Электрические печи сопротивления (камерные, шахтные, колпаковые и др.) широко применяются для термообработки изделий в различных отраслях промышленности: в металлургии, энергетическом машиностроении, металлообработке, керамическом и стекольном производстве. Использование автоматизированных систем управления при термической обработке повышает качество продукции и облегчает труд обслуживающего персонала.
Современное оборудование и новые методы автоматического управлении позволяют снизить затраты на ремонт и обслуживание оборудования, получить экономический эффект от рационального использования энергоресурсов вследствие оптимального управления технологическим процессом.
В этой статье автор предлагает два проектных решения модернизации системы управлений электропечами с учетом таких технологических потребностей, как точное регулирование температуры, возможности быстрой смены режимов при обработке различных видов изделий.
При подготовке проектов модернизации АСУ предварительно был проведён подробный анализ технологического процесса термообработки для выяснения основных недостатков и проблем в работе печей. Например, во время отжига деталей и металлоконструкций недопустимы даже незначительные отклонении температуры от значений, указанных в технологической карте. Нарушении температурного режима могут привести к несоответствию механических свойств изделий, заявленных изготовителем, что, в свою очередь, может повлечь аварии на производстве.
Системы регулировании температуры а электропечах на основе приборов овен
В качестве регулирующего устройства в системе управления электропечью используется двухканальный программный ПИД-регулятор ОВЕН TPM151, два канала которого регулируют температуру на нагревательных элементах. Исполнительным устройством служит блок управления симисторами и тиристорами (БУСТ), который обеспечивает точность автоматической регулировки мощности на нагревательных элементах печи методом фазового управления.
Для расширения входов и получения дополнительной возможности измерении температуры в самом изделии или в муфеле печи применяется модуль ввода ОВЕН МВА8. Обмен данными между регуляторами и модулем аналоговое о ввода осуществляется при помощи компьютера, для согласования интерфейсов RS-485/RS-232 используется преобразователь интерфейса ОВЕН АС3-М (рис. 1).
Рис. 1. Общая структурная схема системы автоматического управления (САУ) температуры для четырех электропечей
Разработанная система позволяет выполнять режим отжига любой степени сложности. Смена уставок в системе регулирования температуры осуществляется автоматически по разработанной технологом программе. Программы технолога создаются на компьютере верхнею уровни и заносятся в каждый прибор ТРМ151.
Схема системы регулирования температуры в шахтной печи показана на рис. 2.
Рис. 2. Функциональная схема регулирования в шахтной электропечи
Система позволяет задавать скорость изменения температуры (увеличение иди уменьшение до заданного значения) в каждой нагревательной зоне по индивидуальному графику, что обеспечивает равномерный нагрев изделия во всех точках. Возможен переход с одной программы на другую по достижении определенного значения любого из параметров температуры или времени. Сбор данных с каждой печи осуществляете и при помощи SCADA-системы OWEN PROCESS MANAGER.
{banner_direct2}
Предложенная система регулирования температуры может быть реализована в любых электропечах с одной или двумя нагревательными зонами. Дли системы требуется:
блок управления симисторами и тиристорами (ОВЕН БУСТ);
преобразователь интерфейса (ОВЕН АС3-М);
модуль аналогового ввода (OSEH МВА8);
компьютер;
датчики температуры, силовые симисторы.
Предлагаемая система управления увеличивает надёжность работы электропечей за счет замены аналоговых регуляторов и релейных исполнительных механизмов на микропроцессорные регулирующие элементы и бесконтактные силовые ключи (симисторы). Количество внешних соединений и клеммных коробок при этом уменьшается в несколько раз.
Например, один ПИД-регулятор ТРМ151, модуль ввода ОВЕН МВА8 и компьютер заменяют три старых, но весьма дорогих двухпозиционных регулятора-самописца, при этом точность и возможности регулировки значительно увеличиваются за счет применении ПИД-регуляторов с автоматической подстройкой коэффициентов.
Отметим, что затраты на проведение модернизации существенно сократятся, если модернизация будет производиться на нескольких установках сразу. Например, для четырех печей кроме регуляторов температуры понадобится всего одни модуль МВА8 и компьютер.
Подобная система регулирования температуры на базе регуляторов ОВЕН TPM151 и блоков БУСТ, была внедрена на заводе ОАО "КЗ ОЦМ" г. Киров на линии протяжного отжига "HEURTEY".
