Содержание
Введение
1. Технология обжига цинковых концентратов в печи кипящегослоя
1.1 Теоретические основы процесса обжига цинковых концентратов в печи кипящего слоя
1.2 Технология и оборудование обжигового цеха в условиях УКМК АО «Казцинк»
1.3 Практика ведения процесса обжига
2. Разработка системы управления процессом обжига цинковых концентратов в кипящем слое
2.1 Характеристика процесса обжига какобъекта управления
2.2 Современное состояние автоматизации процесса обжига вКС
Автоматическое регулирование и регистрация температуры в кипящем слое
Автоматическое регулирование подачи концентрата в бункерапечей КС
Регистрация давления воздуха перед печьюКС
2.3 Разработка гибридной структуры управления процессом.Постановка задач исследования и проектирования
2.4 Разработка подсистемы оптимальногоуправления
2.4.1 Описание математической модели процесса окислениясульфидного цинкового концентрата в кипящем слое
2.4.2 Описание метода поиска экстремума
2.4.3 Постановка задачи оптимального управления процессом
2.5 Разработка подсистемы автоматической стабилизации температуры в кипящем слое
2.5.1 Определение статических и динамических характеристик
2.5.2 Расчет оптимальных настроечныхпараметров регулятора
2.5.3 Построение переходного процесса
2.6 Разработка интеллектуальнойподсистемы управления гидродинамическим иманометрическим режимами
2.6.1 Анализ современных методов разработки моделейуправления в нечеткой среде
2.6.2 Формирование базы знаний (правил)интеллектуальной подсистемы
2.6.3 Исследование нечеткой модели управления
2.7 Разработка АСУТП процесса обжига вКС
2.7.1 Информационное обеспечение АСУТП
2.7.2 Организационное обеспечение АСУТП
2.7.3 Алгоритмическое и программное обеспечения АСУТП
2.7.4 Техническое обеспечение АСУТП
3. Экономическая часть
3.1 Обоснование экономическойэффективности от внедрения АСУТП обжига в печи КС
3.1.1 Определение прироста прибыли
3.2 Определение текущих затрат наразработку, внедрение, эксплуатацию и обновлениеАСУТП и расчет фонда заработной платы обслуживающего персонала
3.2.1 Расчет затрат на разработку и внедрение системыавтоматического управления
3.2.2 Определение затрат на эксплуатациюсистемы управления
3.2.3 Затраты на заработную плату
3.2.4 Расчет итоговых затрат
3.3 Расчет экономической эффективности
4. Охрана труда
4.1 Организационные вопросы охраны труда на производстве
4.2 Производственная санитария и гигиена
4.3 Техника безопасности при обслуживании оборудования цехаобжига цинковых концентратов
4.4 Пожарная и электробезопасность
4.4.1 Пожаробезопасность
4.4.2 Электробезопасность
Заключение
Список используемой литературы
Приложения
Введение
Значительный рост производства в народном хозяйстве и его развитие,может быть достигнуто вследствие более полного и комплексного использования сырья,улучшение технико-экономических показателей, повышение производительности труда,а также улучшения качества выпускаемого продукта, — путем автоматизации производственныхпроцессов, разработки и внедрения в промышленность надежных, экономичных системавтоматизации управления технологическими процессами. Все эти задачи становятсяособенно актуальными в условиях рыночных отношений.
На сегодняшний день автоматизация широко применяется в ряде отраслейпромышленности, таких как электроснабжение, в системах социально-бытового назначения,в жилищном строительстве, машиностроении, металлургии и т.д.
Вследствие чего вытекают следующие направления развития работпо автоматизации, в частности конкретные цели и задачи дипломного проектирования,а именно техническое обоснование и инженерная разработка системы автоматизации управлениятехнологическим процессом обжига цинковых концентратов в печи кипящего слоя в металлургиитяжелых цветных металлов.
1. Технология обжига цинковых концентратов в печи кипящегослоя
1.1 Теоретические основы процесса обжига цинковых концентратовв печи кипящего слоя
В настоящее время производство и потребление цинка занимает одноиз ведущих мест по переработке тяжелых цветных металлов. В промышленности для полученияметаллического цинка используют два способа — это пирометаллургический и гидрометаллургический.Однако развитие металлургии цинка пошло по пути гидрометаллургического производства.И сейчас этот способ является основным, обеспечивая более 90% всего получаемогоцинка. Он имеет ряд преимуществ перед пирометаллургическим способом, а именно:
1. позволяет полно и комплексно использовать сырье
2. эффективно применяется к бедному и сложному сырью
3. применяется удобный вид энергии — электрический, с наименьшими затратами
4. получаемый цинк высокого качества
5. позволяет полнее осуществить экологические меры и улучшить условия труда.
Производственный процесс получения цинка гидрометаллургическимспособом, состоит из сети последующих стадий:
1. подготовка материала к обжигу
2. обжиг цинковых концентратов
3. классификация продуктов обжига
4. выщелачивание
5. очистка раствора от примесей
6. электролиз
7. переплавка катодного цинка в чушковый
обжиг цинковый концентрат автоматизация
Так, как на сегодняшний день основным источником получения цинкапо прежнему являются сульфидные цинковые концентраты, получаемые из полиметаллическихруд, то основной задачей обжига является, превращение их в окисленные соединения,превращение их в окисленные соединения, наиболее быстро, полнее и с наименьшимизатратами. В природе цинк встречается в виде руды, в которой цинк сочетается в соединенияхс другими элементами в виде минералов, вкрапленных в горные породы.
Руды в свою очередь подразделяются на сульфидные, в которых металлынаходятся в соединениях с серой и окисленные в которых металлы содержатся в видеокислов. Окисленные руды не требуют предварительного обогащения и обжига перед металлургическойпереработкой в отличии от сульфидных.
Обогащением для свинцово-цинковых руд является процесс флотации,при котором решаются следующие основные вопросы:
1. отделение сульфидных минералов от пустой породы
2. отделение минералов свинца и меди от минералов цинка
3. устранение возможного перехода пирита в свинцовый и цинковый концентраты,и выделение пирита в отдельный продукт
4. извлечение золота и других металлов спутников
В процессе обжига цинковых концентратов в печи кипящего слоя,получаемый продукт переработки, так называемый огарок, должен удовлетворять следующимтребованиям, способствующим благоприятным условиям дальнейшей стадии технологическойпереработки, а именно:
1. иметь высокое содержание высокой фракции (-0,15мм)
2. иметь низкое содержание сульфидной серы (не более 0,1-0,3%)
3. количество сульфатной серы желательно иметь (не более 2-4%)
4. умеренное содержание ферритных и силикатных соединений.
Огарок — наиболее крупная фракция твердых продуктов обжига, отличаетсяот других продуктов высоким содержанием кислоторастворимого цинка. Растворимостьогарка в растворах слабой серной кислоты должна быть не менее 90 %. Эти требованияобуславливаются из технологической задачи гидрометаллургической обработки огарка.Так, как структурно свободная окись и сульфат цинка легко растворимы в растворесерной кислоты. Тогда, как сульфид цинка и цинк связанный в ферритную форму почтине растворимы.
Не менее вредно образование силикатов, так, как силикаты цинка,свинца и других присутствующих металлов хотя и растворяются в растворе серной кислоты,но образуют паллоидные, труднофильтруемые пульпы. Для того, чтобы огарок полнееиспользовался, как нейтрализатор, то есть снижен его избыток при выщелачивании,он должен быть мелким и однообразным по крупности [1].
Таким образом технологической задачей обжига цинковых концентратов,как уже отмечалось, является перевод сульфидного цинка, в структурно свободную окисьи частично в сульфат, которые легко перерабатываются при выщелачивании, дающие максимальноеизвлечение цинка, за минимальный промежуток времени и с наименьшими затратами.
Степень полноты прямого извлечения цинка в раствор, определяетсяглубиной обжига сульфидов цинка, то степенью десульфаризации, которая составляет97-99%. Путем опытных данных установлено, что константа массопереноса быстро возрастаетот 9100С и достигает максимального значения при температуре 9800С,а затем падает. Таким образом в этом интервале температур 9100С-9800С,мы получаем максимальный выход оксида цинка в огарке из исходного сульфидного сырья.На рис.1, изображена зависимость этой константы от температуры. При более высокихтемпературах увеличивается нежелательное содержание в получаемом продукте примесей,в дальнейшем загрязняющих раствор, например: кремнезем, кадмий, медь и т.д. Крометого более высокая температура чем указанная в интервале 910-9700С весьманезначительно влияет на скорость обжига, на рис.2. показана зависимость скоростиобжига от температуры.
/>
Рис.1. Зависимость константы массопереноса от температуры
/>
Рис.2. Зависимость скорости окисления от температуры для ZnS
Температура более низкая чем указанный интервал, существенновлияет на скорость окисления сульфидов цинка, но в конечном итоге уменьшает производительностьпечи. Так, как в этой области температур скорость реакции окисления определяетсякинетикой на поверхности зерна, и она мала по сравнению со скоростью диффузии, тоименно она является — лимитирующей стадией.
Подчиняясь закону Аррениуса, скорость экспоненциально возрастаетс повышением температуры. Таким образом, оптимальный интервал температуры являетсяот 950-9800С.
Еще одной особенностью технологического процесса, является егоавтогенность, позволяющая не только надежно вести процесс обжига, но и утилизироватьизлишнее тепло, обусловленное экзотермичностью реакции, в частности окисления сульфидногосырья кислородом воздуха и выделения тепла, протекающих в реакционном пространствепечи.
Основные химические реакции протекающие в кипящем слое:
ZnS+1.5O2→ZnO+SO2+Q
Zno+SO2+0.5O2→ZnSO4+Q
Кроме основных реакций могут протекать и другие:
ZnS+3ZnSO4→4ZnO+4SO2-Q
FeS+2.5O2→Fe2O3+SO2+Q
Эти химические реакции весьма ограниченно влияют на ведение технологическогопроцесса, так, как их протекание сводится к минимуму, в условиях ведения процесса.
Особенность метода обжига цинковых концентратов в кипящем слоесостоит в том, что газ участвующий в физико-химических процессах, в нашем случаеэто воздух обогащенный кислородом, должен одновременно обеспечивать требуемый аэродинамическийрежим кипящего слоя.
Различают три состояния слоя:
1. фильтрующий слой
2. кипящий слой
3. слой во взвешенном состоянии
При прохождении газового потока через сыпучую среду цинковогоконцентрата, с малой скоростью, слой сыпучего материала лежащего на газопроницаемойповерхности, он остается не подвижным и его объем не изменяется — в этих условияхон является фильтрующим.
При постепенном увеличении скорости газового потока, сопротивлениеслоя возрастает, в следствии трения газа о поверхность зерен концентрата и при прохожденииструй газовой среды по каналам различного сечения образующихся между зернами концентрата.Достигая скорости газового потока равной гидростатическому давлению, обусловленномувесом зерна, слой концентрата становится похож на вязкую жидкость, то есть переходитв псевдоожиженное состояние. Под действием силы тяжести перетекает от верхнего уровняк нижнему, всегда имеет горизонтальную поверхность, образуя кипящий слой. Скоростнойнапор воздуха, обеспечивающий псевдоожиженное состояние назван минимальной критическойскоростью. В свою очередь минимальная критическая скорость зависит от гранулометрическогосостава концентрата находящегося в слое и рассчитывается теоретически. Однако практическоеее значение будет несколько выше минимально необходимого. Это значение находитсямежду минимальным и максимальным, при котором слой загруженного в печь концентратапереходит во взвешенное состояние и составляет 0,11м/сек. Следовательно, кипящийслой — промежуточное состояние, между неподвижным фильтрующим состоянием слоя иперехода его во взвешенное состояние. Такое повышение интенсивности газового потока- выше минимальной необходимой скорости, обеспечивают образование газовых пузырей,которые двигаясь в слое, барботируют его, энергично перемешивая зерна и газ в кипящемслое. Доля газового объема кипящего слоя — называется пористостью слоя. При такоминтенсивном перемешивании одни зерна преимущественно мелкие быстро проходят путьот загрузки в выгрузке, другие более крупные, больше циркулируют в кипящем слое[2,3].
Наиболее целесообразно размещать сливной порог, в печах кипящегослоя на высоте от 1.8-2.0 м, для выгрузки огарка. Это обуславливается тем, что уменьшениевысоты кипящего слоя ниже указанных размеров, приводит к большому проскоку воздухачерез слой, и увеличивается пылевынос из печи и ухудшается качество не только пылино и огарка. При увеличении также высоты кипящего слоя происходит ухудшение, онприобретает большую тепловую энергию и плохо реагирует на изменение количества подаваемогов печь концентрата. В УК МК АО «Казцинк» в промышленных условиях высотакипящего слоя «КС-5» составляет от 1800мм, она рассчитана исходя из скоростипротекания химической реакции, гидродинамических условий, обеспечивающее хорошеекачество псевдоожижения и теплотехнических условий, обеспечивающих достаточную тепловуюинерцию печи.
Использование воздуха обогащенного кислородом в качестве газаподаваемого в печь, при обжиге цинкового концентрата, дает возможность существенноувеличить скорость обжига, а также производительность печи, и что не менее важноповысить содержание сернистого ангидрида в отходящих газах, удешевить очистку газов,уменьшить потери тепла с отходящими газами. Опытными данными было установлено, чтопри повышении содержания кислорода в газовой смеси, подаваемой в печь, с 21% до78,2% скорость процесса обжига в кипящем слое возрастает примерно вдвое, кроме тогоулучшается качество огарка. Получаемый огарок содержит почти вдвое меньше силикатногои ферритного цинка, что указывает на возможность повышения извлечения цинка привыщелачивании. На рис.3 показана зависимость десульфаризации при стационарной температуре,от концентрации кислорода в атмосфере обжига.
/>
Рис.3. Зависимость окисления сульфида цинка от концентрации кислородав газовой среде, при температуре равной 9500С
Кривая 1 — концентрация кислорода 50%;
Кривая 2 — концентрация кислорода 20%;
Кривая 3 — концентрация кислорода 10%;
Из приведенного рисунка видно, что скорость процесса окислениясульфидного цинка увеличивается почти вдвое при повышении концентрации кислородав подаваемом в печь газа до 50-60%. Однако дальнейшее повышение концентрации кислородав газе, не только не эффективно с экономической точки зрения, но и при эксплуатациипромышленной системы управления технологическим процессом, делает ее неустойчивой.При температуре 9500С критическим значением концентрации кислорода вгазе, делающим процесс управления неустойчивым является 0,0014кг/м3.
Для экономики цинкового производства существенное значение имеютобжиговые газы, направленные на сернокислотное производство, которые получены врезультате окислительного процесса сульфида цинка. Одной из важнейших характеристикобжиговых газов является процентное содержание в них сернистого ангидрида, котороев зависимости от химического состава сырья и условий протекания технологическогопроцесса может достигать 12-13% но не менее 6%. при воздушном дутье не обогащеннымкислородом не менее 8%. Содержание свободного кислорода (12-14) %.
Обжиговые газы так же характеризуются и запыленностью, зависящейот гранулометрического состава концентрата и аэродинамического режима печи кипящегослоя.
В процессе окислительного обжига сульфидного сырья в печах КСобразуются три продукта: огарок, пыль, газ. Пыль состоит из мелких фракций продуктовобжига.
В пыли по сравнению с огарком содержится меньше цинка. Содержаниесульфатной серы в пыли выше, чем в огарке. В печах кипящего слоя наблюдается значительныйпылевынос, который может достигать до 95% всего получаемого продукта. В промышленныхусловиях УК МК АО «Казцинк» в частности печи «КС-5»составляет30-40%.
Таблица 1. Химический состав концентрата.Концентраты Zn Cd Pb Cu Fe
Sобщ As Sb
SiO2 Зыряновский 53,0 0, 20 0,45 1,10 7,50 3,50 0,06 0,008 1,24 Текелийский 46,44 0,14 2,4 0,06 7,1 30,8 0,021 0,020 3,24
Таблица 2. Распределение твердых продуктов обжига.Наименование продукта Всего продукта Огарок 65% Пыль из циклонов 29% Пыль из электрофильтра 4% Пыль из газоходов 2%
Таблица 3. Химический состав огарка.Содержание компонентов, % Общий цинк Кислоторастворимый цинк Водорастворимый цинк Сера сульфидная (Ss)
Сера сульфатная
(Sso4) 58-62 53-58 3,0-4,5 0,2-0,1 0,8-1,2 1.2 Технология и оборудование обжигового цеха в условияхУК МК АО «Казцинк»
Процесс обжига концентрата в печах КС в УК МК АО «Казцинк»осуществляется следующим образом. Шихта со склада концентратов грейферным краномзагружается в приемный бункер обжигового цеха. Из бункера подается в дисковую дробилкуна измельчение. Зазор между дисками (7,5 +2,5) мм. При транспортировке серы дляпуска печей обязательно ее увлажнение до 12 % с целью предотвращения возгоранияпри дроблении. Шихта, прошедшая дробление в дисковой дробилке, выгружается на наклонныйленточный транспортер. С ленточного наклонного транспортера шихта подается на ленточныйзагрузочный транспортер. Для увеличения производительности печей КС применяетсяподшихтовка огарком подаваемого с участка классификации элеваторами № 1 и № 2 назагрузочный транспортер. С загрузочного транспортера шихта сбрасывается плужковымисбрасывателями в приемные бункера печей КС. На каждой печи изготовлено по два приемныхбункера. Бункера-накопители находятся непосредственно в печном отделении, изнутрибункера футерованы винипластом для устранения зависания материалов. Из бункера шихта,ленточным питателем, с регулируемой скоростью движения ленты, подается через течкув «кипящий слой» форкамеры. Форкамера служит для загрузки шихты в слойпечи и позволяет регулировать «кипение» материала в нем путем измененияподачи количества воздуха от воздуходувной машины. Расход воздуха на форкамеру(900-2000) нм3/ч.
На УК МК АО «Казцинк» печь кипящего слоя выполненав следующем аппаратурном исполнении. Основными элементам печи КС являются: Корпуспечи, выполненный из листовой стали (10-12) мм. Внутренняя поверхность кожуха печиоклеена двумя слоями асбеста листового и футерована шамотным кирпичом. Нижняя частьпечи на расстоянии 1,2 м от пода печи футеруется кирпичом толщиной 375 мм. Высота печного пространства составляет 9,65 м. От объема рабочего пространства печи зависит степеньвыноса пыли и степень выжигания сульфидной серы. Свод печи купольный из шамотногокирпича. Чтобы придать своду герметичность, поверхность кирпича закладывается листовымасбестом на жидком стекле [4].
