1.12 Известковая печь как объект управления
Производство извести представляет собой непрерывно-циклическое со сложными организационными связями производство, имеющее в своем составе ряд технологических процессов.
Главной задачей управления производством является получение заданного состава извести по СаО, что в основном сводится к расчету необходимого объема газа на горение и объема продувочного воздуха. Эта задача сложна тем, что непосредственная информация о содержании СаО отсутствует. Также необходимо сказать, известковая печь является агрегатом временного действия в отличие от таких агрегатов как доменная печь или агломашина.
В качестве управляющего устройства может выступать либо электронная вычислительная машина, либо регулирующий микроконтроллер. Известковая печь как объект системы управления называются замкнутыми или управления. системами с обратной связью. В них управляющее устройство получает сведения о действительном состоянии Хт объекта, заданиях Хз или входных параметрах и информацию о контролируемых возмущающих воздействиях .
Алгоритм управления может быть построен на принципе компенсации, либо на принципе обратной связи, либо с использованием обоих принципов. В первом случае управляющее устройство, получая результаты измерения контролируемых возмущающих воздействий, рассчитывает и выдает такие управляющие воздействия которые компенсируют влияние возмущения и приводят выходную величину в лучшее соответствие с требованиями к ней. Во втором случае управляющее устройство, анализируя различие между выходной величиной и заданием оказывает такое воздействие на объект, чтобы приблизить к заданному значению.
Принцип обратной связи во многих отношениях проще и эффективнее, чем метод компенсации. Однако использование его при управлении обжигом извести весьма ограничено в связи с невозможностью измерения многих выходных параметров процесса.
Все управляющие воздействия можно разделить на две группы: статические и динамические. В соответствии с этим и управление можно разделить на статическое и динамическое. Статическое управление сводится к нахождению оптимального объема природного газа, продувочного воздуха и фракционного состава известняка, обеспечивающих получение конечных параметров извести как можно ближе к заданным. С этими целями строятся статические модели обжига извести, которые реализуются на ЭВМ и микроконтроллерах. Динамическое управление в отличии от статического предусматривает определение оптимальных значений управляющих воздействий, являющихся функциями времени продувки. Оно реализуется на основе измерений динамических параметров процесса. К динамическим управляющим воздействиям относятся параметры;
1) расход природного газа;
2) расход продувочного воздуха.
Основной задачей для реализации динамического регулирования является непосредственное измерение параметров процесса - температуры и состава извести. Однако недоступность печи для прямых измерений практически исключает это. Что касается определения химического состава извести, то здесь наиболее перспективно использование косвенных параметров, доступных измерению и несущих в себе необходимую информацию.
Также, в задачу управления входит контроль ряда параметров:
Таблица 1.
| Контролируемый параметр | Способ выражения физической величины контролируемого параметра (А) в единицах СИ | ||
| Заданное значение | Предельные значения | Допуск заданный | |
| Температура в соединительном канале печи, С° | 950-1200 | 750-1350 | ±200 |
| Давление в соединительном канале печи, кПа | 10-30 | 8-38 | ±3 |
| Температура извести из шахт № 1 ,№2, °С | 100 | 120 | ±10 |
| Температура отходящих газов извести из шахт №1,№2,С° | 120 | 200 | ±10 |
| Давление верхнего воздуха (на горение), кПа | 25 | 8-38 | ±5 |
| Давление нижнего воздуха (на охлаждение), кПа | 24 | 8-30 | ±5 |
| Давление воздуха на продувку , кПа | 50-70 | 30-90 | ±5 |
| Расход верхнего воздуха (на горение), м /час | 32000 | 20000 -40000 | ±2000 |
| Расход нижнего воздуха (на охлаждение), м."7час | 15000 | 10000-22000 | ±2000 |
| Температура природного газа на печь, °С | 20 | -10-40 | |
| Расход природного газа на печь, Нм /час | 2200 | 1600-2400 | ±30 |
2. Построение функциональной схемы автоматизации и выбор технических средств
Система управления обжигом в печах ИОЦ представляет собой комплекс технических средств, обеспечивающих следующие функции;
обеспечение работы печи и ее механизмов в точном соответствии с требованиями технологии в автоматическом режиме;
предупреждение и диагностирование аварийных ситуаций, что обеспечивает безопасность труда и целостность оборудования цеха;
визуальное отображение хода технологического процесса и работы печи на экране компьютера оператора;
запись и архивирование данных об основных параметрах технологического процесса в базе данных компьютера.
