Автоматизация печей и систем очистки газов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГТУ «МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ»
Утверждено
Председатель НМСН
_____________________/______________________/
(Председатель Совета)
«___________»________________________2007 г.
ПРОГРАММА
учебной дисциплины подготовки бакалавров по направлению
(инвариантная для всех профилей)
550500 Металлургия
(наименование направления)
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПЕЧЕЙ И СИСТЕМ ОЧИСТКИ ГАЗОВ
(наименование дисциплины)
Москва 2007 г.
1
Аннотация
Данная дисциплина является практико-ориентированной. Она обеспечивает приобретение и овладение бакалавром следующих знаний:
- основных методов измерений в области контроля теплотехнических параметров
металлургического производства при получении, нагреве и термической обработке металлов и сплавов;
- основных методов в области автоматизации управления печами и установками
очистки газов в металлургическом производстве;
- методов анализа процессов в системах автоматического управления;
умений:
- обеспечить возможность постановки и проведения физического, в том числе и
теплотехнического эксперимента;
- проводить статистическую обработку результатов эксперимента и оценивать статистическую надежность полученных результатов;
- выбирать и использовать измерительные приборы и средства автоматизации;
- выполнять синтез систем автоматического управления и разрабатывать принципиальные схемы автоматизации;
навыков:
- работы с печными установками, приборами и средствами автоматизации ;
- проведения испытаний и выполнения измерений параметров объектов и систем
автоматического управления объектами;
- использования современных методов метрологии.
- работы со средствами нагрева и приборами измерения температур, расхода, давления;
- владения компьютерными средствами сбора, хранения и обработки измерительной информации.
2
1. Цель обучения
Научить принципам построения систем автоматического контроля и управления
тепловых агрегатов в черной и цветной металлургии, а также систем очистки газов на основе изучения теории и практики автоматического регулирования и управления. Обучить
студентов методам математического описания элементов систем автоматического управления, их конструкции и принцип действия.
2. Приобретаемые компетенции
Готовность:
– использовать приемы математической статистики для анализа данных и их достоверности
(Л. №1 – 5), ОПК5, ОПК9, ИК2, ИК3, ИК5, ИК6;
– применять современные методы метрологии (Л. № 1– 3), ОПК9, ИК2, ИК3,
ИК6;
– осуществлять выбор методов и средств теплотехнических измерений (Л..№1– 5),
ИК3, ИК6;
– обосновывать выбор устройств контроля температуры в металлургии
(Л..№1- 2,
8), ОПК5, ИК2, ИК3, ИК6, СПК4;
– использовать знание основных закономерностей для синтеза типовых узлов регулирования и принципиальных схем автоматизации (Л. №2 – 9; ПЗ №2, 9 - 15) ИК1, ОПК1,
ОПК4;
– описывать дифференциальными уравнениями процессы в элементах и системах
автоматического управления (Л. №2; ПЗ №3 – 7) ОПК1, ОПК2;
– составлять схемы систем автоматического управления печами и системами очистики газов (ПЗ №1, 2, 9 – 13) ОПК8;
- осуществлять определение статических и динамических характеристик объектов и
элементов систем автоматического контроля и управления (Л. №1; ПЗ №3-7) ИК3, ОПК5,
ОПК9;
– осуществлять выбор оптимальных настроек регуляторов систем автоматического
управления (Л. №3, 4, 7 - 9; ПЗ №6, 7) ИК3;
– обосновывать выбор и производить расчет средств контроля, регулирования, исполнительных механизмов и регулирующих органов систем управления (Л. №1 – 9; ПЗ
№7 – 8) ИК5;
Привить навыки:
3
– самостоятельной работы с литературой для поиска информации об отдельных
определениях, понятиях и терминах, объяснения их применения в практических
ситуациях; решения теоретических и практических типовых и системных задач,
связанных с разработкой систем автоматического управления металлургическими
печными агрегатами (КР) ЛС2, ЛС4, ЛС6, ИД1, ИД2, ИД6, ИК1;
– логического творческого и системного мышления (КР) ИД3, СК1;
- – проведения измерений температуры (Л. №1– 2, 5);
– владения компьютерными средствами сбора, хранения, обработки и передачи
информации (Л. №1 – 9);
– выполнения основных теплотехнических измерений (Л. №1 – 5);
– работы с лабораторными нагревательными печами, установками и приборами физического эксперимента (Л. №1 – 8);
– проведения испытаний систем автоматического контроля и регулирования (Л. №
1 – 9; ПЗ №3 - 8) ИК3;
– владения проектированием АСУ ТП металлургических печей и систем очистки
газов (ПЗ №14, 15) ИК5, ИК6, ОПК2, ОПК8, СПК3, СПК4, СПК5;
– выполнения структурных и функциональных схем автоматизации (ПЗ №1, 2, 9 –
13) СПК1, СПК3, ОПК2, ОПК4, ОПК8.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы (час)