Ответственным элементом конструкции печи является воздухораспределительнаяподина, от которой зависит производительность. Подина печи выполняется из отдельныхметаллических секций толщиной 20 мм. В подину вмонтированы воздухораспределительныещелевые сопла из нержавеющей стали удобные в обслуживании и простые в изготовлении.На подину в зависимости от площади устанавливается (1500-2350) сопел, «живое»сечение которых может изменяться от 0,5 до 0,6 %. В нашем случае площадь пода составляет 45 м2. От конструкции подины зависит не только производительность печи,но и нормальное кипение слоя, получение кондиционных огарка и газа, продолжительностьслужбы печи. Требования предъявляемые к подине:
1. поступление газовой смеси через подину печи должно быть равномерным по всемусечению;
2. обжигаемый концентрат не должен просыпаться через подину;
3. подина должна быть жаростойкой, в случае залегания на ней горячего огарка,быть простой в изготовлении и дешевой;
4. распределяющие воздух сопла, пришедшие в негодность, должны легко и быстрозаменяться;
5. подина должна обладать достаточной продолжительностью службы.
Температура обжига в кипящем слое поддерживают в пределах 950-9800С,расход воздуха, приведенного к нормальным условиям, составляет 16000-28000м3/ч,упругость дутья 2000-4000 мм вод. ст. Давление газа под сводом печи выдерживают3-5 мм вод. ст. Температура выходящих из печи газов 500-5500С.
Воздухонагнетатель производительностью 28800нм3/часи с давлением 1,6 кгс/см2 подает воздух в воздушные коробки печи и форкамеры,откуда через воздухораспределительные сопла проходит в печь. Скорость воздуха всоплах должна быть в пределах 55-60 м/с, что предотвращает просыпание огарка черезподину и обеспечивает нормальный ввод воздуха в каждую точку пода печи.
Если поступающий материал содержит 30-32% серы, то выходящийиз печи огарок содержит сульфидной серы не более 0,2-0,3%. Распространение материалапо слою происходит в течении 2-3 мин, а полная сменяемость материала в ванне печи- за 10-12 ч (в зависимости от объема ванны и количества поступающего материалав единицу времени).
Для стационарного теплового режима обжига необходим тепловойбаланс в печи, который обеспечивается отводом излишнего тепла из слоя:
с обжиговыми газами примерно 60%;
с огарком и через стенки печи около 20%, оставшееся тепло отводитсяспециальными средствами, во избежание перегрева слоя.
Отбор тепла при работе печей КС осуществляется системой УИО(установка испарительного охлаждения). В систему УИО входят охлаждающие элементыаэрохолодильника, кессоны слоя, кессоны свода, термосифоны, циклоны-охладители предназначенныедля охлаждения отходящих газов. УИО печи КС предназначена для поддержания стабильностипроцесса обжига цинковых концентратов и снижения температуры отходящих газов, поэтомуизбыток тепла снимается как от кипящего слоя, так и отходящих газов. В результатесъёма тепла вырабатывается пар, направляемый в общий паропровод на технологическиенужды.
Избыток тепла из кипящего слоя необходимо отводить во избежаниебыстрого повышения температуры слоя и спекания материала. Отвод тепла от кипящегослоя осуществляется с помощью кессонов слоя. Конструкция кессонов слоя принята типатруба в трубе. Подвод котловой воды осуществляется по внутренней трубе. Отвод пароводянойсмеси — по наружной.
Таблица 4. Технологическиепоказатели печи КС УК МК АО «Казцинк».Производительность печи, т/сут 130
Температура, 0С: В кипящем слое 950-980 Под сводом печи 650-700 На входе в циклоны 550-600 На входе в электрофильтры 300-350 На выходе из электрофильтров 240-280
Расход воздушно-кислородного дутья, нм3/час 16000-28000 Упругость дутья в печь, мм вод. ст. 2000-4000 Разрежение под сводом, мм вод. ст. 0÷ (-) 2 Выход огарка с пылями от концентрата, % 88-91 Растворимость огарка, % 88-93 Количество огарка класса — 0,15 мм, % 76-80 Характеристика печи:
Площадь пода печи, м2 45 Высота печи, мм 22000 Количество выходных отверстий для газа 2 Размер отверстий для выхода газа, м 0,8х1,2 Живое сечение сопел, % 0,5-0,8 Тип сопел из нержавеющей стали щелевые Размер щели, мм 1,8х57 Количество форкамер, шт. 1 Количество щелевых сопел, шт. 2327 Футеровка печи Шамотный кирпич Подина Огнеупорный кирпич Конструкция кессонов Трубчатые Количество кессонов на печь 20
Полезная площадь охлаждения одного кессона, м2 1,2
Общая полезная площадь охлаждения, м2 24 Вид воздушной коробки Общая конусная
Объем воздушной коробки, м3 28 Количество циклонов СИОТ №12, шт. 4 1.3 Практика ведения процесса обжига
Печь обслуживает обжигальщик, который следит за качеством поступающейшихты на обжиг, характером кипения слоя, своевременной выгрузкой пыли из газоходнойсистемы, соблюдением заданного режима работы, а также регулирует тяговой режим печи.
Для соблюдения технологического режима необходимо устранять всенарушения параметров обжига, которые заключаются в следующем:
1. Снижение упругости дутья и соответствующее повышение расхода воздуха происходитпри:
а) уменьшении высоты кипящего слоя. С увеличением температурыв печи, вследствие увеличения скорости газа в слое, происходит интенсивная разгрузкаматериала из печи. То же самое наблюдается и при работе печи под большим давлением.Для устранения этих неполадок печевой должен установить под сводом определенноеразрежение, снизить температуру до нормальной (950-9800С) и восстановитьвоздушный режим;
б) образовании залегания материала в печи и возникновении такназываемых продувов для свободного прохода воздуха. В этом случае печевой долженрасшуровать места залегания трубкой, которая подсоединена к магистралям сжатоговоздуха.
2. Самопроизвольное повышение упругости дутья и соответствующее снижение расходавоздуха происходит при:
а) забивании отверстий в воздухораспределительных соплах, устранитькоторые можно только при полной остановке печи;
б) увеличении высоты кипящего слоя в случае зарастания сливногопорога;
в) накоплении крупной фракции в кипящем слое, что увеличиваетвес слоя (возрастает его сопротивление). Устранить это можно увеличением расходавоздуха и повышением давления под сводом печи.
3. Повышение температуры кипящего слоя происходит от увеличения загрузки концентратав определенных пределах, пока не нарушается необходимое соотношение воздух — концентратили при снижении теплоотдачи слоя (прекращение циркуляции воды в кессонах).
4. Изменение тягового режима. При повышении давления под сводом печи происходитусиленная разгрузка ванны и выбивание газа в помещении цеха, при понижении — снижаетсяконцентрация сернистого ангидрида в отходящих газах за счет подсоса воздуха. Длярегулирования давления необходимо устранить подсосы воздуха по газоходному трактуи изменить производительность эксгаустера (регулировкой дросселя на всасывании).
5. В процессе работы печи встречается явление «помпажирования», прикотором периодически через 1-2 секунды происходит колебание давления воздуха в воздушнойкоробке на 100-150 мм вод. ст. Тяговой режим под сводом печи соответственно изменяетсяна10-20 мм вод. ст., что сопровождается периодическими выхлопами газа в помещениицеха и подсосами воздуха в печь. В это время просыпается огарок в воздушную коробку(за 6 часов 10-12 тонн) и за счет воздушных толчков происходит большой пылеунос(до 70% о загружаемого материала).
Появление помпажирования вызывается следующими причинами:
а) малой скоростью воздуха в воздухораспределительных соплах(меньше 11м/с). Поскольку сопротивление слоя неодинаково, то нарушается равномерноепоступление воздуха в слой: в часть кипящего слоя, где увеличилось сопротивление,воздух временно не поступает (крупные частицы материала закрывают отверстие сопели скорость воздуха надостаточна для преодоления этого сопротивления), а направляетсяв места слабого сопротивления, прорывая слой и образуя высокий «фонтан».Происходят кратковременные изменения сопротивления кипящего слоя, что влечет засобой изменение расхода воздуха, нарушение воздушного режима воздуходувки, имеетместо поршневая подача воздуха в слой;
б) образованием утечки воздуха из воздушной коробки. Незначительныеизменения сопротивления влияют на количество поступающего воздуха;
в) малым объемом конусной коробки по периферии подины печи. Скоростьпоступления воздуха в слой снижается из-за сопротивления воздуха у стен воздушнойкоробки. Форма и размер воздушной коробки влияют на равномерное поступление воздухав кипящий слой.
«Помпажирование» чаще всего происходит в момент пускапечи при малом слое материала в период воспламенения, так как резко изменяются температура,объем и сопротивление слоя.
6. Перегруз печи наблюдается при неточном соотношении количества загружаемогоконцентрата и расхода воздуха, т.е. количества концентрата, поступающего на обжиг,превышает теоретически необходимое количество его при данном расходе воздуха. Сизбыточным количеством концентрата повышается содержание сульфидной серы в ваннеиз-за недостатка кислорода на ее окисление. К тому же непрореагировавший концентратотнимает тепло, в результате чего температура кипящего слоя снижается и печь начинает«затухать». Такое явление легко обнаружить, произведя расчет подачи материалаи воздуха в момент снижения температуры, а также анализом сульфидной серы в ваннепечи.
При прекращении подачи концентрата резко повышается температурав слое в результате интенсивного окисления имеющегося концентрата и сокращаетсярасход тепла. Во избежание спекания слоя необходимо увеличить его теплоотдачу, чтодостигается подачей воды в слой. а также увеличением расхода воздуха, снижениемподачи кислорода.
7. При транспортировке материала повышенной влажности (12-14% влаги) происходитслипание концентрата и большие куски, которые достигают высоты 4-5 м забивают воздухораспределительные отверстия в подине.
8. Высокое содержание сульфидной серы в огарке может быть в том случае, еслиматериал находится в кипящем слое недостаточное время. В пылях же оно может бытьпри большом пылеуносе из-за высокой скорости воздуха в слое и при загрузке в печьпересушенного концентрата.
9. При прогорании кессона большое количество воды попадает в слой, что резкоувеличивает расход тепла и приводит к остановке печи, если не принять своевременныемеры к отключению сгоревшего кессона.
2. Разработка системы управления процессом обжига цинковыхконцентратов в кипящем слое
2.1 Характеристика процесса обжига как объекта управления
При разработке автоматизированной системы управления процессомобжига цинковых концентратов в печи кипящего слоя, важнейшим этапом синтеза системыявляется анализ процесса, как объекта управления, то есть определение входных ивыходных переменных, нахождение математических зависимостей между входными и выходнымипеременными описывающих поведение объекта регулирования.
Печь кипящего слоя можно рассматривать, как непрерывно действующийреактор почти идеального перемешивания. Загружаемый сульфидный цинковый концентратв реакционной ванне печи становится текуч в состоянии кипящего слоя или приобретенияпсевдоожижения, имеет горизонтальную поверхность, интенсивно перемешивается, перетекаетчерез сливной порог и приобретает другие свойства жидкости за счет подаваемого поддавлением воздуха в печь под слой концентрата.
При малых скоростях сыпучий слой цинкового концентрата, лежащийна газопроницаемой поверхности представляет собой фильтрующий слой и его объем неизменяется, он остается неподвижным. С увеличением скорости потока воздуха, обогащенногокислородом, сопротивление слоя возрастает, вследствие трения газовой смеси о поверхностьзерен и при прохождении газовых струй по каналам различного сечения, образующимисямежду зернами концентрата. При достижении определенной скорости газового потока,называемой минимально критической, качественно и объемно изменяется сыпучий слойконцентрата и переходит в псевдоожиженное состояние, приобретает свойства жидкостивыше перечисленные.
Главной целью обжига является перевод сульфидного цинкового концентратав окисленный цинк из которого цинк рациональнее восстанавливать.
Таким образом, для процесса обжига цинковых концентратов в печиКС, можно выделить входные материальные переменные, свойства которых изменяютсяв данном процессе. Ими являются: материальный поток сульфидного цинкового концентрата,который в результате процесса обжига изменяет физико-химические свойства, для чегозатрачивается другой материальный поток — воздух обогащенный кислородом.
Выделенные входные переменные или материальные потоки будут характеризоватьсянекоторой совокупностью входных переменных, зависящих от конструктивных и технологическихособенностей агрегата и ведения процесса. Для данного процесса этими особенностямиявляются: автогенность процесса, так, как для ведения его не требуется затрат энергиисо стороны, а затрачиваются лишь воздух и концентрат. Другой особенностью являютсявыше отмеченное указание, что печь КС рассматривается, как непрерывно действующийреактор почти идеального перемешивания, то есть градиент концентрации ограниченлишь размерами реакционной ванны. Состояние входного материального потока будутхарактеризоваться входными переменными по концентрату, ими будут являться:
расход концентрата 130 т/сут;
химический состав концентрата, где важнейшие элементы, — этоZn общее содержание которого в концентратесоставляет 49,34% и сера общая, содержание составляет в цинковом концентрате 31,40%;гранулометрический состав концентрата с dср равным 0,085 мм, где dср — это средний диаметр зеренконцентрата.
Такое выделение входных переменных, характеризующих состояниевходного потока по концентрату обусловлено следующими причинами:
расход концентрата влияет на весь режим работы печи кипящегослоя, на ее производительность, на тепловой баланс и т.д.;
химический состав концентрата влияет на химический состав получаемогопродукта — огарка, на химический состав образующихся газов и т.д.;
гранулометрический состав концентрата — эта характеристика введенав связи с особенностью процесса, а именно значительным пылевыносом, сопровождающимпроцесс обжига, который может достигать до 99% вообще, а для конкретного процессаи конкретного объекта управления составляет 38%, в условиях УК МК АО «Казцинк»печи «КС-5», унос фракций до 0,047мм.
Состояние входного материального потока по воздуху будет характеризоватьсяследующими входными переменными: расходом дутья, концентрации кислорода в газовойфазе, давлением в воздушной коробке.
Такое выделение входных переменных основывается по следующимпричинам.
Расход дутья влияет на скорость ведения процесса обжига, температурныйрежим печи, одновременно он должен обеспечивать псевдоожиженное состояние слоя цинковогоконцентрата с наложенными на него ограничениями, а именно линейная скорость истечениявоздуха из сопел должно быть выше или равной минимально необходимой с одной стороныи быть ниже предельно допустимой с другой стороны, при котором слой переходит вовзвешенное состояние. Расход воздуха составляет 13000 м3/ч, линейнаяскорость воздуха 0,1м/сек. Переменная по давлению также влияет на гидродинамическийрежим работы печи и составляет 1100мм вод. ст. или 10,786 кПа. Введение переменнойконцентрации кислорода в газовой фазе, характеризующий материальный поток по воздухувызвано зависимостью скорости процесса окисления от концентрации кислорода, чемвыше процентное содержание кислорода в дутье, тем меньше требуется времени для десульфаризацииконцентрата. На концентрацию кислорода наложено ограничение — процентное содержаниекоторого недолжно превышать 50-60%. Еще одним входным материальным потоком являетсяподача воды, которая характеризуется переменной расхода. Такое выделение связанос особенностью процесса обжига. Как уже отмечалось ранее, процесс обжига сульфидныхцинковых концентратов является автогенным, необходимая энергия для ведения процессавыделяется в результате протекания химических реакций, основная из которых:
ZnS+1.5O2→ZnO+SO2+Q
Эта реакция является экзотермичной, выделяющееся тепло расходуетсяна ведение процесса, теряется с отходящими газами и в результате теплообмена. Ноостается еще и некоторый избыток тепла, который по условиям процесса должен бытьотведен. Отвод тепла обеспечивается подачей воды в кессоны испарительного охлаждения.
Состояние выходных материальных потоков характеризуется некоторойсовокупностью выходных переменных, зависящих от входных переменных и возмущающихвоздействий. Как уже было отмечено выше, для протекания процесса необходимо и достаточноввести в объект управления материальные входные потоки. В результате их взаимодействияв реакционном пространстве печи КС, будут протекать следующие химические реакции:
ZnS+1.5O2→ZnO+SO2+Q
ZnO+SO2+0.5O2→ZnSO4+Q
ZnS+3ZnSO4→4ZnO+4SO2-Q
Очевидно, что выходными переменными характеризующими выходныематериальные потоки будут являться:
по огарку — количество получаемого огарка, его химический состав.
Твердые продукты обжига распределены следующим образом:
- огарок — 62%, от общего количества;
- пыль — 38%, от общего количества.
Химический состав огарка по основным компонентам:
- цинк кислоторастворимый 97%;
- серы сульфидной до 0,3%.
Химический состав пыли по следующим составляющим:
- цинк кислоторастворимый 90%;
- серы сульфидной 0,3.
Эти выходные переменные выделены, в связи с задачей процессаобжига цинковых сульфидных концентратов, целью которого является получение структурно-свободнойокиси в таком состоянии, чтобы она была наиболее благоприятна для проведения последующихстадий переработки технологии и в конечном счете обеспечивало высокие технико-экономическиепоказатели производства в целом.
Отсюда вытекает требования к огарку, которые можно представитьв виде ограничений наложенных на химический состав выходного потока. Огарок должениметь содержание сульфидной серы не более 0,3%, сульфатов не более 4%. Таким образом,особенностью технологических требований, предъявляемых к операции обжига цинковыхконцентратов, является глубокий обжиг сульфидов цинка. Ещё одной технологическойособенностью процесса обжига является получение обжиговых газов с высокой концентрациейсернистого ангидрида, направляемых на получение серной кислоты в соответствующийцех. Следовательно, следующим выделенным материальным потоком будут обжиговые газы,получающиеся в результате протекания процесса. Выходными переменными, характеризующиеэтот поток будут:
количество получаемых газов 15000м3/час;
концентрация в них сернистого ангидрида 6-12%.
Важнейшей выходной переменной является температура в кипящемслое. От нее зависит скорость десульфаризации, а, следовательно, получение продуктовобжига в количественном отношении, химический состав получаемых продуктов, протеканиехимической реакции. На значение этой переменной наложены ограничения — температурав КС должна находиться в пределах 950-9800С. Эти ограничения вызванырядом причин: во-первых, как было установлено в процессе опытов, константа скоростимассопереноса возрастает, начиная при 9100С, а затем падает. Следовательно,максимум выхода оксида цинка достигается при вышеуказанной температуре.
Кроме того, более высокая температура, чем указанный интервал,способствует нежелательному содержанию примесей в получаемом огарке, в результатеболее интенсивного протекания побочных химических реакций. Скорость же основнойхимической реакций — окисления сульфида цинка, при более высокой температуре весьманезначительно влияет на скорость протекания процесса. Температура более низкая,чем указанный интервал (950-9800С) имеет существенное влияние на скоростьобжига, так как ход процесса будет лимитироваться уже кинетикой и определяется еезаконами.
Возмущающими воздействиями, действующими на объект управленияпо выходному материальному потоку будут: влажность концентрата и его удельный весв определенный момент времени на ленте транспортера.
