Семестрове завдання
за курсом: Основи автоматики і автоматизації металургійних процесів
тема: «Система автоматичного регулювання рівня металу в кристалізаторі машини безперервного лиття заготовок»
Зміст
Введення
1. Опис технологічного процесу
1.1 Об'єкт переробки
1.2 Основні координатні збурення
1.3 Математична модель процесу
2. Опис керованого об'єкта
2.1 Опис елементів гідроприводу рівняннями типових динамічних ланок
2.2 Кінематична схема гідроприводу стопорного затвора
2.3 Розробка функціональної схеми
3. Вибір датчиків технологічних вимірювань і перетворювачів сигналів
4. Розрахунок динамічних характеристик і передавальних коефіцієнтів елементів системи
5. Вибір принципу регулювання
6. Визначення передатної функції по каналу управління та побудова структурної схеми
7. Оцінка стійкості системи автоматичного регулювання
Література
Введення
Метою даної роботи є закріплення знань і придбання вміння і навичок опису процесів, що відбуваються в системах автоматичного регулювання.
Об'єкт вивчення: Кристаллизатор і проміжний ківш МБЛЗ.
Регулювання рівня металу в кристалізаторі має першорядне значення для процесу безперервного розливання, тому що якість злитків у великій мірі залежить від точності регулювання. Цей рівень у процесі розливання повинен перебувати в досить вузьких заданих межах, що обумовлено наступними причинами виникнення аварійних ситуацій: перевищення рівня може призвести до переливу металу через верх кристалізатора; зниження рівня нижче допустимої межі призводить до отримання в межах кристалізатора тонкої скориночки злитку, її розриву й прориву рідкого металу під кристалізатором. Значні коливання рідкого металу порушують також стабільність охолодження злитка в кристалізаторі, змінюють умови кристалізації та позначаються на якості безперервнолитого зливка.
Спосіб безперервного лиття заготовок є одним з найбільш важливих досягнень металургії ХХ століття і за порівняно короткий період часу набув найширшого поширення в світовому сталеплавильному виробництві. Зараз приблизно 40% світової виплавки сталі розливається на машинах безперервного лиття заготовок (МБЛЗ).
Принцип безперервного розливання полягає в тому, що рідку сталь з ковша заливають в інтенсивно охолоджувану наскрізну форму прямокутного або квадратного перетину - кристалізатор, де відбувається часткове затвердіння безперервно-витягається злитку, подальше його затвердіння відбувається при проходженні зони вторинного охолодження. Процес безперервного лиття дозволяє отримувати заготовки (після різання) для прокатних станів, а також його можна поєднати з безперервною прокаткою в одному агрегаті.
Основні переваги безперервного лиття сталі в порівнянні з розливанням у виливниці:
- Підвищений вихід придатної сталі за рахунок меншої обрізу головний і донної частини злитків на 6 ÷ 12%;
- Немає необхідності у великому парку виливниць і сталерозливних візків;
- Немає необхідності в застосуванні стриперних кранів і стаціонарних машин для вилучення зливків з виливниць, установок для охолодження та підготовки складів з виливницями під розливку, в установці центрових і піддонів, а також блюмінгів і слябінгів, а в ряді випадків і заготовочних станів;
- Знижуються експлуатаційні витрати та витрати електроенергії, підвищується вихід придатного металу внаслідок мінімальних втрат металу в скрап, ліквідації літників, різкого зменшення витрати металу на обрезь в прокатних цехах і т. д.;
- Значно підвищується якість металу внаслідок зменшення поверхневих вад і поліпшення структури злитку.
- Процес безперервного лиття піддається повній автоматизації.
Існує п'ять основних типів МНЛЗ:
1) вертикальні;
2) вертикальні з вигином злитка;
3) радіальні;
4) криволінійні;
5) горизонтальні.