Табл. 1
Зачетных
Вид учебной работы
Е
диниц
Общая трудоемкость
6
Всего
Часы в семестрах
часов
8
180
180
Аудиторные занятия
90
90
Лекции
42
42
Практические занятия (ПЗ)
30
30
Лабораторные работы (ЛР)
18
18
Самостоятельная работа
50
50
Курсовой проект (работа)
20
20
Вид итогового контроля
Экзамен
4. Содержание учебной дисциплины
4
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
Табл. 2
№
Раздел дисциплины
Лекции
ПЗ
ЛР
1
Общие вопросы автоматического
6
6
10
6
10
4
2
2
контроля и управления
2
Измерении основных параметров металлургических печных агрегатов
3
Основы теории автоматического регулирования
4
Элементы систем автоматики
4
4
-
5
Автоматизация печей черной метал-
10
8
6
4
2
4
2
лургии
6
Автоматизация печей цветной металлургии
7
Автоматизация систем очистки газов
-
4.2. Содержание лекционного курса
Семестр 8
Автоматизация печей и систем очистки газов
(42 часа)
Раздел 1. Общие вопросы автоматического контроля и управления /1,2/
(6 часов)
1.1. Предмет и структура курса. Особенности металлургических печных агрегатов как объектов автоматического контроля и управления. Основные понятия метрологии
и измерительной техники. Физические величины и единицы измерений. Международная
система единиц СИ.
1.2. Сущность измерения. Классификация методов и средств измерений. Этапы
развития систем контроля и автоматизации. Структурные и функциональные схемы автоматизации. Классификация автоматизированных систем управления (АСУ).
1.3. Классификация средств автоматизации. Технические средства систем автоматического контроля и управления. Типовые узлы систем автоматического регулирования. Автоматическое регулирование температуры, горения топлива, давления в рабочем
пространстве печи. Регулирование расхода и давления жидкости и газообразных потоков.
Раздел 2. Измерение основных параметров металлургических печных агрегатов /1/
(10 часов)
5
2.1. Понятие о температуре. Температурные шкалы. Международная температурная шкала МТШ-90. Классификация методов и средств измерения температуры. Электрические термометры сопротивления: металлические, полупроводниковые. Принцип действия и устройство. Источники погрешностей и устранение их влияния. Термоэлектрические термометры. Сущность термоэлектрического метода измерения температуры. Основные типы термоэлектрических термометров, их устройство, погрешности, пределы и
условия измерения, компенсационные провода. Схемы включения, введение поправок.
2.2. Бесконтактный метод измерения температуры. Условные температуры. Пирометры: суммарного и частичного излучения, спектрального отношения. Устройство, основные методические погрешности измерения. Измерение температуры в металлургии:
контроль температуры жидкого и твердого металла, газа и жидкости, сыпучих тел. Схемы
установки термометров на объектах металлургического производства: в печах, на станах и
т.п.
2.3. Классификация методов и средств измерения давления и разрежения. Манометры с упругими чувствительными элементами: трубчатыми пружинами, мембранами,
сильфонами. Электрические манометры: тензометрические, пьезоэлектрические. Приборы
для измерения вакуума: тепловой, термокондуктометрический. Дифференциальные манометры. Правила отбора давления и установки приборов. Основные понятия и классификация методов измерения расхода и количества вещества. Измерение расхода и количества
вещества. Счетчики количества вещества.
2.4. Измерение расхода методом динамического напора. Устройство измерителей.
Погрешности измерения. Метод переменного перепада давления. Основные типы дросселирующих устройств и методика их расчета. Погрешности измерения. Измерение расхода
методом постоянного перепада давления. Ротаметры. Электромагнитные, ультразвуковые,
тепловые и другие расходомеры. Правила установки и эксплуатации измерителей расхода.
2.5. Классификация методов анализа вещества. Химические и физические методы
определения элементов. Объемно-химический, оптико-акустический, термомагнитный и
термокондуктометрический
газоанализаторы.
Хроматографический
и
массспектрометрический методы анализа многокомпонентных газов. Отбор и подготовка проб
вещества к анализу. Оперативный контроль состава металла: спектральный метод, термоэлектрический и термографический анализаторы. Измерение влажности.
Раздел 3. Основы теории автоматического управления /3/
(4 часа)
3.1. Статические и динамические характеристики элементов и систем управления.
Дифференциальные уравнения и передаточные функции. Типовые возмущающие воздействия. Временные и частотные характеристики. Типовые динамические звенья. Дифференциальные уравнения, передаточные функции и частотные характеристики, графики
переходных функций и функций веса. Типовые динамические звенья (пропорциональное,
апериодические 1-го и 2-го порядка). Примеры звеньев.
