Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом нагрева заготовок в кольцевой печи

№122-1,

Технические науки

Данная работа посвящена разработке системы управления технологическим процессом нагрева заготовок в кольцевой печи, с целью роста экономической эффективности и экономии энергоресурсов. В работе разработана система автоматического управления путем замены устаревших, электронных приборов на современные, с использованием в качестве основы для системы автоматического управления промышленный контроллер фирмы Mitsubishi Серия MELSEC iQ-R. Процесс разогрева заготовок представляет собой разогрев трубной заготовки до определенной температуры с последующей пластической деформацией.

Похожие материалы

На сегодняшний день, из-за ограничений, накладываемых физическими возможностями человека, автоматизация промышленных объектов получила огромный толчок к развитию. Все растущий спрос на средства автоматики и постоянное повышение требований по улучшению их рабочих характеристик, способствует постоянному обновлению ассортимента у производителей и появлению все более совершенных приборов.

В результате повсеместного внедрения АСУ человек освобождается от необходимости непосредственно участвовать в производственном процессе, что благоприятно влияет на безопасность и приводит к снижению травм на производственных объектах.

Современные АСУТП являют собой интеллектуальные системы, предназначенные для увеличения эффективности производственного процесса, расширения основных задач управления и производственно-хозяйственной деятельности по принципу оптимизации организационных методов и информационного цикла. В настоящее время обязательной составляющей АСУ являются средства автоматизированного сбора и обработки данных, комплексной автоматизации, а также анализ экономических показателей.

Автоматизация производства приводит к улучшению основных показателей эффективности производственного процесса, обеспечивает высокое качество продукции, сокращение количества бракованных изделий и отходов. Внедрение специальных автоматических устройств, способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, уменьшает загрязнение окружающей среды промышленными отходами.

Применение печей с вращающимся подом, с несколькими зонами нагрева, автоматической регулировкой горения по зонам, автоматической загрузкой и механизированной выдачей заготовки значительно улучшает качество нагрева, уменьшает угар металла, освобождает большое количество обслуживающего персонала, облегчает условия работы и обслуживания печи.

Кольцевые печи обладают всеми данными для широкого использования при нагреве круглой заготовки, а также слитков на металлургических, трубопрокатных и машиностроительных предприятиях.

Кольцевая печь предназначена для нагрева заготовок из углеродистых, легированных сталей до температуры 1050–1250 °С, для предварительного подогрева заготовок из нержавеющей стали, для сверленных заготовок из углеродистых и легированных сталей, подлежащих экспандированию до температуры 800–900 °С. В печи нагреваются заготовки диаметром 260–600 мм и длиной 480–1400 мм по методическому режиму. По признаку передвижения нагреваемых изделий кольцевая печь относятся к печам методического типа, в которых чаще всего применяется схема теплообмена противотоком. В этом случае продукты горения природного газа движутся навстречу заготовкам.

Для надежного и оперативного управления автоматизацией технологического процесса нагрева заготовок в кольцевой печи предлагается использовать ПЛК Mitsubishi Серия MELSEC iQ-R.

Таблица 1. Технические средства автоматизации технологического процесса нагрева заготовок в кольцевой печи.

Тип

Марка

Название

Промышленный логический контроллер

Mitsubishi

MELSEC iQ-R

Главный базовый

модуль

Mitsubishi

R310B-HT

Центральный процессор

Mitsubishi

R16CPU

Модули ввода аналоговых сигналов напряжения

Mitsubishi

R60AD16-G

Модули вывода аналоговых сигналов напряжения

Mitsubishi

R60DAI8

Модуль дискретного ввода\вывода

Mitsubishi

RH42C4NT2P

Панель оператора

Mitsubishi

GOT2000

Датчик давления

Emerson

Rosemount 3051S

Измерительный преобразователь температуры

Emerson

Rosemount 3144Р

Датчик для измерения расхода

Emerson

Rosemount 8800

Комбинированный детектор пламени

Emerson

975UF Ultra-Fast

Инфракрасный термометр

Optris

CSlaser 2M

Исполнительный механизм

Emerson

Fisher D4

Исполнительный механизм

Emerson

EIM HQ

Исполнительные механизмы

Emerson

ASCO Solenoid 214

Внешний вид Mitsubishi MELSEC iQ-R
Рисунок 1. Внешний вид Mitsubishi MELSEC iQ-R

Серия MELSEC iQ-R от Mitsubishi (рисунок 1) является ядром автоматизированной среды следующего поколения и разработана устранить узкие места по семи ключевым параметрам: производительность, инжиниринг, техобслуживание, качество, возможности коммуникации, безопасность и совместимость

В ЦП серии iQ-R значительно увеличена производительность, устанавливающая новые стандарты скорости обработки. Это позволяет пользователям не только реализовать улучшенный дизайн систем, но и обеспечивает основу для значительного снижения затрат на аппаратное обеспечение. Вместе с этим, серия iQ-R снижает риск сбоя системы, затраты на разработку и обслуживание и предоставляет новаторский способ модернизации, обеспечивающий пользователям преимущества непрерывной модификации путем модернизации программного обеспечения вместо замены аппаратной части. Серия iQ-R обеспечивает синхронный цикл ПЛК и сети, что позволяет избежать задержек в передаче данных и повысить эффективность производства. Кроме того, все выходные модули синхронизированы для более точного управления.

