13.5 Система комплексной автоматизации доменного производства

Дальнейшим этапом развития автоматизации доменного процесса является разра­ботка системы комплексной автоматизации доменного производства с широким использованием новейших технических средств контроля, регулирования и управ­ления с помощью вычислительных машин.

Несмотря на свою сложность, доменный процесс является управляемым, а управление устойчивым, хотя для управления используются или явно не связанные системы автоматического регулирования, или связанные в группы. В первом случае все рассмотренные выше локальные АСР работают независимо друг от друга, и их работа объединяется лишь для деятельности человека - оператора (мастера про­изводства).

Во втором случае (система многосвязанного регулирования) локальные систе­мы объединяются с помощью программ (алгоритмов) связи и работа их подчиня­ется более общему, т.е. объединенному алгоритму. Объединение локальных АСР создает предпосылки для возникновения автоматической системы управления до­менным процессом АСУДП.

Например, как видно из рисунка 13.5.1, система состоит из нескольких подсистем, связанных между собой единым алгоритмом. Связь осуществляется через промежуточные преобразователи, работающие по алгоритмам связи и учитывающие внешние конт­ролируемые и неконтролируемые случайные воздействия. К системам первого вида относятся:

СЦКУ — система централизованного контроля и управления за тепловым состоянием процес­са и печи, организующая сбор и обработку информации, в том числе исходной информации, необходимой для функционирования связанных АСУ;

АСУ - шихта, управляющая устройствами дозирования, взвешивания и пода­чи шихты на колошник, а также осуществляющая контроль за химическими и физическими параметрами компонентов шихты, имеющими какое-либо известное значение для хода доменного процесса;

АСУ распределения шихты, управляющая механизмами загрузки шихтовых ма­териалов в печь, а также формирующая задания о комбинациях массы и свойствах шихтовых материалов, необходимых для требуемого их распределения по объему печи; АСУ распределения дутья, управляющая параметрами сред, вдуваемых в печь:

воздуха, кислорода, природного газа, мазута и т.п. в соответствии с состоянием процесса и параметрами шихты.

К автономным системам относятся:

1) АСУ - чугун - система управления выпуском и разливкой жидкого чугуна и распределения его между потребителями;

2) АСУ - шлак - система управления выпуском, разливкой (во всех современных печах-грануляцией) шлака и отгрузкой потребителям;

3) АСУ - нагрев дутья - система управления воздухонагревателями и воздухо­дувками;

4) АСУ - газ - система управления машинами и механизмами для очистки домен­ного газа от пыли, использования избыточного давления, а также отделения пыли от воды и отгрузки пыли на фабрику окомкования (агломерации).

Рисунок 13.5.1 - Схема структуры управления доменным процессом

В качестве примера, рассмотрим второй вариант [3], структурную схему системы управления доменной печью, показанной на рисунке 13.5.2.

На приведенной схеме: 1 - система управления загрузкой шихтовых бункеров; 2 - система управления шихтоподачей и загрузкой; 3 - система распределения шихтовых материалов по окружности колошника; 4 - система управления дозированием шихтовых материалов; 5 - система стабилизации влажности дутья; 6 -система стабилизации расхода кислорода; 7 - система стабилизации соотношения расходов природного газа и воздуха с коррекцией на концентрацию кислорода; 8 - система стабилизации распределения природного газа и дутья по фурмам; 9 -система стабилизации теплоты смешанного газа, идущего на отопление воздухо­нагревателей; 10 - система управления перекидкой клапанов воздухонагревате­лей; 11 - система стабилизации температуры горячего дутья; 12 - система стаби­лизации температуры купола воздухонагревателей; 13 - система оптимального управления нагревом воздухонагревателей; 14 - система управления тепловым состоянием доменной печи; 15 - система управления шихтовкой доменной плав­ки; 16 - система управления сходом шихтовых материалов; 17 - система управления распределения газового потока по сечению шихты доменной печи; 18 - сис­тема стабилизации расхода дутья; 19 - система стабилизации давления колошнико­вого газа.

