Proiectarea și realizarea unui sistem experimental pentru [630039]

Anexa 8

MINISTERUL EDUCAȚIEI NA ȚIONALE ȘI CERCETĂRII ȘTIINȚIFICE
UNIVERSITATEA PETROL – GAZE DIN PLOIEȘTI
FACULTATEA: INGINERIE MECANICĂ Ș I ELECTRICĂ
DEPARTAMENTUL: AUTOMATICĂ, CALCULATOARE ȘI
ELECTRONICĂ
PROGRAMUL DE STUDII: AUTOMATICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ
FORMA DE ÎNVĂ ȚĂMÂNT: IF

Vizat
Facultatea IME
(semnătura și ștampila) Aprobat,
Director de departament,
Prof.dr.ing. Cristian Pătrășcioiu

PROIECT DE DIPLOMĂ

TEMA: Proiectarea și realizarea unui sistem experimental pentru
configurarea și simularea automatelor finite cu aplicații industriale

Conducător științific:
Conf. Dr. Ing. Adrian Moise
Consultant științific:
Ing. Vișan Marius Constantin
Absolvent: [anonimizat]
2017

UNIVERSITATEA PETROL – GAZE DIN PLOIESTI Anexa 9
FACULTATEA: INGINERIE MECANICĂ ȘI ELECTRICĂ
DOMENIUL: INGINERIA SISTEMELOR
PROGRAMUL DE STUDII: AUTOMATICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ
FORMA DE ÎNVĂ ȚĂMÂNT: IF

Aprobat,
Director de departament,
Prof.dr.ing. Cristian Pătrășcioiu Declar pe propria răspundere că voi elabora
personal proiectul de diplomă și nu voi folosi alte
materiale documentare în afara celor prezentate la
capitolul „Bibliografie”.

Semnătură student(ă):
DATELE INIȚALE PENTRU PROIECTUL DE DIPLOMĂ
Proiectul a fost dat student: [anonimizat]/student: [anonimizat]:

1) Tema proiectului

2) Data eliberării temei:
3) Tema a fost primită pentru îndeplinire la data:
4) Termenul pentru predarea proiectului:
5) Elementele inițiale pentru proiect:

6) Enumerarea problemelor care vor fi dezvoltate:

7) Enumerarea materialului grafic (acolo unde este cazul):

8) Consultații pentru proiect, cu indicarea părților din proiect care necesită consultarea:

Conducător științific: Student(ă)

Semnătura: Semnătura:

2

UNIVERSITATEA PETROL – GAZE DIN PLOIESTI Anexa 10
FACULTATEA: INGINERIE MECANICA ȘI ELECTRICĂ
DOMENIUL: INGINERIA SISTEMELOR
PROGRAMUL DE STUDII: AUTOMATICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ
FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: IF

APRECIERE
privind activitatea absolvent: [anonimizat]:
în elaborarea proiectului de diplomă cu tema:

Nr.
crt. CRITERIUL DE APRECIERE CALIFICATIV
1. Documentare, prelucrarea informațiilor din bibliografie
2. Colaborarea ritmică și eficientă cu conducătorul temei proiectului
de diploma
3. Corectitudinea calculelor, programelor, schemelor, desenelor,
diagramelor și graficelor
4. Cercetare teoretică, experimentală și realizare practică
5. Elemente de originalitate (dezvoltări teoretice sau aplicații noi ale
unor teorii existente, produse informatice noi sau adaptate, utile
în aplicațiile inginerești)
6. Capacitate de sinteză și abilități de studiu individual
CALIFICATIV FINAL
Calificativele pot fi: nesatisfăcător/satisfăcător/bine /foarte bine /excelent .

Comentarii privind calitatea proiectului:
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
_______________________________ ____________________________________________
___________________________________________________________________________
_________________________

Data:
Conducător științific
(gradul didactic, nume, prenume și
semnătura)
Consultant științific (dacă e cazul)
(gradul didactic, nume, prenume și
semnătura)

3

CUPRINS

INTRODUCERE ( 1-2pagini referitoare la motivația temei, conținutul general al problemei abordate,
încadrarea temei în domeniul specializării, obiectivele urmărite etc.)

