ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ Модернизация системы КИП цементных обжиговых печей завода ОАО ПО «Якутцемент» Выполнил: студент гр. РТ-07 Тарасов Илья Александрович Руководитель: начальник ЭРЦ ОАО ПО «Якутцемент» Гречко Виктор Васильевич Якутск 2011

При производстве цемента главным компонентом является клинкер, получаемый в результате обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей из карбонатных и глинистых природных горных пород. На цементном заводе ОАО ПО «Якутцемент» клинкер обжигают в двух печных агрегатах – вращающихся обжиговых печах. Данный технологический процесс (обжиг) является беспрерывным и требует постоянного контроля за параметрами работы печных агрегатов, регистрацию этих параметров (температура, давление, разряжение, расход), сигнализацию и регулирование. ВВЕДЕНИЕ

Контроль и регистрация процессов обжига на данном предприятии осуществляется приборами электромеханических систем (КСУ-3, КСД-3, КСМ-3, КСП- 3 и пр.), которые подвержены частым механическим износам, необходима их постоянная юстировка и поверка. Приборы имеют ряд недостатков, таких как: большой вес и габариты, высокая погрешность при измерениях, отсутствие линий связи для передачи измеренной величины на расстояние и регистрации на ЭВМ, влияние цементной пыли на движущиеся узлы и детали устройств, большая энергоёмкость и т.д.

Применяемые приборы морально устарели, средний срок их эксплуатации на предприятии составляет 25 лет, что сказывается на процессе обжига клинкера и как следствие на производительности печей. Так же в системе КИП обжиговых печей отсутствует сигнализация о выходе за заданные пределы любого из контролируемых технологических параметров.

Актуальность проблемы заключается в необходимости модернизации системы КИП цементных обжиговых печей, что позволит обеспечить местный и дистанционный контроль с регистрацией параметров работы печных агрегатов на электронных носителях и средствах ЭВМ, и как следствие повышение качества продукции и оптимизацию производительности печей. Целью дипломного проекта является разработка модернизированной системы КИП цементных обжиговых печей завода ОАО ПО «Якутцемент». Задачей являются: - выбор контрольно-измерительных приборов системы с учетом характеристик печных агрегатов, - построение схемы модернизированной системы КИП.

1. ОБЖИГОВАЯ ПЕЧЬ ЦЕМЕНТНОГО ЗАВОДА ОАО ПО «Якутцемент» Вращающаяся печь – это полый барабан, сваренный из стальных обечаек, выложенный изнутри огнеупорной футеровкой. Корпус печи, расположенный наклонно (4 0 ) к горизонту, вращается вокруг продольной оси со скоростью 1 оборот за 38 секунд и более в зависимости от требуемой производительности печи. Длина каждой из печей составляет 100 метров, диаметр 3,6 метра.

Функциональная схема системы КИП обжиговой печи

При работе вращающихся печей контролируют следующие параметры: - температуру в зоне кальцинирования, за цепной завесой, в пыльной камере, газов перед электрофильтрами (в левом и правом карманах пыльной камеры), отходящих газов (перед дымососом); - разрежение в головке печи, в пыльной камере, перед жалюзями дымососа; - расход и давление газа; - давление масла в системе смазки редуктора; - расход шлама (сырья). Схема предусматривает: - автоматическое переключение системы смазки редуктора с одного маслонасоса на другой при понижении либо повышении давления масла; -автоматику безопасности - отсечку (отключение) газа при снижении его давления ниже допустимого значения, при недопустимом снижении разрежения перед дымососом, при полной остановке дымососа, либо при возникновении прочих аварийных ситуаций. В приведённой схеме отсутствует световая и звуковая сигнализация, извещающая об отклонении от заданного значения технологических параметров, что отрицательно сказывается на работе печей – машинист несвоевременно принимает меры для устранения возникшей неисправности.

Централизованное управление печными агрегатами и вспомогательными механизмами осуществляется с рабочего места машиниста, на котором установлены щиты с контрольно- измерительными приборами и регулирующей аппаратурой. Машинист следит за процессами, протекающими в печи, и при необходимости, предпринимает меры для их оптимизации.

2. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПРОМЫШЛЕННЫМ ПРИБОРАМ И СРЕДСТВАМ АВТОМАТИЗАЦИИ Основные требования к промышленным приборам и средствам автоматизации, обеспечивающие их совместимость в системах и взаимозаменяемость, приведены в ряде государственных и отраслевых стандартов: -ГОСТ – 84. Изделия ГСП. Общие технические условия. -ГОСТ – 84Е. ГСП. Приборы и средства автоматизации электрические аналоговые. Общие технические условия. -ГОСТ – 81. Комплексы измерительно-вычислительные. Признаки классификации. Общие требования. -ГОСТ – 80. Средства измерений и автоматизации. Сигналы частотные электрические непрерывные входные и выходные. -ГОСТ – 80. Средства измерений и автоматизации. Сигналы тока и напряжения электрические непрерывные входные и выходные. -ГОСТ – 81. Средства измерения и автоматизации. Сигналы электрические с дискретным изменением параметров входные и выходные. -ГОСТ – 81. Средства измерения и автоматизации. Сигналы электрические кодированные входные и выходные.

3. ВЫБОР КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ 3.1. Измеритель-регулятор одноканальный ОВЕН ТРМ201 Измеритель-регулятор одноканальный ТРМ201 предназначен для измерения и автоматического регулирования температуры (при использовании в качестве первичных преобразователей термопреобразователей сопротивления или термоэлектрических преобразователей), а также других физических параметров, значение которых первичными преобразователями (датчиками) может быть преобразовано в унифицированный сигнал постоянного тока или напряжения. Информация о любом из измеренных физических параметров отображается в цифровом виде на встроенном четырехразрядном цифровом индикаторе.

Прибор позволяет осуществлять следующие функции: -измерение температуры и других физических величин (давления, влажности, расхода, уровня и т.п.) с помощью стандартных датчиков; -регулирование измеряемой величины по двухпозиционному (релейному) закону; -вычисление квадратного корня из измеряемой величины при работе с датчиками, имеющими унифицированный выходной сигнал тока или напряжения; -отображение текущего значения измеряемой величины на встроенном светодиодном цифровом индикаторе; -регистрация данных на ЭВМ и установление конфигурации прибора с компьютера через интерфейс RS-485; -дистанционное управление регулятором.

Рисунок схемы внешних подключений ОВЕН ТРМ201-Щ2.Р

3.2. Измеритель-ПИД-регулятор микропроцессорный ОВЕН ТРМ101 Измеритель-ПИД-регулятор ТРМ101 предназначен для измерения и автоматического регулирования физических параметров, значение которых первичными преобразователями (датчиками) может быть преобразовано в напряжение постоянного тока или унифицированный электрический сигнал постоянного тока. Информация о любом из измеренных физических параметров может отображаться в цифровом виде на встроенном индикаторе.

Прибор выполняет следующие функции: -измерение температуры, давления или другой физической величины; -регулирование измеряемой величины по ПИД-закону путем импульсного или аналогового управления или по двухпозиционному закону; -автонастройка ПИД-регулятора на установленном объекте; -определение аварийной ситуации при выходе измеряемого параметра за заданные границы и при обрыве в контуре регулирования; -обнаружение ошибок работы и определение причины неисправности; -работа в сети, организованной по стандарту RS-485, что позволяет задавать необходимые режимы работы прибора и осуществлять контроль; -дистанционное управление запуском и остановкой регулирования.

Рисунок схемы внешних подключений ОВЕН ТРМ101-Р.Р

3.3. Расходомер ОВЕН РМ1 Расходомер ОВЕН РМ1 предназначен для измерения, индикации, регистрации и коррекции текущего и суммарного расходов жидкости, пара или газа в режиме реального времени с учетом температуры и давления в трубопроводе. Производит определение расхода путем измерения перепада давления на стандартном суживающем устройстве (диафрагме, специальном сопле и др.). К РМ1 подключаются стандартные дифтрансформаторы (вместо дискового самописца КСД и частотного сумматора) или любые датчики с унифицированным сигналом в виде тока (0 – 5), (0 – 10), (0 – 20), (4 – 20) мА и индуктивности (0 – 10) мГн, измеряющие перепад давления на суживающем устройстве в соответствии с ГОСТ ГСИ. Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления.

Прибор может выполнять следующие функции: -измерение текущего и суммарного расходов жидкости или газа; -измерение давления и температуры в трубопроводе; -регистрация среднечасового значения расхода, температуры и давления во внутренней энергонезависимой памяти прибора; -калибровка канала измерения расхода совместно с датчиком; -автоматическая коррекция массового расхода в зависимости от температуры и давления в трубопроводе. Считывание накопленной информации производится пользователем при помощи контактного устройства, подсоединяемого к расходомеру, и носителя информации DS1996L-F5 (модуль памяти типа «таблетка»).

