Система измерения уровня чугуна в миксеровозе во время выпуска
Система измерения уровня чугуна в миксеровозе во время выпуска
Система измерения уровня чугуна в миксеровозе во время выпуска предназначена для автоматического бесконтактного измерения уровня высокотемпературного расплава (жидкий чугун), выпускаемого из доменной печи, непосредственно во время налива его в миксеры.
Основные функции системы:
- измерение уровня чугуна в миксере в процессе налива;
- определение положения миксера относительно оси слива чугуна из качающегося желоба;
- вычисление веса чугуна в миксере в процессе налива;
- отображение номера выпуска, номера миксера, уровня чугуна и его веса на широкоформатном световом табло (ручной ввод номеров выпуска и миксера);
- отображение положения миксера относительно оси качающегося желоба на табло машиниста;
- визуализация и создание базы данных контролируемых параметров с привязкой к номеру выпуска и номеру миксера;
- передача на верхний уровень АСУ в экспертную систему цеха всех контролируемых параметров с привязкой к номеру выпуска и номеру ковша.
Преимущества, которые обеспечивает система:
Осуществление непрерывного инструментального контроля процесса налива чугуна в миксеры на доменной печи;
Обеспечение номинального наполнения миксеров чугуном посредством автоматического измерения уровня чугуна в миксерах в процессе их налива на выпусках из доменной печи;
Определение веса чугуна, налитого в миксеры на выпусках из доменной печи;
Предотвращение аварийных ситуаций, связанных с переливом чугуна.
Система позволяет получать информацию о количестве чугуна, выпускаемых на четырех чугунных летках. Аппаратный комплекс системы состоит из:
-восьми приборных блоков, которые состоят из:
-восьми радарных блоков РБ (по одному в каждом приборном блоке);
-восьми блоков определения позиции миксера БПМ, поставленного под налив (по одному в каждом приборном блоке);
-четырех операторских панелей ОП;
-шестнадцати информационных табло машиниста ТМ;
-восьми коммуникаторов измерителей позиции КИП;
-четырех широкоформатных табло ШТ;
-одного автоматизированного рабочего места оператора (центральной ЭВМ), предназначенного для отображения сводной информации о функционировании Системы, хранения базы данных, отображения диагностической информации, настройки системы и предоставления возможности доступа к данным Системы из внешней проводной цеховой сети Ethernet;
-четырех шкафов распределительных;
-вспомогательного оборудования (ИБП, сетевой инжектор и маршрутизатор, точка доступа Wi-Fi).
Условно систему можно разбить на подсистемы:
- подсистема измерения уровня чугуна;
- подсистема измерения положения горловины миксера;
- подсистема сбора, обработки и передачи информации.
Подсистема измерения уровня чугуна
Подсистема измерения уровня чугуна в миксере на одной летке состоит из операторской панели и двух радарных блоков (датчиков уровня), установленных на каждой стороне слива чугуна.
Операторская панель содержит промышленный компьютер, получающий информацию от радарных уровнемеров по цифровой линии связи. К компьютеру подключен монитор, на который выводится текущая информация об уровне чугуна в графическом и цифровом видах. Конструкция операторской панели выполнена с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси неподвижного основания в диапазоне углов от -10 до +10 градусов относительно нормального положения. Это сделано для удобства наблюдения данных о процессе налива чугуна с рабочих мест оператора управления наливом.
На передней панели расположен жидкокристаллический монитор размером по диагонали 26 дюймов, а также кнопки управления и индикаторы включения питания пульта. Операторская панель оснащена пультом для ручного ввода номера выпуска и номера миксера. В выключенном состоянии монитор закрывается откидывающейся крышкой.
Операторская панель ОП подключается к цеховой ЭВМ (ЦЭВМ) по беспроводной сети LAN (Wi-Fi) посредством встроенного Wi-Fi модуля и точек доступа Wi-Fi, расположенных в цехе.
Оператор вручную вводит номер миксера и номер выпуска, используя встроенную клавиатуру. При достижении максимального уровня в операторской панели включается звуковой сигнал. С операторской панели также осуществляется ручное управление положением штанги отражателя.