1. Опис технологічного процесу
Робота МБЛЗ відбувається наступним чином. Для підготовки до лиття хитний рольганг з горизонтального положення переводять у верхнє похиле і ланцюговим механізмом приманку подають на рольганг задає машини. Переміщають машину до кристалізатора і вводять в нього приманку, одночасно обертаючи ролики приводний проводки. Головку затравки встановлюють так, щоб вона утворила тимчасове дно у кристалізатора. Ківш зі сталлю після продувки аргоном встановлюють краном на сталерозливний стенд. Проміжний ківш, попередньо нагрітий на стенді газовими пальниками, переміщають візком у робоче положення над кристалізаторами по шляху, перпендикулярному осі МБЛЗ. Поворотом несучої балки сталеразливочного стенду ківш з металом переводять з резервного положення в робоче над проміжним ковшем. Відкривають шиберний затвор сталеразливочного ковша і заповнюють проміжний ківш металом на певну висоту. Після цього відкривають затвор проміжного ковша і наповнюють кристалізатор металом до робочого рівня. Включають механізм хитання кристалізатора і привід роликової проводки. Починається процес лиття. Про кількість металу, що знаходиться в сталеразливочном і проміжному ковшах, судять за показниками приладів електронних ваговимірювальних систем, якими обладнані сталерозливний стенд і візок для проміжного ковша. Після виходу початку з роликової проводки вона від'єднується від злитка гідравлічним механізмом і по качающейся рольганги, що знаходиться в нижньому похилому положенні, переміщується вгору. Після цього рольганг з запалом переводять у горизонтальне положення до наступного циклу лиття.
На шляху руху в роликової проводці злиток піддається інтенсивному охолодження водою, що подається форсунками. Правка злитку проводиться на початковій ділянці тягнуть-правильної машини. Безперервно витягається злиток надходить до машини газового різання, яка ріже злиток на мірні довжини, рухаючись разом з ним. Заготівлі прибиральним рольгангом або подають на візок-рольганг для подальшого переділу, або знімають з рольганга прибиральним краном і складують у штабелі.
Технічна характеристика МБЛЗ:
Місткість сталеразливочного ковша, т ... ... ... ... ... ... ... 350
Розміри сляба, мм:
товщина ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .200-300
ширина ... ... ... ... ... ... ........................................... ... 1000-2500
Швидкість лиття, м / хв ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1,0-2,5
Тривалість розливання ковша, хв ... ... ... ... ... .... 35-45
Річна продуктивність, млн / т ... ... ... ... ... ... ... .... ... .. 2,0
1.1 Об'єкт переробки
Об'єктом переробки є рідкий метал. Основні технологічні властивості: температура металу в пром. ковші Т = 1595 ± 5 ° С (для нержавіючої сталі)
1.2 Основні координатні збурення
Основними координатними збуреннями, що впливають на процес розливання є швидкість витягування зливка, знос склянки на проміжному ковші, остигання металу, а отже, підвищення в'язкості і динамічні відхилення стопора від сталого значення. Але так як температура змінюється дуже плавно і в малому діапазоні, дане координатне обурення незначно. Найбільш важливим і основним обуренням є знос донного склянки на пром. ковші, так як його стан у кожний момент часу контролювати неможливо.
1.3 Математична модель процесу
Постійний рівень металу в кристалізаторі (hкр = const) забезпечується шляхом зміни подачі металу в кристалізатор стопорним затвором проміжного ковша при постійній швидкості витягування зливка.
Зміна обсягу металу в кристалізаторі, який при незмінному рівні повинен бути величиною постійною для проміжку часу Dt, може бути записано у вигляді [4]:
DQме Dt / ρме - Dhкр Fкр = 0 (1)
де DQме - зміна інтенсивності подачі, м3 / с;
Dt - відрізок часу, с;
ρме - щільність металу, кг/м3;
Dhкр - зміна рівня металу в кристалізаторі, м;
Fкр - площа живого перерізу кристалізатора, м2.
З (1) отримаємо:
Переходячи до границі при Dt ® 0, можна записати
де
k =
Dhkp. Fkp = DQ ® Dh =
Рівняння (3) - диференціальне рівняння кристалізатора МБЛЗ. Вхідний величиною при цьому є x (t) = DQме, а вихідний - рівень y (t) = hкр, тобто можна рівняння (3) записати в загальному вигляді:
Подача металу в кристалізатор в залежності від переміщення стопора визначається співвідношенням [4]:
Q = μfxρ
де fx - поточне значення прохідного перерізу, залежне від висоти підйому стопора, м2;
g - прискорення вільного падіння, м/сек2;
h - рівень металу в пром. ковші, що дорівнює 500 мм;
μ - коефіцієнт витрати, прийнятий, згідно експерімантальним даними, дорівнює 0,5;
ρ - щільність розливається металу, кг/м3.
