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:

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 In Touch7.1 американской фирмы Wonder Ware.

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.

9. Контур контроля температуры отходящих газов из шахты. Используется термометр сопротивления ТСП-Рt100 и вторичный нормирующий преобразователь INPAL с унифицированным входным сигналом 4-20 mА, сигнал с которого поступает в микроконтроллер.

10. Контур контроля температуры природного газа. Используется термометр сопротивления ТСМ-50M, вторичный нормирующий преобразователь INPAL, с выходным сигналом 4-20 mА, и показывающий (стрелочный) прибор Indicomp 2 с унифицированным входным сигналом 4-20 mА, сигнал с которого поступает в микроконтроллер.

11. Контур контроля и регулирования расхода топлива (природный газ). Состоит из турбинного газового счётчика «Rombach» Т2-150-О1000, механически связанного с преобразователем (частота/ток) WЕ-77/ЕХ-UТ (поз. 11-2), с дискретным выходным сигналом. Сигнал с преобразователя поступает в микроконтроллер, где текущая частота импульсов преобразуется в текущий расход газа, после чего данные передаются на пульт в ЭВМ, откуда они поступают в следующий микроконтроллер, где расход преобразуется в токовый сигнал и поступает на регистрирующий прибор Zерагех 49 с унифицированным входным сигналом 4-20 mА. В том же микроконтроллере генерируется сигнал на открытие или закрытие регулирующего органа. Данный сигнал поступает на пускатель сервопривода АUМА 8А-07.1, который открывает или закрывает регулирующий орган.