Автоматизация стекловаренной печи

- контроль состояния процесса  и оборудования;

- управление технологическим процессом;

- непосредственное цифровое регулирование  параметров процессов;

- формирование отклонений параметров  от номинальных значений;

- выдачу принятой от объектов информации и результатов ее обработки на АРМ оператора по интерфейсу связи;

- управление исполнительными механизмами  запорных и регулирующих органов;

- прием от верхней ступени управления команд, установок.

 

АРМ оператора обеспечивает выполнение следующих функций:

- отображение, автоматическую регистрацию  и архивирование текущей информации  о технологических параметрах, состоянии  оборудования;

- регистрацию архивирования аварийных  сообщений, действий оператора при  управлении объектом;

- дистанционное управление исполнительными механизмами запорных и регулирующих органов;

- выдачу диспетчерских рапортов  в виде твердых копий на  бумажном носителе.

 

Станция оператора включает:

- IBMPC с видеотерминалом;

- принтер;

- функциональную клавиатуру;

- стандартную (системную) клавиатуру;

- телефонные аппараты связи.

 

 

Системы контроля, регулирования и управления.

Системой автоматизации предусмотрено регулирование следующих параметров на стекловаренной печи:

-уровня стекломассы;

-температуры в зоне осветления;

-расхода воздуха;

-давления дымовых газов;

-концентрации кислорода в дымовых газах;

 

 

Система предусматривает контроль и отображение на дисплее компьютера следующих параметров в процессе варки стекломассы:

-температуры в зонах варки, осветления  и рабочей зоне;

-давления дымовых газов в  печи;

-расхода топливного газа;

-расхода воздуха;

-концентрации кислорода в дымовых  газах;

-уровня стекломассы;

-температуры воздуха в регенераторах;

-температуры дымовых газов, удаляемых  из печи;

-разрежения у дымовой трубы;

-давления газа в трубопроводе;

-давления воздуха

 

Системы защиты, блокировки и сигнализации:

-при понижении давления топливного  газа;

-при понижении давления воздуха;

-при погасании пламени на  горелках;

-при повышении давления в  печи.

 

Системы управления:

-электроприводом воздуходувок  B1,В2, конвейера K1 и загрузчиков шихты З1;

-программное управление переводом  пламени на горелках через  каждые 30 мин;

-запорным клапанам на общем  трубопроводе топливного газа.

 

 

4. Функциональная схема автоматизации.

Функциональная схема автоматизации стекловаренной печи представлена на чертеже КП 220301.800.2009.01

Разработана автоматизированная система управления с использованием программируемого контролера.

Контролер выполняет функции сбора и обработки информации с датчиков и приборов, регулирование параметров, управление исполнительными механизмами запорных и регулирующих органов по соответствующим алгоритмам. Введены необходимые системы защиты и блокировки, сигнализация предельных значений параметров.

Шихта подается в печь конвейером К1 и загрузчиком З1.

Контроль уровня шихты в печи осуществляется датчиком уровня поз. 4-1, выходной сигнал с которого поступает в контролер поз. 1-3.

Регулирующее воздействие с контролера поступает на электромагнитный пускатель поз. 4-5, изменяющий скорость электропривода загрузчика вследствие изменения питающего напряжения, поступающего на обмотки электродвигателя.

Печь имеет три зоны: зона варки, зона осветления и рабочая зона.

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

В зоне варки и в рабочей зоне осуществляется контроль температуры датчиками поз. 10-1 и 11-1.

Главная регулируемая величина-температура в зоне осветления печи.

В зоне осветления реализована каскадная система регулирования температуры. С датчика поз. 1-1 выходной сигнал поступает в контроллер, в котором программно реализован корректирующий регулятор поз. 1-5.

Выходной сигнал с регулятора главной регулируемой величины корректирует задание регулятору промежуточной величины – расхода топливного газа, измеряемого датчиком расхода поз. 2-1. Регулирующее

воздействие через пусковое устройство поз. 2-5 поступает на исполнительный механизм поз. 2-7 клапана на линии подачи топливного газа к горелкам печи. Воздух на горелки печи подается воздуходувкой В1 через регенераторы Р1 и Р2, в которых воздух подогревается. Контроль температуры в регенераторе обеспечивается датчиком поз. 12-1.

Образующиеся в процессе горения дымовые газы удаляются через дымовую трубу ДТ1 в атмосферу.

Регулирование давления в печи осуществляется регулятором поз. 3-2, на который поступает сигнал с датчика давления поз. 3-1. Управляющий выходной сигнал поступает на исполнительный механизм поз. 3-6 клапана на линии отвода дымовых газов из печи. Контроль температуры дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу, осуществляется датчиком поз. 13-1.