2. Опис керованого об'єкта
Керованим об'єктом є стопорний затвор пром. ковша МБЛЗ, що має гідропривід, що складається з гідравлічного циліндра короткого ходу, золотникового клапана, самого стопора й проведення, підвідного від магістралі насосної установки до золотникового клапану. Для здійснення завдання автоматичної системи регулювання рівня металу в кристалізаторі, на стінці кристалізатора виведені і зачеканити гарячі спаї термопар.
2.1 Опис елементів гідроприводу рівняннями типових динамічних ланок
Стопор, гідроциліндр і термопара є апериодическими ланками, так як вони інерційні. Передавальні функції для них можна записати у вигляді [1]:
де Кi - коефіцієнт передачі;
Тi - постійна часу;
р - оператор Лапласа.
Передавальна функція термопари:
Wт =
Передавальна функція гідроциліндра:
Wгц =
Передавальна функція стопора:
Wст =
Кристалізатор, золотниковий клапан і перетворювальні пристрої ПУ1 і ПУ2 є безінерційні ланками, так як постійна часу непорівнянно мала порівняно з іншими елементами системи, отже, швидкодія незрівнянно вище, тому їх постійну часу приймаємо дорівнює 0. Передавальні функції цих пристроїв мають вигляд:
де Кj - коефіцієнт передачі.
2.2 Кінематична схема гідроприводу стопорного затвора
Кінематична схема гідроприводу стопорного затвора - див. малюнок 1.
Малюнок 1. Кінематична схема гідроприводу стопорного затвора: 1 - проміжний ківш МБЛЗ, 2 - стопор, 3 - гідроциліндр, 4 - золотниковий клапан, 5 - кристалізатор
Малюнок 2. Функціональна схема системи регулювання:
ЗУ - Задає пристрій;
ЗК - Золотниковий клапан;
ГЦ - Гідравлічний циліндр;
СЗ - Стопорний затвор;
КР - Кристаллизатор;
ІУ - Вимірювальний пристрій;
ПУ1, ПУ2, - Переважна пристрій.
3. Вибір датчиків технологічних вимірювань і перетворювачів сигналів
Вимірювальний пристрій
Для даної системи регулювання рівня металу в кристалізаторі МНЛЗ в якості вимірювального пристрою доцільно застосувати термопари, змонтовані в робочих стінках на 10 рівнях від верхнього торця. Ця система дає точність вимірювання рівня металу, рівну ± 6 мм, а її інерційність становить £ 1 с.
Струм на термопарі у момент вимірювання температури [6]:
I = 10-9 A,
ЕРС = 10 мВ.
Діапазон вимірюваних температур складає 0 ÷ 600 ° С.
Вибираємо хромель-Копєлєвим термопару марки ТХК-146, сталь Х18Н10Т, загальна довжина 500 мм [5].
Перетворювальне пристрій ПУ1 - для перетворення сигналу керування гідроприводом стопорного затвора.
Перетворювальне пристрій ПУ2 - для перетворення і посилення сигналу від термопари.
Для даної системи регулювання підходить перетворювальне пристрій марки П9701, з робочим струмом 20 мА [5].
4. Розрахунок динамічних характеристик і передавальних коефіцієнтів елементів системи
1. Розрахунок постійних часу елементів системи.
Так як гідропривід «жорсткий», отже, час роботи гідроциліндра і стопора однаково:
ТГц = Тст
де ТГц - постійна часу гідроциліндра;
Тст - постійна часу стопора.
Для даної системи підходить стандартний гідроциліндр з діаметром 200 мм і ходом плунжера 50 мм [7].
P =
де P - зусилля на штоку, Н;
Маса стопора m = 300 кг [6].
P = ma ® a =
де а - прискорення штока.
S =
Так як початкова швидкість штока дорівнює нулю, отже формула буде мати вигляд
S =
Отже, ТГц = Тст = 0,38 с.
Термопара [5] Тт = 10 с.
2. Розрахунок передавальних коефіцієнтів елементів системи.
Перетворювальне пристрій ПУ1
Тиск масла в системі 6,3 МПа, живлення здійснюється від мережі змінного струму напругою 220 В з частотою 50 Гц.
k1 =
де
Золотниковий клапан k2 = 1
Гідроциліндр
k3 =
де
Стопор
Шток гідроциліндра і стопор виконані як одне ціле, отже, k4 = 1
Кристалізатор
k5 = 1
Термопара
k6 =
де
Перетворювальне пристрій ПУ2
k7 =
де
5. Вибір принципу регулювання
У даній системі автоматичного регулювання доцільно застосувати принцип компенсації помилки, так як основне координатне обурення - знос склянки пром. ковша, неможливо контролювати в кожен момент часу. Даний принцип дає можливість компенсувати і інші обурення, які безпосередньо впливають на процес безперервного розливання сталі (мінімізація динамічних відхилень стопора, та ін.)
