Министерство  общего и профессионального  образования 

  Российской Федерации

  Волгоградский государственный  технический университет 
 

  Кафедра'' Технологии материалов'' 
 
 
 
 
 
 

  Курсовая  работа

  По  дисциплине: '' Автоматизация металлургических процессов''

 
 

  Тема  работы: '' Разработать схему автоматического  регулирования и контроля параметров управления методической печи '' 
 
 
 
 
 
 

  Выполнил:

  Студент гр. М-434

  Синявин Д.А.

  Проверил:

                                                                                                             Доцент

  Ласенко В.В.

 

  Волгоград 2000 
 

  Автоматизация управления методическими  печами

  Для нагрева  металла перед прокаткой на сортовых и листопрокатных станах широко распространены методические печи.

  Продвижение заготовок, размеры которых составляют: толщина 0,06—0,4, ширина 0,06—1,85 и длина 1,0—12,0 м, осуществляется с помощью толкателей. Металл в своем движении последовательно проходит зоны печи: методическую (зону предварительного подогрева), сварочные (нагревательные) и томильную (зону выдержки). Продукты сгорания движутся навстречу металлу. Количество зон определяется заданным температурным режимом нагрева.

  В сварочной зоне происходит сжигание топлива, температура в ней постоянна  по длине. В методической зоне происходит утилизация тепла уходящих газов, и ее температура снижается к окну посада. Задачей нагрева является получение допустимого перепада температур по сечению заготовки при заданной конечной температуре поверхности. Для уменьшения величины перепада необходимо приближать температуру сварочной зоны к конечной температуре поверхности, а для увеличения интенсивности нагрева необходимо стремиться к увеличению температуры этой зоны. Это противоречие разрешается при трехзонном режиме, где появляется специальная томильная зона, в которой поддерживают постоянную температуру, более низкую, чем в сварочной зоне: на 30—50° С выше необходимой температуры металла, и в которой происходит выравнивание температур по сечению. В ряде случаев при нагреве массивных заготовок на печах предусматриваются нижние сварочные зоны, которые позволяют интенсифицировать процесс за счет двустороннего нагрева металла. Методические печи являются агрегатом непрерывного действия с распределенными по длине и постоянными во времени температурным и тепловым режимами (при определенной производительности).

  Отопление печей осуществляется смешанным  газом с теплотой сгорания 5—8 МДж/м³ (1200--2400 ккал/м³), природным газом или мазутом. Тепловая мощность современных крупных методических печей достигает 150 МВт (150 млн. ккал/ч), производительность 100 т/ч и выше.

  Температура нагрева металла зависит от марки  металла и составляет для рядовых марок стали 1200—1250° С. Для более глубокой утилизации тепла на печах устанавливают рекуператоры: керамические и металлические — для подогрева воздуха, металлические — для подогрева низкокалорийного газа.