Разработана каскадная система регулирования качества горения.

Содержание кислорода в дымовых газах измеряется датчиком  поз. 14-1.

Выходной сигнал с датчика поступает в контроллер. Программно реализованный регулятор поз. 14-3 корректирует задание регулятору поз.   15-3 вспомогательной величины – расхода воздуха, измеряемого датчиком поз.15-2. Регулирующее воздействие подается на исполнительный механизм поз. 15-7 клапана на линии подачи воздуха на горелки.

Переключение работающих горелок и регенераторов обеспечивается таймером поз. 9-1, работающим по определенной программе. Через каждые 30 минут осуществляется переключение запорных клапанов на линии подачи топливного газа, управляемых исполнительными механизмами поз. 9-4 и 9-6, запорных клапанов на линиях подачи воздуха в регенераторы, управляемых исполнительными механизмами поз. 9-8, 9-10, 9-12, 9-14.

Также разработана одноконтурная система регулирования расхода воздуха на барботаж. Сигнал с датчика расхода, установленного на линии подачи воздуха на барботаж, поз. 16-1 поступает в контроллер. Программно реализованный регулятор поз.16-3 подаёт управляющее воздействие на

исполнительный механизм поз. 16-7 клапана на линии подачи воздуха на барботаж.

Контроль давления на трубопроводах газа, воздуха, дымовых газов обеспечивается датчиками – реле давления поз. 6-1, 7-1 и 8-1. При падении давления на трубопроводе газа или воздуха, при повышении давления дымовых газов в печи отключаются электроприводы воздуходувок В1 и В2, конвейера К1, закрывается клапан на линии подачи топливного газа в печь, управляемый исполнительный механизм поз. 5-6.

Индикация, сигнализация предельных значений параметров осуществляется на мониторе ЭВМ. Текущее значение выводится на печать. Дистанционное управление исполнительными механизмами запорных и регулирующих органов, электроприводами воздуходувок, конвейера, загрузчиков, осуществляется оператором в режимах проверки оборудования и в аварийных ситуациях.

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Выбор технических средств автоматизации.

 

Программируемый контроллер КРОСС-500.

Новый высокопроизводительный контроллер КРОСС построен на базе модулей фирм ЗЭиМ, РЕР (стандарт SMART 2) и последовательных четырехпроводных синхронных дуплексных интерфейсов SP1 со скоростью передачи 1 Мбод. Модули устанавливаются на DIN-рейку внутри шкафа контроллера, что позволяет использовать различные типы шкафов. Базовым блоком контроллера является процессор SM2-CPU контроллера SMART 2 фирмы PEP. Контроллер включает два типа шин с интерфейсом SP1, одна из которых имеет протоколы с географической адресацией модулей и предназначена для подключения модулей УСО фирмы PEP, ее информационная емкость -14 модулей. Вторая – имеет протоколы с логической адресацией модулей и предназначена для подключения модулей УСО фирмы ЗЭиМ. Информационная емкость такой шины 32 модуля. Шин

второго типа может быть несколько, что позволяет увеличить информационную емкость контроллера или вводить резервирование шин и модулей УСО.

Все модули УСО фирмы ЗЭиМ имеют бортовой микропроцессор, выполняющий функции:

- автономного, без участия центрального  процессора, управления в циклическом  режиме процессами ввода/вывода, аналого-цифрового и цифроаналогового  преобразования, а также предварительную обработку сигналов (фильтрации, линеаризации, автоматической калибровки, настройки на тип сигнала аналоговых каналов);

- выбора одного из четырех  интервалов интегрирования в  АЦП для повышения точности  входных аналоговых каналов – 20, 40, 80, 160 мсек (12, 13, 14, 15 разрядов соответственно);

- автономного широтно-импульсного  модулирования импульсных выходных  сигналов;

- непрерывной диагностики входных  и выходных каналов модуля, установки  выходов в заданное состояние  в аварийных ситуациях.

Программы автокалибровки и калибровочные коэффициенты аналоговых входов и выходов интеллектуальных модулей УСО заносятся в память встроенного процессора при его настройке на этапе производства, чем обеспечивается взаимозаменяемость модулей во время их эксплуатации. Интеллектуализация модулей УСО обеспечивает реализацию принципа нечувствительности технологических программ к особенностям построения и работы аппаратуры ввода/вывода аналоговых сигналов и датчиков этих сигналов. Технологическая программа строятся в терминологии номеров входных и выходных аналоговых и дискретных каналов и функций обработки информации.