6. Визначення передатної функції по каналу управління
Передавальна функція системи визначається за формулою [1]:
W (p) =
У результаті алгебраїчних перетворень формула має вигляд:
Так як вільний коефіцієнт
Структурна схема системи регулювання представлена на с. 14.
7. Оцінка стійкості системи автоматичного регулювання
1,444 р3 + 7,744 р2 + 10,76 р + 1 = 0
Так як характеристичне рівняння третього порядку, отже, при оцінці стійкості системи можна скористатися критерієм Вишнеградського.
За цим критерієм для стійкості системи третього порядку необхідно і достатньо виконання двох умов:
· Всі коефіцієнти характеристичного рівняння повинні бути позитивними
1,444> 0; 7,744> 0; 10,76> 0; 1> 0;
· Твір середніх коефіцієнтів повинно бути більше твори крайніх
83,32> 1,444
Згідно з критерієм Вишнеградський, система стійка.
Література
1. ГОСТ 6540-68. Циліндри гідравлічні і пневматичні.
2. Ціликів А. І. Машини і агрегати металургійних заводів. Том 2 .- М.: Металургія, 1987. 440С.
3. Г. М. Глинков, В. А. Маковський. АСУ ТП в чорній металургії. - М.: Металургія, 1999. 310 с.
4. Б. І. Краснов. Оптимальне керування режимами безперервного розливання сталі. - М.: Металургія, 1970. 240 с.
5. М. Д. Климовицький, А. П. Копеловіч. Автоматичний контроль і регулювання у чорній металургії. Довідник. - М.: Металургія, 1967. 788 с.
6. Система стабілізації рівня металу в кристалізаторах МБЛЗ челябінського металургійного комбінату. Технічний опис та інструкція з експлуатації (2ж2, 570, 043 ТО).
за курсом: Основи автоматики і автоматизації металургійних процесів
тема: «Система автоматичного регулювання рівня металу в кристалізаторі машини безперервного лиття заготовок»
Зміст
Введення
1. Опис технологічного процесу
1.1 Об'єкт переробки
1.2 Основні координатні збурення
1.3 Математична модель процесу
2. Опис керованого об'єкта
2.1 Опис елементів гідроприводу рівняннями типових динамічних ланок
2.2 Кінематична схема гідроприводу стопорного затвора
2.3 Розробка функціональної схеми
3. Вибір датчиків технологічних вимірювань і перетворювачів сигналів
4. Розрахунок динамічних характеристик і передавальних коефіцієнтів елементів системи
5. Вибір принципу регулювання
6. Визначення передатної функції по каналу управління та побудова структурної схеми
7. Оцінка стійкості системи автоматичного регулювання
Література
Введення
Метою даної роботи є закріплення знань і придбання вміння і навичок опису процесів, що відбуваються в системах автоматичного регулювання.
Об'єкт вивчення: Кристаллизатор і проміжний ківш МБЛЗ.
Регулювання рівня металу в кристалізаторі має першорядне значення для процесу безперервного розливання, тому що якість злитків у великій мірі залежить від точності регулювання. Цей рівень у процесі розливання повинен перебувати в досить вузьких заданих межах, що обумовлено наступними причинами виникнення аварійних ситуацій: перевищення рівня може призвести до переливу металу через верх кристалізатора; зниження рівня нижче допустимої межі призводить до отримання в межах кристалізатора тонкої скориночки злитку, її розриву й прориву рідкого металу під кристалізатором. Значні коливання рідкого металу порушують також стабільність охолодження злитка в кристалізаторі, змінюють умови кристалізації та позначаються на якості безперервнолитого зливка.
Спосіб безперервного лиття заготовок є одним з найбільш важливих досягнень металургії ХХ століття і за порівняно короткий період часу набув найширшого поширення в світовому сталеплавильному виробництві. Зараз приблизно 40% світової виплавки сталі розливається на машинах безперервного лиття заготовок (МБЛЗ).