ANALIZA CRITICĂ A STADIULUI NAȚIONAL/INTERNAȚIONAL DE
REZOLVARE A TEMEI ABORDARE (5-10 pagini), pe baza informațiilor din literatura de
specialitate)

CAPITOLUL 1. Analiza proceselor tehnologic e ale aplicațiilor industrial e alese

CAPITOLUL 2. Conducerea automat ă a proceselor

CAPITOLUL 3. Proiectarea sistemului automat

CAPITOLUL 4 . Implementarea sistemului automat

Referitor la capitolele 1,2,3 15 -20 pagini), care să conțină și realizările originale ale autorului, rezultatele
cercetării teoretice, aplic ative și experimentale, interpretarea originală a unor date din literatura de specialitate,
produse informatice noi sau îmbunătățite etc.

CAPITOLUL 5 . Concluzii (1-2 pagini), elaborate pe baza studiului și cercetării efectuate în domeniul
temei abordate, care sa evidențieze principalele contribuții ale proiectului, gradul și domeniul de aplicabilitate,
aspecte tehnico -economice etc.

BIBLIOGRAFIE (minim 10 cărți și articole de specialitate, inclusiv într -o limbă străină).

ANEXE (facultativ, maxim 15 pagin i), care să conțină aplicații particulare, demonstrații ale unor teoreme sau
dezvoltări teoretice, tabele cu rezultate experimentale, produse informatice, desene și grafice ajutătoare etc.

REZUMAT (maxim 2 pagini) în limba engleză.

INTRODUCERE

Proiectul de licență este rezultatul parteneriatului pe care l -am dezvoltat cu Tenaris
Silcotub, companie specializată în producerea țevilor de oțel utilizate în diverse aplicații din
industria mecanică, auto -moto, a petrolului și a gazelor naturale, industria chimică și
petrochimică, industria energetică . Unitățile de producție, birourile comerciale, respectiv
centrele de servicii, dezvoltare și cercetare ale companiei sunt prezente în toată lumea cu
sediul central în Luxemburg . Tena ris Silcotub reprezintă liderul de piață în România la
producerea de țevi de oțel fără sudură. Compania este prezentă în țara noastră din 2004, odată
cu achiziționarea fabricii de țevi Silcotub din Zalău. Extinderea unităților de producție din
România s -a realizat în 2005 prin achiziționarea oțelăriei din Călărași, respectiv în 2012, prin
achiziționarea fabricii de prăjini pentru pompare din Câmpina. Pentru facilitarea livrării
țevilor către clienți, Tenaris a creat în 2013 un centru de servicii la Ploiești . Capacitatea de
producție a fabricii de țevi din Zalău este de 180000 de tone/an, pe când oțelăria din Călărași
dispune de o capacitate de producție de 470000 de tone/an. Produsele finite variază în funcție
de cerințele clienților, acestea fiind supuse la diverse tratamente, respectiv teste non –
distructive înainte de a fi livrate. Pentru industria energetică, compania produce țevi utilizate
la boilere, supraîncălzitoare, condensatoare, respectiv schimbătoare de căldură.
Colaborarea mea cu Tenaris Silcotub a inceput în anul 2016, când am aplicat pentru
programul de Internship. Stagiul de practică din vara anului 2016 a fost realizat la oțelaria
electrică Tenaris din Călărași, unde am efectuat un proiect ce a implicat inspecți a si
managementul echipamentelor de ridicare și manipulare a sarciniilor în cadrul
departamentului Mentenanță.
Pentru continuitatea parteneriatului, am decis ca după finalizarea stagiului de practică
să efectuez proiectul de licență care implică eficientizarea consumului de energie electr ică ale
compresoarelor de aer, respectiv ale turnurilor de răcire. Am reușit să finalizez cu succes acest
proiect datorită sprijinului extraordinar oferit de domn ul Ing. Vișan Marius Constantin, căruia
ii adresez mulțumiri. Totodată, mulțumesc domnului Ing . Bogdan Vasiliniuc pentru
informațiile oferite în vederea conceperii unor sisteme de r eglare automată (compresoarelor )
și a turației ventilatoarelor din stația de apă , pentru training -ul oferit referitor la folosire a
PLC-ului, programului STEP7 și a inte rfeței HMI WinCC.
De asemenea adresez sincere mulțumiri domnului Conf. Dr. Ing. Adrian Moise pentru
toată deschiderea și sprijinul acordat în vederea realizării acestui proiect. UNFINISHED