Важная производственная информация, наподобие наборов команд (рецептов), может сохраняться во встроенной базе данных iQ-R, предотвращая останов всей системы автоматизации, например, при отказе сети и потере связи с сервером БД. iQ-R также может проводить резервное копирование/восстановление всех параметров/данных системы ПЛК на SD-карту, включая сетевые устройства CC-Link IE Field.

Главный базовый модуль R310B-HT с 10 слотами для I/O модулей, 1 слотом для модуля питания. Плата имеет монтажные отверстия для винтов M4 и адаптер для монтажа на DIN-рейку. Габаритные размеры (WxHxD) 439x101x32.5 мм.

Центральные процессоры имеют множество встроенных функций для широкого спектра задач управления. В стандартное оснащение входят порты USB и Ethernet. Выбранная модель CPU — R16CPU.

Аналоговые модули MELSEC серии iQ-R образуют основной интерфейс между процессом управления и системой автоматизации. Они специально рассчитаны на применение датчиков, поставляющих различные потенциальные и токовые сигналы. Выбран модуль 16 аналоговых вводов R60AD16-G.

Цифровые модули ввода-вывода позволяют легко подсоединять к контроллеру выключатели, датчики и исполнительные устройства. Модуль с комбинированными функциями ввода-вывода RH42C4NT2P.

Модуль питания R62P выходного напряжения 24 V и 5 V DC служит для питания центрального процессора, модулей ввода-вывода.

Список литературы

  1. Гольцов, А.С. Автоматизация технологических процессов и производств: учебное пособие / сост. А.С. Гольцов, М.А.Трушников, Л.И.Медведева; ВПИ (филиал) ВолгГТУ, — Волгоград, 2011. — 80 с.
  2. Детектор пламени Emerson Rosemount [Электронный ресурс]// Rosemount 975UF Ultra Fast Ultraviolet Infrared Flame Detector — Emerson GB URL: https://www.emerson.ru/ru-ru/catalog/rosemount-sku-975uf-ru-ru (дата обращения 06.01.2021)
  3. Измерительный преобразователь давления Emerson Rosemount 3051S [Электронный ресурс]// Emerson Automation Solutions URL: https://www.emerson.ru/ru-ru/automation/measurement-instrumentation/pressure-measurement (дата обращения 17.01.2021)
  4. Измерительный преобразователь расхода Emerson Rosemount 8800 [Электронный ресурс]// Emerson Automation Solutions URL: https://www.emerson.ru/ru-ru/automation/measurement-instrumentation/flow-measurement (дата обращения 23.01.2021)
  5. Измерительный преобразователь температуры Emerson Rosemount 3144Р [Электронный ресурс]// Emerson Automation Solutions URL: https://www.emerson.ru/ru-ru/automation/measurement-instrumentation/ temperature-measurement (дата обращения 27.01.2021)
  6. Инфракрасный термометр Optris [Электронный ресурс]// Optris | Infrared sensing URL: https://www.optris.global/optris-cslaser-2m (дата обращения 21.01.2021)
  7. ПЛК и модули [Электронный ресурс]// MITSUBISHI ELECTRIC Global URL: https://ru3a.mitsubishielectric.com/fa/ru/products/cnt/plcr/items/ (дата обращения 11.01.2021)
  8. Способ автоматического управления нагревом трубных заготовок (RU 567762): [Электронный ресурс]// Поиск патентов и изобретений, зарегистрированных в РФ и СССР. URL: https://findpatent.ru/patent/56/567762.html (дата обращения 17.01.2021)
  9. Широкоформатная панель оператора от Mitsubishi Electric [Электронный ресурс]// MITSUBISHI ELECTRIC Global URL: https://ru3a.mitsubishielectric.com/fa/ru/products/hmi/got/items/got2000/#pageUnit04 (дата обращения 19.01.2021)
  10. Электрические приводы исполнительных механизмов и клапаны Emerson [Электронный ресурс]// Emerson Automation Solutions URL: https://www.emerson.com/ru-ru/automation/valves-actuators-regulators (дата обращения 15.01.2021)