Автоматизация процесса подогрева воды на участке гашения извести цеха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

гашение известь

Введение

1. Описание технологического процесса гашения извести

1.1 Получение известкового молока

1.2 Описание технологической схемы

2. Общая характеристика выбранного объекта регулирования

3. Анализ объекта регулирования с точки зрения действующих возмущений

4. Обоснование и выбор точек и параметров контроля технологического процесса

4.1 Обоснование точек контроля температуры

4.2 Обоснование точек контроля расхода

4.3 Обоснование точек контроля давления

4.4 Обоснование точек контроля уровня

4.5 Обоснование точек контроля наличия пламени

5. Обоснование и выбор контуров регулирования, типа регуляторов

6. Обоснование параметров подлежащих сигнализации и блокировке

7. Проведение активного эксперимента. Получение динамических характеристик

8. Обоснование и выбор системы автоматизации технологического процесса

9. Расчет одноконтурной системы регулирования

10. Расчет каскадной системы регулирования

11. Моделирование и получение динамических характеристик САР

12. Сравнение динамических характеристик САР

13. Реализация рассчитанной системы автоматизации. Выбор технических средств автоматизации. Выбор и разработка программных средств

Заключение

Введение

В данном курсовом проекте выбран «участок гашения извести « цеха № 38 (пылегазоулавливания) «АВИСМА» филиал ОАО «Корпорация ВСМПО - АВИСМА».

Участок гашения извести входит в состав отделения по производству известкового молока и предназначен для получения поглотительных сорбентов, используемых для очистки от вредных веществ отходящих газов и промышленных стоков.

Первоначальный проект участка гашения извести был разработан институтом «Гипроалюминий» (г. Ленинград) в 1957 году. В 1982 году институтом титана была разработана рабочая документация отделения приготовления известкового молока с установкой трех ниток гашения. В 2000 году ОПКР ОАО «АВИСМА» был разработан проект реконструкции участка с целью повышения его производительности

Участок гашения извести был введен в работу в 1965 году. В 1990 году была произведена реконструкция участка целью, которой являлось установка трех ниток гашения, следующая реконструкция участка гашения извести была произведена в 2001 году для увеличения его производительности.

1. Описание технологического процесса гашения извести

1.1 Получение известкового молока

Получение известкового молока заключается в процессе гашения извести при перемешивании с горячей водой. Гашение извести водой протекает по реакции:

СаО + Н2О = Са (ОН) 2 + 15, 93*4, 19 кДж.

Гидратация оксида кальция является обратимой реакцией, направление которой зависит от температуры и давления водяных паров в окружающей среде. Упругость паров при диссоциации Са (ОН) 2 на СаО и Н2О достигает атмосферного давления при температуре 547 0С, следует учесть, что гидроксид кальция начинает разлагаться и при более низкой температуре. Для того чтобы процесс шел в нужном направлении, то есть чтобы не происходило диссоциации гидроксида кальция, нужно повышать температуру реакции для увеличения упругости водяных паров над Са (ОН) 2, но и не допускать слишком высокой температуры реагентов. Однако слишком сильное охлаждение реакционной зоны может замедлить процесс получения Са (ОН) 2. Оптимальный диапазон температур находится в интервале от 50 до 80 0С.

Большое значение при гашении извести имеет температура подаваемой на гашение воды, так как растворимость Са (ОН) 2 в воде с повышением температуры снижается. Получение Са (ОН) 2 является экзотермической реакцией, избыточная вода при гашении извести нагревается в результате реакции. Следствием этого является выпадение Са (ОН) 2 в осадок, выпавший в осадок Са (ОН) 2 обволакивает не прореагировавшие частицы СаО, тем самым препятствуя соприкосновению воды с оксидом кальция.

При снижении скорости гашения, а в дальнейшем и прекращении самого процесса температура реакционной зоны снижается. Снижение температуры воды увеличивает растворимость Са (ОН) 2, пленка на негашеной извести растворяется и реакция возобновляется.

Наличие явления «самоторможения» в процессе гашения указывает на необходимость проведения данного процесса при постоянной температуре реакционной смеси.

Примеси, присутствующие в исходном сырье, при обжиге взаимодействуют с СаО, образуя силикаты, алюминаты, ферриты. При гашении данные примеси снижают способность извести к гидратации, они вступают в реакцию с водой, образуя гидросиликаты, гидроалюминаты кальция. Процесс сопровождается набуханием и образованием желеобразной массы состоящей из данных соединений.