Радарный блок (РБ) служит для измерения уровня расплава.
Блок специально разработан в ООО «НТЦ «Прибор» для решения подобных задач.
В качестве измерительного устройства используется микроволновый уровнемер УЛМ-11, который представляет собой бесконтактный радиолокационный измерительный прибор непрерывного действия. Работа уровнемера основана на принципе радиолокации в миллиметровом диапазоне радиоволн (частота излучения составляет 91 ГГц). Измерительная часть уровнемера не содержат движущиеся части и не контактируют с продуктом или внутренним объемом резервуара, кроме того, для снижения влияния теплового поля расплава и исключения загрязнения антенны уровнемера, излучение направляется на расплав через отражатель, что обеспечивает повышенную надежность и долговечность работы уровнемера в условиях металлургического производства. Уровнемер УЛМ-11 монтируется в специальную конструкцию РБ, содержащую отражатель. Радарный блок РБ крепится на укрытие со стороны площадки оператора налива. Отражатель, установленный на штанге, через отверстие в укрытии выводится в зону, непосредственно над горловиной миксера. При включении питания электропривод поворачивает штангу отражателя в рабочее положение. Отражатель устанавливается на оси уровнемера.
РБ представляет собой автономное измерительное устройство, имеющее цифровой и пропорциональный токовый интерфейсы.
Цифровой интерфейс соответствует стандарту RS485. Программное взаимодействие обеспечивается поддержкой протокола ModbusRTU. В соответствии с данным протоколом каждый датчик уровня имеет свой уникальный номер, что позволяет объединять в одну измерительную систему до 255 датчиков.
Цифровой интерфейс используется как для конфигурирования уровнемеров, так и для получения точной информации об уровне наполнения ковша. Применение такого интерфейса позволяет получать результаты измерения без потерь на цифро-аналоговое/аналого-цифровое преобразование выходного сигнала, неизбежных в случае использования только пропорционального токового интерфейса.
Пропорциональный токовый интерфейс обеспечивает выдачу токового сигнала в диапазоне от 4 до 20 мА пропорционально измеренному уровню заполнения резервуара. Данный интерфейс предназначен для подключения к уровнемеру исполнительных устройств, индикаторов и т.д., имеющих токовый интерфейс 4-20мА.
Схема измерения уровня расплава
Схема расположения РБ при измерении уровня расплава в миксере имеет вид:
Микроволновый луч уровнемера, отражаясь от отражателя, попадает на поверхность расплава, находящегося в миксере. Отраженное микроволновое излучение по обратному ходу попадает на уровнемер. Уровень расплава определяется по расстоянию L=l1 + l2 по оси луча от антенны уровнемера до поверхности расплава.
При поверке уровнемера за базовую точку принимается расстояние до уровня рельс, измеряемое уровнемером при отсутствии миксера. Важным параметром измерителя уровня является диаметр луча на заданном расстоянии. Диаметр луча (D) на расстоянии (L=l1 +l2) от антенны уровнемера рассчитывается по формуле:
D = 0,08 * L , [м]
где L - длина луча, расстояние от антенны до поверхности расплава. При расчетах следует учитывать, что максимальный диаметр луча (Dmax) будет при минимальном уровне расплава в миксере (т.е. при минимальном его наполнении), когда длина луча максимальна (Lmax). Диаметр луча определяет область измерения уровня, куда не должны попадать посторонние предметы - струя расплава от качающегося желоба, стенка миксера, его горловина.
Другим важным условием измерения уровня расплава является ортогональность падения луча на поверхность расплава. Это условие должно обеспечиваться базировкой конструкции уровнемера на укрытии и его начальной юстировкой.
Подсистема измерения положения горловины миксера
Подсистема предназначена для определения положения оси горловины миксера относительно позиции слива чугуна и передачи данных на табло машиниста. Представляет собой автономную специализированную систему технического зрения. Управляется от ЭВМ, установленной в коммуникаторе измерителя положения миксера КИП. Для вывода информации о текущем положении горловины миксера используются два табло машиниста ТМ. Обработка сигналов видеокамеры контроля позиции миксера выполняется промышленным компьютером, расположенном в коммуникаторе измерения позиции миксера. Положение горловины миксера относительно оси качающегося желоба передается одновременно на два табло машиниста. Кроме того, позиция миксера передается в операторскую панель от компьютера посредством сетевого коннектора LAN .