  Прокатный стан обслуживается несколькими  печами, из которых нагретый металл через окно выдачи поступает на общий рольганг и подается к стану. Методические печи работают в условиях переменной производительности стана, изменяющихся параметров загружаемого металла: температуры, размеров, марки. Задача управления процессом нагрева металла в методических печах заключается в выборе и поддержании режима работы, обеспечивающего получение металла заданного качества с минимально возможным удельным расходом топлива в условиях переменной производительности агрегата. Температура в  зонах печи измеряется термопарами 1-1, работающими в комплекте с потенциометрами 1-2. Напряжение выходных ферродинамических преобразователей потенциометров суммируется с напряжением, снимаемым с ферро-динамического дистанционного задатчика ДЗФМ-1 1-3, которым устанавливается заданная величина температуры. Алгебраическая сумма напряжений поступает на вход И-регулятора 1-4. При несоответствии между заданным и фактическим значением температуры от регулятора исполнительному механизму 1-8 , через усилитель (1-7) поступает сигнал на открытие или закрытие регулирующей заслонки 1-9 на зональном подводе газа. Управление системой осуществляется ключами (1-5,1-6).Система регулирования соотношения газ—воздух по зонам печи .Расходы газа и воздуха в томильной зоне контролируют диафрагмами (2-1,2-2) и дифманометрами (2-3,2-4) и вторичными самопишущими приборами ВФСМ-10 (2-5,2-6). Заданное значение величины соотношения устанавливается задатчиком ДЗФМ-5 2-7. Разность между текущим и заданными значением соотношения поступает на вход регулятора 2-8, который через усилитель 2-11 воздействует на исполнительный механизм 2-12, связанный с регулирующей заслонкой ДГ-550 2-13 на воздухопроводе. Для сварочных зон схемы регулирования соотношения выполнены аналогично. Давление контролируется отборным устройством 3-1, манометром 3-2 и вторичным самопишущим прибором 3-3.  Заданное значение этого давления устанавливается задатчиком ДЗФМ-4 3-4. Разность между текущей и заданной величинами давления на вход регулятора 3-5, который воздействует на исполнительный механизм 3-9 дымового шибера 3-10. Величина давления фиксируется на вторичном самопишущем приборе -ВФСМ-10 3-3. Качество регулирования давления в печи хорошее.

  Приборы для измерения  температуры

   Термопара

  

Термопара представляет собой два электрода  с диаметром 0,5мм для благородных металлов. Эти электроды скручены и сварены на рабочем конце 1, который находится в изоляционном фарфоровом наконечнике 2. Электроды 3 изолированы друг от друга одноканальными или двухканальными фарфоровыми бусами 4. Для защиты от механических воздействий термопара помещается в защитный чехол 5. Чехлы изготавливают из фарфора или карбокорундовых материалов. В головке термопары 6 помещается пластмассовая панель 7, к которой прикреплены клеммы 8. На одной из них указана положительная полярность. Для защиты клеммы термопары от пыли и влаги головка ее закрывается крышкой 9, а соединительные провода выводятся через штуцер с асбестовым уплотнением. 
 

Потенциометр

    Автоматические  потенциометры исключают участие человека в проведении операций компенсации входного сигнала и поэтому нашли широкое распространение для измерения, регистрации, сигнализации и автоматического регулирования температуры в металлургических агрегатах.

     На рисунке приведена упрощенная схема устройства автоматического потенциометра. Сигнал сравнивается с компенсирующим напряжением Uk, снимаемым с диагонали неуравновешенного измерительного моста ИМ. Мостовая измерительная схема является более совершенной и позволяет непрерывно вводить коррекцию на изменяющуюся температуру свободных концов термоэлектрического термометра.

     Если сигнал Uk, то на вход вибропреобразователя ВП подается сигнал дисбаланса ΔU. Происходит преобразование напряжения постоянного тока в электрический сигнал переменного тока, который затем усиливается в усилителе и подается на реверсивный двигатель РД. Последний одновременно перемещает движок реохорда Rp и стрелку относительно шкалы прибора. Изменение положения движка Rp приводит к такому изменению Uk, которое влечет за собой уравновешивание измеряемой т. э. д. с. компенсирующим напряжением. При этом ΔU =0 и двигатель останавливается. Таким образом, любые изменения т. э. д. с. приводят к перемещению РД, т. е. прибор непрерывно автоматически компенсирует измеряемый сигнал известным напряжением.

  Автоматические  потенциометры выпускаются различных модификаций: показывающие, самопишущие (ленточная или круглая диаграмма); одно- и многоточечные (2; 3; 6; 12 каналов); миниатюрные, малогабаритные, нормальных размеров; регулирующие, с выходными устройствами дистанционной передачи показаний с различным временем пробега стрелкой всей шкалы.

Задатчик  расхода и количества.

Ферродинамический датчик может быть применен как дистанционный  задатчик. Дистанционный ферродинамический задатчик типа ДЗФМ является бесконтактным устройством,   вырабатывающим ЭДС     переменного     тока, пропорционально углу поворота стрелки задатчика.