Для обеспечения простоты технического обслуживания контроллера процессор и модули УСО фирмы ЗЭиМ имеют последовательный порт с

интерфейсом RS-232 для подключения переносного пульта настройки, тестирования, контроля и управления модулем в автономном режиме.

Гальваническое разделение	Вид разделения (индивидуальное или групповое) зависит от типа модуля, испытательное напряжение 500 В
Выходные аналоговые сигналы
Число выходов на модуль постоянного состава		4
Число выходов на модуль проектно- компонуемого состава		До 16
Число выходов в ячейке		1,2
Шаг изменения числа выходов		1,2,4
Виды сигналов: - унифицированные		(0-5), (0-20), (4-20) мА
Погрешности: - предел допускаемой основной  приведенной погрешности - предел допускаемой дополнительной  приведённой погрешности при  изменении температуры на 10		0,1%; 0,2% в зависимости от  типа модуля 0,1%
Гальваническое разделение		Вид разделения (индивидуальное или групповое) зависит от типа модуля, испытательное напряжение 500 В
Входные/Выходные сигналы
Входные дискретные сигналы

 

Число входов на модуль	8, 16 (группами по 8 входов)
Шаг изменения числа входов	8
Виды сигналов: - сигнал логического <<0>>   - сигнал логический <<1>>	(0-7) В (24 +/- 6) В
Максимальный ток	0,01 А – на один канал по  цепи 24 В
Гальваническое разделение	Между группами входов и выходов, испытательное напряжение 500 В
Выходные дискретные сигналы
Число выходов на модуль	8, 16 (группами по 8 входов)
Шаг изменения числа выходов	8
Напряжение коммутации транзисторного выхода	До 40 В
Ток коммутации	До 0,3А на один канал, но не более 2А – на 8 каналов одной  группы
Гальваническое разделение	Между группами входов и выходов, испытательное напряжение 500 В
Модуль импульсного регулятора SM-PID	4 дифференциальных аналоговых входа 0…10В, +/- 10В, 0…20мА; 10 бит 2 дискретных  выхода 24 В/0,5 А
Входные-выходные дискретные сигналы терминальных блоков
Номинальное напряжение включения (коммутации)	≡24В, ≡110В, ≡220В
Гальваническое разделение	Имеется, испытательное напряжение 500 или 1500 В в зависимости от вида блока
Общие функциональные параметры
Операционная система реального времени (ОС РВ)	RTOS-32
Исполнительная система	ISa GRAF Target
Языки технологического программирования (система Isa GRAF)	последовательных функциональных схем SFC; релейной логики LD; структурированного текста ST; функциональных блоков FBD;   инструкций LI; потоковых диаграмм FC.
Объём памяти блока центрального процессора - flash-память - динамическое ОЗУ - статическое ОЗУ	1 Мбайт 4 Мбайт 256 Мбайт
Часы реального времени	Имеются (секунды-минуты-часы-годы)
Минимальное время цикла (шаг его изменения)	2 мс (1 мс)
Время сохранения технологических программ при отключении питания (flash- память)	Без ограничения времени
Параметры питания и эксплуатации
Электрическое питание контроллера	- от сети переменного однофазного тока с номинальным напряжением 220В (диапазон от 85 до 264В); -от внешнего нестабилизированного источника постоянного тока напряжением 24В (диапазон от 18 до 36В)
Степень защиты от проникновения твердых тел и воды ПО ГОСТ 14254	IP20
Климатическое исполнение и категория помещений по ГОСТ 15150	УХЛ 4.2
Диапазон рабочих температур	От плюс 5 до плюс 50
Относительная влажность воздуха при температуре 35	95%
Средний срок службы ,не менее	10 лет
Параметры питания и эксплуатации
Средняя наработка на отказ: - аналогового канала	Не менее 70000 ч
- дискретного канала	Не менее 100000 ч
Электромагнитная совместимость	Контроллеры выдерживают воздействие: - микросекундных импульсных  помех большой энергии по ГОСТ Р 51317.4; - наносекундных импульсных  помех по ГОСТ Р 51317.4.4; - электростатических разрядов  по ГОСТ Р 51317.4.2; - радиочастотных электромагнитных  полей по ГОСТ Р  51317.4.3; - кондуктивных помех, наведенных  радиочастотными электромагнитными полями, по ГОСТ Р 51317.4.6; - динамических изменений  напряжения в сети электропитания  по ГОСТ Р 51317.4.11; - прерывания напряжения  на 100% в сети по ГОСТ 51317.4.11 в  течении 5с.
Уровень индустриальных помех контроллера	Не превышает значений по ГОСТ Р 51318.22 для оборудования класса А на расстоянии 10м.