Принцип безперервного розливання полягає в тому, що рідку сталь з ковша заливають в інтенсивно охолоджувану наскрізну форму прямокутного або квадратного перетину - кристалізатор, де відбувається часткове затвердіння безперервно-витягається злитку, подальше його затвердіння відбувається при проходженні зони вторинного охолодження. Процес безперервного лиття дозволяє отримувати заготовки (після різання) для прокатних станів, а також його можна поєднати з безперервною прокаткою в одному агрегаті.
Основні переваги безперервного лиття сталі в порівнянні з розливанням у виливниці:
- Підвищений вихід придатної сталі за рахунок меншої обрізу головний і донної частини злитків на 6 ÷ 12%;
- Немає необхідності у великому парку виливниць і сталерозливних візків;
- Немає необхідності в застосуванні стриперних кранів і стаціонарних машин для вилучення зливків з виливниць, установок для охолодження та підготовки складів з виливницями під розливку, в установці центрових і піддонів, а також блюмінгів і слябінгів, а в ряді випадків і заготовочних станів;
- Знижуються експлуатаційні витрати та витрати електроенергії, підвищується вихід придатного металу внаслідок мінімальних втрат металу в скрап, ліквідації літників, різкого зменшення витрати металу на обрезь в прокатних цехах і т. д.;
- Значно підвищується якість металу внаслідок зменшення поверхневих вад і поліпшення структури злитку.
- Процес безперервного лиття піддається повній автоматизації.
Існує п'ять основних типів МНЛЗ:
1) вертикальні;
2) вертикальні з вигином злитка;
3) радіальні;
4) криволінійні;
5) горизонтальні.
1. Опис технологічного процесу
Робота МБЛЗ відбувається наступним чином. Для підготовки до лиття хитний рольганг з горизонтального положення переводять у верхнє похиле і ланцюговим механізмом приманку подають на рольганг задає машини. Переміщають машину до кристалізатора і вводять в нього приманку, одночасно обертаючи ролики приводний проводки. Головку затравки встановлюють так, щоб вона утворила тимчасове дно у кристалізатора. Ківш зі сталлю після продувки аргоном встановлюють краном на сталерозливний стенд. Проміжний ківш, попередньо нагрітий на стенді газовими пальниками, переміщають візком у робоче положення над кристалізаторами по шляху, перпендикулярному осі МБЛЗ. Поворотом несучої балки сталеразливочного стенду ківш з металом переводять з резервного положення в робоче над проміжним ковшем. Відкривають шиберний затвор сталеразливочного ковша і заповнюють проміжний ківш металом на певну висоту. Після цього відкривають затвор проміжного ковша і наповнюють кристалізатор металом до робочого рівня. Включають механізм хитання кристалізатора і привід роликової проводки. Починається процес лиття. Про кількість металу, що знаходиться в сталеразливочном і проміжному ковшах, судять за показниками приладів електронних ваговимірювальних систем, якими обладнані сталерозливний стенд і візок для проміжного ковша. Після виходу початку з роликової проводки вона від'єднується від злитка гідравлічним механізмом і по качающейся рольганги, що знаходиться в нижньому похилому положенні, переміщується вгору. Після цього рольганг з запалом переводять у горизонтальне положення до наступного циклу лиття.
На шляху руху в роликової проводці злиток піддається інтенсивному охолодження водою, що подається форсунками. Правка злитку проводиться на початковій ділянці тягнуть-правильної машини. Безперервно витягається злиток надходить до машини газового різання, яка ріже злиток на мірні довжини, рухаючись разом з ним. Заготівлі прибиральним рольгангом або подають на візок-рольганг для подальшого переділу, або знімають з рольганга прибиральним краном і складують у штабелі.
Технічна характеристика МБЛЗ:
Місткість сталеразливочного ковша, т ... ... ... ... ... ... ... 350
Розміри сляба, мм:
товщина ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .200-300
ширина ... ... ... ... ... ... ........................................... ... 1000-2500
Швидкість лиття, м / хв ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1,0-2,5
Тривалість розливання ковша, хв ... ... ... ... ... .... 35-45
Річна продуктивність, млн / т ... ... ... ... ... ... ... .... ... .. 2,0
1.1 Об'єкт переробки
Об'єктом переробки є рідкий метал. Основні технологічні властивості: температура металу в пром. ковші Т = 1595 ± 5 ° С (для нержавіючої сталі)
1.2 Основні координатні збурення
Основними координатними збуреннями, що впливають на процес розливання є швидкість витягування зливка, знос склянки на проміжному ковші, остигання металу, а отже, підвищення в'язкості і динамічні відхилення стопора від сталого значення. Але так як температура змінюється дуже плавно і в малому діапазоні, дане координатне обурення незначно. Найбільш важливим і основним обуренням є знос донного склянки на пром. ковші, так як його стан у кожний момент часу контролювати неможливо.