Основной регулируемой переменной по которой строится автоматическаясистема управления, является температура КС. Для регулирования температуры необходимовыбрать управляющее входное воздействие по соответствующему каналу. Для процессаобжига в КС выходная переменная — температура зависит от нескольких входных переменныхи в общем виде может быть представлено выражением:
T=f (Fк,Fвозд,Cо2,Fводы)
Т — температура кипящего слоя
Fк — расход концентрата
Со2 — концентрация кислорода
Fвозд — расход воздуха
Fводы — расход воды
Однако в результате изучения процесса был сделан вывод о том,что в регулировании температуры процесса обжига цинковых концентратов, единственнымканалом по которому можно осуществлять регулирование, является канал «расходконцентрата — температура слоя». Этот вывод последовал из предположений, чторассматриваемый объект является реактором идеального перемешивания.
К этому же выводу можно прийти в результате размышлений: еслидопустить, что регулирование температуры ведется по каналу «расход воздуха- температура», то при постоянном гранулометрическом составе увеличение расходавоздуха вызывает увеличение линейной скорости воздуха, что приводит к значительномупылевыносу. При уменьшении расхода воздух подаваемого в печь, слой концентрата можетне перейти в псевдоожиженное состояние. Очевидно, что в обоих случаях будет иметьместо нарушение гидродинамического режима работы печи кипящего слоя.
Регулирование по каналу «концентрация кислорода — температура»- нецелесообразно, так, как известно предельно-допустимое значение концентрациикислорода, которое может задаваться заранее.
Регулирование температуры в печи по каналу «расход воды- температура» оказывается менее эффективным, так, как по этому каналу статистическийкоэффициент передачи тепла ниже, чем по каналу «расход концентрата — температура».Следуя рекомендациям в литературе, выбираем управляющее воздействие, для которогокоэффициент усиления будет максимальным среди всех управляющих воздействий, влияющихна рассматриваемую переменную, а отношение t/Тминимальным. Оставшиеся неиспользованные управляющие воздействия будем поддерживатьна определенном уровне.
Таким образом, температурный режим печи устанавливается и регулируетсяизменениями расхода загружаемого в печь сульфидного цинкового концентрата.
2.2 Современное состояние автоматизации процесса обжигав КС
При окислительном обжиге сернистого сырья с полным выжиганиемсеры оптимальным было бы регулирование концентрации сернистого ангидрида в обжиговыхгазах путем изменения расхода загружаемого сырья и регулирование температуры кипящегослоя путем изменения отъема избыточного тепла; при этом расход дутья (воздуха) идавление под сводом автоматически стабилизируются независимыми регуляторами.
В связи с тем, что требуемого диапазона регулирования отъематепла в печах с температурой в пределах 700-10000С технически эффективнымисредствами достигнуть не удается, на цинковых заводах страны внедрены схемы с регулированиемтемпературы обжига изменением расхода загружаемого сырья; при этом концентрациясернистого ангидрида в обжиговых газах остается неуправляемой. Благодаря большимкоэффициентам взаимосвязи между концентрацией сернистого ангидрида в газах температуройобжига при постоянстве отвода избыточного тепла практически колебания содержаниясернистого ангидрида в отходящих газах при работе автоматического регулятора температурыне превышают 0,6-1,0%.
Все контрольно-измерительные приборы, самопишущие и показывающие,со всех печей вынесены на общий пульт управления. На основании показаний приборовмастер или старший обжигальщик с пульта управления руководит процессом.
Контролю и автоматизации подвергаются следующие узлы:
1. автоматическое регулирование и регистрация температуры в кипящем слое;
2. автоматический контроль и регистрация давления;
3. автоматический контроль и регистрация количества подаваемого в печь воздуха;
4. автоматическое регулирование подачи концентрата в бункера печей;
5. регистрация давления воздуха перед печью;
6. дистанционное управление и блокировка электродвигателей оборудования обслуживающегопечь КС.
Для питания аппаратуры контроля и автоматики требуется переменныйток 220 и 127в, а также постоянный ток 220в. Для получения постоянного тока электротехническойчастью предусмотрено два мотор-генератора, которые питают электродвигатели ленточныхпитателей, электромагниты самоочищающихся фильтров и схемы сигнализации.
Внедрение автоматизации значительно облегчает обжигальщикам обслуживаниепечи. Производительность труда на печах возрастает в 1,5-2 раза по сравнению с ручнымуправлением.
Обслуживание автоматических линий ведется электрослужбой цеха.Автоматическое регулирование и регистрация температуры в кипящем слое
Температура измеряется хромельалюмелевыми термопарами в десятиточках (в семи точках кипящего слоя, одна — под сводом печи и две точки на входегаза в циклоны), показания термопар передаются на самопишущий двенадцатиточечный(или шеститочечный) потенциометр ФЩЛ5.
Автоматическое регулирование температуры производится изменениемколичества поступающего в печь концентрата (топлива). Измерительным элементом регулятораслужит хромельалюмелевая термопара, устанавливаемая в верхней части кипящего слояпечи. Термопара работает с промышленным компьютером фирмы «SIEMENS», передающим управляющий сигнал на преобразовательчастоты VLT, к которому подключен электродвигатель ленточногопитателя. Диапозон частоты преобразователя VLT от 0 до 200 Гц, что дает возможность управлять скоростью вращенияэлектродвигателя от 0 до 2000 об/мин и выше. Рабочий диапазон скорости вращенияэлектродвигателя ленточного питателя от 450 до 1600 об/мин.
Таким образом, автоматически в зависимости от температуры скоростьдвижения ленточного питателя, подающего концентрат, будет меняться в нужных пределах.Также предусматривается возможность дистанционного управления скоростью движенияленточного питателя. Для этого на пульте управления установлен ручной задатчик скорости.Сигнализация о работе всех питателей выведена на мнемосхему пульта управления.
Схема автоматического регулирования температуры не связываетсяс узлом регулирования расхода воздуха, подаваемого в печь ибо при узких пределахрегулирования расхода концентрата (при практически стабильном технологическом режимеобжига) нет нужды в таком сложном регулировании.Автоматический контроль давления газа подсводом печи
Давление под сводом печи контролируется самопишущим приборомтипа РП-160 со шкалой 0±25 мм вод. ст. присоединеннымк первичному прибору типа «Сапфир-22ДИВ». Регулирование давления газапод сводом печи может производиться дистанционно: кнопками, установленными на щитеуправления, степенью открытия или закрытия дросселя в газоходе перед эксгаустерами.Регулирование и регистрация подаваемого впечь воздуха
Расход воздуха на печь кипящего слоя контролируется самопишущимрасходомером типа «РП-160» со шкалой 0-20000 м3/ч. Для регулированиярасхода воздуха на патрубке, нагнетающим воздух в печь, установлена дроссельнаязаслонка, связанная с исполнительным механизмом с помощью которого можно управлятьрасходом воздуха в зависимости от заданного режима.
Установленные на центральном щите управления кнопки позволяютдистанционно изменять воздушный режим на печах. Дроссель устанавливается на нагнетающемвоздушном патрубке перед печью. Все воздуховоды от турбовоздуходувок имеют соединениес общим воздушным коллектором, что дает возможность подавать воздух от любой турбовоздуходувки.Автоматическое регулирование подачи концентрата в бункера печей КС
Схема предусматривает ручное и автоматическое управление узлазагрузки, технологическую, предупредительную и аварийную сигнализацию (звуковуюи световую), контроль наличия концентрата от склада по всей нитке и в бункерах печейКС. При автоматическом управлении предусмотрено ручное отключение с любой автоматическойнитки. При нормальном режиме автоматическое отключение производится при всех наполненныхбункерах печей КС с выдержкой времени от начала остановки питателя до загрузочноготранспортера (выдержка времени берется равной времени чистки дисковой дробилки).Автоматическое включение происходит при уменьшении уровня концентрата в одном избункеров печей КС.
Уровень в бункере концентрата измеряется комплектом приборов«Vedapuls-Vedamet» с выводомна промышленный компьютером. В момент, когда концентрат в каком-либо бункере опускаетсяниже заданного уровня, плужковый сбрасыватель этого бункера опускается на лентутранспортера. Плужковые сбрасыватели остальных бункеров поднимаются. Загрузка продолжаетсядо заданного верхнего уровня.
При нормальной подаче концентрата из загрузочного бункера напитатель склада наличие концентрата контролируется флажком. В случае отсутствияконцентрата на питателе флажок опускается и автоматически включаются электровибраторыбункера КСК воздушного обрушения. Как только произошло обрушения, контакт размыкается,так как флажок поднялся, останавливаются электровибраторы и закрывается клапан КСКна воздушном обрушении.
На транспортерах, подающих концентрат из склада концентратовв бункера печей КС, наличие концентрата фиксируется также флажками, которые даютимпульс на сигнальные лампы, установленные на центральном щите управления. Для работына ручном управлении необходимо все ключи, установленные на щите, перевести из положения«автоматическое» в положение «ручное» и затем запускать в работувсе агрегаты в отдельности непосредственно на месте.Регистрация давления воздуха перед печью КС
Давление воздуха перед печью или так называемая «упругостьдутья» складывается из сопротивления газоходов, пода печи (в сумме около 100-150 мм вод. ст.) и сопротивления самого слоя. Нормальная упругость дутья для работающей печи 2000-4000 мм вод. ст. Изменение упругости дутья в ту или иную сторону свидетельствует об ухудшении работы печикипящего слоя, т.е. Указывает на ненормальное кипение слоя, образование в нем спековили на забивание воздухораспределительных отверстий в соплах. Упругость дутья измеряетсясамопишущим тягомером типа РП-160 со шкалой 0-4000 мм вод. ст.
Дистанционное управление и блокировка электродвигателей оборудования,обслуживающего печь КС
При остановке транспорта огарка под печами — скребкового транспортера,предусматривается автоматическое отключение (остановка) шнеков, установленных наразгрузке печей КС и на газоходной системе. Для этой цели применяют блокировку электродвигателейоборудования. Кроме того, предусмотрено ручное управление агрегатами путем установкиспециальных ключей на центральном пульте управления.
2.3 Разработка гибридной структуры управления процессом.Постановка задач исследования и проектирования
Как уже отмечалось в п.2.1 печь кипящего слоя можно рассматривать,как непрерывно действующий реактор почти идеального перемешивания. Загружаемый сульфидныйцинковый концентрат в реакционной ванне печи становится текуч в состоянии кипящегослоя: интенсивно перемешивается, перетекает через сливной порог и приобретает другиесвойства жидкости за счет подаваемого под давлением воздуха в печь под слой концентрата.Главной целью обжига является перевод сульфидного цинкового концентрата в окисленныйцинк.
Входными потоками являются: поток сульфидного цинкового концентратаи поток воздуха, обогащенного кислородом. При этом от расхода концентрата зависитвесь режим работы печи кипящего слоя (КС), ее производительность, тепловой баланс,качество готового огарка. Расход обогащенного кислородом дутья влияет на скоростьведения процесса обжига, температуру в печи, обеспечение режима псевдоожижения,манометрический режим и т.д.
Важнейшие выходные переменные: количество получаемого огарка,его химический состав, температура в кипящем слое, манометрический режим в печи.
Основные возмущающие воздействия: химический состав концентрата,его гранулометрический состав, влажность и удельный вес.
В существующих системах управления процессом обжига цинковыхогарков в печах КС основной регулируемой переменной является температура кипящегослоя, которая регулируется с помощью изменения расхода концентрата. При этом автоматическистабилизируется: расход концентрата, расход дутья, расход кислорода, разряжениев своде печи.
Основным недостатком существующих систем управления являетсято, что в них регулируется температура в КС, которая является лишь косвенной оценкойкачества готового огарка. Необходимо также учитывать то, что поддержание гидродинамическогорежима в кипящем слое и манометрического режима в печи осуществляется оператором«вручную». При этом оператор, исходя из своего опыта и интуиции, и, манипулируяуставками регуляторов, выдает задания системам стабилизации: расхода дутья, расходакислорода, разрежения под сводом печи, расхода концентрата и выгружаемого огарка.
Нами, исходя из анализа существующих систем управления процессамив кипящем слое и современных достижений в области теории управления, предложенаструктура системы, позволяющая управлять качеством готового раствора «напрямую»,а не косвенно (через температуру слоя). Кроме того, поддержание соответствующейгидродинамической обстановки и манометрического режима в печи КС в предлагаемойструктуре системы «перекладывается» на компьютер, что снижает влияниена процесс человеческого фактора.
Для реализации этих задач в структуру системы управления (рис.4)кроме традиционного канала управления «расход концентрата — температура в КС»включена подсистема оптимального управления (включающая математическую модель, описывающаяматериальный и тепловой балансы процесса обжига, а также алгоритм поиска экстремумацелевой функции) и интеллектуальная подсистема управления гидродинамическим и манометрическимрежимами в печи КС.
Недостатком имеющихся систем управления обжигом цинковых концентратовв кипящем слое является то, что температура в КС (которая является лишь косвеннойоценкой качества готового огарка) поддерживается в довольно узком диапазоне независимоот качества исходного сырья. Предлагаемая система позволяет на основе оперативногоанализа химсостава и физических свойств концентрата с помощью математической моделипроцесса и алгоритма оптимизации рассчитать такие температуру — Т*зади расход концентрата — F*к-та, которые доставлялибы критерию оптимальности (качеству готового огарка) экстремальное значение. В качествекритерия оптимальности выбирается либо концентрация кислоторастворимого цинка (поискмаксимума целевой функции), либо концентрация нерастворимого />
сульфида цинка (поиск минимума целевой функции).
Рис.4. Структурная схема системы управления процессом обжигацинковых концентратов в кипящем слое
Такая структура позволяет определять оптимальный режим подачиконцентрата в печь КС и оптимальную температуру кипящего слоя на какой-то фиксированныйпромежуток времени. Объемы существующих на цинковом заводе «Казцинк» бункеровспособны обеспечивать подачу концентрата в течении 8-9 часов. Таким образом, появляетсявозможность проводить усредненный анализ химического состава и физических свойств(грансостав, влажность и удельный вес) концентрата в течение одной смены еще доначала его переработки в печи КС. Анализ проводится во время выработки очередногобункера, по окончании которой питание печи КС переключается на второй бункер, вкотором уже определены химические и физические свойства концентрата. Во время работыпечи с этим бункером производится усредненный анализ концентрата первого бункераи по мере выработки второго бункера питание переводится на первый и т.д.
Организация питания печи КС с двумя бункерами имеет два преимущества.Во-первых, с помощью математической модели и алгоритма оптимизации можно осуществлятьрасчет оптимальных значений расхода концентрата и температуры КС, доставляющих экстремумцелевой функции (например, концентрация кислоторастворимого цинка в готовом огарке).Во-вторых, появляется возможность управлять процессом по каналу: «возмущающеевоздействие — температура в печи», что позволяет заранее определять такой расходконцентрата (F*к-та), который бы устанавливалзаданную температуру (Т*зад) в КС, и таким образом компенсировал бы возмущающеевоздействие.
Для реализации предложенной гибридной структуры управления необходиморешить следующие исследовательские задачи:
разработать подсистему оптимального управления процессом с использованиемматематической модели и алгоритма поиска экстремума;
разработать интеллектуальную подсистему управления гидродинамическимрежимом в кипящем слое и манометрическим режимом в печи КС:
рассчитать оптимальные настройки регулятора подсистемы стабилизациитемпературы.
С целью внедрения предлагаемых подсистем необходимо разработатьследующую проектную документацию:
информационное обеспечение АСУТП;
организационное обеспечение АСУТП;
алгоритмическое и программное обеспечения АСУТП;
техническое обеспечение АСУТП;
расчет экономической эффективности от внедрения АСУТП;
мероприятия по технике безопасности и охраны труда.
2.4 Разработка подсистемы оптимального управления
Основным элементом подсистемы оптимального управления являетсяматематическая модель процесса обжига концентратов в печи КС. К настоящему временисуществует достаточно большое количество исследований, посвященных разработке такойматематической модели. Наиболее полно описаны физико-химические процессы обжигацинковых концентратов в псевдоожиженном слое в работах Данилина Л.А. [5,6].
В данной работе за основу математической модели взяты результаты[5,6], дополненные соответствующими соотношениями, учитывающими специфику предлагаемойструктуры управления.
При выборе метода поиска экстремума нами были проведены тестовыеиспытание наиболее известных методов оптимизации, при этом наилучшие результатыпо надежности и скорости сходимости показал метод наискорейшего спуска.
Таким образом, к настоящему времени имеются достаточно надежныеи точные инструменты создания подсистемы оптимального управления данным процессом.
2.4.1 Описание математической модели процесса окислениясульфидного цинкового концентрата в кипящем слое
В [5] разработана математическая модель периодического процессаокисления сульфидного цинкового концентрата в кипящем слое, в основу которой положенагипотеза о механизме процесса, составленная на основании сведений литературы. Результатыисследования процесса окислительного обжига математическим моделированием изложеныв [5], где показано, что скорости окисления сульфидов цинка и железа одинаковы ипроцесс окисления в частице концентрата протекает зонально. Эти результаты позволяютпроцесс окисления цинкового концентрата в сете поставленной в [5] цели представитькак
2MeS+3O2 =2MeO+2SO2 (1)
где Me — цинк, MeS — сульфидная фаза, MeO — оксидная фаза.
Такое представление о процессе позволяет при принятых в [5] допущенияхнесколько упростить математическую модель [5]. Действительно, зная текущие массысульфидной и оксидной фазы и содержание компонентов в частице концентрата, можноопределить содержание последних в частице огарка в любой момент окисления.
Изменение во времени текущей массы сульфидной фазы может бытьописано уравнением Валенсии [7], выведенным для реакций, аналогичных реакции (1):
/> (2)
где
/> /> />
где Gc (0) — первоначальнаямасса частицы концентрата, г; Gc (t) — текущая масса сульфидов, т.е. масса неокисленного сульфидногоядра частицы, г; γc — плотность сульфиднойфазы, г/см3; γ0 — плотностьоксидной фазы, г/см3; α-коэффициент пропорциональности,подобный стехиометрическому (численно равен массе оксидной фазы, образующейся привзаимодействии по (1) единицы массы кислорода); r0 — первоначальный радиус частицы концентрата, см; Cя — концентрация кислорода в ядре потока, об. %; t — текущее время, мин; D — коэффициент диффузии кислородачерез слой оксидной фазы, г/ (см. %. мин).
Текущая масса оксидной фазы будет
/> (3)
где α1 — коэффициент пропорциональности,подобный стехиометрическому, определяется по содержанию компонентов в концентратеи стехиометрическим коэффициентам соответствующих химических реакций и может бытьуточнен по результатам анализов огарков, получаемых при обжиге концентрата, например,на лабораторной установке кипящего слоя.
