Автоматизация стекловаренной печи

Федеральное агентство по рыболовству

ФГОУ ВПО «Астраханский Государственный Технический Университет»

 

 

 

 

 

 

Кафедра Автоматизации

технологических процессов

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине: «Проектирование средств

автоматизации».

 

 

 

 

 

 

                                                                                       Выполнил:

студент группы ДИА-51

                                                                                   Досмухамедов Р.Д.

 

                                                                                        Проверил:

                                                                                             доц. Прохватилова Л.И.

 

 

 

 

 

 

 

 

Астрахань 2009г.

 

 

Астраханский Государственный Технический Университет

 

Кафедра  Автоматизации технологических процессов.

Дисциплина  Проектирование средств автоматизации.

Специальность  Автоматизация технологических процессов и производств

Курс  ___V___ Группа ____ДИА-51___  Семестр  __________9_________

 

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект (работу) студента

Досмухамедова Рамиля Дамировича _______________________________________________

 

1.Тема проекта (работы):  Автоматизация стекловаренной печи. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2.Срок сдачи студентом законченного проекта (работы)  _________________________

3.Исходные данные к проекту (работе):  Технологическая схема стекловаренной печи.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4.Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов):1. Введение; 2. Описание технологического процесса; 3. Существующий уровень автоматизации и обоснование целесообразности принятого решения;                 4. Структура системы управления; 5. Описание функциональной схемы автоматизации; 6. Выбор технических средств; 7. Описание принципиальной электрической схемы; 8. Заключение; 9. Список литературы; 10. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей): Функциональная схема автоматизации; Принципиальная электрическая схема регулирования и блокировки.

5.Дата выдачи задания _____________________________________________________

 

Студент____________________  Досмухамедов Р.Д.

             подпись                                               (ф.и.о.)

Руководитель  ____________________  доц., к.т.н. Прохватилова Л.И.

подпись                                         (ф.и.о.)     

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………………………………………4

1. Описание технологического процесса....………………………………………...5

2. Существующий уровень автоматизации  и обоснование целесообразности 

принятого решения…………………………………………………………………..9

3. Структура системы управления………………………………………………….10

4. Разработка функциональной схемы  автоматизации……………...…………….13

5. Выбор технических средств……………………………………………………...16

6. Разработка принципиальной электрической схемы………………………..…..35

7. Заключение…………………………………………………………………...…...37

8. Список литературы……………………………………………………………….38

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В настоящее время проблема комплексной автоматизации в различных сферах является одной из ключевых; ее решение относится к приоритетным направлениям научно-технической политики в нашей стране. Особое место здесь отводится созданию систем автоматического регулирования с использованием микропроцессоров и микро-ЭВМ. Для разработки и исследования таких систем требуются высококвалифицированные специалисты, освоившие как теорию автоматического регулирования, так и её прикладные аспекты, особенно аспекты, связанные с применением современных средств   автоматизации.

В практике проектирования конкретных систем автоматизации  большое значение имеет знание областей применимости используемых методик и характеристик и их взаимная связь.

Опыт автоматизации и роботизации процессов в различных отраслях промышленности показывает, что электрогидравлические и электропневматические системы управления обеспечивают минимальные габариты и массы исполнительных механизмов при максимальной их выходной мощности и быстродействии в сочетании с удобством управления от ЭВМ. Этим объясняется постоянно расширяющееся применение электрогидравлических и электропневматических систем управления в робототехнических комплексах, гибких автоматизированных производствах, машинах-автоматах, строительных и дорожных машинах, судостроении, самолетостроении и других отраслях.

 

 

1. Описание технологического процесса.

 

Печь для варки стекла.

Производство стекломассы включает в себя варку шихты в стекловаренной печи и нормализацию температурного режима в питателях.

На предприятии ООО ВМ Рroduct «АстраханьСтекло» функционирует ванная печь с поперечным направлением пламени. Типичная конструкция такой печи показана на рис.1.

Рис.1. Общий вид печи для варки стекла.

 

Печь имеет три зоны:

1. зона варки, в которой температура регулируется вручную;

2. зона осветления, в которой регулировка температуры осуществляется автоматически;
3. рабочая зона, в которой температура регулируется вручную.

Горелки в печи расположены по бокам, по три на каждую зону слева и справа. Горение осуществляется либо с одной, либо с другой стороны с переводом пламени через каждые 30 минут.

 

Технологическая схема печи для варки стекла представлена на рисунке 2.

 

 

а) вид сверху

 

 

в) вид сбоку.

Рис. 2 Технологическая схема печи для варки стекла.

 

 

На горелки печи подаётся топливный газ, который сгорает в присутствии воздуха. Воздух подаётся воздуходувкой в регенераторы, расположенные с двух сторон печи. В регенераторах воздух нагревается за счёт тепла от печи. Образующиеся дымовые газы выходят из печи и через дымовую трубу удаляются в атмосферу.

Шихта со стеклобоем поступает в стекловаренную печь, в которой производится варка.