ANALIZA CRITICĂ A STADIULUI NAȚIONAL/INTERNAȚIONAL DE
REZOLVARE A TEMEI ABORDARE

(5-10 pagini), pe baza informațiilor din literatura de specialitate)

Capitolul 1

Analiza proceselor tehnologic e ale aplicațiilor industrial e alese

1.1 Prezentarea procesului de fabricare al oțelului

Procesul de fabricare al oțelului conține mai multe etape cu rol critic în elaborarea
produsului final

Fig 1.1. Etapele procesului de fabricare al oțelului

Produsele finite ce sunt reprezentate de oțelurile carbon slab aliate, respectiv aliate se
obțin ȋn cadrul oțelǎriei electrice prin urmǎtoarele operații de bazǎ:

a) Manipularea și depozitarea materiilor prime

Fierul vechi reprezintă principala mate rie primă utilizată pentru producerea oțelului,
acesta fiind utilizat pentru alimentarea Cuptorului cu Arc Electric(CAE). Obținerea fierului
vechi se poate realiza prin achiziționare de pe piață sau prin reciclare din producția internă.
Există trei forme în care se poate afla materia primă: neprocesată, comprimată, respectiv
mărunțită. Pentru a se realiza încărcarea fierului vechi în Cuptorul cu Arc Electric se
utilizează cazane în care materia primă este descărcată cu materiale suspendate sau
autocamioane cu benă basculantă.

b) Ȋncărcarea cuptorului cu arc electric

După deschiderea capacului cuptorului se realizează încărcarea acestuia. După aceea
are loc procesul de topire prin intermediul arcului electric. Cuptorul nu trebuie golit niciodată
în înt regime, deoarece resturile de material ajută la topirea următoarei șarje. Fierul redus
direct este încărcat în CAE cu ajutorul unei benzi de transport până la atingerea capacității
maxime a șarjei.

Fig 1.2. Prezentarea procesului de fabricare al oțelului

c) Topirea și afinarea în cuptor

După ce încărcătura este parțial topită prin intermediul arcului electric produs de
electrozii din interiorul CAE, oxigenul și carbonul se introduc în cuptor, astfel crescând
energia încălzirii băii.Încărcătura topit ă trebuie să atingă temperatura adecvată
procesului de fabricare a oțelului, iar compoziția sa chimică trebuie să fie în conformitate cu
cerințele acestuia. După ce materiile prime ajung în stare lichidă, sunt necesare mai multe
măsurători pentru ca apoi să se realizeze încărcarea fierului vechi în Cuptorul cu Arc Electric.
În vederea realizării acestei acțiuni se utilizează cazane în care materia primă este descărcată
cu materiale suspendate sau au tocamioane cu benă basculantă.

Fig 1.3. Coborârea, ridicarea și balansarea capacului cuptorului pentru a permite
alimentarea

d) Tratamentul secundar al oțelului LF

După evacuare, oala cu oțel este transportată la instalația de tratament secundar în
vederea asigurării condițiilor necesare turnării continue. Prin tratamentul secundar al oțelului
se urmărește încadrarea în analiza chimică dorită, asigurarea unei purităț i cât mai ridicate,
omogenitatea chimică și a temperaturii, desulfurarea avansată și asigurarea temperaturii
necesare turnării continue.

e) Turnarea continuă a oțelului

Principalul scop al procesului de turnare continuă este acela de a transforma oțelul
lichid în bare solide. După ce operațiile de rafinare se finalizează, bena este transportată într -o
zonă în care poate fi ridicată de către o macara. Procesul de turnare începe în momentul în
care oțelul începe să curgă din benă către repartitor, r espectiv din repartitor către liniile de
solidificare ale turnării. După finalizarea procesului de turnare, are loc răcirea barelor și,
ulterior, acestea sunt depozitate.