1.3 Математична модель процесу
Постійний рівень металу в кристалізаторі (hкр = const) забезпечується шляхом зміни подачі металу в кристалізатор стопорним затвором проміжного ковша при постійній швидкості витягування зливка.
Зміна обсягу металу в кристалізаторі, який при незмінному рівні повинен бути величиною постійною для проміжку часу Dt, може бути записано у вигляді [4]:
DQме Dt / ρме - Dhкр Fкр = 0 (1)
де DQме - зміна інтенсивності подачі, м3 / с;
Dt - відрізок часу, с;
ρме - щільність металу, кг/м3;
Dhкр - зміна рівня металу в кристалізаторі, м;
Fкр - площа живого перерізу кристалізатора, м2.
З (1) отримаємо:
Переходячи до границі при Dt ® 0, можна записати
де
k =
Dhkp. Fkp = DQ ® Dh =
Рівняння (3) - диференціальне рівняння кристалізатора МБЛЗ. Вхідний величиною при цьому є x (t) = DQме, а вихідний - рівень y (t) = hкр, тобто можна рівняння (3) записати в загальному вигляді:
Подача металу в кристалізатор в залежності від переміщення стопора визначається співвідношенням [4]:
Q = μfxρ
де fx - поточне значення прохідного перерізу, залежне від висоти підйому стопора, м2;
g - прискорення вільного падіння, м/сек2;
h - рівень металу в пром. ковші, що дорівнює 500 мм;
μ - коефіцієнт витрати, прийнятий, згідно експерімантальним даними, дорівнює 0,5;
ρ - щільність розливається металу, кг/м3.
2. Опис керованого об'єкта
Керованим об'єктом є стопорний затвор пром. ковша МБЛЗ, що має гідропривід, що складається з гідравлічного циліндра короткого ходу, золотникового клапана, самого стопора й проведення, підвідного від магістралі насосної установки до золотникового клапану. Для здійснення завдання автоматичної системи регулювання рівня металу в кристалізаторі, на стінці кристалізатора виведені і зачеканити гарячі спаї термопар.
2.1 Опис елементів гідроприводу рівняннями типових динамічних ланок
Стопор, гідроциліндр і термопара є апериодическими ланками, так як вони інерційні. Передавальні функції для них можна записати у вигляді [1]:
де Кi - коефіцієнт передачі;
Тi - постійна часу;
р - оператор Лапласа.
Передавальна функція термопари:
Wт =
Передавальна функція гідроциліндра:
Wгц =
Передавальна функція стопора:
Wст =
Кристалізатор, золотниковий клапан і перетворювальні пристрої ПУ1 і ПУ2 є безінерційні ланками, так як постійна часу непорівнянно мала порівняно з іншими елементами системи, отже, швидкодія незрівнянно вище, тому їх постійну часу приймаємо дорівнює 0. Передавальні функції цих пристроїв мають вигляд:
де Кj - коефіцієнт передачі.
2.2 Кінематична схема гідроприводу стопорного затвора
Кінематична схема гідроприводу стопорного затвора - див. малюнок 1.
Малюнок 1. Кінематична схема гідроприводу стопорного затвора: 1 - проміжний ківш МБЛЗ, 2 - стопор, 3 - гідроциліндр, 4 - золотниковий клапан, 5 - кристалізатор
P (t) |
P 1 (t) |
T |
S (t) |
U (t) |
I (t) |
ЗУ |
ЗК |
ГЦ |
СЗ |
ІУ |
ПУ 2 |
h (t) |
ПУ 1 |
Q (t) |
T |
КР |
I m (t) |
Малюнок 2. Функціональна схема системи регулювання:
ЗУ - Задає пристрій;
ЗК - Золотниковий клапан;
ГЦ - Гідравлічний циліндр;
СЗ - Стопорний затвор;
КР - Кристаллизатор;
ІУ - Вимірювальний пристрій;
ПУ1, ПУ2, - Переважна пристрій.