Система технического зрения позволяет в автоматическом режиме определять положение горловины миксера относительно оси слива чугуна. Вся система смонтирована в приборном блоке, в её состав входят: IP-видеокамера обеспечивающая передачу видеоизображения о горловине миксера в коммуникатор измерителя позиции КИП по проводной линии связи Ethernet и электронагреватель с терморегулятором, обеспечивающий работоспособность при низких температурах наружного воздуха. Электронагреватель включается при снижении температуры воздуха внутри блока ниже +15 градусов Цельсия.
Табло машиниста предназначено для отображения информации машинисту миксеровоза о позиции миксера относительно оси качающегося желоба.
Два табло машиниста ТМ устанавливаются на колоннах у железнодорожных путей, удобных для наблюдения из миксеровоза. Каждое из двух табло ориентировано на свою сторону возможного подъезда миксеровоза.
Табло машиниста представляет собой металлическую конструкцию размерами: ширина 500 мм, высота – 600 мм, глубина – 250 мм. Степень защиты IP55. На задней крышке табло машиниста расположен замок для открытия задней крышки. Обслуживание табло машиниста осуществляется с переносной лестницы, которая на уровне +3000 зацепляется за специальный кронштейн на колонне.
Передняя панель табло машиниста является светодиодным индикатором позиции миксера. Она содержит два информационных поля – поле 1 графического изображения положения миксера относительно оси качающегося желоба, поле 2 – цифрового отображения положения миксера.
На графическом отображении стрелками красного цвета отображается позиция миксера относительно оси желоба (красные горизонтальные линии). Величина расстояния оси горловины миксера от оси качающегося желоба отображается в сантиметрах на двухсимвольном цифровом индикаторе 2. Знак плюс приписывается по ходу движения миксера (стрелка вверх). При знаке плюс миксеровоз следует подавать назад (машинист смотрит в сторону миксера, т.е. назад), при знаке минус – вперед (стрелка вниз). При уменьшении расстояния менее 100 см стрелка на табло машиниста отображается в уменьшенном масштабе.
Степень защиты табло машиниста IP55.
На нижнейчасти табло машиниста расположены разъем для подключения кабеля. Питание табло машиниста осуществляется от коммуникатора измерителя положения КИП. Максимальное потребление составляет 300Вт.
Табло машиниста оборудовано элементом для подключения защитного заземления. Элемент заземления расположен на боковой стенке табло машиниста и выполнен в виде специальной клеммы. Внешний вид табло:
Подсистема сбора, обработки и передачи информации
Подсистема включает в себя центральную ЭВМ и широкоформатные информационные табло.
Центральная ЭВМ Системы (ЦЭВМ) устанавливается на ЦПУ доменной печи. Эта машина подключена к цеховой информационной компьютерной сети по LanEthernet. Эта же машина организует и управляет работой локальной информационной сетью Системы (ИСС), являющейся проводной компьютерной сетью LanEthernet до точек доступа Wi-Fi, расположенных в цехе, и беспроводной Wi-Fi сетью, от точек доступа до операторских панелей ОП.
Центральная ЭВМ отображает всю измерительную информацию на мониторе, кроме того передает данные о весе чугуна в цеховую АСУ. К центральной ЭВМ подключены четыре широкоформатных табло, на которых отображается текущие номер выпуска, номер миксера, уровень чугуна и его вес.
Широкоформатные табло располагаются в цехе и предназначены для отображения информации о текущем уровне чугуна в ковше, весе налитого чугуна и т.д. На передней панели расположены светодиодные индикаторы, а также кнопки управления и индикаторы включения панели.
В нижней части широкоформатного табло расположены разъемы для подключения входного питания и информационной линии связи.
Внешний вид табло представлен на рисунке:
