Файл: Группа Дипломная работа Автоматизированная система управления процессом конвертирования в цветной металлургии Пояснительная записка Зав кафедрой.doc

• 
  информационно-измерительной системы, осуществляющей реализацию оперативного сбора информации о процессе, ее обработку и передачу ЭВМ оператора;
  
• 
  модуля обучения и тренинга – компьютерного тренажера, предназначенного для исследования процесса конвертирования и обучения навыкам управления персонала, обслуживающего конвертер, в штатных режимах и в условиях аварийных ситуаций без вмешательства в реальное производство;
  
• 
  системы поддержки принятия решений, составной частью которой является МОиТр, используемую для управления процессом конвертирования в режиме «советчика».
  

---

3 Реализация модуля контроля и управления процессом
конвертирования медных штейнов

3.1 Информационно-измерительная система оперативного
контроля за ходом процесса конвертирования

При разработке систем управления исходные данные необходимо представлять в виде пригодном для использования оператором и передачи их непосредственно в ЭВМ. Для этих целей служит информационно-измерительная система, являющаяся элементом МКУ и предназначенная для получения информации о параметрах процесса конвертирования и представления ее МОиТр, СППР и оператору с целью управления процессом и обеспечения безопасной работы конвертера. Измерения могут осуществляться автоматическими средствами и путем ручного замера.

ИИС должна позволять получать информацию о следующих параметрах: содержание меди и цинка в штейне, расход воздуха, штейна и кварцевого флюса, продолжительность цикла, температура ведения процесса, извлечение меди в черновую медь, содержание SO₂ в отходящих газах, а также контролировать работу и состояние технологического оборудования.

Часть параметров, таких как расход воздуха, штейна и кварцевого флюса, продолжительность цикла, температура ведения процесса, могут быть измерены общепринятыми методами с использованием датчиков со стандартным выходным сигналом (например, постоянного тока 5 мА или напряжения 10 В). ИИС, в этом случае, осуществляет опрос датчиков согласно алгоритму сбора и первичной обработки информации, описанному во второй главе.

Априорная информация о содержании меди и цинка в штейне поступает из центральной заводской лаборатории.

Другие параметры, такие как извлечение меди в черновую медь и содержание SO₂ в отходящих газах, не поддающиеся прямому измерению, рассчитываются при помощи математических моделей.

По полученным данным также может быть сформирована таблица о текущем состоянии процесса, данные из которой могут использоваться
МОиТр.

Для реализации ИИС оперативного контроля за ходом процесса конвертирования разработаны система датчиков (или использованы уже имеющиеся датчики), выбраны локальные контроллеры, определены способы и протоколы передачи данных и физически согласованы все элементы этой системы между собой и с ЭВМ оператора.

3.1.1 Система датчиков

---

Нижний уровень ИИС представлен датчиками измерения параметров процесса конвертирования.

Процесс конвертирования протекает при температурах свыше 1000С: в первом периоде рабочая температура поддерживается в пределах 12801320С, во втором – 12401280С. При этом тепловая работа конвертера характеризуется постоянным повышением температуры при продувках сульфидного расплава, когда температура может возрасти до значений выше рабочих пределов, и охлаждением при выводе конвертера из-под дутья, когда температура может снижаться до 1000С.

На конвертерном производстве измерение температуры жидкого штейна производится при повалке конвертера термопарой погружения со сменным кварцевым наконечником и сменной измерительной головкой, т.е. датчик должен обладать достаточной механической прочностью, устойчивостью к химически агрессивным средам. При этом необходимо защищать оператора, производящего измерение, от мощного теплового излучения из полости конвертера. Повалка конвертера для измерения температуры металла является операцией, требующей существенных затрат времени и снижающей тем самым производительность агрегата.

Во избежание снижения производительности и для защиты оператора от излучения целесообразно использовать бесконтактный способ измерения температуры с помощью пирометров излучения. При этом измерения производятся непрерывно. Будем использовать одноцветный пирометр серии Marathon МА1SB с диапазоном измерений 600  2000С. Погрешность измерения  0,3% от измеряемой величины. Выходные сигналы:

• 
  аналоговый – унифицированный сигнал постоянного тока 4  20мА;
  
• 
  цифровой RS422/485 с возможностью подключения до 32-х датчиков.
  

Пирометр при помощи специальной арматуры крепится к кожуху конвертера ниже уровня металла и через водоохлаждаемую фурму в кладке визируется в полость ванны.

Количество воздуха, необходимого и достаточного для протекания процесса конвертирования, зависит от содержания меди в штейне и от количества продуваемого штейна и рассчитывается теоретически с использованием химических реакций, что приведено в [18]. Количество подаваемого в конвертер воздуха можно измерять только с помощью датчика мгновенного расхода, поэтому необходимо производить пересчет от суммарного расхода воздуха к мгновенному.

Практика ведения процесса показала, что удельный расход воздуха изменяется в пределах 0.51.2 м³/(см

---

²мин), при этом скорость истечения воздуха из сопла должна составлять 120 150м/с.

Измерение мгновенного расхода воздуха осуществляется комплектом аппаратуры, состоящим из диафрагмы для измерения расхода газа методом переменного перепада давлений и датчика-дифманометра. Используется диафрагма камерная ДКС, устанавливаемая во фланцах трубопровода. Для трубопровода с условным проходом 250 мм (для рассчитанного примера при ) при давлении до 0,6 МПа (воздух в конвертер подается под давлением 0,10,12 МПа) используется диафрагма ДКС 0,6 - 250. Для измерения и непрерывного преобразования в цифровой сигнал на базе интерфейса RS485 используем датчик Метран – 100 - ДД (напряжение питания 1242 В).

Все операции по взвешиванию подаваемых к конвертеру материалов (штейна, кварцевого флюса, холодных материалов) механизированы и автоматизированы.

Последовательность движения исходных материалов следующая: отделение исходных материалов – расходные бункеры – весодозирующее устройство – промежуточный бункер – конвертер. В расходных бункерах имеются указатели верхнего и нижнего положения уровня материала. Автоматические весы-дозаторы представляют собой весовой бункер, подвешенный к рычажному весовому механизму, усилие от которого передается на тензодатчик, соединенный с устройством отображения.

Целесообразно модернизировать существующие на предприятии механические весы. Модернизация заключается в удалении передаточного-рычажного механизма и установке грузоприемной платформы на датчики веса. Устройством для измерения веса исходных материалов является тензометрический взвешивающий модуль 760DC DigiTOL, в комплект поставки которого входят датчики МЕТТЛЕР ТОЛЕДО с цифровым выходом, обладающие высокой надежностью и безотказностью работы. Будем использовать модель 760DC100-4 с четырьмя датчиками, грузоподъемность каждого из которых 45 т. Взвешивающий модуль МЕТТЛЕР ТОЛЕДО является прекрасным средством преобразования практически любой конструкции, в том числе и бункера, в весы и может быть подключен к контроллеру.

Процесс конвертирования состоит из двух периодов, разграниченных разными химическими превращениями. Первый период состоит из нескольких циклов, число которых зависит от содержания меди в штейне и каждый из них заканчивается сливом шлака, а начинается с заливки штейна. Поэтому необходимо знать через какие промежутки времени необходимо завершать работу конвертера под дутьем и осуществлять операции слива шлака и заливки новой порции штейна, т.е. измерять продолжительность цикла.

---

Для этих целей будем использовать таймер электронный ЭТ-99, позволяющий устанавливать интервалы времени, вести их отсчет и сигнализировать об окончании отсчета (единица измерения интервалов времени – минуты). В наличии исполнительное устройство – реле 7А250В – включающееся по окончании отсчета.

3.1.2 Локальные комплексы

На втором уровне ИИС представлена локальными комплексами, обеспечивающими сбор информации о параметрах процесса, их контроль (сравнение с нормальными и аварийными уставками), а также поддержку сетевого протокола связи с ЭВМ оператора.

Существует два варианта построения локального комплекса – централизованный и распределенный, описанные в [19].

В связи с быстрым совершенствованием элементной базы электроники, в настоящее время доминирующим направлением является переход от централизованных архитектур к распределенным. Современные микроконтроллеры при низкой цене обладают значительной производительностью и развитой подсистемой ввода-вывода. При этом все контроллеры объединяются в локальную сеть, обеспечивающую их взаимодействие.

Распределенная архитектура обладает следующими преимуществами:

• 
  значительное снижение количества и длины кабельных соединений;
  
• 
  простота монтажа, наладки и обслуживания;
  
• 
  повышение надежности, поскольку отказ отдельных ПерК не приводит к отказу всей системы;
  
• 
  повышенная помехоустойчивость, особенно актуальная для применения на металлургическом производстве, где, как правило, присутствуют сильные электромагнитные помехи.
  

Таким образом, следует признать, что для ИИС наиболее целесообразно выбрать распределенную архитектуру локального комплекса.

Фирмой Bosh разработана и уже стала промышленным стандартом локальная сеть микроконтроллеров CAN (contoller area network). CAN позволяет объединить с помощью единственной пары проводов многочисленные датчики и исполнительные механизмы, оборудованные локальными микроконтроллерами. При этом реализуется распределенная обработка информации с координацией, осуществляемой центральным микроконтроллером (иногда называемый мастер-контроллер). Применение CAN позволяет устранить значительное количество кабелей, повысив этим надежность и снизив стоимость сетевой электроники. Повышение надежности достигается посредством распределенной обработки информации. Отказ одного из локальных микроконтроллеров не приводит к полному отказу всей системы, поскольку в этом случае периферийные микроконтроллеры способны обеспечить перераспределение функций по первичной обработке информации.

---