При длительном хранении на открытом воздухе негашеной извести наблюдается явление пассивации, то есть происходит гашение влагой воздуха на поверхности СаО и образование Са (ОН) 2, которая в свою очередь взаимодействует с атмосферным воздухом образуя карбонат кальция. Пленка карбоната изолирует СаО от воздействия влаги, препятствуя самопроизвольному гашению. Активность извести зависит от размеров кристаллов СаО и степени повреждения кристаллической решетки.

1.2 Описание технологической схемы

Известь на участок гашения направляется с помощью ленточных транспортеров и сбрасывается подвижными плужками, в какой либо из рабочих бункеров (поз. Б1, Б2, Б3) в зависимости от наличия в них свободного места.

Из рабочих бункеров (поз. Б1, Б2, Б3) известь лотковыми питателями транспортируется в загрузочную часть аппарата гашения извести (поз. АИ)

. Аппарат гашения извести (далее АИ - аппарат известегасительный) представляет собой цилиндрический барабан, вращающийся на роликах с частотой вращения от 3 до 4 оборотов в минуту. В загрузочную часть АИ, также поступает горячая вода с температурой (6010) °С.

Внутренняя поверхность барабана по всей длине имеет направляющие пластины, установленные винтообразным образом под углом около 12° к цилиндрообразующей барабана, благодаря чему известь, поступающая в загрузочную часть, перемещается вдоль оси барабана к выгрузной части.

Для удаления не прогасившихся кусков извести (далее недопала), выгрузочная часть снабжена специальным устройством в виде спирали. При помощи спирали недопал удаляется из АИ на транспортер, сортируется по фракциям на решетке классификатора, а затем крупная фракция с размерами частиц от 60 мм и более транспортируется в бункер - накопитель крупного недопала. По мере заполнения бункера крупного недопала, крупный недопал разгружается на транспортерную ленту и направляется в расходные бункера печей. Куски недопала, размером в поперечники менее 60 мм проваливаются через решетку классификатора в бункер - накопитель мелкого недопала и вывозятся автотранспортом на полигон твердых отходов или используются для хозяйственных нужд комбината.

Известковое молоко через решетку в выгрузной части АИ поступает в спиральный классификатор (поз. КС1, КС2), корпус классификатора представляет собой сварное полуцилиндрической формы наклонное корыто, оборудованное спиралью (далее шнеком).

С помощью шнека происходит отделение фракции песков (пески - мелкая, твердая фракция, в составе которой мелкая фракция недопала и нерастворимые карбонаты). Спираль является транспортирующим механизмом и служит для перемещения крупного класса песков из зоны осаждения к разгрузочному лючку классификатора. По мере продвижения от зеркала осаждения до разгрузочного лючка происходит обезвоживание песков. Известковое молоко от классификаторов поступает в промежуточные баки (поз. БП1, БП2) номинальной вместимостью 16м3. Из промежуточных баков известковое молоко песковыми насосами с осевым входом (поз. НП1, НП2, НП3, НП4) перекачивается через 2 пары гидроциклонов (поз. ГЦ1, ГЦ2, ГЦ3, ГЦ4) в расходные баки - сборники (поз. ЦР1, ЦР2, ЦР3, ЦР4) номинальной вместимостью 380м3. В гидроциклонах происходит более тонкая очистка, пески с некоторым количеством известкового молока из нижней части гидроциклонов удаляются в классификаторы (поз. КС1, КС2), где отделяются от известкового молока, затем вывозятся автотранспортом для использования в строительстве и для хозяйственных нужд комбината, а очищенное молоко в промежуточный бак (поз. БП1, БП2) и затем в цилиндрические резервуары (поз. ЦР1, ЦР2, ЦР3, ЦР4). В процессе получения известкового молока используется оборотная вода, которая поступает из трубопровода комбината.

Подогрев воды для гашения извести осуществляется в аппарате погружного горения (поз. АПГ). При необходимости подогрев воды можно вести в подогревателях пароводяных (поз. ПП1, ПП2).

Известковое молоко из цилиндрических резервуарах песковыми насосами с осевым входом (поз. НП5, НП6) непрерывно транспортируется в кольцевые трубопроводы, образующих большое и малое кольцо и трубопровод для снабжения газоочистки №5 и очистных сооружениях. Из большого кольца через индивидуальные отводы осуществляется подача известкового молока в баки циркуляции газоочистных сооружений №1, 3, 4, а через малое кольцо № 1, 2.