Рисунок схемы внешних подключений ОВЕН РМ1

3.4. Преобразователь интерфейсов USB/RS-485 ОВЕН АС4 Преобразователь интерфейсов ОВЕН АС4 предназначен для взаимного электрического преобразования сигналов интерфейсов USB и RS-485 с обеспечением гальванической изоляции входов между собой. Прибор автоматически определяет направление передачи данных, что позволяет исключить необходимость в дополнительном управлении обменом данными и значительно снизить временные интервалы (тайм-ауты) между кадрами данных. Прибор позволяет подключать к промышленной сети RS-485 персональный компьютер, имеющий USB-порт, при этом питание прибора осуществляется от шины USB. При подключении прибора к ПК в последнем появляется виртуальный СОМ- порт, что позволяет без дополнительной адаптации использовать информационные системы, работающие с аппаратным СОМ- портом (SCADA, конфигураторы).

К линии, выполненной витой парой, может быть подключено до 32-х приборов. В качестве линий связи необходимо использовать кабели экранированной витой пары, например, NM FTP кат. 5e или кабель Belden для EIA RS-485. Подключение АС4 к ПК производится с помощью стандартного USB-кабеля. Перед подключением к ПК необходимо установить драйвер преобразователя. Рисунок схемы внешних подключений ОВЕН АС4

4. ПОСТРОЕНИЕ СХЕМЫ МОДЕРНИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КИП ОБЖИГОВЫХ ПЕЧЕЙ 4.1. Принципиальная схема модернизированной системы КИП Схема модернизированной системы КИП, приведённая в ПРИЛОЖЕНИИ 5, включает в себя схему сигнализации и схему автоматики безопасности. Схема сигнализации предназначена для извещения о нарушении нормального хода технологического процесса – обжига клинкера, что обычно проявляется в отклонении от заданного значения технических параметров: температуры, разрежения, давления, расхода. При появлении сигналов, машинист печей должен принять меры для устранения возникшей неисправности. Схема автоматики безопасности предназначена для отсечки (отключения) газа с горелки печи: -при выходе давления газа на горелке за заданные пределы (min./max.), -при недопустимом снижении разрежения на дымососе, -при остановке электродвигателя дымососа, -при отключении электропитания печи, -при возникновении прочих аварийных ситуаций – газ отсекается при нажатии на кнопку.

Рисунок схемы сигнализации

Рисунок схемы автоматики безопасности

4.2. Схема промышленной сети передачи данных обжиговых печей Схема промышленной сети передачи данных, организованная по стандарту RS-485, предназначена для: - передачи текущих значений измеренных величин и уставок технологических параметров, а также любых программируемых параметров на рабочий ПК инженера-технолога; - сбора данных на электронных носителях; -удаленного конфигурирования приборов. RS-485 – стандарт передачи данных по двухпроводному полудуплексному многоточечному последовательному каналу связи, широко используется в промышленной автоматизации. Для передачи и приёма данных используется единственная витая пара проводов. Передача данных осуществляется с помощью дифференциальных сигналов. По одному проводу (условно А) идет оригинальный сигнал, а по-другому (условно В) - его инверсная копия Другими словами, если на одном проводе "1", то на другом "0" и наоборот. Таким образом, между проводниками витой пары всегда есть разность потенциалов: при "1" она положительна, при "0" -отрицательна. Поддерживает 32 приёмопередатчика при максимальной длине линии 1200 метров на скорости 62,5 кбит/с.

Рисунок схемы промышленной сети передачи данных обжиговых печей

Линии связи приборов ТРМ с преобразователем интерфейсов АС4 реализуются посредством экранированной витой пары. R оср – оконечный согласующий резистор номиналом 100 (120) Ом. Рабочий ПК инженера-технолога совместно с преобразователем интерфейсов АС4 работают в режиме «Master», а приборы ТРМ – в режиме «Slave». Все приборы в сети работают по специализированному протоколу обмена данными «Овен». Приборы программируются либо кнопками на лицевой панели, либо через сетевой интерфейс с помощью бесплатной программы «Конфигуратор ТРМ».

Взаимодействие приборов и ПК инженера-технолога осуществляется через SCADA-систему OWEN PROCESS MANAGER (OPM). OPM предоставляет следующие возможности: - отображение и моделирование сети, состоящей из одного или нескольких адаптеров и подключенных к ним приборов ОВЕН, а также схемы технологического процесса на мониторе ПК; - сбор информации, передаваемой подключенными к ПК приборами; - ведение постоянного контроля работы приборов и регистрация данных на ПК через заданные промежутки времени по выбранным каналам приборов; - отображение текущих показаний приборов в цифровом или графическом виде на экране ПК; - выдача сообщений о выходе измеряемых величин за заданные границы; - возможность просмотра архива измерений за любой промежуток времени в табличном и графическом виде с помощью подсистемы Owen Report Viewer (ORV).