Fig 1.4. Turnarea barelor de oțel

1.2. Instalația de aer

1.2.1 Stația de compresoare
– IR 132K – OF Ingersoll Rand nu este pornit
SCADA – Schema stația de compresoare in ansamblu, diferentiere circuite + sumar
Stație de compresoare (definiție + transformări energetice) DE VERIFICAT
Stația de compresoare este definită ca un ansamblu de construcții destinate furnizării
aerului comprimat, precum și echipamente de bază : uscătoare, rezervoare, traductoare de
presiune și de debit.
Agregatul principal într -o instalație de producere a aerului comprimat este
compresorul. Se numesc compresoare toate mașinile care vehiculează aer, gaz sau abur,
înfluențând raportul presiunii.
Caracteristicile fiecărui compresor sunt :
– Debitul de aer furnizat [Nm3/h];
– Presiune de lucru [bar];
– Consum energie electrică [kWh/h].
Presiunea de lucru folosită în cadrul oțelăriei electrice din Călărași este de 7.5bar
Aerul comprimat cât și cel instrumental se folosesc în aplicații pneumatice precum
cilindri pneumatici, distribuitoare pneumatice, echipamente de racire cu aer. Intotdeauna se
preferă aerul instrumental deoarece acesta a trecut printr -un proces de filtrare și în urma
procesului aerul comprimat obținut nu conține umiditate, ulei, sau impurițăți. Umiditatea
poate dăuna consumatorilor pneumatici în sensul că în sezonul rece, a pa de pe con ductă se
poate depune pe conducte ducând la o formație din gheață, oprind astfel circuit de aer
comprimat.
În cadrul oțelăriei electrice din Călărași există 2 stații de compresoare :
– Stația de aer comprimat
– Stația de aer instrumental.

Stația de aer compri mat are rolul de a asigura aerul comprimat industrial, aer care are
o presiune mai mare decat cea atmosferica, obținut cu ajutorul unor compresoare.

Fig. 1.5. Compresor ML160 Ingersoll Rand
În cadrul acestei stații se regăsesc 3 compresoare ML 160 Ingersoll Rand , debitul de
aer al fiecărui compresor fiind de 1680 Nm3/h, specificațiile tehnice sunt prezentate mai jos:

Fig. 1.5. Specificații tehnice ML160 Ingersoll Rand

Stația de aer instrumental are rolul de a asigura aerul comprimat instrumental, aer care
a trecut printr -un proces de filtrare. În urma acestui proces, aerul comprimat obținut este fără
ulei, umiditate sau impurițăți.
În cadrul acestei stații se regăsesc următoarele compresoare :
– GA 55 Atlas Copco ;
– GA 50 VSD Atlas Copco ;
– GA315 VSD .

Fig. 1.6. Compresor GA55 Atlas Copco

Debitul de aer al fiecărui compresor GA55 Atlas Copco este de 638 Nm3/h,
specificațiile tehnice sunt prezentate mai jos:

Fig. 1.7. Specificații tehnice GA55 Atl as Copco

Cele două stații au rolul de a asigura vehicularea aerului comprimat , respectiv
industrial la principalii consumatori :

– Mașina de Turnare Continuă (MTC);
– Mașina de Marcat (MM);
– GEGA;
– Epurare.

Fig. 1.5. Instalația de aer

În figura de mai sus este prezentată instalația de aer în ansamblu, având în vedere
presiunea și debitul aerului comprimat sau instrumental, respectiv consumatori alimentați, se
diferențiază următoarele circuite :
Diferențiere circuite (INTERFATA SCADA+ explicație succintă)

1.2.2 Uscătoare (7 )
– Uscator BD 1600
– Uscator BD 1050
– Uscator 3x CD150
– Uscator CD230
Uscător definiție, enumerare uscatoare +unde se folosesc
1.2.3 Tank (rezervoare) SUMAR
-Rezervor 3x
-Rezervor GEGA
-Rezervor MTC
-Rezervor Epurare
-Rezerv or Castel -avarie

1.2.4. Invertorul amplasat pe compresoare

1.2.5. Colectorul

La 1.2.2….5 Teorie, poze, funcționare, care este rolul lor in circuitul de ansamblu