2. Общая характеристика выбранного объекта регулирования

Аппарат погружного горения представляет собой, в соответствии с проектом, горизонтально расположенный цилиндр диаметром 1912мм и длиной 5300мм с торцевыми днищами в виде усеченных конусов. Корпус аппарата погружного горения разделен на три части двумя перегородками высотой 1210мм. По краям корпуса расположены нагревательные отсеки, куда вставляются погружные горелки. В каждом отсеке врезан патрубок для подачи холодной воды. В средней части корпуса находится отсек для сбора горячей воды, через нижнюю часть этого отсека производится отбор воды, в верхней части находится расширитель для сепарации капель, со стороны расширителя врезан люк Ду - 800 для установки предохранительной взрывной мембраны. Из верхней части расширителя, через переходник осуществляется отвод парогазовой смеси.

Высокотемпературные продукты сгорания топлива выводятся из нижнего выпускного отверстия жаровой трубы горелки под уровень воды, барботируют через нее, образуя развитую поверхность теплообмена в виде пузырьков, и передают тепло воде. Для улучшения дымовых газов по объему на корпусе жаровой трубы предусмотрена барботажная решетка. Дымовые газы, охлажденные до определенной температуры, уходят по дымовому тракту через аспирационную установку (АТУ-1) в атмосферу.

Горячая вода из отсека сбора насосом частично подается на аппараты гашения извести, а частично, с объемным расходом около 18 м3/ч на охлаждение жаровой трубы погружного устройства.

Краткая характеристика аппарата погружного горения и погружной горелки сведена в таблице № 1.

Таблица № 1

Характеристика аппарата погружного горения

Наименование оборудования	Краткая характеристика оборудования
Аппарат погружного горения	Мощность по теплу, Гкал/ч 3, 9 Производительность, м3/ч 40 Глубина погружения горелки, мм 500 Объем аппарата, м3 16, 5 Рабочий объем воды, м3 9, 6 Топливо - природный газ Температура нагрева воды, 0С 60-80.
Погружная горелка	Тип ГНП - 9. Номинальная тепловая мощность, кВт 2 970 Номинальный объемный расход газа, м3/сек 0, 07 Номинальное давление газа, мм. вод. ст. 500 Номинальная длинна факела, мм 2 270 Коэффициент регулирования 10 Глубина погружения жаровой трубы под уровень воды, мм 500

3. Анализ объекта регулирования с точки зрения действующих возмущений

Для расчета выбран контур автоматического регулирования температуры воды на выходе из АПГ, в диапазоне 60±10 ?С, так как температура подаваемой на гашение воды имеет большое значение при гашении извести, так как растворимость Са (ОН) 2 в воде с повышением температуры снижается. Нагрев воды зависит от следующих показателей:

количество подаваемого топлива в аппарат погружного горения, т. е. расход природного газа, от которого напрямую зависит температура;

начальная температура холодной воды поступающей в аппарат погружного горения;

расход сжатого воздуха;

соотношение «газ - воздух» (1: 10) необходимое для реакции горения метана;

разряжение в АПГ, так как влияет на температуру парогазовой смеси над поверхностью воды (отбор воды осуществляется при переливе ее через перегородки из нагревательных отсеков в отсек отбора воды, т. е. с поверхности столба жидкости в нагревательного отсека) ;

расход холодной воды.

На процесс нагрева воды в аппарате погружного горения действуют следующие возмущения:

разряжение в АПГ, так как влияет на температуру парогазовой смеси над поверхностью воды;

начальная температура холодной воды поступающей в аппарат погружного горения, т. к. она не поддается регулированию;

температура окружающей среды она не поддается регулированию и влияет на температуру воды в АПГ через стенку (температуру окружающей среды не будем учитывать, так как она не сильно влияет на температуру внутри аппарата погружного горения).

Для автоматического регулирования температуры на выходе из аппарата погружного горения выбираем систему, состоящую из следующих контуров:

корректирующего контура регулирования по температуре;

стабилизирующего контура регулирования расхода природного газа (температура в АПГ непосредственно зависит от расхода природного газа, с увеличением расхода увеличивается температура- прямая зависимость) ;

4. Обоснование и выбор точек и параметров контроля технологического процесса

4.1 Обоснование точек контроля температуры

Температура природного газа до и после ГРУ (поз. 1-1, 2-1) подлежит контролю. Расход природного газа является хозрасчетным параметром. Для точного измерения расхода природного газа необходимо знать его температуру. Газы при разной температуре имеют разный объем в большей степени, чем другие среды. Поправка осуществляется с помощью ПВЭМ.

Температура в известигасительным аппарате (поз. 3-1) подлежит контролю, так как явления «самоторможения» в процессе гашения извести указывает на необходимость проведения данного процесса при постоянной температуре реакционной смеси. Температура поддерживается в интервале 50-70єС.