Текущие массы цинка и железа, связанных в сульфид, и сульфиднойсеры в окисляющейся частице концентрата описываются следующимим выражениями:
/> (4), /> (5)
/> (6)
где CZnS(0), CFeS (0), CSc (0) — содержания цинка,железа и серы в концентрате. Текущие массы цинка и железа, образующихся в результатеокисления сульфидов и находящиеся в частице в оксидной форме, выразим как
/> (7), /> (8)
На основании результатов исследования процесса [5] считаем, чтомасса гематита в частице огарка меняется во времени пропорционально изменению массыоксидной фазы, а образование феррита цинка происходит со скоростью, превосходящейскорость образования оксида железа. Тогда текущую массу цинка, связанного в феррит,опишем выражением
/> (9)
где D1 — стехиометрическийкоэффициент.
Потери цинка испарением опишем уравнением, преобразованным квиду, удобному для решения на ЭВМ,
/> (10)
где Ки — коэффициент массопередачи, a — коэффициент линеаризации (при t£15 мин GZnисп (t) =0). Текущая масса кислоторастворимыхсоединений цинка в частице огарка будет равна
/> (11)
Текущая масса цинка общего в частице
/> (12)
Текущая масса частицы огарка
/> (13)
Уравнение (13) справедливо, если плотности оксидной и сульфиднойфаз определены экспериментально для конкретного вида концентрата и полученного изнего огарка. Если же плотности определены расчетом с использованием справочных данных,то в (13) необходимо включить член, учитывающий массу «инертных» веществ,например, диоксида кремния и др.
Содержание цинка общего, кислоторастворимого, сульфидного и ферритногорассчитываем по формулам:
/> (14)
/> (15)
/> (16)
/> (17)
а содержание сульфидной серы
/> (18)
Таким образом, математическую модель периодического процессаокисления сульфидного цинкового концентрата в кипящем слое в виде, удобном для решенияс помощью ЭВМ, может быть представлена системой уравнений (2) — (18).
Другой моделью, позволяющей решать задачи оптимизации режимовобжига цинковых концентратов в печах кипящего слоя является математическую модельпроцесса, которая, в частности, описывала бы зависимости содержания кислоторастворимого(Znкр), связанного в феррит (Znф) и сульфид (Znс)цинка в огарке от температуры, состава и размера частиц концентрата и концентрациикислорода в газе. Приведенные математические модели не отвечают этому требованию.На первом этапе составления требуемой модели следует составить систему уравнений,описывающих динамику окисления сфалерита. С этой целью разработана гипотеза о механизмепроцесса, согласно которой в развитом периоде процесса кислород из ядра газовогопотока диффундирует через ламинарную газовую пленку к внешней поверхности частицыи адсорбируется на ней, а затем через слой ранее образованных оксидов (толщинойl) двигается к реакционной поверхности(площадью S). В результате электронного обмена на реакционнойповерхности протекают реакции окисления сульфидов. Между образующимися оксидамицинка и железа протекает реакция образования феррита цинка. Продукты окисления частицыконцентрата определяется скоростью внутренней диффузии [8-10].
При составлении математической модели были приняты следующиедопущения:
1. частица концентрата состоит из сульфидов цинка и железа иинертных по отношению к цинку веществ;
2. частицы концентрата имеют форму шара одинакового радиуса;
3. начальные этапы окисления, протекающие не по внутридиффузионномумеханизму, заканчиваются быстро и вносят относительно малый вклад в общую степеньокисления;
4. все точки реакционной поверхности равнодоступны для диффундиру-ющихвеществ;
5. частицы концентрата в процесс окисления незначительно изменяютсвои размеры.
Скорость образования оксидов цинка и железа определяется скоростьюдиффузии кислорода к реакционной поверхности, т.е.
/> (19)
/> (20)
при t=0 /> и/>
где /> /> - текущие массы оксидов, г; D — здесь и далее стехиометрические коэффициентыпересчета; D — коэффициент диффузии в слое оксидов,г/ (с см. %); К1, К2 — доли поверхности S, занимаемые сульфидами цинка и железа; С — концентрациякислорода в ядре потока газа, об. %; С1, С2 — равновесныеконцентрации кислорода в системах Zn-S-O2 и Fe-S-O2.
Образующийся оксид железа, взаимодействуя с оксидом цинка, образуетферрит цинка
/> (21), при t=0, />
/> (22)
/>, (23)
где /> - масса оксида цинка, связаннаяв феррит в момент времени t, Кф — макроконстантаскорости реакции, 1/с; />/> -текущие массы свободного оксида железа и связанного в феррит, г; М — доля оксидажелеза, вступающего в реакцию.
Уравнения материального баланса:
1) текущая масса свободного оксида цинка в частице огарка
/> (24)
2) текущие массы сульфидов цинка и железа
/>
при t=0 /> (25)
/>
при t=0 /> (26)
где GZnS (0), GFeS (0) — начальные массы сульфидов в частицеконцентрата; R — радиус частицы концентрата; g — плотность концентрата; СZnS (0), СFeS(0) — содержание сульфидов цинка и железа в концентрате, масс. %;
3) текущая масса окисляющейся частицы концентрата
/> (27)
где Gи — масса инертных веществ.
Влияние температуры на процесс окисления и ферритообразованиявыражается в соответствии с законом Аррениуса:
/> (28)
/> (29)
Площадь реакционной поверхности и толщина слоя оксидов определяетсячерез текущие массы твердых веществ. При этом введены поправочные коэффициенты a и b, которые учитывают отклонение формыреальных частиц концентрата от идеальных по гладкости и шарообразности, а такжеразницу между вычисляемыми величинами площади и толщины и реальными, обусловленнуюприсутствием в зернах концентрата посторонних (инертных) примесей:
/> (30)
/> (31)
где gi — плотность соответствующих веществ.
Таким образом, периодический процесс окисления сульфидного цинковогоконцентрата в рамках принятых допущений описывается системой уравнений (1) — (13).
Параметрическая идентификация математической модели осуществляетсяпо экспериментальным данным, при этом определяли содержание цинка в огарках обжига.Поэтому в систему (19) и (31) введено уравнение
/> (32)
Расчеты показали, что в условиях эксперимента C1»10-15и С2»10-54,поэтому принимаем С1=С2=0.
В качестве критерия идентификации использовано выражение
/> (33)
где /> - содержание i-говещества в (t) — ый момент времени, полученное решениемсистемы уравнений (19) — (32); /> - получено экспериментально:
i — ZnS; Znкр;Znc; Znф; i=1; 2; 3; 4; j — ZnS;ZnO; Znc; ZnO Fe2O3
(t) — 0; 1; 2; 5; 10; 20; 40; 60 мин, t=1; 2; 3; …; 8.
Цель идентификации — отыскание численных значений D K1a/b и KфM при выполнении условий (33).
В процессе идентификации выяснилось, что />изменяется во временистрого в соответствии с изменением />. Поэтому с целью упрощения моделиуравнение (20) было заменено на
/> (34) при этом
/> (35)
где /> и /> - массы Fe2O3 и ZnO, которые образуются при полном окислении сульфидов железаи цинка, находившихся в порции концентрата (в частице).
Результаты решения системы (19) — (32) оказались полностью идентичнымирезультатам решений, полученным после замены (20) на (34).
Таким образом, получена математическая модель [5] процесса окислениясульфидного цинкового концентрата, позволяющая исследовать влияние температуры,состава и размера частиц концентрата и концентрации кислорода на содержание в огаркекислоторастворимого и связанного в феррит и сульфид цинка.
2.4.2 Описание метода поиска экстремума
Применение современныхинформационных технологий и компьютерной техники позволило широко использовать методыоптимизации и адаптации при создании и эксплуатации автоматизированных систем управлениятехнологическими процессами на предприятиях различных отраслей экономики.
При решении конкретнойзадачи оптимизации цели необходимо выбрать математический метод, который приводилбы к конечным результатам с наименьшими затратами на вычисление (количество обращенииметода к математической модели). К настоящему времени разработано достаточно большоеколичество методов, позволяющих «автоматизировать» процесс поиска оптимальныхрешений. Рассмотрев наиболее известные методы, которые чаще всего используются впрактике разработки систем оптимального управления технологическими процессами,метод наискорейшего спуска выбран для данного случая как наиболее эффективный.
Сочетание основныхидей методов релаксации и градиента дает метод наискорейшего спуска, который заключаетсяв следующем. После того как в начальной точке найден градиент оптимизируемой функциии тем самым определено направление ее наибыстрейшего убывания в указанной точке,в данном направлении делается шаг спуска. Если значение функции в результате этогошага уменьшилось, производится очередной шаг в том же направлении, и так до техпор, пока в этом направлении не будет найден минимум, после чего вычисляется градиенти определяется новое направление наибыстрейшего убывания целевой функции.
В сопоставлениис методом градиента метод наискорейшего спуска оказывается более выгодным из-засокращения объема вычислений. По существу метод наискорейшего спуска по вычислительнымзатратам эквивалентен методу релаксации, однако выгодно отличается от него тем,что по крайней мере первые шаги после определения градиента производятся в оптимальномнаправлении. Очевидно, что чем менее резко изменяется направление градиента целевойфункции, тем выгоднее использовать метод наискорейшего спуска по сравнению с методомградиента, т.е. вдали от оптимума. Вблизи оптимума направление градиента меняетсярезко, поэтому указанный метод автоматически переходит в метод градиента, так какминимум по каждому направлению находится за небольшое число шагов.
На рисунке 5 показанывозможная траектория движения к оптимуму при применении метода наискорейшего спускаи траектория движения к оптимуму при использовании метода градиента.
Важной особенностьюметода наискорейшего спуска является то, что при его применении каждое новое направлениедвижения к оптимуму ортогонально предшествующему.
Это объясняетсятем, что движение в одном направлении производится до тех пор, пока направлениедвижения не окажется касательным к какой-либо линии постоянного уровня. Тем самымметод наискорейшего спуска имеет сходство с методом релаксации, для которого новоенаправление также ортогонально предшествующему; однако в отличие от метода релаксациискорость сходимости к оптимуму не зависит от ориентации системы координат.
В качестве критерия окончания поиска, могут использоваться теже условия, что и в рассмотренных выше методах. Кроме того, можно также применятьусловие окончания поиска в форме соотношения
/>, (36)
причем /> и />-координаты начальной и конечнойточек последнего отрезка спуска.
Этот же критерийможет использоваться в сочетании с контролем значений целевой функции в точках /> и />:
/>, (37)
Совместное применение условий (36) и (37) оправдано в тех случаях,когда оптимизируемая функция имеет резко выраженный минимум.
Рассмотрим еще одинметод выбора величины шага в заданном направлении, в котором используется информация,полученная на предыдущих шагах по этому же направлению. Сущность метода заключаетсяв том, что в процессе движения вдоль заданного направления характер изменения целевойфункции аппроксимируется по результатам трех последних шагов полиномом второго порядка.
При движении позаданному направлению целевая функция может считаться функцией переменного параметраh, характеризующего положение точки х на заданной прямой.Рассмотрим значения целевой функции при трех последовательных значениях h: h1, h2и h3 (рис.5).
Через точки R (h1), R(h2) и R (h3) можно провести параболу
/>, (38)
коэффициенты а,Ь, с которой определяются решением системы уравнений
/> /> /> (39) и равны
/>. (40)
равнение (38) позволяетнайти значение hmin, при котором достигаетсяминимум R' (h):
/>. (41)
Полученное таким образом значение hmin применяется в качестве задаваемого следующего значения h4 Так как минимум R' (h), вообще говоря, не совпадает с минимумом R(h), при определении следующего значения h5 используется новая аппроксимация для точек h2,h3,h4 и т.д.
/>
Рис.5. Определение оптимального шага с использованием аппроксимации
Изложенный метод расчета величины шага в некоторых случаях значительноускоряет поиск оптимума. Его можно также применять и вметоде релаксациипри поиске минимума для осевого направления [11].
2.4.3 Постановка задачи оптимального управления процессом
Основной задачей подсистемы оптимизации является расчет такогорежима ведения процесса, который доставлял бы выбранной функции цели экстремальноезначение (минимум или максимум). При этом необходимо обеспечить соблюдение некоторыхтехнологических ограничений, которые позволяют вести процесс в устойчивом и безаварийномрежиме.
Математическая модель [5] процесса окисления сульфидного цинковогоконцентрата позволяет исследовать влияние температуры, состава и размера частицконцентрата и концентрации кислорода на содержание в огарке кислоторастворимогои связанного в феррит и сульфид цинка. Поэтому содержательная постановка задачиоптимизации может быть сформулирована следующим образом: «Для заданного составаконцентрата и размера его частиц рассчитать такие значения температуры кипящегослоя и расхода концентрата, которые обеспечили бы максимальное содержание кислоторастворимогоцинка в готовом огарке, при соблюдении технологических ограничений на: температуруслоя, расход дутья, содержание кислорода в дутье».
Постановка задачи оптимального управления в таком виде позволит,во-первых, управлять процессом не косвенно (через температуру в слое), а напрямую(через качество готового огарка), во-вторых, управлять процессом оптимальным образом(минимизацией содержания кислоторастворимого цинка) и, в-третьих, вести процессв устойчивом и безаварийном режиме (посредством соблюдения технологических ограничений).
Наличие математической модели [5], выбранного метода поиска изаводских требований соблюдения технологических ограничений позволяют сформулироватьматематическую постановку задачу оптимизации в виде
Fц = GZnкрàmax, (42)
/> (43)
При этом GZnкропределяется с помощью математической модели [5], для заданных химических и физическихсвойств концентрата. Однако выбранный алгоритма поиска экстремума методом наискорейшегоспуска не позволяет осуществлять поиск при наличии ограничений. Для использованияэтого метода необходимо преобразовать функцию цели (42) и ограничения (43) к виду
Fц*=Fц+Fштраф (44)
где Fц* — новая(преобразованная функция цели, Fштраф — так называемаяфункция штрафа, величина которой зависит от нарушения технологических ограничений.
При этом штраф накладывается только в случае нарушения верхнегоили нижнего ограничения, а его величина может быть рассчитана по следующим образом:
/> (45)
где х1=Т, х2=/>, х3=/>.
Таким образом при нарушении ограничений функция штрафа будетвозрастать тем больше, чем больше нарушено какой-либо ограничение. При необходимостиможно выставить «веса» за нарушения какого-либо ограничения, в зависимостиот его важности. Тогда функция штрафа будет выглядеть следующим образом:
/> (46)
где αi — «вес»i-й переменной, обозначающей «цену» штрафа занарушение ограничений на эту переменную.
Таким образом, содержательная и математическая постановки задачиоптимального управления позволяют разработать алгоритм оптимального управления исоответствующее программное обеспечение.
2.5 Разработка подсистемы автоматической стабилизациитемпературы в кипящем слое
В предлагаемой структуре управления (рис.4) основной подсистемойоперативного управления является контур регулирования температуры в кипящем слоепо каналу: «расход концентрата — температура». Хотя такие системы стабилизациисуществуют практически на всех цинковых заводах, предлагаемая структура имеет своиособенности.
Как уже отмечалось, отличительной особенностью предлагаемой структурыуправления является то, что конечной целью управления является не стабилизация температурыв каком-то одном заданном диапазоне, независимо от качества сырья, а достижениеоптимального качества готового огарка. В связи с чем, раз в смену производится расчетоптимальных значений F*к-та и Т*зад,в зависимости от качества исходного концентрата. Задачей системы стабилизации являетсяподдержание этой температуры в течение времени выработки очередного бункера (8-9часов). В силу этих особенностей предлагается несколько изменить стандартную системустабилизации температуры в кипящем слое.
Работа системы стабилизации заключается в следующем. После выработкиочередного бункера концентрата алгоритм устанавливает новое задание регулятору Т*зади с помощью ключа К1 отключает его. С помощью ключа К2 череззадатчик регулятора стабилизации расхода концентрата (на рис.4 не показан) алгоритмустанавливает оптимальный расход концентрата F*к-та.Так осуществляется принцип управления по возмущению. Через определенное время t (величина t определяетсяпо динамическим характеристикам объекта) алгоритм включает регулятор, который производитрегулирование рассчитанного значения Т*зад по отклонению (при этом ключК1 включается, а ключ К2 выключается).
Таким образом, предложенная структура управления реализует наиболеесовременный и эффективный принцип управления — принцип комбинированного управления:по возмущению (в момент перехода питания с одного бункера на другой, примерно одинраз в смену) и по отклонению (цикл опроса датчиков — одна секунда). При этом в моментпереключения питания с одного бункера на другой, т.е. в момент когда возникает наибольшееотклонение регулируемой величины используется управление по возмущению, тем самым«грубо» компенсируя его заранее, а затем начинает действовать регулятор,который осуществляет принцип управления по отклонению, который осуществляет точныйвывод системы в заданное состояние.
2.5.1 Определение статических и динамических характеристик
Удовлетворительное качество регулирования в простейшейодноконтурной системе с использованием стандартных законов регулирования можно обеспечитьлишь при благоприятных динамических характеристиках объекта. Однако большинствупромышленных объектов и, в частности, металлургической печи КС, свойственны значительныезапаздывания и большая постоянная времени объекта [12].
Расчет автоматических систем регулирования основывается на статическихи динамических характеристиках объекта. Временными динамическими характеристикамиобъекта управления называют изменение выходной величины во времени при изменениивходной величины типового вида. В качестве типового входного воздействия рассмотренаединичная ступенчатая функция. Экспериментальные кривые разгона (рис.6), снятыена объекте — печи КС в условиях «Казцинка», дают возможность представитьобъект управления в виде простейшего апериодического (инерционного) звена с запаздыванием,линеаризованного первым порядком:
/>/>/>
где Тоб — постоянная времени объекта, характеризующаяего инерцию.
t — время запаздывания
k — передаточный коэффициент.
Для получения характеристик Тоб,t, k экспериментальную кривую разгона, представленную на рисунке6, обработаем следующим образом: для определения k воспользуемся в установившемся динамическом режиме зависимостьювыходной величины от входной. Объект управления, представленный, как инерционноезвено первого порядка, в общем виде описывается дифференциальным уравнением:
/> (48)
Проекция касательной, приведенной в точке перегиба кривой разгонана ось абсцисс представляет собой постоянную времени объекта Тоб,характеризующую инерционность объекта. Она составляет 60 секунд. Времязапаздывания составляет 26 секунд и складывается из запаздывании объекта и так называемоготранспортного запаздывания, которое составляет 6 секунд. Рассмотрим динамику изменениятемпературы от расхода концентрата. Расход составляет 130 т/сутки или 1,5 кг/сек.
Динамика же изменения температуры показана на рисунке 6. Такимобразом, получим некоторую кривую, представленную на рисунке 7.
/>
Рис.6. Кривая разгона по каналу «Расход концентрата — температура»
/>
Рис.7. Кривая зависимости температуры от расхода концентрата
Воспользуемся линеаризацией по методу касательной. Геометрическийсмысл заключается в замене кривой y=f(x) касательной проведенной к кривой в точке А (y0; x0). Если рассматриватьхарактеристику в отклонениях переменных «x» и«y» от значений в точке А (y0;x0), т.е. /> /> то уравнение запишется в виде />; где /> следовательнокоэффициент может быть определен, как тангенс угла наклона касательной: />; гдеmy и mx — масштабные коэффициенты.