1.3. Stația de apă

1.3.1. Stația de pompare

Stația de pompare este definită ca un ansamblu de construcții hidrotehnice, precum și
echipamente de bază, respectiv auxiliare. Acestea, împreună cu instalațiile electrice și de
automatizare au ca rezultat vehicularea volumelor de apă necesare anumitor consumatori.
Transformările energetice din stație sunt realizate de către agregatele de pompare
încadrate în ansambluri de construcții și instalații hidrotehnice, care asigură racordarea
hidraulică a pompelor.
În cadrul oțelăriei electrice din Călărași există o stație de pompare ce are rolul de a
asigur a vehicularea apei reci, respective calde la principalii consumatori :

– Cuptorul cu Arc Electric (CAE);
– Instalația de Tratament Secundar (ITS);
– Mașina de Turnare Continuă (MTC).

Fig. 1.5. Stația de apă
În figura de mai sus este prezentată stația de apă în ansamblu, având în vedere
presiunea si temperatura apei vehiculate prin pompe, respectiv consumatori alimentați se
diferențiază următoarele circuite :

1) Circuitul de apă rece CAE -ITS la presiunea de 6 [bar]. Trei pompe pot asigura
vehicularea de bitului de apă rece, acestea fiind P18A, P18B și P18C.

Fig. 1.6. Circuitul de apă rece CAE -ITS

2) Circuitul de apă rece MTC spray, utilizat pentru răcirea barelor de oțel la presiunea
de 12 [bar]. Patru pompe asigură vehicularea debitului de apă rece, acestea fiind P12, P46,
P47 și P48.

Fig. 1.7. Circuitul de apă rece MTC

3) Circuitul de alimentare a stației de apă demineralizată. Pompele ce asigură circulația
apei sunt P1 și P2. Totodată, există și un circuit conceput special în vederea spălării fi ltrelor.
Prin intermediul interfeței Touch Panel -ului, pompele pot fi pornite și oprite, se poate
vizualiza starea vanelor aferente circuitului, respectiv pot fi identificate posibilele avarii.
Circuitul de spălare a filtrelor presupune atât un mod manual de funcționare, cât și unul
automat . La acest circuit, poate fi monitorizată presiunea, respectiv temperatura apei.

Fig. 1.8. Circuitul de alimentare al stației de apă demineralizată

4) Circuitul de apă demineralizată aferent cristalizatoarelor, presiu nea fiind de 8 [bar].
Trei pompe pot asigura vehicularea debitului de apă demineralizată, acestea fiind P7, P8 și
P9.

Fig. 1.9. Circui tul de apă rece al cristalizatoarelor

5) Circuitul de apă caldă CA E-ITS la presiunea de 8 [bar]. Șase pompe pot asigura
vehicul area debitului de apă caldă, acestea fiind P1, P2, P3, P4, P5 și P6.

Fig. 1.10. Circuitul de apă caldă CAE -ITS

6) Circuitul de apă de răcire (indirectă) la presiunea de 2.5 [bar]. Patru pompe pot asigura
vehicularea acestui debit de apă de răcire și anume P1, P2, P3 și P4 Debitul de apă caldă care
trebuie asigurat la Cuptorul cu Arc Electric este de 3900 [m3/h]. Ad aptarea parametrilor de
funcționare al unui agregat de pompare la nevoile variabile în timp ale consumatorilor
racordați la rețea constituie problema reglajului debitelor pompelor.

1.3.2. Turnurile de răcire

Turnurile de răcire reprezintă construcții speciale d estinate răcirii în circuit ȋnchis a
apei. Realizarea acestora a devenit necesară odată cu creșterea necesităților de apă rece ce nu
au mai putut fi asigurate de sursele naturale fără a conduce la poluare termică.