Автоматизированная система управления технологией производства (в дальнейшем АСУТП) известково-обжигательной печи состоит из трёх уровней.
Первый уровень: комплекс средств, для получения данных о технологическом процессе и его параметрах.
Этот уровень включает в себя датчики, осуществляющие сбор информации о температуре, давлении, расходе, положения механизмов и других параметров техпроцесса.
Второй уровень: программируемый логический контроллер "SIМАТIС" 87-300 фирмы SIЕМЕМ5.
Данный контроллер, получив информацию с первого и с третьего уровней, осуществляет управление технологическим процессом по программе, загруженной в него с помощью программирующего устройства — программатора. Управление осуществляется путем подачи команд на исполнительные механизмы.
Третий уровень: комплекс средств, для отображения технологического процесса, а также для передачи параметров управления в контроллер.
Этот уровень выполнен на базе современных персональных компьютеров промышленного исполнения фирмы Advantech, оснащенных специальными платами — коммуникационными процессорами для связи с контроллерами через шину PROFIBUS. По существу эти компьютеры представляют собой собственно рабочее место обжигальщика. Через эти компьютеры осуществляется задание параметров и режимов работы печи, а также осуществляется управление печью в ручном режиме в случае возникновения внештатных ситуаций. Программным обеспечением на этом уровне является система визуализации InTouch7.1 американской фирмы WonderWare.
В соответствии с поставленными задачами нам необходимо разработать контуры контроля - основных технологических параметров (табл. 1) и управления подачей топливного газа в печь. Следовательно, можно синтезировать следующие контуры контроля и управления (приложение Б):
1. Контур контроля и регистрации температуры в переходном канале. В нем используются первичный датчик - пирометр радиационного излучения Ardometr М250АЗ, в комплекте с преобразователем сигнала - линеаризатором М5533, самопишущий прибор Zерагех 49 с унифицированным входным сигналом 4-20 mА, сигнал с которого поступает в микроконтроллер.
2. Контур контроля давления продувочного воздуха. В нем используется датчик давления ипргезн 62 с унифицированным входным сигналом 4-20 mА, сигнал с которого поступает в микроконтроллер.
3. Контур контроля и регистрации давления в соединительном канале. Состоит из датчика давления Impress 62 и самопишущего прибора Zераrех 49 с унифицированным входным сигналом 4-20 mА, сигнал с которого поступает в микроконтроллер.
4. Контур контроля расхода воздуха на горение (верхний воздух). Построен на основе скоростного расходомера (группа - гидродинамических трубок) - измерительный зонд М08-023-892-5-НР, в комплекте с преобразователем перепада давления INDIF 51, выходной сигнал 4-20 mА. Сигнал с INDIF 51 поступает в корнеизвлекающий преобразователь INМАТ выходной сигнал 0-20 mА, далее сигнал поступает в микроконтроллер.
5. Контур контроля давления воздуха на горение (верхний воздух). В нём используется первичный датчик давления Impres 62 с унифицированным входным сигналом 4-20 mA, сигнал с которого поступает в микроконтроллер.
6. Контур контроля расхода воздуха на охлаждение (нижний воздух). Построен на основе скоростного расходомера (группа - гидродинамических трубок) - измерительный зонд МОЗ-023-622-5-НР в комплекте с преобразователем перепада давления INDIF51 , выходной сигнал 4-20 mА. Сигнал с INDIF51 поступает в корнеизвлекающий преобразователь INМАТ , выходной сигнал 0-20 mА, далее сигнал поступает в микроконтроллер.
7. Контур контроля давления воздуха на охлаждение (нижний воздух). В нём используется первичный датчик давления Impress 62 с унифицированным входным сигналом 4-20 mА, сигнал с которого поступает в микроконтроллер.
8. Контур контроля и регистрации температуры извести из шахты. Используется термометр сопротивления ТСП-Рt100, вторичный нормирующий преобразовательINPAL, с выходным сигналом 4-20 mА, и регистрирующий прибор Zераrех 49 с унифицированным входным сигналом 4-20 mА, сигнал с которого поступает в микроконтроллер.