Просмотр архива измерений за любой промежуток времени в табличном и графическом виде с помощью подсистемы Owen Report Viewer (ORV). Вид одного из окон SCADA- системы OWEN PROCESS MANAGER (OPM) при просмотре текущих значений контрольно- измерительных приборов.

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ 5.1. Обоснование выбора приборов Приборы ООО «ПО Овен» выбраны исходя из многолетнего опыта применения их на технологических линиях и производственных мощностях ОАО ПО «Якутцемент». Основными преимуществами данных приборов являются: - отсутствие движущихся узлов и деталей, на которые негативно воздействует цементная пыль – приборы являются полностью электронными; - широкий диапазон питающего напряжения (90 – 245) В, возможность цифровой фильтрации показаний и устойчивость к электромагнитным воздействиям, что актуально в условиях промышленных помех и в моменты пуска энергоёмкого электрооборудования; - малые габариты и энергоёмкость – потребляемая мощность одного прибора не превышает 6 Вт (применяемые в настоящее время в системе КИП обжиговых печей приборы серии КС-3 потребляют 25 Вт); - гарантийный срок эксплуатации составляет 2 года, с последующим сервисным обслуживанием; - гибкая система настроек и многофункциональность – приборы могут применяться на различных участках технологических линий;

- возможность подключения широкого диапазона входных и выходных устройств; - класс точности и стабильность показаний – предел основной допускаемой приведенной погрешности при измерении 0,25/0,5 %; - возможность конфигурирования на ЭВМ и передача (регистрация) показаний на расстояние – используется промышленный интерфейс RS- 485; - не имеют полных аналогов среди отечественных приборов; - низкая стоимость по сравнению с приборами зарубежных производителей. Все приборы ООО «ПО Овен» имеют сертификаты соответствия и включены в государственный реестр средств измерений.

5.2. Затраты, учитываемые в договорной цене Затраты, учитываемые в договорной цене на модернизацию системы КИП обжиговых печей содержат следующие статьи: - затраты на приобретение оборудования, материалов и деталей; - затраты на монтажные работы; - затраты на пусконаладочные работы; - затраты на оплату труда; -накладные расходы Сводный расчёт п/п Наименование статьи расходов Сумма, руб. 1Затраты на приобретение оборудования, материалов и деталей ,00 2Затраты на монтажные работы30 490,00 3Затраты на пусконаладочные работы13 000,00 4Затраты на оплату труда (с учётом ЕСН) ,00 5Накладные расходы ,30 Итого (без НДС): ,30 НДС на приобретение, монтаж и пуско-наладку оборудования (18%)27 334,62 Итого (с учётом НДС): ,92

5.4. Оценка технико-экономической эффективности Используемые при модернизации системы КИП приборы являются электронными и не имеют подверженных механическому износу деталей, в связи с чем отсутствует необходимость в замене комплектующих узлов (таких как, например: усилители, шаговые и реверсивные электродвигатели); потребляют наименьшее количество электроэнергии, в сравнении с прежними; позволяют организовать промышленную сеть передачи данных с последующим хранением на электронных носителях. Источником эффективности модернизированной системы КИП обжиговых печей является прирост объёмов клинкера и (или) снижение его себестоимости. Улучшение этих показателей чаще всего достигается за счёт уменьшения расхода природного газа на единицу объёма (например, 1 м 3 клинкера) благодаря более точному поддержанию оптимального технологического режима, увеличению производительности оборудования за счёт сокращения рабочего времени из-за неплановых остановок процесса обжига, вызванных ошибками управления, несвоевременного принятия мер по устранению аварийной ситуации.

6. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ К монтажу контрольно-измерительных приборов допускаются лица прошедшие инструктаж по охране труда и технике безопасности, не моложе 18 лет, без противопоказаний по здоровью, имеющие правовое профессиональное удостоверение и допуск к монтажу и обслуживанию оборудования данной категории. Прохождение инструктажа отмечается в журнале. Электромонтеры должны быть обеспечены защитными средствами, прошедшими соответствующие лабораторные испытания. Все электромонтажные, монтажные и ремонтные работы должны производиться только при снятом напряжении и соблюдении «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей». Монтажно-наладочные работы должны выполняться в соответствии с ВСН «Инструкция по технике безопасности при монтаже и наладке приборов контроля и средств автоматизации». Так же при выполнении робот необходимо руководствоваться разделами по технике безопасности технической документации предприятий-изготовителей, ведомственными инструктивными указаниями по технике безопасности при монтаже и наладке приборов контроля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В настоящем дипломном проекте основной задачей явился выбор контрольно-измерительных приборов и разработка модернизированной системы КИП цементных обжиговых печей завода ОАО ПО «Якутцемент». Исходя из необходимых требований к контрольно-измерительным приборам и технологических параметров печных агрегатов, мною выбраны приборы ООО «ПО Овен». Обоснованием является то, что приборы данной фирмы на сегодняшний день отвечают всем необходимым техническим требованиям, предъявляемым при эксплуатации. Имеют хорошие технические показатели, сравнимые с зарубежными аналогами, при этом ниже по стоимости. Прежняя система КИП морально и физически устарела, экономически не выгодна в обслуживании, отсутствует звуковая и световая сигнализация, запись и хранение данных осуществляется на бумажных носителях. Необходима её модернизация. Так же в дипломном проекте была разработана схема промышленной сети передачи данных обжиговых печей организованная по стандарту RS-485, благодаря чему возможен обмен данными между измерительными приборами и ПК инженера-технолога,

запись и хранение результатов измерений на электронных носителях, контроль и своевременное принятие мер направленных на оптимизацию процесса обжига. Стоимость модернизации системы КИП цементных обжиговых печей завода ОАО ПО «Якутцемент» (с учётом затрат на оплату труда, накладных расходов, а так же затрат на приобретение, монтаж и пуско- наладку оборудования с НДС) составляет ,92 рублей. Результаты дипломного проекта могут быть применены в реальной деятельности предприятия ОАО ПО «Якутцемент».

ЛИТЕРАТУРА 1. Дж. Джейкоб Удалённое обслуживание для оптимизации производства// Научно-технический и производственный журнал «Цемент и его применение». – СПб.: – С Автоматизация: тематическая подборка// Научно-технический и производственный журнал «Цемент и его применение». – СПб.: – С Алексеев Б.В., Барбашев Г.К. Производство цемента: учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, – 264 с. 4. Гресько А.А., Долгая Л.А. Справочник слесаря по контрольно- измерительным приборам. – Киев: Тэхника, – 176 с. 5. Лысенко Э.В. Проектирование автоматизированных систем управления технологическими процессами. – М.: Радио и связь, – 272 с. 6. Клюев А.С., Глазов Б.В. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: справочное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, – 464 с. 7. ГОСТ – 84. Изделия ГСП. Общие технические условия. Введ – 31 с. 8. ГОСТ – 84Е. ГСП. Приборы и средства автоматизации электрические аналоговые. Общие технические условия. Введ – 9 с.

9. ГОСТ – 81. Комплексы измерительно-вычислительные. Признаки классификации. Общие требования. Введ – 11 с. 10. ГОСТ – 80. Средства измерений и автоматизации. Сигналы тока и напряжения электрические непрерывные входные и выходные. Введ – 7 с. 11. ГОСТ – 81. Средства измерения и автоматизации. Сигналы электрические с дискретным изменением параметров входные и выходные. Введ – 7 с. 12. ГОСТ – 81. Средства измерения и автоматизации. Сигналы электрические кодированные входные и выходные. Введ – 5 с. 13. ГОСТ – 80. Средства измерений и автоматизации. Сигналы частотные электрические непрерывные входные и выходные. Введ – 6 с. 14. ГОСТ – 83. Системы электроснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения до 1000 В. Введ – 5 с. 15. Сайт ООО «ПО Овен» – Сайт ООО ТД «Элеком» – ФЕРм 81–03–11–2001. Федеральные единичные расценки на монтаж оборудования. Приборы, средства автоматизации и вычислительной техники. – М.: Госстрой России, – 34 с.

18. ФЕРп 81–04–02–2001. Федеральные единичные расценки на пусконаладочные работы. Автоматизированные системы управления. – М.: Госстрой России, – 35 с. 19. ВСН 329 – 78. Инструкция по технике безопасности при монтаже и наладке приборов контроля и средств автоматизации. Введ – 25 с. 20. Ганенко А.П. Лапсарь М.И. Оформление текстовых и графических материалов: требования ЕСКД. – М.: Академия, – 336 с. 21. Васильев И.Н., Мельчинов В.П. Дипломная работа: методические указания. – Якутск: ЯГУ, – 36 с. 22. Информационный портал по АСУ ТП – Информационный портал по КИПиА – Сайт сети магазинов радиоэлектронных компонентов «Чип и Дип» –