Fig. 1.11. Turnuri de răcire

Oțelăria electrică din Călărași dispune de opt turnuri de răcire. Dintre acestea, cinci
turnuri asigură la consumatori apă industrială caldă, iar celelalte trei sunt utilizate pentru
vehicularea apei industriale reci.
Turnurile de răcire pot fi cu tiraj natural sau forțat. Ȋn cazul celor cu tiraj natural,
circulația aerului se determină în funcție de diferența dintre greutatea aerului exterior rece și
cea a aerului din turn. Sistemul de răcire din interiorul turnului constă într -un procedeu de
stropire a apei, respectiv de prelingere a ei sub forma unor pelicule subțiri pe panouri din
lemn, azbociment sau materiale polimerice. La turnurile de răcire cu tiraj forțat circulația
aerului se asigură prin ventilatoare cu absorbție sau de refulare. Instalațiile d e răcire sunt
identice turnurilor cu tiraj natural. Deoarece turnurile cu tiraj forțat au consumuri de energie
mari și performanțe de răcire mai scăzute, s -au impus cu preponderență turnurile de racire cu
tiraj natural, respectiv cu regim de funcționare us cat.

Fig. 1.12. Turn de răcire cu bazin

Ȋn fiecare turn de răcire există câte un ventilator axial montat pe aspirație, având un
profil aerodinamic, legare directă la un motor electric asincron, trifazat, cu ventilare externă
pe întregul motor, acesta fiind dotat cu orificiu de purjare. Fiecare motor electric este susținut
de o traversă din profile robuste din oțel carbon, zincat în baie după prelucrare. Cinci
ventilatoare asigură furnizarea apei calde pentru Cuptorul cu Arc Elect ric(CAE) și Instalația
de Tratament Secundar(ITS), iar celelalte trei au ca scop asigurarea apei de răcire la CAE, ITS
și Mașina de Turnare Continuă(MTC). Separatoarele de picături sunt de tip inerțial, realizate
din PVC, și cuplate între ele în sensul flu xului de aer, având o secțiune unică ușor
manevrabilă. Secțiunea de separatoare obligă fluxul de aer la schimbări bruște de directie și
favorizează eliberarea picăturilor în suspensie.

Fig. 1.13. Separatoare de picături

Temperatura apei industriale reci este de 26 -30[°C], în timp ce temperatura apei
industriale calde se încadrează în limitele 38 -40[°C]. De la cristalizator apa vine la GA -OE cu
38 [°C] si pleaca cu 17 – 18[°C], fiind racită prin intermediul a 3 schimbătoare de căldură prin
care trece apa p rovenită din bazinele aferente celor 8 ventilatoare (având aproximativ 20
[°C]). Schimbătoarele de căldură sunt cu plăci, două dintre ele fiind permanent în funcțiune.
Printr -o diagonală a schimbătoarelor circulă apa demineralizată, iar prin cealaltă este
vehiculată apa industrială. Două dintre schimbătoarele de căldură sunt în contracurent, iar
unul dintre ele este în echicurent. Apa caldă care vine de la Cuptorul cu Arc Electric,
Instalația de Tratament Secundar și Mașina de Turnare Continuă intră în sepa ratoarele de
picături existente în fiecare turn de racire, iar apoi ajunge în bazinele de răcire, de unde este
preluată și transportată la consumatori.

1.3.3. Postul de transformare aferent stației de apă

Pentru a se asigura energia electrică necesară în vederea funcționării diferitelor
echipamente, în stația de apă există un post de transformare de 10/6 [kV]. Acesta alimentează
consumatori precum motoarele electrice ce au rolul de a antrena pompele, motoarele electrice
aferente ventilatoarelor din turnuri le de răcire, diferitele circuite secundare de măsură,
protecție, semnalizare, respectiv achiziție de date, convertizoarele de frecvență și invertoarele.
Postul de transformare a fost retehnologizat în anul 2015, prin înlocuirea celulelor vechi și
instala rea de noi echipamente.

Fig. 1.14. Schemă bloc cu prin cipalii consumato ri aferenți oțelăriei electrice

[1] Curs inginerie electrică Nagy STEFAN trebuiesc informații aici!
[2] Documentație tehnică Compresor ingersoll
[3] Documentație tehnică Compresor GA
[4] – I. Teodorescu, A. Filloti, V. Chiriac, V. Ceaușescu, A. Florescu, “Gospodărirea apelor”,
Editura Ȋntreprinderea Poligrafică 13 Decembrie 1918, București”, 1973
[5] – V. Burchiu, I. Santău, O. Alexandrescu, “Instalații de pompare”, Editura Didacti că și
Pedagogică, Timișoara, 1982

Capitolul 2

Conducerea automată a proceselor