Печь имеет две независимо работающие зоны нагрева (предварительного и точного нагрева). В печи организовано два контура регулирования температуры на регуляторах ОВЕН ТРМ151.
Линия предназначена для непрерывного отжига и травлении медных и латунных лент толщиной 0,15 - 0,8 им и шириной 200 - 630 мм. В процессе обработки рулоны разматывают и протягивают в печи по опорным роликам. После отжига металл изменяет свою структуру и механические свойства.
Для достижения точного регулировании температуры применяются два блока управления ОВЕН БУСТ по одному на каждый канал приборов TPM151, которые регулируют мощность нагревательных элементов методом фазового управления.
Для более сложных систем с управлением тремя и более нагревательными зонами, а также работой вентиляторов и других исполнительных механизмов наиболее приемлемой станет система с управляющим устройством в виде программируемого логического контроллера, например, ОВЕН ПЛК.
Примером такого типа установок может служить самый распространённый в промышленности тип печей - камерная электрическая печь сопротивления, либо колпаковая электропечь. В этих печах, в зависимости от конструкции, могут быть три зоны нагрева. Дли оптимального регулирования температуры в них необходимо иметь три независимых контура управления.
Система регулирует температуру в каждой зоне нагрева: в первой, во второй и в третьей зонах используя, соответственно, первый, второй и третий каналы регулирования. Все контуры подчиняются главному контуру управлении температуры в муфеле.
Контуры подчинённого регулирования идентичны и состоят из регулятора температуры, программно реализованного в контроллере (ОВЕН ПЛК154), исполнительного устройства (ОВЕН БУСТ и симисторов) и объекта управления (нагревательных элементов). Регулятор главного контура регулирования (рис. 3), так же как и регуляторы подчинённых контуров, программно реализован в контроллере ПЛК154.
Данные с каждого канала поступает сначала на контроллер, а затеи на компьютер, где обрабатываются и хранятся при помощи SCADA-системы, приспособленной для работы с данный технологическим процессом и выбранным контроллером.
В разработанной системе помимо автоматического регулирования температуры возможно регулирование с помощью резисторов ручного управления. Ручное управление используется во время наладки или аварийной ситуации. Основными управляющими и контролирующими элементами СУ камерной лечи являются:
блоки управления симисторами и тиристорами (ОВЕН БУСТ);
термопары ТХА (К) и силовые симисторы;
компьютер.
Отличительной особенностью проекта с использованием ПЛК является возможность визуализации на компьютере процесса регулирования температуры в выбранной электропечи.
Сегодня существует целый ряд приложений, позволяющих выбирать необходимое программное обеспечение для ACУ ТП. Такими возможностями обладает продукт TraceMode, который совмещает программные стандарты с большинством средств промышленной автоматики от мировых производителей, в том числе производства ОВЕН. Поэтому данный продукт, как никакой другой подходит в качестве основного системного программного обеспечения при создании АСУ электрической печи.
Это обусловлено еще и тем, что программа Trace Mode имеет широкие функциональные возможности и удобную среду разработки, а также тем, что с ней бесплатно поставляются драйверы для выбранного контроллера ОВЕН ПЛК.
Экранные формы контроля и регулирования значительно упрощают эксплуатацию печей и облегчают работу оператора. Их внешний вид и структура может быть выполнена индивидуально под каждый заданный технологический процесс и установку.
Описанные проекты в полной мере учитывают запросы и требования, предъявляемые к термообработке изделий в электротермических установках. Проекты требуют минимальных экономических затрат на установку оборудования КИПиА и его обслуживание. Внедрение этих решений позволит повысить качество продукции, уменьшить количество брака, снизить расход сырья, сократить поломки и простои оборудования и тем самым увеличить объём выпуска продукции, а так же повысить производительность за счет улучшения условий труда обслуживающего персонала.
Сергей Мокрушин, начальник отдела автоматизации компании "Альфа-Пром" г. Киров
Статья "Автоматизация управления электрическими печами" в журнале "Автоматизация и производство":
Не упустите возможность быть в курсе последних технологических новинок и инженерных трендов! Подпишитесь на наш Telegram-канал "Инженерное дело" и получайте первыми увлекательные статьи
и другие эксклюзивные материалы.Наш Telegram-канал: Инженерное дело