/>
Таким образом, передаточная функция объекта по основному каналузапишется в виде:
/>
где, k=2,5 — коэффициент усиления,
t=26 сек — время запаздыванияобъекта,
Т=60 сек — постоянная времени объекта.
2.5.2 Расчет оптимальных настроечных параметров регулятора
Как уже было сказано передаточная функция объекта имеет вид:
/> (49)
Выбор закона регулирования, в соответствии с которыми функционируетрегулятор, продиктован качеством переходного процесса.
/> (50)
где Кр — коэффициент передачи регулятора,/> Ти — время изодрома, с.
Рассчитывается и строится АФХ объекта регулирования по каналу«регулирующее воздействие — регулируемая величина». Расчет амплитудно-фазовыххарактеристик с применением ЭВМ выполняем следующим образом. АФХ представляетсяв виде: />
/> (51)
Для объекта регулирования с передаточной функцией (49) вещественнаяи мнимая составляющие числителя и знаменателя (51) равны
/> (52)
/> (53)
Вещественная и мнимая части АФХ объекта
/> (54)
Амплитудно-частотная характеристика
/> (55)
Передаточная функция замкнутой системы имеет вид:
/> (56)
Отсюда характеристическое уравнение замкнутой системы
/> (57)
Подставляя сюда значение />, получим уравнение границы устойчивостиавтоматической системы в общем виде
/> (58)
Здесь /> - вещественная и мнимая частотныехарактеристики регулятора. Определяем последние из передаточной функции (50)
/> (59)
/> (60)
Подставив эти значения в (58) и выполнив необходимые преобразованияполучаем расчетные формулы для определения границ устойчивости Кри />.
/> (61)
Для определения пар настроек регулятора Кри />, обеспечивающих m=const, подставляя значение /> в передаточныефункции (49) и (50) находим расширенные АФХ объекта и регулятора в виде составляющих/>.
/> (62)
В частном случае m=0 формулы (62) совпадаютс формулами (61).
Формулы (61) и (62) используются для построения линии равнойстепени затухания, изменяя частоту w в этих формулах.
Выбор оптимальных настроечных параметров />и />на линииравной степени затухания производят из условия минимума принятого критерия качества.Как показала практика управления технологическими процессами наиболее оптимальнаястепень колебательности соответствует значению m=0.366(рис.8). Из практики расчетов известно, что точка, соответствующая оптимальным значениям/>и/>,лежит несколько правее максимума линии равного затухания.
/>
Рис.8. Линии равные степени затухания для m=0,m=0,366
2.5.3 Построение переходного процесса
Система стабилизации температуры, состоит из объекта с передаточнойфункцией (49) и регулятора (50), уравнение которого в дифференциальной форме имеетвид:
/> (63)
где /> - отклонение регулируемой величины;/> -величина управляющего воздействия. Расчеты показали, что оптимальными являются настройкирегулятора />= 0.681и />=0,0164.
Для исследования динамических характеристик системы стабилизациитемпературы построим кривую переходного процесса. Уравнение апериодического звенапервого порядка с запаздыванием в дифференциальной форме имеет вид:
/> (64)
где /> - входная величина объекта с учетомвремени запаздывания — />;
/> - выходная величина объекта.
Так как в замкнутой системе выходная величина регулятора являетсявходной величиной объекта, т.е.
/> (65) то, учитывая (64) и (65)
/> (66)
Для определения m(t) приведем уравнение расчета управляющего воздействиядля ПИ закона регулирования (63) к виду, удобному для численного интегрированияна ЭВМ:
/> (67)
где Dt — шаг интегрирования;
/>
Выходная величина объекта определялась численным интегрированиемдифференциального уравнения (66). Блок-схема алгоритма расчета переходного процессапоказана на рис.17 (см. п.2.7.3).
Реализация блок-схемы позволила рассчитать кривую переходногопроцесса при />= 0.681и />=0,0164 (рис.9). Как видноиз рисунка показатели качества переходного процесса />= 0.681и />=0,0164 вполне удовлетворяютпрактическим потребностям производства [13].
/>
Рис.9. Кривая переходного процесса по каналу «Расход концентрата- температура»
2.6 Разработка интеллектуальной подсистемы управлениягидродинамическим и манометрическим режимами
Задачей данной подсистемы является поддержание заданных гидродинамическиххарактеристик кипящего слоя и манометрического режима в печи КС.
К сожалению, к настоящему времени математические модели, адекватноописывающие гидродинамику псевдоожиженного слоя, не созданы по ряду объективныхпричин, в том числе и модели [5,6] не учитывают все «тонкости» управлениягидродинамическим режимом в печи КС (которые, однако, достаточно точно описываюткинетику процесса в кипящем слое). Несмотря на это, многочисленные процессы в кипящемслое функционируют и успешно управляются операторами, осуществляющими выбор управляющихвоздействий на основании опыта и интуиции, т.е. неформализованной модели процесса,существующей в их сознании. В связи с этим возникает задача построения управляющеймодели в нечеткой среде на основе знаний технологов о моделируемом объекте с использованиемоценок лингвистических переменных (ЛП): «низкая», «высокая»,«средняя» и т.д.
В развитых странах нечеткое управление и нечеткие регуляторышироко используются для управления технологическими процессами. В России также ведетсяработы по применению нечеткой логики, однако такие регуляторы и алгоритмы широкогораспространения пока не получили.
В тоже время нечеткие системы могли бы при управлении сложнымиобъектами, в том числе и печами КС, значительно снизить влияние так называемогочеловеческого фактора. Преимущество применения нечетких систем управления состоитв том, что на начальных этапах обучения в нее может быть заложена информация отопытного оператора-эксперта, а после обучения собранные нечеткой системой данныемогут использоваться экспертами для уточнения модели. Нечеткие системы управленияучитывают информацию о возмущающих воздействиях, которые можно измерить, но нельзяиспользовать в аналитических формулах ввиду сложной природы влияния их на объект,а также информацию, которую нельзя измерить инструментальными средствами, но ееможет приблизительно оценить человек.
В работе показано, что эксперту удобнее всего представлять своизнания в виде причинно-следственных связей «Если …, то….». Понятие ЛПдает подходящее средство для описания различных процессов. Для логико-лингвистическогоописания поведения системы будем считать причины входными переменными, а следствия- выходными. Например, в качестве входных переменных (причины) для интеллектуальнойподсистемы управления (рис.4) могут служить: y1 — упругость дутья, y2 — разряжение под сводомпечи, y3 — высота кипящего слоя, y4 — разряжение на чистом коллекторе y5 — температура в слое и т.д. В качестве выходныхпеременных (следствие) могут быть: μ1 — расход воздуха, μ2 — расход кислорода, μ3 — выгрузка материала, μ4 — «всас» дымососа и т.д.
Анализ процесса обжига цинковых концентратов в печах кипящегослоя показал, что при формировании базы знаний (базы правил) типа: «Если ,то » на каждую выходную переменную (следствие) μi влияют несколько входных переменных(причин) y1 — y4.Поэтому база правил будет состоять из множества правил, например, такого вида:"Если y1-высокая> и y2 — низкая> и y3-средняя>и y4-высокая>, то ".Количество таких правил для каждой выходной переменной (следствие) будет зависитот количества входных переменных (причин) от которых зависит следствие.
2.6.1 Анализ современных методов разработки моделейуправления в нечеткой среде
Язык нечеткого управления FCL (Fuzzy Control Language) описан в Стандарте IEC 1131-7, в котором определяется целиразработки этого языка, его базовая нотация и приводятся примеры записи моделейнечеткого управления с использованием нотации языка FCL.
Язык FCL разработандля представления нечетких моделей систем управления, в частности, моделей так называемыхпрограммируемых контроллеров (Programmable Controllers) или программируемых логическихконтроллеров (ПЛК) в форме структурируемого текста, который может быть интерпретированкак программа на языке высокого уровня. Хотя Стандарт IEC 1131-7 не определяет требования к вычислительным средам и устройствам,которые могут реализовывать трансляцию, компиляцию и выполнение программ на языкеFCL, описанная в нем нотация основных компонентов системнечеткого вывода позволяет достичь формального уровня строгости, необходимого дляпоследующей разработки соответствующих инструментальных средств.
Концептуальные основы нечеткого управления. Под нечеткимуправлением (Fuzzy Control) понимается область применения общей методологии теориинечетких множеств и нечеткой логики для решения практических задач управления. Нечеткоеуправление возникло как технология способна расширить возможности автоматизациипроизводства и предназначенная для решения прикладных задач в области управления,которые в общем случае могут быть реализованы с помощью программируемых контроллеров.
Нечеткое управление базируется на использовании не столько аналитическихили теоретических моделей, сколько на практическом применении знаний, которые можнопредставить в форме так называемых лингвистических баз правил. Нечеткое управлениеможет использоваться в том случае, когда существует определенный опыт экспертови его можно записать некоторым формальным образом. Все это позволяет воспользоватьсядоступными знаниями с целью улучшить процессы управления и решить ряд задач, например:
- управление (с обратной или без обратной связи, с одной или многими переменными,для линейных и нелинейных систем);
- установка параметров систем управления в автономном режиме или в режиме реальноговремени;
- классификация и распознавание образов;
- оперативное принятие решения (Послать этот продукт на обработку устройствомА и В?);
- помощь операторам в принятии решений или настройке параметров;
- определение и диагностика неисправностей в системах.
Широкий диапазон приложений и естественность подхода, основанногона опыте специалистов, делает нечеткое управление основным средством, которое вкачестве стандарта должно стать доступным для всех пользователей программируемыхконтроллеров. Нечеткое управление может также непосредственно комбинироваться склассическими методами управления.
Применение нечеткого управления может быть наиболее эффективнымв тех случаях, когда отсутствует явная модель процесса и аналитическая модель являетсяслишком сложной для представления (например, системы с несколькими входами и несколькимивыходами) или для получения решений в реальном масштабе времени.
Другое достоинство нечеткого управления заключается в непосредственномобъединении опыта нескольких специалистов. При этом вовсе не нужно моделироватьцеликом весь контроллер с помощью нечеткого управления — иногда нечеткое управлениеможет только интерполировать серию локально линейных моделей или динамически адаптироватьпараметры некоторого линейного регулятора. Тем самым становится возможным не толькооперировать нелинейными моделями, но и сосредоточить внимание на рассмотрении техпараметров существующих регуляторов, которые следует улучшить.
Нечеткое управление, являясь многозначным управлением, большеограничивается значениями высказываний «истина» или «ложь».Эта особенность делает нечеткое управление адекватным средством для моделированияэмпирического опыта экспертов, оперируя теми понятими, в терминах которых формулируютсяуправляющие воздействия на заданном множестве входов.
С точки зрения информационных технологий системы нечеткого управленияявляются продукционными экспертными системами. С точки зрения теории систем управлениясистемы нечеткого управления являются контроллерами с нелинейными параметрами регулирования.При этом текущие значения выходных переменных зависят только от текущих значенийвходных переменных и не зависят от предыстории этих значений за исключением случаев,когда отсутствуют активные правила и не определены значения переменных по умолчанию.Если же контроллер должен быть реализован как динамическая система, то соответствующиединамические функции представляют собой внешние элементы для нечеткого функциональногоблока.
В системах автоматического регулирования обычно используетсядифференцирующие и интегрирующие элементы (звенья) первого порядка. Выходные переменныетаких элементов являются дополнительными входными переменными для системы нечеткогоуправления. Такими переменными также могут быть переменные, описывающие значенияотклонения управляемых параметров от установленных значений.
Напротив, выходные переменные систем нечеткого управления могутиспользоваться операторами для выполнения коррекции управляемых параметров в различныхсистемах управления.
Общая структура систем с нечетким управлением изображена на рисунке10а, пример реализации системы нечеткого управления изображен на рисунке 10б. Впримере в качестве входной переменной используется разность Х между заданным и реальнымзначениями контролируемого параметра. Эта разность совместно с ее производной повремени и интегралом по заданному интервалу времени передаются в собственно системунечеткого управления как три входные переменные, не зависящие от своей предыстории.В то же время переменная для коррекции контролируемого параметра получается на основеинтегрирования по заданному интервалу времени выходной переменной систем нечеткогоуправления.
/>
Рис.10. Системы нечеткого управления
Область применения нечеткого управления достаточно широка — отнебольших и простых приложений до комплексных и сложных проектов. Чтобы охватитьвсе возможные случаи, следует использовать Правила согласованности классов системнечеткого управления, которые дополняют и расширяют базовую нотацию языка FCL. При этом Базовый Класс определяет минимальное множество требований,которым должны удовлетворять все согласованные системы, что обеспечивает переносимостьпрограмм нечеткого управления.
Существующая теория и системы, реализованные в области нечеткогоуправления, отличаются между собой по используемой терминологии, функциональнымвозможностям и особенностям реализации в инструментальных средствах.
Необязательные средства языка FCL определены в Классе Расширения. Программы нечеткого управления,использующие эти средства, могут переноситься с одной системы на другую только втом случае, если эти системы реализуют одинаковое множество этих средств. В противномслучае может оказаться возможным лишь частичный перенос программ. Стандарт не требует,чтобы все согласованные системы реализовывали средства Класса Расширения в полномобъеме. Хотя и допускается возможность частичного переноса, следует избегать использованиянестандартных средств. Поэтому согласованная система не должна содержать нестандартныесредства, которые не могут быть адекватно реализованы с использованием стандартныхсредств Базового Класса и Класса Расширения.
Переносимость приложений нечеткого управления зависит от особенностейкак систем программирования, так и от характеристик систем управления. Все эти особенностиуказываются в Списке Проверки данных, который разрабатывается производителями систем.
2.6.2 Формирование базы знаний (правил) интеллектуальнойподсистемы
Формирование базы знаний (правил) можно производить на основаниитеории планирования эксперимента. При применении значений ЛП в качестве точек факторногопространства, характеризующих процесс, поведение исследуемой системы описываетсяэкспертом на естественном (или близким к нему) языке. Это делает ЛП наиболее адекватнымсредством представления экспертных знаний, так как переход от словесных оценок кчисловым не вызывает затруднений.
База знаний (правил) является основой интеллектуальной подсистемы,которую необходимо дополнить несколькими элементами, реализующие следующие функции:фазификация входных переменных, агрегирование подусловий в нечетких правилах, активизацияили композиция подзаключение, аккумулирование заключений. На этих элементах построенынесколько алгоритмов нечеткого вывода, в настоящей работе используется алгоритмМамдани, который нашел наибольшее распространение при нечетком управлении технологическимипроцессами.
Исследование базы знаний (правил) и всей интеллектуальной подсистемыпроводилось с помощью инструмента Fuzzy-Matlab, который предоставляет широкие возможности для исследования- дружественный интерфейс, визуальный анализ результатов нечеткого моделирования,возможностью быстрого изменения «правил» и оценки чувствительности нечеткогоалгоритма.
Из практики ведения процесса обжига в печах КС стало ясно, чтодля поддержания гидродинамического и манометрического режимов печи очень важно управлятьколичеством расхода воздуха, расхода кислорода, выгрузки материала, и степенью«всаса» дымососа и т.д. Наша цель разработать нечеткие модели управленияэтими переменными.
Разработаем систему нечеткого управления расходом воздуха.
В печи КС расход воздуха зависит от нескольких входных переменныхтаких, как упругость дутья в печь, высоты кипящего слоя и разрежение под сводомпечи.
Следующим этапом построения модели является построение базы правил.Используя знания в области ведения процесса обжига в печи КС (см. раздел по технологии)составим следующие 27 правил нечетких продукций:
ПРАВИЛО-1: ЕСЛИ «упругость дутья низкая» И «высотакипящего слоя низкая» И «разрежение под сводом низкое» ТО «расходвоздуха не очень высокий»
ПРАВИЛО-2: ЕСЛИ «упругость дутья низкая» И «высотакипящего слоя низкая» И «разрежение под сводом среднее» ТО«расход воздуха высокий»
ПРАВИЛО-3: ЕСЛИ «упругость дутья низкая» И «высотакипящего слоя низкая» И «разрежение под сводом высокое» ТО«расход воздуха очень высокий»
ПРАВИЛО-4: ЕСЛИ «упругость дутья низкая» И «высотакипящего слоя средняя» И «разрежение под сводом низкое» ТО«расход воздуха средний»
ПРАВИЛО-5: ЕСЛИ «упругость дутья низкая» И «высотакипящего слоя средняя» И «разрежение под сводом среднее» ТО«расход воздуха не очень высокий»
ПРАВИЛО-6: ЕСЛИ «упругость дутья низкая» И «высотакипящего слоя средняя» И «разрежение под сводом высокое» ТО«расход воздуха высокий»
ПРАВИЛО-7: ЕСЛИ «упругость дутья низкая» И «высотакипящего слоя высокая» И «разрежение под сводом низкое» ТО«расход воздуха не очень низкий»
ПРАВИЛО-8: ЕСЛИ «упругость дутья низкая» И «высотакипящего слоя высокая» И «разрежение под сводом среднее» ТО«расход воздуха средний»
ПРАВИЛО-9: ЕСЛИ «упругость дутья низкая» И «высотакипящего слоя высокая» И «разрежение под сводом высокое» ТО«расход воздуха не очень высокий»
ПРАВИЛО-10: ЕСЛИ «упругость дутья средняя» И«высота кипящего слоя низкая» И «разрежение под сводом низкое»ТО «расход воздуха не очень низкий»
ПРАВИЛО-11: ЕСЛИ «упругость дутья средняя» И«высота кипящего слоя низкая» И «разрежение под сводом среднее»ТО «расход воздуха средний»
ПРАВИЛО-12: ЕСЛИ «упругость дутья средняя» И«высота кипящего слоя низкая» И «разрежение под сводом высокое»ТО «расход воздуха не очень высокий»
ПРАВИЛО-13: ЕСЛИ «упругость дутья средняя» И«высота кипящего слоя средняя» И «разрежение под сводом низкое»ТО «расход воздуха не очень низкий»
ПРАВИЛО-14: ЕСЛИ «упругость дутья средняя» И«высота кипящего слоя средняя» И «разрежение под сводом среднее»ТО «расход воздуха средний»
ПРАВИЛО-15: ЕСЛИ «упругость дутья средняя» И«высота кипящего слоя средняя» И «разрежение под сводом высокое»ТО «расход воздуха не очень высокий»
ПРАВИЛО-16: ЕСЛИ «упругость дутья средняя» И«высота кипящего слоя высокая» И «разрежение под сводом низкое»ТО «расход воздуха низкий»
ПРАВИЛО-17: ЕСЛИ «упругость дутья средняя» И«высота кипящего слоя высокая» И «разрежение под сводом среднее»ТО «расход воздуха средний»
ПРАВИЛО-18: ЕСЛИ «упругость дутья средняя» И«высота кипящего слоя высокая» И «разрежение под сводом высокое»ТО «расход воздуха не очень высокий»
ПРАВИЛО-19: ЕСЛИ «упругость дутья высокая» И«высота кипящего слоя низкая» И «разрежение под сводом низкое»ТО «расход воздуха низкий»
ПРАВИЛО-20: ЕСЛИ «упругость дутья высокая» И«высота кипящего слоя низкая» И «разрежение под сводом среднее»ТО «расход воздуха низкий»
ПРАВИЛО-21: ЕСЛИ «упругость дутья высокая» И«высота кипящего слоя низкая» И «разрежение под сводом высокое»ТО «расход воздуха не очень высокий»
ПРАВИЛО-22: ЕСЛИ «упругость дутья высокая» И«высота кипящего слоя средняя» И «разрежение под сводом низкое»ТО «расход воздуха средний»
ПРАВИЛО-23: ЕСЛИ «упругость дутья высокая» И«высота кипящего слоя средняя» И «разрежение под сводом среднее»ТО «расход воздуха не очень низкий»
ПРАВИЛО-24: ЕСЛИ «упругость дутья высокая» И«высота кипящего слоя средняя» И «разрежение под сводом высокое»ТО «расход воздуха не очень низкий»
ПРАВИЛО-25: ЕСЛИ «упругость дутья высокая» И«высота кипящего слоя высокая» И «разрежение под сводом низкое»ТО «расход воздуха очень низкий»
ПРАВИЛО-26: ЕСЛИ «упругость дутья высокая» И«высота кипящего слоя высокая» И «разрежение под сводом среднее»ТО «расход воздуха низкий»
ПРАВИЛО-27: ЕСЛИ «упругость дутья высокая» И«высота кипящего слоя высокая» И «разрежение под сводом высокое»ТО «расход воздуха не очень низкий»
2.6.3 Исследование нечеткой модели управления
В качестве терм-множества трех входных лингвистических переменныхиспользуется множество {«низкая», «средняя», «высокая»},которое записывается в символическом виде {N, S,V}. В качестве терм-множества выходнойлингвистической переменной используется множество («очень низкий»,«низкий», «не очень низкий», «средний», «не оченьвысокий», «высокий»), которое записываетсяв символическом виде {ON,N,NON,S,NOV,V,OV}. Разработку нечеткой модели (int_sys_rv) будемвыполнять с использованием графических средств системы Matlab.В редакторе FIS определяем три входныепеременные с именами «упругость дутья» (uprugost_dutya), высота кипящегослоя (vysota_kipyashego_sloya) и разрежение под сводом (razrezhenie_pod_svodom)и одну выходную переменную с именем расход воздуха (rashod_vozduha).