Рисунок 13.5.2 - Схема системы управления доменной печью:

В — воздухонагреватель; Г - газоочистка; Т - турбовоздуходувная машина

К системам управления доменным процессом предъявляются достаточно высо­кие технологические требования, которые могут быть обеспечены: только при дос­таточно полном знании статических и динамических характеристик процесса, его математического описания и соответствующем выборе управляющих устройств.

Схема регулирования давления смешанного газа

Давление смешанного газа (рисунок 5.6.3) регулируют изменением давления доменного газа. Для этого на трубопроводе доменного газа устанавли­вают регулирующий дроссель. В качестве привода его используют испол­нительный механизм (поз. 7-5) типа МЭО-400/150.

Схема обеспечивает автоматическое и дистанционное управление дросселем доменного газа. Выбор режима управления осуществляется 1 ключом SA, а управление в дистанционном режиме - ключом SB. При включении в автоматический режим регулирования дросселем управля­ют через магнитный пускатель (поз. 1-4) типа ПБР-2М от регулятора; давления (поз. 1-2), отрабатывающего сигнал рассогласования, дистанционного задатчика (поз. 1-3) и первичного прибора (поз. 1-1) типа: "Сапфир-22ДИ", измеряющего давление смешанного газа. Положение дросселя фиксируется на мнемосхеме дистанционным указателем положения (поз. 1-6).

В схеме предусмотрены блокировки, позволяющие при пуске доменной печи открывать на некоторый угол дроссель на трубопроводе домен­ного газа во избежание ложного срабатывания сигнализатора падения давления. Для этого до пуска доменной печи при отсутствии давления доменного газа блок-контакты реле запрещают управлять дросселем на закрытие. Во время подачи газа дроссель начинает открываться. Угол открытия определяет реле времени. При отключении реле времени подк­лючается цепь контроля падения давления.

Рисунок 5.6.3 - Схема регулирования давления смешанного газа

В состав АСУ ТП доменной печи входит автоматизированная система управления блоком воздухонагревателей (АСУ БВН), пред­назначенная для оптимизации режимов работы воздухонагревателей, а также решения задач учета и косвенного контроля параметров техно­логического процесса нагрева доменного дутья, АСУ осуществляет замкнутое управление локальными системами регулирования. При ре­шении задачи оптимизации режимов работы воздухонагревателей опре­деляются схемы их включения (последовательное, попарно-параллель­ное, смешанное), расход смешанного газа на нагрев каждого воздухо­нагревателя, калорийность смеси (соотношение природного и домен­ного газов в смеси), продолжительность периодов нагрева и охлаждения. В основу оптимизации положен стоимостной критерий, - минимум средних затрат на нагрев дутья.

При решении задач учета и косвенного контроля АСУ БВН выполняет математическую обработку информации, поступающей от датчиков, для получения данных, используемых в последующих расчетах, а также в технологической отчетности. Система может работать в режиме "совет­чик" оператора. При этом рекомендации по управлению воздухонагрева­телями выводятся на печать либо по запросу операторов, либо через определенные промежутки времени. Программное обеспечение автомати­зированной системы разрабатывается применительно к ЭВМ на основе общего программного обеспечения.

В системе используется информация о температурах отходящих продуктов горения и купола, о расходах смешанного газа на каждый воздухонагреватель, природного и доменного газов на блок воздухонагревателей, холодного дутья и кислорода в дутье, о давлении и тем­пературе холодного дутья, о содержании водорода и окиси углерода в доменном газе, о положении смесительного клапана, о начале и окон­чании периодов нагрева и охлаждения, о калорийности природного газа, о количестве работающих воздухонагревателей, о ценах на энергоносите­ли (газ, дутье, кислород) и о коэффициентах коррекции расчетных фор­мул. В ЭВМ информация вводится с помощью частотных, аналоговых и дискретных датчиков через соответствующие устройства ввода, а также с пульта оператора. В локальные схемы регулирования управляющие воздействия выдаются в виде изменения задания соответствующему ре­зультату в аналоговой форме. Рекомендации газовщику при разомкну­том контуре управления работой блока воздухонагревателей система вы­дает на устройство печати в табличной форме.