3.2. Типовые динамические звенья (интегрирующие, дифференцирующие, чистого
запаздывания). Примеры звеньев. Соединение звеньев САР: последовательное, параллельное, встречно-параллельное. Понятие устойчивости систем управления. Определение
устойчивости системы по корням характеристического уравнения. Алгебраические и частотные критерии устойчивости. Показатели качества переходных процессов. Возмущение по нагрузке и заданию.
Раздел 4. Элементы систем автоматики /2,3/
(4 часа)
4.1. Классификация элементов систем автоматики. Нормирующие преобразователи,
их назначение, принцип действия, конструкции. Квантование и дискретизация аналоговых
6
сигналов. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Автоматические регуляторы. Линейные законы регулирования.
4.2. Методы формирования законов автоматического регулирования, структурные
схемы их реализации, уравнения, передаточные и амплитудно-частотные функции, переходные и весовые функции. Настройки промышленных регуляторов. Регулирующие микропроцессорные контроллеры: основные функции, модули, организация связей с объектом
управления. Исполнительные устройства: принцип действия, конструкции, основные характеристики. Регулирующие органы: шиберы, заслонки, клапаны. Синтез систем автоматического регулирования.
Раздел 5. Автоматизация печей черной металлургии /2/
(10 часов)
5.1. Автоматизация доменных печей. Автоматический контроль доменной плавки.
Автоматическое управление тепловым режимом. Автоматическое регулирование хода доменной печи.
5.2. Автоматизация мартеновских и двухванных печей. Автоматизация кислородных конвертеров.
5.3. Автоматизация электрических плавильных печей. Автоматизация машин непрерывного литья заготовок.
5.4. Автоматизация проходных нагревательных печей: методических, секционных,
кольцевых, роликовых.
5.5. Автоматизация термических колпаковых и камерных печей. Автоматизация
протяжных печей для термической и термохимической обработки полосового металла.
Раздел 6. Автоматизация печей цветной металлургии /4/
(4 часа)
6.1. Автоматизация процесса обжига в печи с кипящим слоем. Автоматизация процессов обжига материалов во вращающихся трубчатых печах.
6.2. Автоматизация процесса плавки в отражательной печи. Автоматическое регулирование процессов плавки в конвертере. Автоматизация процесса плавки в шахтной печи. Автоматизация процесса плавки в индукционных электропечах.
Раздел 7. Автоматизация систем очистки газов /5/
(4 часа)
7.1. Общие сведение об автоматизации газоочистных установок. Регулирование
температуры в газоочистной установке. Регулирование уровня пыли в бункере газоочистной установки. Автоматизация процесса очистки газа в электрофильтре. Статические и
динамические характеристики электрофильтра. Система автоматического регулирования
электрическим режимом электрофильтра. Автоматическое управление режимом работы
системы встряхивания электродов. Автоматическое управление свойствами пылегазового
потока на входе в электрофильтр.
7.2. Автоматизация процесса очистки газа в тканевых фильтрах. Статические и динамические характеристики рукавного фильтра. Автоматическое управление режимом работы систем регенерации рукавных фильтров. Автоматизация процессов очистки газов в
мокрых газоочистных установках. Статические и динамические характеристики форсуночного скруббера и скруббера Вентури. Автоматическое регулирование уровня шламовой воды в мокрых газоочистных установках. Автоматическое регулирование гидравлического сопротивления скруббера Вентури.
4.3. Перечень тем практических занятий
7
Семестр 8
(30 часов)
Табл. 3
№
1
2
3
4
5
6
Наименование
Кол-во часов
Составление структурных и функциональных схем
2
автоматизации
Разработка типовых узлов автоматического контроля
2
и управления металлургических печей и систем ГО
Расчёт погрешностей контактных методов измерения
2
температуры
Расчёт погрешностей бесконтактных средств кон2
троля температуры
Расчёт устройств контроля расхода методом пере2
менного перепада давления
Статические и динамические характеристики линей2
ных объектов
7
Расчет настроек регулятора с обоснованием выбора
исходных данных для заданного контура регулирования
2
8
Выбор исполнительных механизмов и регулирующих
органов
Автоматизация управления доменной плавкой
Автоматизация управления сталеплавильными процессами
2
Автоматизация управления нагревательными печами
Автоматизация управления термическими печами
Автоматизация управления печами цветной металлургии
Проектирование АСУ ТП металлургических печей
Проектирование САУ газоочистных установок металлургических печей
2
2
2
9
10
11
12
13
14
15
2
2
2
2
4.4. Перечень тем лабораторных занятий
Семестр 8
(18 часов)
Табл. 4
№
1
2
3
4
5
Наименование
Термоэлектрические термометры и электрические
термометры сопротивления
Пирометры излучения
Методы измерения расхода газа и жидкости
Автоматический оперативный контроль состава металла
Измерение температуры жидкого металла
Кол-во часов
2
2
2
2
2
8
6
Определение динамических характеристик объектов
автоматического регулирования
2
7
Исследование замкнутой системы регулирования
температуры с ПИ и ПИД – регулятором
2
8
Исследование системы регулирования температуры
печи с использованием двухсенсорной системы контроля действительной температуры металла
Исследование замкнутой системы регулирования с
применением микропроцессорного регулятора типа
SIMATIC
2
9
2
5. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
5.1. Рекомендуемая литература (основная и дополнительная)
а) основная литература
1а.Блинов О.М., Беленький А.М., Бердышев В.Ф. Теплотехнические измерения и приборы. – М.: Металлургия, 1993. – 288 с.