Определяем функции принадлежности термов для каждой из переменныхсистемы нечеткого вывода. Для этой цели воспользуемся редактором функций принадлежностисистемы Matlab. Вид графического интерфейса редактора функцийпринадлежности на рисунке 11 и 12.
/>
Рис.11. Графический интерфейс редактора функций принадлежностипосле задания первой входной переменной
/>
Рис.12. Графический интерфейс редактора функций принадлежностипосле задания выходной переменной
Теперь зададим 27 правил для разрабатываемой системы нечеткоговывода (рис.13).
/>
Рис.13. Графический интерфейс редактора правил после заданиябазы правил для данной системы нечеткого вывода
Теперь можно выполнить оценку построенной системы нечеткого выводадля задачи автоматического управления расходом воздуха. Для этого откроем программупросмотра правил системы Matlab ивведем значения входных переменных для частного случая, когда упругость дутья равна1,5, высота кипящего слоя 2,3 и разрежение под сводом 2,8. Процедура нечеткого вывода,выполненная системой Matlab дляразработанной нечеткой модели, выдает в результате значение выходной переменной«расход воздуха», равное 2,56 (рис.14).
/>
Рис.14. Графический интерфейс программы просмотра правил послевыполнения процедуры нечеткого вывода
Данное значение соответствует высокому расходу воздуха. Такжеесли значения входных переменных будут определяться как «не очень низкая»или «не очень высокая», которые мы не определяли в правилах, результатсоответствует тому значению выходной переменной, которая на практике ведения процессабывает в таких случаях.
В данном случае сравнение результатов нечеткого вывода для этихзначений входных переменных, полученных на основе численных расчетов и с помощьюразработанной нечеткой модели, также показывает согласованность модели и подтверждаетее адекватность (при проверке в «ручном» режиме).
Аналогично разрабатываются нечеткие модели управления расходомкислорода, выгрузкой материала и «всасом» дымососа.
2.7 Разработка АСУТП процесса обжига в КС
Полученные в п. п.2.4, 2.5 и 2.6 результаты исследований по синтезуподсистемы оптимального управления, подсистемы стабилизации температуры в слое иинтеллектуальной подсистемы легли в основу проектирования АСУТП процессом обжигацинковых концентратов в печах кипящего слоя.
Для нормального функционирования АСУТП и в соответствии с ГОСТаминеобходимо разработать техническую документацию, включающую в себя следующие элементы:информационное обеспечение АСУТП, организационное обеспечение АСУТП, алгоритмическоеи программное обеспечения АСУТП, техническое обеспечение АСУТП.
2.7.1 Информационное обеспечение АСУТП
Выбор структуры и состава информационного обеспечения системыоснован на обработке данных технологического процесса с применением средств вычислительнойтехники и разработки единой системы классификации и кодирования исходной информации.
Основной целью создания информационного обеспечения являетсяобеспечение возможности анализа состояния объекта управления и принятия управляющихрешений в нормальных и экспериментальных ситуациях. Назначение информационной системысостоит в измерении значений контролируемых параметров, передачи этой информациик месту обработки, ее первичной обработки и представления в местах использованияинформации для решения задач управления технологическим процессом обжига цинковыхконцентратов в печи КС. Информационное обеспечение должно отвечать ряду требований:
своевременность доставки информации;
достоверность передачи (отсутствие потерь и искажений в каналахсвязи и обработки);
надежность функционирования информационной подсистемы;
единство времени в системе распределения информации при выдачеформ выходной документации в соответствии со временем опроса соответствующих датчиков;
возможность технической реализации.
Кроме того, состав и структура информационного обеспечения должныобеспечивать:
регулирование информационных потоков, обеспечивающее равномернуюзагрузку комплекса технических средств (КТС), а также своевременное представлениеинформации обслуживающему и управленческому персоналу;
возможность расширения системы посредством включения новых системи расширение существующей;
удобство участия человека в анализе ситуаций и управления технологическимпроцессом как в нормальных условиях, так и в аварийных ситуациях.
Состав информационного обеспечения представляет собой совокупностьсистемы классификации и кодирования, системы показателей (перечень входных и выходныхсигналов), систем документации массивов информации (файлов), используемые в системеуправления.
Для контроля и управления процессом обжига цинкового концентратав печи кипящего слоя, кодированию и вводу в управляющий вычислительный комплексподлежат следующие технические переменные:
Температура слоя печи «КС»;
Температура под сводом печи;
Температура перед циклонами, после 1 и 2 ступени циклонов;
Температура отходящих газов на входе в электрофильтр;
Температура газов на выходе из электрофильтра;
Расход воздушно-кислородного дутья;
Расход воздуха на аэрохолодильник;
Расход воздуха на форкамеру;
Расход кислорода на печь;
Расход питательной воды;
Содержание кислорода в дутье;
Упругость дутья;
Разрежение под сводом;
Разрежение на входе в электрофильтр;
Разрежение на выходе из электрофильтра;
Давление питательной воды;
Давление в барабане-сепараторе;
Уровень в барабане сепараторе.
Выходные управляющие воздействия по контурам управления:
Расхода воды;
Расхода воздуха;
Расхода концентрата.
В соответствии с этой информацией в параграфе 2.7.4 выбираемтехнические средства: датчики, преобразователи, показывающие приборы и структуруУВК.
2.7.2 Организационное обеспечение АСУТП
Производственный персонал подразделением АСУТП включает ремонтнуюи эксплуатационную службы, организованные иерархическим образом с оперативной взаимосвязьюслужб на всех уровнях. Ремонтный персонал на нижнем уровне организуется в отдельныемежсистемные группы по видам работ и видам технических средств, а именно группуремонта, группу обслуживания УВК и группу математических методов и программирования.
Эксплуатационный персонал организован по технологическим участкамдля контроля и управления технологическими процессами на верхних участках системыи подсистемы АСУТП включает:
· оператора УВК;
· дежурного оператора КИП и А;
· группу отделения обжига.
На следующем уровне организационной структуры выделен начальник,мастер-технолог смены.
Два верхних уровня представлены начальником подразделения АСУТП,начальником металлургического цеха, которые оперативно связаны между собой для согласованияработ по отдельным подразделениям с подчинением начальнику научно-исследовательскогоотдела (НИО), начальнику производственно — технического отдела (ПТО) и главномуинженеру УК МК, причем административная иерархия НИО включает по уровням: начальникаНИО, начальников подразделений АСУТП и начальников лаборатории, мастера КИП и А,начальника отделения теплотехники и начальника смены.
На нижнем уровне начальник УВК с подчинением ему группы математическихметодов и программирования, группы обслуживания УВК, группы ремонта, оператора УВКи дежурного оператора КИП и А. АСУТП ПУ ОЦК работает в информационном режиме и осуществляет:
централизованный сбор;
переработку и представление информации в форме, максимально облегчающейоперативное управление технологическими процессами объекта;
централизованный непрерывный контроль технологических параметров;
сигнализацию, регистрацию отклонений заданных параметров и различныхнарушений технологических процессов;
централизованный непрерывный контроль сменных результатов работы;
формирование и оперативную печать информации о ходе кампании;
оперативное информационное обслуживание руководства завода иНИО.
Оператор административно подчинен начальнику смены и оперативносвязан со старшим мастером, начальником цеха и с заведующим отделения теплотехникии группы отделения обжига. Оператор выполняет следующие основные функции:
поддерживает заданный старшим мастером технологический режим;
осуществляет пуск, переключение режимов работы и остановки оборудования;
контролирует выполнение производственной программы;
осуществляет вызов интересующей его технологической информации;
производит ввод с пульта оператора в УВК новых значений параметровтехнологического режима по указанию старшего мастера, начальника отдела теплотехникии начальника смены;
ведет учет нарушений технологических режимов, выясняет причинынарушений;
выявляет «узкие места» и принимает совместно со старшиммастером отделения оперативные меры по их немедленному устранению;
обеспечивает формирование достоверной отчетной информации и регулярностьподачи ее на верхние уровни.
2.7.3 Алгоритмическое и программное обеспечения АСУТП
Алгоритм нахождения экстремума целевой функции методом наискорейшегоспуска
Алгоритм включаетследующие предписания (рис.15):
вводятся исходные данные, x (i) которые определятся из математической модели [5], количествовходных переменных x (i) — k, величина шага-h, заданной точностипоиска-ε, значения величины изменения аргумента при нахождения частных производных-dx, cчетчик шагов в начальный момент долженбыть равен единице (n=1), так как до начала итерационныхпроцедур требуется один раз рассчитать функцию цели-Fц0=GZnкр, которая определяется из математическоймодели [1];
производится расчетчастных производных, для чего осуществляется организация цикла попеременного расчетачастных производных k-мерной функции (i=1,k);
производится поочередноеизменение аргумента x(i) на величину — dx;
производится расчетцелевой функции при измененном аргументе — Fц1,а счетчик — n увеличивает свое значениена единицу;
рассчитывается изапоминаются величины изменения функции — dF (i), для соответствующей i-ой координаты,осуществляется возврат в исходную точку i-ой координаты:x(i) — dx, после завершения расчета частной производной по-х(1)производятся аналогичные действия по другим;
рассчитываются измененияx (i), противоположно направлениюградиента, в соответствии со стратегией (37), где dF (i) /dx — есть частная производная по i-ой координате;
производится расчетфункции цели в новой точке, а счетчик шагов увеличивается еще на одну единицу;
производится расчеткритерия окончания поиска — Е;
осуществляется сравнениевеличины критерии Е с заданной точностью ε, если значение Е достигло заданнойточности, то выводятся результаты поиска, в противном случае происходит сравнениевновь рассчитанного значения целевой функции F с ее значением на предыдущем шаге — Fц0.
Так как метод ищетминимум, а нам нужно максимальное значение Fц0=GZnкр, шаг считается удачным и продолжаетсяпоиск вдоль прежнего направления градиента, производится переприсвоение нового значенияфункции цели переменной — Fц0, если новое значениецелевой функции больше предыдущего. В случае неудачи, производится поиск новогонаправления градиента.
Программа реализацииалгоритма метода наискорейшего спуска:
function f=mns (x1,.,xk,k,dx,e,h,n=1)
n=1; x (1) =x1. x (k) =xk;
Fц0= GZnкр; flag1=1;
while flag1==1
for i=1: 2
x (i) =x (i) +dx;
Fц1= GZnкр;
n=n+1; x (i) =x (i) — dx; dF (i) =F1-F0;
end
flag2=1;
while flag2==1
for i=1: 2
x (i) =x (i) — h* (dF (i) /dx);
end
Fц=GZnкр; n=n+1;
E=abs (dF (1) +dF (2));
if E>e
if Fц>Fц0
F=F0; flag2=1;
else
flag2=0; flag1=1;
end
flag1=0;
end end
Otvx1=x (1)
Otvxk=x (k)
OtvF= Fц
end
/>
Рис.15. Блок-схема алгоритма поиска методом наискорейшего спуска
Алгоритм расчета параметров настройки регулятора
Алгоритм включает следующие предписания (рис.16):
- вводятся значения Коб, τоб, Тоб,m,w=0;
- вычисляются значения вещественного и мнимого составляющего числителя и знаменателяпередаточной функций объекта регулирования BR,BQ, AR, AQ;
- вычисляются значения вещественной и мнимой части АФХ объекта Rоб, Qоб;
- вычисляются значения настроечных параметров регулятора Кр, S и выводятся результаты;
- дается приращение значению частоты w=w+0.005;
- вычисления производятся для каждого нового значения частоты пока оно не равно0,05;
- выводятся результаты вычислений Кр, S,w.
По значениям Кр и S для каждого w [0: 0.05,0.005] строятсялинии равные степени затухания m=0, m=0.366(см раздел по разработке системы стабилизации рисунок 8) и выбирается точка, соответствующаяоптимальным значениям />и />, которая лежит несколькоправее максимума линии равного затухания.
Программа реализации данной блок-схемы на Matlab:
function S_K (k,t,m,T,w)
n=1;
while w
Br=k*exp (t*m*w) *cos(t*w);
Bq=-k*exp (t*m*w) *sin(t*w);
Ar=1-T*m*w;
Aq=T*w;
R= (Br*Ar+Bq*Aq) /(Ar^2+Aq^2);
Q= (Bq*Ar-Br*Aq) /(Ar^2+Aq^2);
K=- (m*Q+R) / (R^2+Q^2);
S=-w* (m^2+1) *Q/(R^2+Q^2);
masK=K;
masS=S;
w=w+0.005;
n=n+1;
K
S
hold on
plot (masK,masS)
w
end
Kp=K
Sp=S
/>
end
Рис.16. Блок схема алгоритма нахождения значенийнастроек регулятора
Алгоритм расчета переходного процесса
Алгоритм включает следующие предписания (рис.17):
- вводятся значения Коб,τоб, Тоб, Кр,Sр, Т, хвых, хзад, С=0,n=0;
- вычисляется значение отклонения регулируемой величины Δхвых;
- значение управляющего воздействия μ за время запаздывания τ объекта;
- вычисляются значения управляющего воздействия μ и выходной переменнойобъекта хвых на каждом моменте времени до времени Т, пока установитсяпроцесс, т.е. значение выходной переменной не станет приблизительно равной значениюхзад.
По результатам вычислений строится переходная характеристикапроцесса (см раздел по разработке системы стабилизации рис.9).
Программа реализации данного алгоритма на Matlab:
function per_pro (y,yz,T,dt,r)
a= [1: p];
k=2.5; K=0.68; S=0.016;T=60; t=26; C=0; i=1;
while i
n=0; dy=y-yz;
while n
C=C+S*dy*dt; n=n+1;
end
m (i) =- (C+K*dy);
y1 (i) =y i=i+1;
end
for i=t+1: p
n=0; dy=y-yz;
while n
C=C+S*dy*dt; n=n+1;
end
m (i) =- (C+K*dy);n=0;
while n
Dy=1/T* (k*m (i-t)- y) *dt;
y=y+Dy; n=n+1;
end
y1 (i) =y i=i+1;
m; y1;
end
plot (a,y1)
end
/>
Рис.17. Блок-схема алгоритма расчета переходного процесса
2.7.4 Техническое обеспечение АСУТП
Техническое обеспечение должно полностью удовлетворять требованиям,обеспечивающим достижения тех целей управления, которые были сформулированы в п.п.2.4, 2.5 и 2.6, а также общепринятым в цветной металлургии требованиям, которыебыли сформулированы в п. п.2.7.1, 2.7.2 и 2.7.3.
В связи с тем, что структура системы управления (рис.4) предусматриваетрешение задач верхнего (задачи оптимизации и интеллектуальная подсистема) уровня,а также включает задачи нижнего уровня (стабилизация температуры в слое, расходовматериалов, давлений и т.д.) в составе технического обеспечения АСУТП используетсядва управляющих компьютера. Для обеспечения решения задач планирования работы цеха,программ организационной подсистемы, а также подсистем оптимального управления иинтеллектуальной подсистемы применяется управляющая вычислительная машина — УВМ.Для решения задач оперативного управления нижнего уровня нами предполагается использованиеуправляющего контроллера.
В автоматизированной системе управлениянижнего уровня в качестве технической базы управляющей части системы автоматизациивыбран программируемый логический контроллер Simatic S7-300 с центральным процессором CPU 315-2DP. Контроллерполностью отвечает требованиям концепции “Totally Integrated Automation”.
Модульный программируемый контроллерSimatic S7-300 предназначен длярешения задач автоматического управления низкой и средней степени сложности.
Simatic S7-300 выбран по следующим причинам:
· Широкий спектр модулей для максимальной адаптации к решению любойзадачи.
· Возможность использования распределенных структур ввода-вывода и простоевключение в различные типы промышленных сетей.
· Удобная для обслуживания конструкция и работа с естественным охлаждением.
· Свободное наращивание возможностей при модернизации системы.
· Высокая мощность, благодаря большому количеству встроенных функций.
· Конфигурирование и программирование средствами STEP 7.
· Возможность включения в сети MPI и SIMATIC NET.
· Каждый центральный процессор S7-300 оснащен встроенным блоком питанияс входным напряжением =24В.
Кроме того, в составе S7-300 могутиспользоваться модули систем взвешивания и дозирования семейства SIWAREX.