3. Вибір датчиків технологічних вимірювань і перетворювачів сигналів
Вимірювальний пристрій
Для даної системи регулювання рівня металу в кристалізаторі МНЛЗ в якості вимірювального пристрою доцільно застосувати термопари, змонтовані в робочих стінках на 10 рівнях від верхнього торця. Ця система дає точність вимірювання рівня металу, рівну ± 6 мм, а її інерційність становить £ 1 с.
Струм на термопарі у момент вимірювання температури [6]:
I = 10-9 A,
ЕРС = 10 мВ.
Діапазон вимірюваних температур складає 0 ÷ 600 ° С.
Вибираємо хромель-Копєлєвим термопару марки ТХК-146, сталь Х18Н10Т, загальна довжина 500 мм [5].
Перетворювальне пристрій ПУ1 - для перетворення сигналу керування гідроприводом стопорного затвора.
Перетворювальне пристрій ПУ2 - для перетворення і посилення сигналу від термопари.
Для даної системи регулювання підходить перетворювальне пристрій марки П9701, з робочим струмом 20 мА [5].
4. Розрахунок динамічних характеристик і передавальних коефіцієнтів елементів системи
1. Розрахунок постійних часу елементів системи.
Так як гідропривід «жорсткий», отже, час роботи гідроциліндра і стопора однаково:
ТГц = Тст
де ТГц - постійна часу гідроциліндра;
Тст - постійна часу стопора.
Для даної системи підходить стандартний гідроциліндр з діаметром 200 мм і ходом плунжера 50 мм [7].
P =
де P - зусилля на штоку, Н;
Маса стопора m = 300 кг [6].
P = ma ® a =
де а - прискорення штока.
S =
Так як початкова швидкість штока дорівнює нулю, отже формула буде мати вигляд
S =
Отже, ТГц = Тст = 0,38 с.
Термопара [5] Тт = 10 с.
2. Розрахунок передавальних коефіцієнтів елементів системи.
Перетворювальне пристрій ПУ1
Тиск масла в системі 6,3 МПа, живлення здійснюється від мережі змінного струму напругою 220 В з частотою 50 Гц.
k1 =
де
Золотниковий клапан k2 = 1
Гідроциліндр
k3 =
де
Стопор
Шток гідроциліндра і стопор виконані як одне ціле, отже, k4 = 1
Кристалізатор
k5 = 1
Термопара
k6 =
де
Перетворювальне пристрій ПУ2
k7 =
де
5. Вибір принципу регулювання
У даній системі автоматичного регулювання доцільно застосувати принцип компенсації помилки, так як основне координатне обурення - знос склянки пром. ковша, неможливо контролювати в кожен момент часу. Даний принцип дає можливість компенсувати і інші обурення, які безпосередньо впливають на процес безперервного розливання сталі (мінімізація динамічних відхилень стопора, та ін.)
6. Визначення передатної функції по каналу управління
Передавальна функція системи визначається за формулою [1]:
W (p) =
У результаті алгебраїчних перетворень формула має вигляд:
Так як вільний коефіцієнт
Структурна схема системи регулювання представлена на с. 14.
7. Оцінка стійкості системи автоматичного регулювання
1,444 р3 + 7,744 р2 + 10,76 р + 1 = 0
Так як характеристичне рівняння третього порядку, отже, при оцінці стійкості системи можна скористатися критерієм Вишнеградського.
За цим критерієм для стійкості системи третього порядку необхідно і достатньо виконання двох умов:
· Всі коефіцієнти характеристичного рівняння повинні бути позитивними
1,444> 0; 7,744> 0; 10,76> 0; 1> 0;
· Твір середніх коефіцієнтів повинно бути більше твори крайніх
83,32> 1,444
Згідно з критерієм Вишнеградський, система стійка.
Література
1. ГОСТ 6540-68. Циліндри гідравлічні і пневматичні.
2. Ціликів А. І. Машини і агрегати металургійних заводів. Том 2 .- М.: Металургія, 1987. 440С.
3. Г. М. Глинков, В. А. Маковський. АСУ ТП в чорній металургії. - М.: Металургія, 1999. 310 с.
4. Б. І. Краснов. Оптимальне керування режимами безперервного розливання сталі. - М.: Металургія, 1970. 240 с.
5. М. Д. Климовицький, А. П. Копеловіч. Автоматичний контроль і регулювання у чорній металургії. Довідник. - М.: Металургія, 1967. 788 с.
6. Система стабілізації рівня металу в кристалізаторах МБЛЗ челябінського металургійного комбінату. Технічний опис та інструкція з експлуатації (2ж2, 570, 043 ТО).