ.

Продукты неполного сгорания из зоны догрева поступают в зону нагрева, где дожигаются и разбавляются до необходимой в этой зоне температуры посредством подачи в подсводовое пространство холодного воздуха. Холодный воздух подается в зону нагрева через 6 сопел диаметром 50 мм, равномерно расположенных по ширине печи.

Из зоны нагрева дымовые газы поступают в радиационно-конвективный рекуператор, служащий для нагрева вентиляторного воздуха, подаваемого на горелки зоны догрева. Дымовые газы из рекуператора через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу.

Для поддержания и регулирования необходимого давления в рабочем пространстве печи в дымовой трубе после конвективной ступени рекуператора смонтирован поворотный шибер.

Применение радиационно-конвективного рекуператора, обеспечивает нагрев вентиляторного воздуха до 400…500°С, что необходимо для печей малоокислительного нагрева.

Кроме того, наряду с высоким тепловым КПД, такой комбинированный рекуператор имеет ряд преимуществ: газоплотность, жаростойкость, компактность.

Это дало возможность отказаться от традиционного расположения дымового канала под печью и установки рекуператора сбоку печи и позволило поместить рекуператор над печью, а трубопроводы горячего воздуха проложить под печью и сократить габариты печи.

Проволока перед печью располагается в катушках на размоточных устройствах, проходит печь развернутой нитью, попадает в селитровую ванну длиной 8000 мм, проходит через промывочную ванну, затем ванну травления, где травится кислотой при температуре 78…80°С, снова в ванну промывки, далее в ванну бурирования, после чего она охлаждается в струях холодной воды, сушится в электросушилке и наматывается на катушки намоточного аппарата ВСП 7/600.

1.3 Описание функциональной схемы автоматизации термотравильного агрегата ТТА №3

Функциональная схема термотравильного агрегата представлена на демонстрационном листе ДП.220703.15 15.АТХ-1

Данной схемой предусмотрен контроль и регулирование следующих технологических параметров:

- контроль температуры отходящих газов осуществляется с помощью термоэлектрического преобразователя температуры ТХК. Сигнал с датчика передается на микропроцессорный контроллер Simatic S7-300;

- регулирование соотношения «газ-воздух» осуществляется путем изменения расхода горячего воздуха и расхода газа. Для измерения расхода применяют датчик Метран-100ДД. Сигнал с датчика передается на микропроцессорный контролер Simatic S7-300;

- регулирование температуры зоны нагрева осуществляется путем изменения расхода холодного воздуха, подаваемого в подсводовое пространство печи. Для измерения температуры применяют термоэлектрический преобразователь ТПР. Сигнал с датчика передается на микропроцессорный контроллер устройство Simatic S7-300;

- регулирование температуры в зоне догрева, осуществляется путем изменения расхода газа и горячего воздуха. Для измерения температуры применяют термоэлектрический преобразователь ТПР. Сигнал с датчика передается на микропроцессорный контроллер Simatic S7-300;

- контроль расхода холодного воздуха осуществляется с помощью датчика Метран-100ДД. Сигнал с датчика передается на микропроцессорный контроллер Simatic S7-300;

- контроль температуры селитровой ванны, ванны травления и ванны фосфатирования осуществляется с помощью термоэлектрического преобразователя ТХК. Сигнал с датчика передается на микропроцессорный контроллер Simatic S7-300;

- контроль температуры электросушилки осуществляется с помощью термоэлектрического преобразователя температуры ТХК. Сигнал с датчика передается на микропроцессорный контроллер Simatic S7-300;

- регулирование давления газа в левом и правом коллекторе. Для измерения давления применяют датчик Метран-100ДД. Сигнал с датчика передается на регулирующее устройство Simatic S7-300;

- регулирование давления воздуха в левом и правом коллекторе. Для измерения давления применяют датчик Метран-100ДД. Сигнал с датчика поступает на микропроцессорный контроллер регулирующее устройство Simatic S7-300;

-регулирование давления воздуха и газа перед печью. Для измерения давления применяют датчик Метран-100ДД. Сигнал с датчика передается на микропроцессорный контроллер Simatic S7-300.

1.4 Принципы выбора типовых элементов САУ

На основании эскизного проекта и разработанной функциональной схемы автоматизации производиться выбор технических средств, для проектируемой системы управления процессом. Правильный выбор технических средств автоматизации являются непременным условием эффективного и надежного функционирования системы, залогом ее минимальной стоимости и безопасности для персонала и окружающей среды.