Эффективному применению контроллеровспособствует возможность использования нескольких типов центральных процессоровразличной производительности, наличие широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретныхи аналоговых сигналов, функциональных модулей и коммуникационных процессоров. В2002 году началась смена поколений центральных процессоров программируемых контроллеровSIMATIC S7-300. CPU 315-2DP компактный центральный процессор нового поколения свстроенным интерфейсом ведущего/ведомого устройства PROFIBUS-DP.
Основные характеристики SIMATIC S7-300CPU 313C-2DP:
Объем рабочей памяти (RAM) 128 Кбайт
Объем загружаемой памяти (микрокартапамяти) 64 Кбайт …8 Мбайт
Время выполнения:
· логических операций 0.1 мкс
· операций со словами 0.2 мкс
· арифметических операций с фиксированной точкой 2.0 мкс
· арифметических операций с плавающей точкой 6.0 мкс
Количество флагов 2048 байт
Количество счетчиков 256
Количество таймеров 256
Встроенные интерфейсы: MPI, PROFIBUS-DP
Максимальное количество каналов ввода-выводасистемы:
· дискретных 16384
· аналоговых 1024
Габариты 40 х 120 х 130 мм.
На нижнем уровне этой системы используютсядатчики, преобразователи, обеспечивающие сбор информации и ее преобразование в доступныйдля контроллера вид, а также различные вторичные приборы, служащие для отображенияи регистрации информации о состоянии объекта управления в вид доступный для восприятиячеловеком-оператором.
Описание функциональной схемы автоматизации технологическогопроцесса, предусматривающей выбор локальных технических средств.
Контроль наличия исходного цинкового концентрата в бункерах осуществляетсярадарными уровнемерами Rosemount 5401(поз.1а,2а) c выходными унифицированнымисигналами 4-20мА, которые поступают на модуль ввода аналоговых сигналов AI контроллера Simatic S7-300.
Автоматическое дозирование сульфидного цинкового концентратаосуществляется ленточным питателем с встроенным тензорезисторным датчиком ДСТБ-016(поз.3а). Выходной сигнал с тензорезисторного датчика преобразовывается с помощьюпоказывающего и регистрирующего прибора ДИСК 250-ТН (поз.3б) в непрерывный токовыйсигнал, который далее поступает на AI контроллераSimatic S7-300.
Из датчиков для измерения температурывыбраны термопреобразователи ПК «Тесей» термоэлектрические преобразователиКТХА, медные термопреобразователи сопротивления ТСМТ, так как они в качестве ничем не уступают приборам концерна «Метран», Siemens,но в цене намного дешевле чем приборы других производителей.
Контроль температуры осуществляется следующим образом. Для контролятемпературы в форкамере и в печи кипящего слоя в семи точках кипящего слоя (однав форкамере и шесть в печи) установлены термоэлектрические преобразователи КТХА01.16 (поз.4а-поз.10а) преобразующие температуру в унифицированный сигнал, которыйпоступает в AI контроллера Simatic S7-300.
Регулирование температуры в печи осуществляется изменением расходасульфидного концентрата, подаваемого в печь, за счет частоты вращения двигателя,которая регулируется пропорционально изменению напряжения в обмотке возбуждения.Для этого управляющий сигнал с дискретного выхода DO контроллера поступает на блок управления БУ-21 (поз.4б) и далеена реверсивный бесконтактный пускатель ПБР-2М1 (поз.4в) с него на двигатель постоянноготока служащего приводом ленточного питателя.
Температура под сводом печи, в аэрохолодильнике, перед циклонамиСИОТ, НИОГАЗ, после циклона НИОГАЗ контролируется термоэлектрическими преобразователиКТХА 01.18 (поз 11а-21а), питательной воды в первой и второй нитке перед барабаном-сепараторомкотла-утилизатора медными термопреобразователями сопротивления ТСМТ 101 (поз.22а,23а)и температура пара после барабана, со свода печи, после циклонов и потребителю контролируетсятермоэлектрическими преобразователями КТХА 01.07 (поз 24а-28а) аналогичным образом.
Из датчиков давления хорошо зарекомендовали себя интеллектуальныедатчики давления Метран-100, Метран-49 с применением микропроцессорной электроникив конструкции.
Контроль давления осуществляется следующим образом. Упругостьвоздушно-кислородного дутья на форкамеру печи, на подину и на аэрохолодильник контролируетсяс помощью преобразователей давления Cerabar M (поз.29а-31а) преобразующих давлениев токовый сигнал 4-20мА, который поступает на модуль ввода аналоговых сигналов AI контроллера.
Для измерения разрежения под сводом печи, перед циклонами и послециклонов используются интеллектуальные датчики давления Метран-100-ДИВ (поз.32а-35а)измеряющие и непрерывно преобразующие разрежение в аналоговый токовый сигнал, которыйзаводится на аналоговый вход контроллера.
Давление питательной воды в первой и второй нитке барабана-сепаратора,давление пара после циклонов СИОТ, после свода печи, давление пара потребителю ив барабане котла измеряется и преобразуется датчиками давления Метран-100-ДИ (поз.36а-42а)сигнал с которых заводится на аналоговый вход контроллера.
Для контроля количества выбраны сужающие устройства ДБС, в комплектес датчиками разности давлений, измеряющие расход методом переменного перепада давлений.Вихревые расходомеры PROWIRL производства«Endress+Hauser» очень устойчивые к вибрациям за счет специальной конструкцийсенсора с широким диапазоном измерения. Также электромагнитные расходомеры с высокойточностью измерений.
Контроль расхода осуществляется следующим образом. Для измерениярасхода воздуха подаваемой на форкамеру, на подину печи и на аэрохолодильник, ввоздуховодах установлены диафрагмы типа ДБС 0,6-800 (поз.43а-45а), которые обеспечиваютперепад давления, перепад давления преобразовывается в электрический токовый сигнал0÷5мА преобразователями типа Метран-49-ДД (поз.43б-45б), сигнал с которыхзаводится на аналоговый вход контроллера.
Для регулирования количества воздуха по этим каналам используетсясигналы с дискретного выхода контроллера, которые идут на универсальные переключателитипа УП (поз 43в-45в), далее на пускатели ПБР-2М1 (поз.43г-45г), на выход которыхподключены исполнительные механизмы типа МЭО (поз.43д-45д) регулирующих клапанов.
Количество расхода воды к кессонам аэрохолодильника, к кессонамслоя печи, пара и воды к блокам термосифонов, воды на непрерывную продувку и расходапара из барабана, на свод печи и потребителю измеряется датчиками расхода — вихревымирасходомерами PROWIRL (поз.46а-54а), и преобразуется в аналоговыйсигнал 4÷20мА преобразователями PROWIRL (поз.46б-54б)входящими в комплект с датчиками, сигнал с которых идет на аналоговый вход контроллера.
Для регулирования количества воды на непрерывную продувку сигналс дискретного выхода контроллера идет на блок управления БУ-21 (поз 51в), далеена пускатель ПБР-2М1 (поз.51г), на выход которого подключен исполнительный механизмтипа МЭО (поз.51д) регулирующего клапана со встроенным датчиком положения исполнительногомеханизма (поз.51е), унифицированный сигнал с которого поступает на модуль вводаAI.
Измерение количества питательной воды в первой и второй ниткебарабана-сепаратора осуществляется датчиком электромагнитного расходомера MAG 3100 (поз.55а,56а), далее сигнал скомплекта электромагнитного расходомера преобразователя сигналов MAG 3100 (поз.55б,56б) заводится на аналоговыйвход контроллера.
Для регулирования количества воды в первой и второй нитке барабана-сепаратораиспользуются сигналы с дискретного выхода контроллера, которые идут на универсальныепереключатели типа УП (поз 55в,56в), далее на пускатели ПБР-2М1 (поз.55г,56г), навыход которых подключены исполнительные механизмы типа МЭО (поз.55д,56д) регулирующихклапанов.
Для измерения количества кислорода в дутье установлена диафрагматипа ДБС 0,6-600 (поз.57а), которое обеспечивает перепад давления, перепад давленияпреобразовывается в электрический токовый сигнал 0÷5мА преобразователем типаМетран-49-ДД (поз.57б), сигнал с которого заводится на аналоговый вход контроллера.
Для регулирования количества кислорода в дутье используется сигналс дискретного выхода контроллера, который идет на универсальный переключатель типаУП (поз 57в), далее на пускатель ПБР-2М1 (поз.57г), на выход которого подключенисполнительный механизм типа МЭО (поз.57д) регулирующего клапана.
Для измерения содержания кислорода в дутье и преобразования егов аналоговый сигнал используется анализатор кислорода DRAGER POLYTRON 7000 Module(поз.58а,58б), сигнал далее заводится на модуль ввода AI.
Для регулирования разряжения на всасе и на выхлопе дымососа3и дымососа4 сигналы с дискретного выхода контроллера идут на блоки управления БУ-21(поз 59а-62а), далее на реверсивные пускатели ПБР-2М1 (поз.59б-62б), на выход которыхподключены исполнительные механизмы типа МЭО (поз.59в-62в) регулирующих клапановсо встроенными датчиками положения исполнительных механизмов (поз.59г-62г), унифицированныйсигнал с которых поступает на модуль ввода AI.
Для управления скоростями дымососа3 и дымососа4 сигналы с дискретноговыхода DI контроллера поступаютна блок управления БУ-21 (поз.63а,64а) и далее на реверсивный бесконтактный пускательПБР-2М1 (поз.63б,64б) с него на двигатель.
Контроль за работой двигателей ведется по состоянию ключей магнитногопускателя (поз.65а), для чего с последних заведена электрическая проводка к дискретномумодулю контроллера.
Сигналы о положении переключателей (поз.4в,51в,59а-64а) в различныхрежимах поступают на модуль ввода DI контроллера.
3. Экономическая часть3.1 Обоснование экономической эффективности от внедренияАСУТП обжига в печи КС
3.1.1 Определение прироста прибыли
Экономический эффект от применения автоматизированной системыуправления обуславливается прежде всего повышением эффективности автоматизируемогопроизводства, определяемым повышением качества и надежности управления, снижениемпотерь, повышением производительности и т.п.
Внедрение автоматизированной системы управления процессом обжигав печи КС позволяет вести процесс в оптимальном температурном режиме, обеспечивающемвысокое качество получаемого продукта — огарка. В результате оптимального веденияпроцесса обжига уменьшается погрешность температурного режима с 10% до 2%, в следствиичего производительность увеличивается на 3%. При производительности 86450т/год,дополнительный выход огарка составит 1464,3т/год. При стоимости одной тонны огарка16000 тенге, дополнительная прибыль в год составит:
Пдоп=1464,3*16000=23428800тг
3.2 Определение текущих затрат на разработку, внедрение,эксплуатацию и обновление АСУТП и расчет фонда заработной платы обслуживающего персонала
3.2.1 Расчет затрат на разработку и внедрение системыавтоматического управления
Затраты на приобретение комплектующих АСУТП (затраты на приборыи средства автоматизации, вычислительный комплекс) Касутп= 4973,6 тыс.тг.
Капитальные затраты на неучтенное оборудование рассчитываем,исходя из 5% от общей стоимости:
Кпр. об=Касутп·0,05
Кпр. об=4973600·0,05=248680тг
Всего стоимость капитальных затрат:
Коб=Кпр. об+Касутп
Коб=248680+4973600=5222280тг
Затраты на научные исследовательские работы и на разработку составляют20% от стоимости капитальных затрат:
Кразр= Коб·0,2
Кразр= 5222280·0,2=1044456тг
Затраты на монтаж оборудования составляют 25% от стоимости капитальныхзатрат:
Кмонт= Коб·0,25
Кмонт= 5222280·0,25=1305507тг
Итого капитальные затраты на создание системы управления составляют:
Ксу= Коб+Кразр+Кмонт
Ксу=5222280+1044456+1305507= 7572306тг3.2.2 Определение затрат на эксплуатацию системы управления
Амортизационные отчисления составляют 15% от величины капитальныхзатрат:
А= Коб·0,15
А= 5222280·0,15=783342тг
Затраты на текущий ремонт средств автоматизации и вычислительнойтехники составляют 2,5% от величины капитальных затрат на создание системы управления.
Зт. р=Ксу·0,025
Зт. р=7572306·0,025=189307,65тг
Величина затрат на содержание оборудования системы управлениясоставляет 2,3% от капитальных затрат на создание системы управления.
Зс. о=Ксу·0,023
Зс. о=7572306·0,023=174163тг
Затраты на электроэнергию составляют:
Рэл=∑W·t·k
где ∑W-суммарная мощность, потребляемаясредствами автоматизации и вычислительной техники. Определяется по паспортным данными равна 30кВт. ч.
t-количество часов работы в сутки, 24часа;
k-коэффициент использования мощности- 0,9.
Рэл=30·24·0,9=684кВт. ч/сут
Рэл. г=365· Рэл
Рэл. г=365· 684=236520кВт. ч
Для установки 1кВт. ч стоит 5,8 тенге, тогда затраты на электроэнергиюза год составят:
Зэл. эн= Рэл. г· 5,8
Зэл. эн= 236520· 5,8=1371816тг
3.2.3 Затраты на заработную плату
Расчет планового баланса времени на одного рабочего приведенв таблице 5.
Таблица 5. Годовой баланс рабочего времениСтатья баланса Непрерывное производство
1. Календарное время, Тк 365
2. Количество нерабочих дней, в т. ч.
праздничные
выходные
112
8
104
3. Номинальный фонд рабочего времени, Тн 253
4. Невыходы на работу, в т. ч.
в очередной и
дополнительный отпуск
болезни
гос. обязанности
отпуск ученикам
24
15
7
1
1
5. Эффективный фонд рабочего времени, Тэф 229
6. Использование номинального времени (Тэф/Тн) ·100 7. Продолжительность рабочего дня, час 8
8. Фонд рабочего времени Тк/Тф 1593
Расчет годового фонда основной заработной платы для обслуживающегоперсонала
Таблица 6. Профессия,количество человек и оклад работников, обслуживающих систему управления№ Должность Количество Мес. оклад, тг На специальность в месяц 1 Начальник КИП и А 1 60000 60000 2 Инженер КИП и А 2 55000 110000 3 Инженер-электронщик 2 45000 90000 4 Дежурный оператор 4 35000 140000 Итого 9 195000 400000
Годовой фонд основной заработной платы на обслуживающий персоналсоставит:
ГФЗПосн=12·Фм. обсл. п
где Фм. обсл. п — месячный фонд заработной платы обслуживающегоперсонала, тенге
ГФЗПосн=12·400000=4800000тг
Помимо основной заработной платы существует дополнительная, котораявыплачивается за работу в ночное время. Дополнительная заработная плата за ночноевремя составляет 20% от величины заработной платы:
ГФЗПдоп= ГФЗПосн·0,2
ГФЗПдоп= 4800000·0,2=960000тг
Итого фонд заработной платы обслуживающего персонала за год составит:
ГФЗП=ГФЗПосн+ГФЗПдоп
ГФЗП=4800000+960000=5760000тг
Предусматриваем премиальные, которые составляют 10% от заработнойплаты.
Годовой размер премиальных составит:
ГРП=ГФЗП·0,1
ГРП=5760000·0,1=576000тг
Годовой фонд заработной платы с учетом районного коэффициентасоставит:
ГФЗПрк= ГФЗП·1,2
ГФЗПрк= 5760000·1,2=6912000тг
Общий фонд заработной платы составит:
ОФЗП=ГРП+ГФЗПрк=576000+6912000=7488000тг
Общий фонд заработной платы с отчислениями составит:
Ззп= (ОФЗП- (Нп/100%·ОФЗП)) ·Не/100%+ОФЗП=
(7488000- (0,1·7488000)) ·0,21) +7488000=8903232тг
3.2.4 Расчет итоговых затрат
Всего затраты составляют:
З=Ксу+А+Зт. р+Зс. о+Зэл.эн+Ззп
З=7572306+783342+189308+174163+1371816+8903232=18994167тг
Налог на добавочную стоимость (НДС) начисляется в размере 14%от затрат и составит:
Зндс=З·0,14
Зндс=18994167·0,14=2659183тг
Итого затраты с учетом НДС составляют:
Зитг=З+Зндс
Зитг=18994167+2659183=21653350тг
3.3 Расчет экономической эффективности
Рассчитываем балансовую прибыль, которая определяется как разницамежду дополнительной прибылью и затратами.
Пб=Пдоп-Зитг Пб=23428800-21653350=1775450тг
Налог на прибыль начисляется в размере 30% и составит:
Нп=Пб·0,3
Нп=1775450·0,3=532635тг
Остаточная прибыль, которая есть разница между балансовой прибыльюи налогом составит:
Пост=Пб-Нп
Пост=1775450-532635=1242815тг
Срок окупаемости рассчитываем по формуле:
Токуп=Коб/Пост
Токуп=5222280/1242815=4,2 г
Отсюда следует, что внедрение автоматизированной системы управлениятехнологическим процессом обжига цинковых концентратов в печи кипящего слоя окупаетсяза 4 года 2,5 месяцев эксплуатации, что позволяет сделать вывод об эффективностии рациональности системы.
4. Охрана труда4.1 Организационные вопросы охраны труда на производстве
Законодательство Республики Казахстано безопасности и охране труда основывается на Конституции РК и состоит из законаРК «О безопасности и охране труда» и иных нормативных правовых актов РК.
Конституция РК [17] определяет основныеправа и свободы граждан в политической и социально-экономической жизни общества,служит основой для разработки законодательных и нормативных актов. В КонституцииРК в статье 24 записано:
1. Каждый имеет право на свободу труда,свободный выбор рода деятельности и профессии. Принудительный труд допускается толькопо приговору суда либо в условиях чрезвычайного или военного положения.
2. Каждый имеет право на условия труда,отвечающие требованиям безопасности и гигиены, на вознаграждение за труд без какой-либодискриминации, а также на социальную защиту от безработицы.
3. Признаётся право на индивидуальныеи коллективные трудовые споры с использованием установленных законом способов ихразрешения, включая право на забастовку.
4. Каждый имеет право на отдых. Работающимпо трудовому договору гарантируются установленные законом продолжительность рабочеговремени, выходные и праздничные дни, оплачиваемый ежегодный отпуск.
Также в пункте 1 статьи 28 сказано,что гражданину РК гарантируется минимальный размер заработной платы и пенсии, социальноеобеспечение по возрасту, в случае болезни, инвалидности, потери кормильца и по инымзаконным основаниям.
Закона РК «О безопасности и охранетруда» был принят 28 февраля 2004 года №528-II. Онрегулирует общественные отношения в области охраны труда в РК и направлен на обеспечениебезопасности, сохранение жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности,а также устанавливает основные принципы государственной политики в области безопасностии охраны труда [18].
