ОБЗОР КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА В МЕТОДИЧЕСКОЙ ПЕЧИ

OVERVIEW OF THE COMPLEX OF TECHNICAL MEANS FOR THE CONTROL CIRCUIT OF THE METAL SURFACE TEMPERATURE IN THE METHODICAL FURNACE

Vasiliy Volkov

Student, Institute of Energy and Automated Systems, Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov,

Russia, Magnitogorsk

Elena Mukhina

scientific adviser, Senior lecturer of the Automated Control System Department, Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov,

Russia, Magnitogorsk

АННОТАЦИЯ

Современные технические средства автоматизации позволяют регулировать температуру в каждой зоне печи, задавая определенное количество подаваемого топлива в виде природного газа. Выбор комплекса технических средств для реализации контура регулирования оказывает влияние на качество управления технологическими процессами.

ABSTRACT

Modern technical automation tools allow you to adjust the temperature in each zone of the furnace, setting a certain amount of fuel supplied in the form of natural gas. The choice of a set of technical means for the implementation of the control circuit affects the quality of process control.

Ключевые слова: температура, автоматизация, методическая печь, управление, регулирование.

Keywords: temperature, automation, methodical furnace, control, regulation.

Методическая печь – это нагревательная печь, которая используется для нагрева заготовок перед прокатом. Современные нагревательные печи представляют собой высокомеханизированные агрегаты, удовлетворяющие технологическим и экологическим требованиям [1]. Достоинствами методических нагревательных печей являются непрерывный характер работы и относительно стабильный, благодаря этому, тепловой режим [2].

Выбор комплекса технических средств для регулирования температуры поверхности металла в методической печи выполнен на основе анализа примеров реализации систем управления такого рода в стране и мире.

Характеристики технических средств.

Для контура управления температурой поверхности металла были выбраны следующие технические средства:

Оптоволоконный стационарный инфракрасный пирометр Термоскоп-600-2С спектрального отношения.

Выбор датчика измерения температуры был основан на его технических характеристиках и возможности работать в сложных производственных условиях. Стационарный оптоволоконный пирометр Термоскоп-600-2С имеет диапазон измерения от 700 до 1500 ℃ с точностью до 0,75 %. Быстродействие пирометра составляет 50 мс. Термоскоп-600-2С состоит из оптической головки и блока процессора (контроллер), соединенных между собой оптоволоконным кабелем, по которому транслируется инфракрасное излучение.

Внешний вид пирометра Термоскоп-600-2С изображен на рисунке 1

Рисунок 1. Оптоволоконный стационарный инфракрасный пирометр Термоскоп-600-2С

Объект измерения – нагреваемые слябы в методической печи [3]. Принцип действия данного пирометра основан на принципе спектрального отношения, что позволяет исключить негативные факторы, которые снижают точность измерения температуры традиционными пирометрами.

Пускатель ПБР – 3М.

Пускатель предназначен для бесконтактного управления электрическими исполнительными механизмами, в приводе которых использованы трехфазные электродвигатели мощностью до 4,5 кВт. Пускатель данного исполнения предназначен для работы в тяжелых производственных условиях. Принцип действия: осуществляет пуск и реверс трехфазного синхронного электродвигателя, обеспечивает заданное соответствие между поступающим сигналом управления и направлением вращения вала электродвигателя исполнительного механизма [4]. Схема подключения пускателя представлена на рисунке 2. В таблице1 указаны характеристики пускателя ПБР-3М.

Рисунок 2. Схема внешних соединений пускателя ПБР-3М

Таблица 1.

Характеристики пускателя ПБР-3М

Исполнительный механизм МЭО-100/25-0,25.

Исполнительный механизм — это устройство, преобразующее выходной сигнал регулятора в перемещение регулирующего органа. Исполнительные механизмы данного типа широко используются в промышленности.

Электродвигательные исполнительные механизмы однооборотные типа МЭО применяются для приводов заслонок, кранов [5]. В ИМ встроен датчик положения вала БСПТ-10, питание которого осуществляется от блока питания БП-10.

В таблице 2 указаны характеристики исполнительного механизма.

Таблица 2.

Характеристики исполнительного механизма

На рисунке 3 изображена схема подключения исполнительного механизма МЭО 100/25 - 0,25 и блока питания БП-10.

Рисунок 3. Схема подключения исполнительного механизма МЭО-100/25-0,25 и блока питания БП-10

Контроллер: PLSS7-400 Siemens.

Siemens SIMATIC S7-400 — это программируемый контроллер.

Предназначение контроллера – построение систем автоматизации средней и высокой степени сложности [6].

Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, возможность применения структур локального и распределенного ввода-вывода, возможности коммуникаций по сетям MPI, Profibus, IndustrialEthernet/Profinet, AS-Interface, BACnet, ModbusTCP, простое включение в различные типы промышленных сетей, свободное наращивание возможностей при модернизации системы, различные функции, поддерживаемые на уровне операционной системы, удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем автоматического управления в различных областях промышленного производства.

Пример расположения модулейS7-400 изображен на рисунке 4.

Рисунок 4. Пример расположения модулей S7-400

Все аналоговые и дискретные сигналы с датчиков и исполнительных механизмов подключаются непосредственно к контроллеру через модули ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов. Контроллер установлен в шкаф, шкафы установлены в электромашинном помещении. [8]

Схема автоматизации контура регулирования температуры поверхности металла в зоне методической печи.

Функциональная схема автоматизации контура регулирования изображена на рисунке 5.

Измерение температуры поверхности металла в третьей зоне печи осуществляется двумя пирометрами Термоскоп-600-2С, поз. 1а-1, 1а-2. Сигналы с них подаются на контроллер Siemens SIMATIC S7-400, поз. РМК, где сравнивается с сигналом задания. Сигнал с контроллера через пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-3М, поз. 1б, подается на исполнительный механизм МЭО-100/25-0,25, поз. 1в. Исполнительный механизм перемещает дроссельную заслонку, установленную на трубопроводе природного газа, который подводит газ к горелкам. Предусмотрено фиксирование положения вала исполнительного механизма и выбор режимов управления объектом. Заданное значение регулируемой величины задается оператором с помощью промышленного компьютера SimaticRack PC IL 40s, поз. ЭВМ.

Рисунок 5. Функциональная схема автоматизации контура регулирования температуры поверхности металла в третьей зоне методической печи

Список литературы:

1. Парсункин, Б.Н. Энергосберегающее управление тепловым режимом по температуре поверхности нагреваемого металла. // Автоматизированные технологии и производства: сб. науч. тр. / Б.Н. Парсункин, Т.У. Ахметов, О.С. Гиляев, Е.Ю. Мухина. Вып.5. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск: гос. техн. ун-та им. Г.И.Носова, 2013. С. 231 – 241. – Текст: непосредственный.
2. Студопедия [сайт]. – Основные задачи автоматизации методической печи. – URL: https://studopedia.su/15_11417_osnovnie-zadachi-avtomatizatsii-metodicheskoy-pechi.html (дата обращения 03.03.2021). – Текст: электронный.
3. Самарина, И.Г. Статистическая модель газодинамического режима методической печи // Современные проблемы науки и пути их решения: сборник научных статей / И.Г. Самарина, Е.Ю. Мухина, А.Р. Бондарева. Выпуск 28. В 3 ч. Ч.3. – Уфа: Омега Сайнс, 2016. – С 56-59. – Текст: непосредственный.
4. Гусовский, В.Л. Современные нагревательные и термические печи (конструкции и технические характеристики): справочник / В.Л. Гусовский, М.Г. Ладыгичев, А.Б. Усачев; под ред. А.Б. Усачева. – Москва: «Теплотехник», 2012. – 656 с. – ISBN 5-217-03075-5. – Текст: непосредственный.
5. Студопедия [сайт]. – Основные задачи автоматизации методической печи. URL: https://studopedia.su/15_11417_osnovnie-zadachi-avtomatizatsii-metodicheskoy-pechi.html (дата обращения 11.03.2021). – Текст: электронный.
6. Андреев, С.М. Оптимизация режимов управления нагревом заготовок в печах проходного типа: монография / С.М. Андреев, Б.Н. Парсункин; Магнитогорский гос. технический ун-т им. Г.И. Носова. – Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та, 2013. – 376 с. – ISBN 978-5-9967-0431-6. – Текст: непосредственный.
7. Розенгарт, Ю.И. Теплообмен и тепловые режимы в промышленных печах: учеб. для вузов / Ю.И. Розенгарт, Б.Б. Потапов, В.М. Ольшанский. – Киев, Донецк: Вищашк. Головное изд-во, 2007. –296 с. – Текст: непосредственный.
8. Андреев, С.М. Аппаратные средства и программное обеспечение промышленных контроллеров SIMATIC S7 : учеб. пособие / С.М. Андреев, М.Ю. Рябчиков, Е.С. Рябчикова; Магнитогорский гос. технический ун-т им. Г.И. Носова. – Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та, 2017. 231 с. – ISBN 978-5-9967-0940-3. – Текст: непосредственный.