Конкретные типы средств автоматизации выбирают с учетом особенностей технологического процесса и его параметров.

В первую очередь принимают во внимание такие факторы, как пожар и взрывоопасность, агрессивность и токсичность среды, число параметров, участвующих в управлении, и их физико-химических свойствах, дальность передачи сигналов информации и управления, требуемые точность и быстродействие. Эти факторы определяют выбор методов измерения технологических параметров, требуемые функциональные возможности регуляторов и приборов (законы регулирования, показания, запись и т.д.), диапазоны измерения, классы точности, вид дистанционной передачи и т.д.

Конкретные приборы и средства автоматизации следует подбирать по справочной литературе, исходя из следующих соображений:

для контроля и регулирования одинаковых параметров технологического процесса необходимо применять однотипные средства автоматизации, выпускаемые серийно. При этом нужно отдавать предпочтения приборам и средствам автоматизации Государственной системы промышленных приборов(ГСП);

- при большом числе одинаковых параметров рекомендуется применять многоточечные приборы;

- при автоматизации сложных технологических процессов необходимо использовать вычислительные и управляющие машины;

- класс точности приборов должен соответствовать технологическим требованиям;

- для автоматизации технологических аппаратов с агрессивными средами необходимо предусматривать установку специальных приборов, а в случае применения приборов в нормальном исполнении нужно защищать их.

Выбирая тот или иной прибор по функциональному признаку, необходимо простоту и дешевизну аппаратуры сочетать с требованиями контроля и регулирования данного параметра. Наиболее важные параметры следует контролировать самопищущими приборами, более сложными и дорогими, чем показывающие приборы. Регулируемые параметры технологического процесса необходимо, как правило также контролировать самопищущими приборами, что имеет значения для корректировки настройки регуляторов.

Выбирая датчики и вторичные приборы для совместной работы, следует обращать внимание на согласование выходного сигнала датчика и выходного сигнала вторичного прибора.

При выборе датчиков и приборов следует обращать внимание не только на класс точности, но и на диапазон измерения. Следует помнить, что номинальное значение параметра должны находиться в последней трети диапазона измерения датчика и прибора. При невыполнении этого условия относительная погрешность измерения параметра значительно превысит относительную приведенную погрешность датчика или прибора. Таким образом, не следует выбирать диапазон измерения с большим запасом(достаточно иметь верхний предел измерения, не более чем на 25% привыкающий номинальное значение параметра).

Выбор регулирующего органа

Регулирующие органы служат для регулирования расхода вещества (или энергии) с целью поддер­жания заданного значения регулируемой величины в управляемом объекте.

Основными параметрами, определяющими выбор регулирующих органов, являются: условное или рабочее давление; условный проход; определяющий необходимую пропускную способность клапана; пропускная (расходная) ха­рактеристика, выражающая зависимость относительной пропускной способно­сти от относительного хода штока регулируемого органа; величина негер­метичности (допустимый начальный пропуск при полном закрытии клапана).

Различают дозирующие и дроссельные РО. К дозирующим относятся такие устройства, которые изменяют расход вещества за счёт изменения производительности агрегатов (дозаторы, питатели, насосы, компрессоры, плужковые сбрасыватели и др.). Дроссельный РО представляет собой переменное гидравлическое сопротивление, изменяющее расход вещества за счёт изменения своего проходного сечения; к ним относятся регулирующие клапаны, поворотные заслонки, шиберы и краны. РО характеризуется многими параметрами, основными из которых являются пропускная способность и условная пропускная способность, условное и рабочее давление, перепад давления на РО и условный проход.

Пропускной способностью К_u называется расход жидкости с плотностью 1000кг/м³, пропускаемой РО при перепаде давления на нём 10⁵ Па. – размерность – (м³/ч).

Условной пропускной способностью К_uу называется номинальное значение пропускной способности РО при максимальном (условном) ходе затвора, выраженное (м³/ч). Она зависит от типа РО и размера его условного прохода Д_У.

Условное давление Р_У – это наибольшее допустимое давление среды на РО при нормальной температуре.

Условным проходом Д_У в РО называется номинальный диаметр прохода в присоединительных патрубках.