Ответственность за общую постановку работы по технике безопасности,своевременный инструктаж рабочих по обучению безопасным методам и приемам работы,за исправность ограждений и предохранительных устройств, за сохранность зданий исооружений, за своевременное выполнение планово-предупредительных работ несут инженерно-техническиеработники цеха. Все рабочие, вновь принятые на работу или переведенные из одногоцеха в другой, допускаются к выполнению работ после прохождения следующих видовинструктажей по технике безопасности:
вводного, при поступлении на работу;
инструктажа на рабочем месте;
повторного, не реже чем через шесть месяцев.
При необходимости, руководители цеха могут произвести специальныйинструктаж для проведения какой-либо специальной работы с оформлением соответствующегодокумента.4.2 Производственная санитария и гигиена
Правила личной гигиены и промсанитарии обязательны для всех рабочих,инженеров и техников, работающих в цехах.
Надо помнить, что к опасным вредностям относятся свинец, цинки их соединения.
Опытным путем установлено, содержание цинка и его соединенийна рабочих местах, которое не вызывает отравления организма.
Предупреждение профзаболевания на производстве цинка обеспечиваетсяритмичной работой цехов, правильно действующей приточно-вытяжной вентиляцией и соблюдениеммер личной гигиены работающих.
В цехе обжига цинковых концентратов превышение пыли в воздухерабочей зоны наблюдаются при ведении технологического процесса на негерметизированномоборудовании, во время транспортировки и пересыпки концентратов, пылей, огарка.
Для индивидуальной защиты органов дыхания работающих необходимопостоянное использование средств защиты. Органы дыхания хорошо защищаются респираторамиШБ-1 «Лепесток». Их фильтрующая ткань, изготовленная из очень тонких волоконперхлорвинила, задерживает 99,9% мелкодисперсной пыли. Ношение респиратора в течениевсего рабочего времени обязательно. Для всех работающих, соприкасающихся с цинком,предусмотрено ежедневное лечебно-профилактическое питание, спецодежда и спецобувь.
Во время работы спецодежда на рабочем должна быть аккуратно застегнутана все пуговицы.
Для защиты глаз рабочие должны пользоваться предохранительнымиочками или щитками, удобными в носке.4.3 Техника безопасности при обслуживании оборудованияцеха обжига цинковых концентратов
Все опасные работы, а также работы проводимые в отделении обжигапосторонними организациями, должны производиться по наряду-допуску. За нарушениеинструкций по охране труда при производстве работ, рабочие и ИТР несут административнуюответственность. Перед началом работы обслуживающему персоналу необходимо осмотретьи проверить средства индивидуальной защиты, быть одетыми согласно правил ношенияспецодежды. Проверить наличие и исправность подручного инструмента и приспособления.
Перед началом работы проверить наличие и исправность предохранительныхприспособлений, осмотреть и опробовать работу пусковой сигнализации и блокировкуоборудования. Проверить работу тросика аварийной остановки. Рабочее место должнобыть освещено согласно нормам освещенности. После чего доложить бригадиру или мастеруо состоянии оборудования и его готовность к работе. Все работы проводить в строгомсоответствии с инструкциями по охране труда и картами безопасности проведения работповышенной опасности. Ремонт и чистку оборудования необходимо проводить при полнойостановке оборудования. Произвести его остановку, вывесить предупредительный плакат«Не включать — работают люди!», оградить рабочую зону. Выполнять толькоту работу, которая поручена мастером смены или бригадиром, руководствуясь соответствующимикартами безопасности и инструкциями по охране труда. Инженерные технические работникидолжны выполнять требования СУОТ строго.
При транспортировке огарка и пыли нельзя допускать их пыления,т.к. окислы цинка вредно влияют на органы дыхания. При транспортировке пылящих материаловработу производить в индивидуальных средствах защиты (респираторы — ШБ-1 типа«Лепесток», РПГ-67, РУ-60М, противогаз БКФ).
При обжиге сульфидных цинковых концентратов и сжигании элементарнойсеры выделяется сернистый ангидрид. Сернистый ангидрид обладает резким запахом ираздражающе действует на слизистую оболочку глаз и верхних дыхательных путей. Длительноеего воздействие на дыхательные органы вызывает отравление и хронические катары.При необходимости следует пользоваться противогазом марки БКФ.
Все пересыпные устройства должны иметь вытяжную вентиляцию, образующиесяпыли направляются на пылеулавливание в рукавные фильтры. Мерами, предупреждающимизагазованность в отделении, являются полная герметичность оборудования, оснащениеотделения исправной вытяжной вентиляцией.
Процесс обжига концентратов происходит с выделением большогоколичества тепла, транспортируемый огарок и пыль также имеют высокую температуру.При обслуживании и чистке оборудования необходимо соблюдать правила техники безопасности:
открывать люка «на себя», чтобы не допустить выбросагорячего огарка, пыли или газа;
применять исправные средства индивидуальной защиты, спецодежду,спецобувь;
работать только исправным инструментом.
ПДК рабочей зоны:
сернистый ангидрид 10 мг/нм3
пыль 0,4 мг/нм3
свинец0,01 мг/нм3
оксид цинка 0,5 мг/нм3
Во время загрузки печи необходимо следить за тем, чтобы под питателемне скапливался материал. Открывать дверцу печи нужно, только находясь сбоку дверкипод ее перекрытием. Перед шуровкой подины надо застегнуть куртку на все пуговицы,рукава куртки завязать у кистей рук. Одеть противогаз, подшлемник и рукавицы — вачеги.Во время шуровки подины необходимо остерегаться выбросов горячих газов и огарка.Это может привести к тяжелым ожогам. Для шуровки подины следует пользоваться трубойдлиной 5-7 м для того, чтобы при шуровке находиться не ближе чем в двух метрах отсмотрового окна. Во время шуровки и при выполнении других работ необходимо становитьсяне по центру смотрового окна, а сбоку, чтобы в случае выброса огарка или газа непопасть под струю. Нельзя смотреть не сливной порог незащищенными глазами, необходимоодевать очки или противогаз.
Регулярно выпускать пыль из циклонов, стояков и бункеров пылевыхкамер, так как при выпуске переполненных камер, а также при зависании материалавозможны выбросы и разбрызгивание горячего материала на большое расстояние, чтоможет вызвать ожоги.
При чистке нижних частей стояков и отверстий для выхода газаиз печи необходимо одевать противогаз, так как возможны выбросы горячих газов. Еслизабилась пылевая или огарочная течка, ни в коем случае нельзя шуровать снизу, анадо простукивать или прошуровывать их сверху через специальные дверки. Перед уборкойрабочего места во избежание пылеобразования надо смачивать пол водой. При отключенииэксгаустеров следует немедленно включить их. В случае, если они не включаются, открытьлюки на стояках для выброса газа в атмосферу.
4.4 Пожарная и электробезопасность4.4.1 Пожаробезопасность
В целях предупреждения и недопущения пожара в помещениях отделенияобслуживающий персонал должен знать инструкцию «О мерах пожарной безопасности»отделения обжига цинковых концентратов. Следить за тем, чтобы силовая и световаяэлектропроводка была исправна. Всякие неисправности могут вызвать искрения, короткоезамыкание, нагревание проводов и т.п. их нужно немедленно устранить. В воздуходувномучастке не допускать утечки кислорода, розлива и течи масла, при появлении утечеки течей немедленно их устранить. Запрещается курение в помещении отделения, кромеспециально отведенных для этой цели мест. В помещениях отделения запрещается хранитьлегковоспламеняющиеся и горючие жидкости, кроме потребного количества для работына одну смену. Не допускать открытый огонь, электросварочные работы, паяльные лампы,факелы и др. Без письменного разрешения начальника отделения и санкции пожарнойохраны на огнеопасных участках. Обтирочный материал чистый и использованный долженхраниться раздельно в металлических ящиках с крышками. По окончании работы ящикис использованными материалами должны очищаться. Запрещается загромождать проходы,выходы и подступы к электрооборудованию, а также к средствам пожаротушения.
Помещения отделения должны постоянно содержаться в чистоте ипорядке, мусор и др. Отходы производства должны своевременно удаляться из помещенияотделения. Следить за тем, чтобы средства пожаротушения (огнетушители), внутренниепожарные гидранты, рукава, стволы, ящики с песком и др. Были постоянно исправнымии готовыми к действию. Не допускать, чтобы эти средства использовались не по назначению,т.е. на хозяйственные нужды. Не допускать перелива мазута в отделении и мазутохранилища,при проливах немедленно убрать. Не допускать утечек мазута на насосах перекачкии форсунках печах.
Ежесменно принимать и сдавать средства пожаротушения на пожароопасныхучастках (станция перекачки мазута, воздуходувный участок). В случае возникновенияпожара в отделении немедленно сообщить в пожарную охрану, приступить к тушению пожара,при необходимости принять меры к эвакуации оборудования и имущества. При загораниив помещении перекачки мазута открыть вентиль паротушения и сообщить в пожарную охрану.
В случае термических поражений (ожогов), при оказании первойпомощи в первую очередь нужно принять меры для быстрейшего прекращения воздействиявысокой температуры или другого поражающего фактора. Горящую одежду нужно попытатьсяснять. Ни в коем случае нельзя бежать в воспламенившейся одежде, сбивать пламя незащищенными руками. Затем на ожоговую поверхность нужно наложить стерильную, лучшеватно-марлевую повязку с помощью перевязочного пакета или стерильных салфеток ибинта. Материал накладываемый на поверхность, можно смочить разведенным спиртомили водкой. Спирт, помимо обезболивания дезинфицирует место ожога. При оказаниипервой помощи абсолютно противопоказано производить какие-либо манипуляции на ожоговойповерхности. Вредно накладывать повязки с какими-либо мазями, жирами и красящимивеществами.
Производственные помещения отделения разделяются на категориипо взрывопожароопасности. Печной участок и участок электрофильтров относятся к III категории опасности. Участок воздуходувныхмашин и станция перекачки мазута относятся к I категории взрывоопасных и пожароопасныхпомещений. Производство огневых работ в помещении воздуходувных машин и станцииперекачки мазута должно проводиться при наличии разрешения, согласно типовой инструкции,утвержденной Госгортехнадзором от 07.05.94 г. Огневые работы могут производитьсяпри наличии разрешения, подписанного главным инженером предприятия или его заместителем.Разрешение согласовывается с пожарной охраной предприятия в соответствии с Правиламипожарной безопасности.4.4.2 Электробезопасность
Поражение электрическим током происходит при соприкосновениичеловека с токоведущими частями. Опасность поражения электрическим током зависитот силы тока, напряжения и электросопротивления человека. Опасным напряжением длячеловека является 40 вольт и выше в зависимости от окружающей среды. Электрическийток силой 0,05 ампер считается опасным для жизни человека.
Для местного освещения применять переносные светильники с напряжениемне более 36 вольт. Выполнять работу в соответствии с квалификационной группой поэлектробезопасности. При ремонте оборудования необходимо отключить электродвигателиот системы энергоснабжения. Отключение производится электротехническим персоналом(дежурный электромонтер) имеющим соответствующею квалификационную группу по электробезопасности.Вывесить предупредительные плакаты.
При поражении электрическим током:
освободить пострадавшего от действия электрического тока, соблюдаяпри этом правила личной безопасности;
сообщить в здравпункт и оказывать первую помощь согласно инструкции«Для лиц I-ой квалификационной группы по электробезопасности».
Заключение
В данном дипломном проекте разработана автоматизированная системауправления технологическим процессом обжига цинковых концентратов в печи кипящегослоя…
Список используемой литературы
1. Клушин Д.Н., Серебренникова Э.Я., Бессер А.Д. и др. Кипящий слой в металлургии.- М.: Металлургия, 1978.
2. Кучин Г.М. Обжиг цинковых концентратов в кипящем слое. — М.: Металлургия,1966.
3. Серебренникова Э.Я. Обжиг сульфидных материалов в кипящем слое. — М.: Металлургия,1982.
4. Кобахидзе В.В. тепловая работа и конструкции печей цветной металлургии.- М.: МИСиС, 1994.
5. Данилин Л.А. и др. Математическая модель процесса окисления сульфидного цинковогоконцентрата в кипящем слое. Известия вузов. // Цветная металлургия, 1982, №2.
6. Данилин Л.А. и др. Математическое описание процесса окисления сульфидногоцинкового концентрата в кипящем слое. Известия вузов. // Цветная металлургия, 1983,№3.
7. Хабаши Ф. Основы прикладной металлургии, т.1. — М.: Металлургия, 1975.
8. Буровой Н.А. Автоматическое управление процессами в кипящем слое. — М.: Металлургия,1969.
9. Лакерник М.М., Нахомова Г.Н. Металлургия цинка и кадмия. — М.: Металлургия,1969.
10. Ванюков А.В., Зайцев В.Я. Теория пирометаллургических процессов. — М.: Металлургия,1973.
11. Сулейменов Б.А., Нестеренко В. A. Оптимальные и адаптивныесистемы. Методические указания к лабораторным работам (для студентов специальности360140). — А.: ЕНУ, 2006.
12. Медведев Р.Б. и др. АСУТП в металлургии. — М.: Металлургия, 1987.
13. Тохтабаев Г.М., Сулейменов Б.А. Теория автоматического управления. Методическиеуказания к курсовой работе. — Алма-Ата: КазПТИ, 1986.
14. Конституции РК. Статья 24 п.1,28.
15. Закон РК «О безопасности и охране труда» №528-II.28 февраля 2004.
Приложения
Приложение 1
Пози
ция Наименование
Коли
чест
во
Завод-
изготовитель 1а,2а Радарный уровнемер Rosemount 5401,6ГГц, диапозон измерениядо30м±10мм, выходной сигнал 4-20мА, алюминий с полиуретановым покрытием 2
Концерн «Метран»
г. Челябинск 3а Тензорезисторный датчик ДСТБ-016. Ном. нагр. 2000 кг/с, 2мВ/В, 10В, IR 60 OIMLC3 1
АОЗТ «МЗТА»
г. Москва 3б
Вторичный показывающий и регистрирующий прибор
Диск 250-ТН L=500mm (d=250mm),U=220V (50/60 Gz), P=20VA 1
Концерн «Метран»
г. Челябинск 4а
Термопреобразователь КТХА 01.16 градуировки ХА с чехлом ХН45Ю длиной 1000мм
ТУ 4211-001-10854341-94 1 ПК «Тесей» г. Обнинск 5а-10а
Термопреобразователь КТХА 01.16 градуировки ХА с чехлом ХН45Ю длиной 1600мм
ТУ 4211-001-10854341-94 6 ПК «Тесей» г. Обнинск 11а
Термопреобразователь КТХА 01.18 градуировки ХА с чехлом ХН45Ю длиной 1200мм
ТУ 4211-001-10854341-94 1 ПК «Тесей» г. Обнинск 12а-21а
Термопреобразователь КТХА 01.18 градуировки ХА с чехлом ХН45Ю длиной 1000мм
ТУ 4211-001-10854341-94 10 ПК «Тесей» г. Обнинск 22а,23а
Термопреобразователь сопротивления медный градуировки 100М ТСМТ 101 длиной 80мм
ТУ 4211-003-10854341-97 2 ПК «Тесей» г. Обнинск 24а Термопреобразователь КТХА 01.07 градуировки ХА с чехлом 12Х18Н10Т длиной 200мм ТУ 4211-001-10854341-94 1 ПК «Тесей» г. Обнинск 25а, 28а Термопреобразователь КТХА 01.07 градуировки ХА с чехлом 12Х18Н10Т длиной 120мм ТУ 4211-001-10854341-94 2 ПК «Тесей» г. Обнинск 26а, 27а Термопреобразователь КТХА 01.07 градуировки ХА с чехлом 12Х18Н10Т длиной 80мм ТУ 4211-001-10854341-94 2 ПК «Тесей» г. Обнинск 29а-31а Преобразователь давления Cerabar M, кабельный ввод М20х1,5, номинал 0.40кПа, перегрузка 700кПа, электроника HART 4.20мА, 2-пров. без дисплея, подключение к процессу М20х1,5 (наружная резьба), с керамическим сенсором 3 «Endress+Hauser» Германия 32а-35а Интеллектуальные датчики давления Метран-100-ДИВ-1310-02У2 — ±0,315кПа — ±0,0315кПа с выходным сигналом 4-20 мА 4
Концерн «Метран»
г. Челябинск 36а-42а Интеллектуальные датчики давления Метран-100-ДИ-1172 — ±40кПа — 4МПа с выходным сигналом 4-20 мА 7
Концерн «Метран»
г. Челябинск 43а-45а Диафрагма ДБС-0,6-800, исп I, ГОСТ 26969-86 3
Концерн «Метран»
г. Челябинск
Приложение 243б-45б, 57б Измерительный преобразователь перепада давления Метран-49 ДД-3435-02У2-0,25 кПа-1, 6 МПа-42-СВН02-02-С-«К» ТУ4212-002-12580824-94 4
Концерн «Метран»
г. Челябинск 46а, б-54а, б Расходомер вихревой PROWIRL с датчиком из стали с графитовой изоляцией, соединение — фланец DN150 6" на давление PN40, с дисплеем, выход HART 4.20мА, Dу=150мм, кабельный вывод М20х1,5, раздельное исполнение, соединительный кабель 10м 18 «Endress+Hauser» Германия 55а,56а
Расходомер электромагнитный. В комплекте:
1. Датчик электромагнитного расходомера MAGFLO Dу=80мм, футеровка PTFE, PN40, с титановыми электродами с устройством очистки электрода, температура среды до 1200C 2 «Endress+Hauser» Германия 55б,56б 2. Преобразователь сигналов MAG5000 для панельного монтажа в корпусе 19" 220В 2 «Endress+Hauser» Германия 57а Диафрагма ДБС-0,6-600, исп I, ГОСТ 26969-86 1
Концерн «Метран»
г. Челябинск 58а, 59б Анализатор кислорода DRAGER POLYTRON 7000 Module в комплекте 2 «Drager» Германия 4б, 51в, 59а-64а Блок управления релейного регулятора БУ-21, ~220В ТУ25-02.1685-84 6
АОЗТ «МЗТА»
г. Москва 4в, 43г-45г, 51г, 55г-57г, 59б-64б Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М1, U=24B ТУ25-02.120760-78 14 ПО «Промприбор» г. Чебоксары 43в-45в, 55в-57в Переключатель универсальный на 3 положения, ~220В, 10А. УП5300-С430, У4.1 ТУ16-524-074-75 6 ПО «Промприбор» г. Чебоксары 43д-45д, 51д, 55д-57д, 59в-62в Клапан регулирующий с электрическим исполнительным механизмом типа МЭО-100163-0,63У 11 ПО «Промприбор» г. Чебоксары 51е, 59г-62г
Датчик положения встроенный БСПТ-10 Iвых 4-20мА — исполн. «НО» 25ч914нж 5 ПО «Промприбор» г. Чебоксары 65а Пускатель магнитный нереверсивный, ~220В/~380В. ПА511-220-221У2. ТУ16-526491-81 1 ПО «Промприбор» г. Чебоксары