Автоматический контроль и регулирование

Статические и динамические характеристики объекта

Режим работы, данных печей характеризуется следующими, выходными параметрами: температурой нагрева и охлаждения металла, значениями промежуточных температурных остановок, длительностью нагрева, давлением, длительностью всего цикла обработки и отдельных его участков, температурой подогрева газа и воздуха, составом атмосферы, производительностью печи.

Основные возмущающие воздействия в камерных печах, нагревающих партии мелких изделий, связаны с открытием окна при за грузке и выгрузке заготовок. В печах, нагревающих крупные заго­товки, они связаны с изменением температурного режима обработки. В обоих случаях возмущения возникают также при изменении параметров топлива: давления и калорийности.

Управляющие воздействия в системе: температура в печи, соотношение топливо-воздух, кратность циркуляции, давление в печи.

Камерные печи являются емкостными объектами с запаздыванием и могут быть аппроксимированы по каналу расход топлива - температура инерционным звеном первого порядка и звеном чистого запаздывания.

Системы автоматического контроля и регулирования камерных печей в основном аналогичны. В качестве примера рассмотрим схему системы управления камерной печью безокислительного нагрева (Рисунок 11.2). Задачей управления является поддержание в нижней зоне рабочего пространства печи, в районе расположения заготовок, заданной температуры и заданного состава газа, который обеспечивает безокислительный нагрев. В верхней зоне осуществляется дожигание газа.

Система включает следующие узлы:

- регулирования температуры в зоне расположения заготовок 1. Измерение температуры осуществляется с помощью термоэлектрического термометра в металлическом чехле, установленного в боковой стенке на уровне заготовок. Тип термометра (ХК, ХА или ПП) выбирается в зависимости от рабочего диапазона температур и требуемой точности измерения. Регулирование производится типовым комплектом приборов, включающим регистрирующий потенциометр с задатчиком, регулятор и исполнительный механизм при регулировочном дросселе, установленном на подводе газа. Чаще всего используются непрерывные П- или ПИ-регуляторы;

- регулирования соотношения топливо-воздух в зоне безокислительного нагрева 2. Для исключения интенсивного окисления метал­ла в нижней зоне печи газ сжигают с коэффициентом расхода воздуха α= 0,5-0,6. Комплект приборов, включающий измерительные диафрагмы на трубопроводах газа и первичного воздуха, дифманометры-датчики расхода, вторичные регистрирующие приборы, регулятор И-действия и задатчики соотношения, поддерживает заданное значение α, изменяя с помощью исполнительного механизма положение регулировочного дросселя на подводе первичного воздуха. Одновременно изменяется и расход вторичного воздуха, поступающего в зону дожи­гания. Это происходит благодаря механической связи между обоими дросселями;

- регулирования давления в рабочем пространстве печи 3. Для обеспечения экономичности работы печи и безопасности ее обслуживания на поду печи поддерживают нулевое давление. В этом случае подсос холодного воздуха, охлаждающего рабочее пространство и изменяющего состав атмосферы, и выбивание печных газов, которые особенно в случае безокислительного нагрева, приводят к отравлению атмосферы цеха, сведены к минимуму. Стандартный комплект аппаратуры обеспечивает автоматическую стабилизацию заданного значения дав­ления, изменяя положение регулировочного шибера в дымопроводе перед эксгаустером или дымовой трубой;

- контроля температуры в рабочем пространстве 4. р различных точках внутри печи устанавливают термометры для контроля за равномерностью распределения температур в рабочем пространстве, которые работают в комплекте с многоточечными милливольтметрами или потенциометрами. При нагреве ответственных заготовок предусматриваются световая (красная лампа) и звуковая (звонок) сигнализации превышения температуры или обрыва термопары;

- контроля температуры воздуха после регулятора 5. Производится с помощью термометров типа ТХК или ТХА и вторичного показывающего прибора;

- контроля температуры дыма до и после рекуператора 6. Производится термометрами ТХК и ТХА в комплекте с показывающим милливольтметром и переключателем;

- измерение расхода газа на печь, которое осуществляется стандартным комплектом приборов 7. Вторичный прибор имеет интегрирующее устройство и счетчик количества газа;

- контроля состава газа в рабочем пространстве 8. Для определения содержания в зоне безокислительного нагрева СО, СО₂ и Н₂0 устанавливают автоматические самопишущие газоанализаторы, по показаниям которых обслуживающий персонал корректирует задание регулятору соотношения топливо-воздух.

Рисунок 11.2 – Схема автоматического контроля и регулирования камерой печи безокислительного нагрева

На печи предусмотрена автоматическая отсечка газа при падении давления газа или воздуха на горение с помощью специального предохранительного клапана, установленного на подводе газа к печи.

Для обеспечения изменения температурного режима по ходу нагрева металла используются системы программного регулирования, в которых изменение задания зональным регуляторам температуры в печи осуществляется автоматически без участия операторов в соответствии с заданной технологией обработки. Система может быть выполнена на пневматической или электрической аппаратуре.

Система программного регулирования включает датчик температуры в печи - термометр, вторичный измерительный прибор - потенциометр, программное регулирующее устройство и регулятор, управ­ляющими исполнительным механизмом при регулировочном дросселе на подходе газа к печи. Программное устройство изменяет задание регулятору температуры, последний поддерживает необходимый теп­ловой режим в печи.

Изменение задания регулятору осуществляется различными способами: а) механическим перемещением задатчика регулятора при помощи профилированного лекала или кулачка, перемещаемого синхронным двигателем или часовым механизмом; б) введением дополнительного напряжения в цепь датчика (термометра, пирометра и т.д.). При этом дополнительное напряжение изменяется по заданной программе. Наиболее эффективным средством для осуществления программного управления является программируемый микроконтроллер.

Программное управление температурным режимом позволяет уменьшить угар металла, снизить расход топлива на 10-15 %, сократить брак по пережогу, освободить обслуживающий персонал от необходимости вручную переставлять задания регуляторам.

На камерных печах, работающих с защитной атмосферой, устанавливают типовые системы автоматического контроля и регулирования расхода и давления этой атмосферы.

Дата добавления: 2015-03-29