2.а. Автоматическое управление металлургическими процессами / А.М. Беленький,
В.Ф. Бердышев, О.М. Блинов, В.Ю. Каганов. - М.: Металлургия, 1989. - 384 с.
3.а. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования / В.Ю. Каганов,
Г.М. Глинков, М.Д. Климовицкий, А.К. Климушкин. - М.: Металлургия, 1987. - 270 с.
4.а. Диомидовский Д.А. Контроль и автоматизация процессов в цветной металлургии. М.: Металлургия, 1967, ч. 2. - 404 с.
5.а. Глебов Ю.Д. Контроль и автоматическое управление газоочистными установками. М.: Металлургия, 1982. - 208 с.
6.а. В.Ю. Каганов, В.Ф. Бердышев Автоматическое управление металлургическими процессами: Лабораторный практикум. - М.: МИСиС, 1984. - 84 с.
б) дополнительная литература
1б.А.М.Беленькй, М.Ю.Дубинский, М.Г.Ладыгичев, В.Г.Лисиенко, Я.М.Щелоков. Измерение температуры: теория практика, эксперимент: Справочное издание в 3-х томах. Т.2.
Измерение температуры в промышленности и энергетике. – М.: Теплотехник, 2007. – 736
с.
5.2. Средства обеспечения освоения дисциплины (перечень обучающих, контролирующих и расчетных программ, диафильмов, кино- и телефильмов)
1. «Программа калибровки термопреобразователей» (программное обеспечение ООО
«Обнинская термоэлектрическая компания»).
2. «Автоматизированная измерительная система мониторинга параметров лабораторной
установки» (программное обеспечение ООО «Обнинская термоэлектрическая компания»).
9
6. Материально-техническое обеспечение дисциплины (указываются специализированные лаборатории и классы, основные установки и стенды)
1. Межкафедральная лаборатория «Теплотехнические измерения в металлургии»:
- стенд №1 «Поверка и градуировка контактных термометров»;
- стенд №3 «Градуировка пирометров излучения»;
- стенд №4 «Контроль действительной температуры металла в печи с использованием
двух сенсоров»;
- стенд №5 «Контроль температуры жидкого металла»;
- стенд №6 «Контроль температуры металла ИК- термопарой и пирометром излучения»;
- стенд №7 «Контроль температуры поверхности сложных объектов»;
- стенд №9 «Контроль теплового потока»;
- стенд №10 «Тепловые методы контроля состава металла»;
- стенд №11 «Система автоматического управления с помощью микропроцессорного регулятора типа SIMATIC».
2. Компьютерный класс – 10 ПК + сервер, подключенные к ИНТЕРНЕТ. Операционная
система Windows XP; программный пакет обработки и представления измерительной информации Adamview.
7. Перечень заданий для самостоятельного выполнения
Семестр 8
Табл. 5
Вид учебной работы
Срок выдачи Срок сдачи
(№ недели) (№ недели)
Курсовая работа
2
16
Контролируемый
объем
(№,№ разделов)
1, 4, 5, 6
8. Перечень контрольных мероприятий
Семестр 8
Табл. 6
Вид контрольного мероприятия
Контрольная работа №1
Контрольная работа №2
Срок проведения Контролируемый объем
( № недели)
учебного курса
(№,№ разделов)
7
14
1,2
3,4,5
Контрольные работы проводятся в часы практических (семинарских, лабораторных) занятий в указанные сроки.
10
Самоконтроль знаний проводится в дни и часы, устанавливаемые преподавателем в среде
e-learning.
Программа составлена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта подготовки бакалавров и магистров по направлению
550500 Металлургия
(наименование направления)
Авторы программы
Беленький А.М., профессор кафедры ТЭМП
/ ________________ /
Шатохин К.С., доцент кафедры ТЭМП
/________________ /
Программа одобрена на заседании НМСН ______________протокол № ______ от _____
200 г.
11