      Он  применяется в схемах регулирования  в комплекте с регуляторами   и   первичными приборами, снабженными  входящими ферродинамическими датчиками.

      Основным  узлом дистанционного задатчика ДЗФМ является ферродинамический датчик ПФ рамка которого кинематически через сектор 1 и шестерню 2 соединена с рукояткой 3 и стрелкой задатчика 4. Задатчик снабжен шкалой градуированной в единицах заданной величи ны.

      Напряжение  рамки датчика (Д), зависящее от угла поворота служит входным напряжением задатчика (3). Питание его осуществляется от приборов работающих в комплекте с ним.

        Задатчики ДЗФМ выпускаются шести  модификаций (ДЗФМ-1—ДЗФМ-6) в зависимости  от модификации встраиваемого  преобразователя ПФ. Задатчики всех типов предназначены для утопленного монтажа на щитах или пультах. Задатчики ДЗФМ имеют габаритные размеры диаметром (155 Х 105)  

Регулятор.

    ПИ-регулятор (см. рис.) предназначен для работы с  измерительными приборами, снабженными реостатными датчиками сопротивлением 120 ом.

     Измерительная схема регулятора состоит из двух электрических мостов: в один мост входят обмотка трансформатора и датчика измерительного прибора Rиз, в другой — реостат обратной связи Ro.с, исполнительный механизм ИМ и переменное сопротивление R2. Напряжение рассогласования Uc между заданным и действительным значениями регулируемой величины в диагонали первого моста складывается с напряжением Uo.с в диагонали второго моста (моста обратной связи).

    Напряжение Uc поступает на вход И-части регулятора, а разность напряжений

      (Uc—Uo. с) подается на вход П-части регулятора, причем соотношение между напряжениями Uc и Uo с определяется положением движка переменного сопротивления R5 с помощью которого настраивают коэффициент передачи регулятора. П-часть регулятора состоит из каскада предварительного усиления напряжения, выполненного на правой половине двойного триода Л1 и электронного нуль-реле, выполненного на двойном триоде Л2.

    При появлении напряжения рассогласования одна из пар контактов реле замыкается и включает исполнительный механизм, который перемещает регулирующий орган и одновременно движок реостата Ro.c до тех пор, пока разность Uc — Uo.с не станет равна нулю.

    И-часть  регулятора представляет собой двухкаскадный усилитель, состоящий из каскада усиления напряжения (левая половина лампы Л1), и каскада усиления мощности (лампа Л3). Анодной нагрузкой лампы Л3 является управляющая обмотка асинхронного конденсаторного двигателя Д-32. Выходной вал двигателя перемещает движок реостата R2, благодаря чему измерительная схема регулятора будет разбалансирована и исполнительный механизм переместится в ту же сторону, что и при работе П-части.

    Для настройки И-части, т. е. для того чтобы получать разные средние скорости двигателя при одинаковых сигналах на входе, каскад усиления напряжения И-части питают импульсным напряжением от генератора импульсов, собранного на тиратроне (лампа Л4). Постоянную времени генератора можно изменять, перемещая движок сопротивления Р21, служащего для настройки времени удвоения.

    ПИ- регулятор действует по следующему закону регулирования:

    

    где  kp- коэффициент передачи пропорциональной части регулятора;

           kр.и – коэффициент передачи интегральной части;

           Ти – время удвоения, равное

   Универсальные ключи

 

   Называют аппараты которые служат для одновременных переключений в нескольких независимых электрических цепях управления. Эти аппараты могут быть использованы для переключения цепей как постоянного так и переменного тока. Универсальные переключатели состоят из набора контактных секций изолированных друг от друга пластмассовыми перегородками; через все секции проходит центральный валик, на одном конце которого укреплена пластмассовая рукоятка управления. В схемах автоматического регулирования они нашли применение при переключении схемы на автоматическое регулирование, а при неисправности последнего – на ручное управление для выбора соответствующего режима работы.