Основной особенностью процесса стекловарения в промышленных стекловаренных печах является необходимость плавления больших объёмов шихты за относительно короткий период времени.

В ванных печах провар шихты происходит под влиянием следующих теплообменных процессов:

- передачи лучистой энергии от горячих газов и кладки верхнего строения;

- конвективного переноса тепла  от факела к шихте;

- теплопередачи в слое загружаемой  шихты;

- передачи тепла к шихте снизу  от стекломассы.

Поскольку газы в полости печи перемещаются с небольшими скоростями (1-4 м/c), то конвективная составляющая передачи тепла в пламенном пространстве не превышает 5-15%. Теплопередачей в самой шихте вследствие ее большого термического сопротивления можно пренебречь.

Таким образом, плавление шихты происходит, главным образом, за счёт излучения факелов и пламенного пространства сверху, а также от стекломассы снизу. Соотношение между ними находится в пределах

(1,5-2,5):1. Это определяет ведущую  роль процессов варки на поверхности  кучи шихты. В результате лимитирующим звеном всего процесса варки стекла в промышленной печи становится скорость прогрева массы шихты до температуры ее плавления.

Шихту подают в печь загрузчиком З1 продольными грядами высотой 150-250 мм, количество которых равно числу столов загрузчиков.

 

Мгновенное достижение высоких температур приводит к быстрому (в течение нескольких минут) оплавлению шихты и образованию на ее поверхности подвижной пленки расплава в виде слоя. Под этой плёнкой образуется пластичный слой, который состоит из смеси жидкой и твердой фаз, но жидкой фазы оказывается немного, вследствие чего этот слой остаётся неподвижным.

Ниже этого слоя находится не спекшаяся шихта с температурой 100-

300°С из-за низкой теплопроводности  и теплопрозрачности поверхностных  слоев.

За границу между слоями условно можно принять изотермические поверхности с температурами 1200°С (практическая неподвижность расплава ниже этой температуры) и 800°С (температура появления в нагреваемой шихте заметного количества жидкой фазы). Эти же слои имеются с нижней стороны гряды шихты вследствие поступления к ней тепла от находящейся в бассейне стекломассы.

Все стадии стекловарения протекают в различных слоях кучи шихты, имеющих температуру 100-1200°С. Жидкий расплав образуется на поверхности кучи шихты в виде пленки толщиной около 10 мм с градиентом температур по этой толщине 80-120°С. При этом слой расплава толщиной 4-5 мм стекает с кучи со скоростью 3-5 м/ч, обнажая лежащий под ним слой плавящейся шихты, который, приобретая достаточную текучесть при повышении его температуры, также начинает стекать, обнажая следующие слои. В нижней части кучи тот же процесс протекает с меньшей интенсивностью вследствие более низких температур стекломассы по сравнению с температурой пламенного пространства над кучами шихты.

В конечном итоге эти процессы приводят к изменению высоты куч шихты, их основания и объёма. Скорость изменения высоты кучи шихты зависит от соотношения скоростей двух процессов – образования пленки расплава и ее стекания.

 

 

Процесс образования пленки расплава определяется уровнем температур над зоной варки.

 

2. Существующий уровень автоматизации и обоснование

целесообразности принятого решения.

На предприятии ООО ВМ Product «АстраханьСтекло» реализована система автоматизации, которая обеспечивает:

- поддержание параметров стекловаренной печи в установленном диапазоне за счет работы локальных контуров регулирования температуры, давления, уровня, расхода;

- контроль параметров процесса;

- подачу аварийной и предупредительной  сигнализации;

- дистанционное управление процессом в случаях профилактики, ремонта и отработки режима.

Система управления выполняется на базе программируемого контроллера С200 первых выпусков.

В качестве первичных средств контроля используются датчики-давления Сапфир-22.

На каждом объекте существует своя автономная система управления, связи между ними нет.

Предлагается создание распределенной автоматизированной системы  с объединением контроллеров в локальную заводскую сеть.

 

 

 

 

 

3. Структура системы управления.

В разрабатываемой системе автоматизации принята распределенная автоматизированная система управления технологическим процессом. Функции контроля, регулирования управления распределены между отдельными устройствами – микропроцессорными управляющими устройствами и ЭВМ, т.е. реализована распределенная система управления процессом.

 

Управление технологическим процессом может быть осуществлено из нескольких мест с различных управляющих устройств, т.е. реализована децентрализованная система управления – система управления обеспечивает ручной (местный, дистанционный из операторной) и автоматический режимы управления технологическим процессом.

 

Система управления обеспечивает выполнение следующих функций:

- информационных;

- управляющих;

- защитных;

- диагностических;

- сервисных.

Система управления имеет иерархическую структуру и состоит из нескольких уровней.

Первый (нижний) уровень образуют датчики контроля параметров, исполнительные механизмы, микропроцессорные  управляющие устройства.

Второй уровень образован ЭВМ, входящей в состав автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора.

 

Программируемый контролер (микропроцессорное управляющее устройство) обеспечивает выполнение следующих функций:

- сбор и первичная обработка  полученной информации от                            первичных измерительных устройств;