Максимальное рабочее давление – это наибольшее установленное давление среды на РО при фактической температуре. Разрешается превышение фактического рабочего давления на 5% сверх установленного для заданной температуры.

Расход вещества определяется не только конструктивной характеристикой регулирующего органа, он также зависит от свойств вещества (вязкости, плотности и т.п.) и от условий, в которых работает регулирующий орган.

Выбор исполнительного механизма

Исполнительный механизм, работающий в системе автоматического регулирования, должен не только совершать работу по перемещению регулирующего органа, но и обеспечивать это перемещение с возможно меньшими искажениями законов регулирования, формируемых регулирующим устройством.

По виду потребляемой энергии все исполнительные механизмы можно разделить на следующие группы:

- электрические, - пневматические, - гидравлические. Одним из основных требований, предъявляемых ко многим исполнительным механизмам, является обеспечение быстродействия и необходимой точности. К исполнительным механизмам предъявляется также ряд требований конструктивного, эксплуатационного и экономического характера. Они выражаются в следующем:

- исполнительный механизм должен иметь минимальные габариты и вес, быть конструктивно простым, обладать высокой надёжностью, а также обеспечивать плавность и равномерность движения приводного механизма;

- исполнительный механизм должен быть безопасен в эксплуатации, устойчив в работе, обеспечивать постоянство скорости перемещения регулирующего органа, а также возможность регулирования скорости и крутящего момента;

- исполнительный механизм должен иметь устройство защиты для предохранения регулирующего органа от перегрузок и поломок, а также систему ручного управления на случай возможных отказов в схеме управления приводом при нарушении энергоснабжения.

Основными показателями исполнительных механизмов являются:

- номинальные значения вращающего момента на выходном валу исполнительного механизма или усилия на его выходном штоке;

- максимальное значение вращающего значения на выходном валу исполнительного механизма или усилия на выходном штоке.

- постоянная времени - этот показатель определяет величину быстродействия исполнительного механизма в системе автоматического регулирования;

- время оборота выходного вала исполнительного механизма или хода его штока.

Помимо вышеперечисленных показателей, для всех исполнительных механизмов одними из важнейших показателей являются их различные динамические и статические характеристики. Знание этих показателей позволяет осуществить правильный выбор исполнительного механизма для конкретных систем регулирования и управления.

Выбор сужающего устройства

Для измерения расходов газов и жидкостей, широко применяют сужающие устройства (диафрагмы, сопла, трубы и сопла Вентури). Сужающие устройства для измерения расхода коксового и доменного газа, воды и воздуха, выполняют из стали 1Х13 или 1Х18Н9Т; для измерения агрессивных жидкостей и газов – из высоколегированных сталей, латуни, бронзы в зависимости от свойств измеряемой среды.

Нормальные диафрагмы применяют для круглых трубопроводов диаметром не менее 50 мм. По конструкции диафрагмы бывают камерными и бескамерными.

При использовании камерных диафрагм, обеспечивается выравнивание давлений, до и после диафрагмы. Отбор давления производят через кольцевые камеры.

При использовании бескамерных диафрагм, импульсы давлений отбирают до и после диафрагмы через просверленные во фланцах и трубопроводах отверстиях.

Нормальные сопла применяют в трубопроводах диаметром не менее 50 мм. Отбор давления производят через кольцевые камеры или отдельные отверстия.

Длинное и короткое нормальное сопла Вентури используют в трубопроводах диаметром не менее 20 мм. Отбор давлений производят через кольцевые камеры. Длинная и короткая нормальная труба Вентури, устанавливается в трубопроводах диаметром 100-800 мм. Отбор давления производят через кольцевые камеры.

Вывод: в теоретической части дипломного проекта для разработки САУ управления подачей воздуха в термотравильный агрегат, рассмотрен технологический процесс нагрева проволоки в термотравильном агрегате, приведено описание функциональной схемы автоматизации термотравильного агрегата, а так же приведено теоретическое обоснование к выбору типовых элементов (типовых элементов, регулирующего органа, исполнительного механизма, сужающего устройства). Таким образом для выполнения практической части курсового проекта имеются все необходимые теоретические данные.

2 Расчетное обоснование выбора элементов автоматики разрабатываемой системы управления подачей воздуха в термотравильный агрегат

Дата добавления: 2015-08-10