Температура пара (поз. 4-1), поступающего в подогреватели пароводяные для нагрева воды, должна контролироваться в диапазоне от 130 до 150 ?С для осуществления нагрева воды до нужной температуры.

Температура отходящих газов (поз. 5-1), должна контролироваться в диапазоне от 60 до 90 ?С.

Температура горячей воды на выходе из аппарата погружного горения (поз. 6-1) необходимо контролировать, так как является качественным показателем процесса. Температура горячей воды должна быть в диапазоне 60±10 ?С.

Температура технологической воды (поз. 7-1), поступающей в аппарат погружного горения и в подогреватели пароводяные необходимо контролировать в диапазоне от 5 до 25 ?С.

Температура горячей воды на выходе из пароводяных подогревателей (поз. 8-1, 9-1) необходимо контролировать, так как является качественным показателем процесса. Температура горячей воды должна быть в диапазоне 60±10 ?С.

4.2 Обоснование точек контроля расхода

Расход природного газа до и после ГРУ (поз. 10-1, 11-1) подлежит контролю, так как является хозрасчетным параметром 200-500 .

Расход воздуха (поз. 12-1) необходимо контролировать в диапазоне от 2000 до 5000 . Это необходимо для нормального горения природного газа и поддержания соотношения «газ-воздух» 1: 10.

Расход пара (поз. 13-2), поступающего в подогреватели пароводяные

3-7 , так как является хозрасчетной величиной.

Расход горячей воды на входе в аппарат известигасителный (поз. 14-1, 15-1) 35 .

Расход воды (поз. 16-1), поступающей на подогреватели пароводяные и на аппарат АПГ контролируется в диапазоне от 40 до 120 .

Расход известкового молока (поз. 17-1, 18-1, 19-1), для учета поглотительного сорбента поступающего по газоочисткам и на очистные сооружения.

4.3 Обоснование точек контроля давления

Давление природного газа до и после ГРУ (поз. 20-1, 21-1) подлежит контролю для введения поправки на значение общего расхода природного газа. Значение давления газа в газопроводах влияет на точность измерения расхода газа. Расход природного газа - хозрасчетный параметр. Необходимо обеспечить точность его измерения.

Давление пара (поз. 22-1) контролируется в диапазоне от 3 до 4 для введения поправки на значение общего расхода пара, поступающего в подогреватели пароводяные.

Давление природного газа перед горелками Г1 и Г2 (поз. 23-1, 24-1) контролируется для правильной работы горелок, а также для обеспечения сигнализации и блокировки природного газа.

Вакуумметрическое давление (поз. 25-1) в аппарате погружного горения должно быть не менее -0, 04 , а также контролируется для обеспечения сигнализации и блокировки природного газа.

Давление известкового молока (поз. 26-1, 27-1, 28-1) в циркуляционном трубопроводе на входе в участок контролируется в диапазоне от 3 до 7 для контроля и сигнализации циркуляции известкового молока на сливе в цилиндрические резервуары ЦР1... ЦР4.

Давление технологической воды на входе в участок (поз. 29-1) контролируется в диапазоне от 3 до 4 .

Давление сжатого воздуха перед погружными горелками Г1 (поз. 30-1) и Г2 (поз. 31-1) контролируется в интервале от 5 до 20 для обеспечения сигнализации и блокировки природного газа.

4.4 Обоснование точек контроля уровня

Уровень в бункерах (поз. 32-1, 33-1, 34-1), должен не превышать 3, 5 м чтобы избежать пересыпания известкового камня из бункеров Б1…3.

Уровень известкового молока в цилиндрических резервуарах (поз. 35-1, 36-1, 37-1, 38-1) контролируется в диапазоне от 0, 5 до 5 м чтобы избежать перелива известкового молока и чтобы избежать работу насосов качающих известковое молоко в холостом режиме.

Уровень известкового молока в промежуточных баках (поз. 39-1, 40-1) контролируется в диапазоне от 0, 5 до 3 м, для того чтобы избежать перелива известкового молока.

Уровень в нагревательных отсеках (поз. 41-1, 42-1) контролируется в диапазоне от 500 - 600 мм для предотвращения перелива нагреваемой воды из отсеков.

4.5 Обоснование точек контроля наличия пламени

Контроль наличия пламени на горелках Г1 (поз. 43-1) и Г2 (поз. 44-1) необходим для нормальной работы аппарата погружного горения и для отсечки природного газа при погасании пламени.

5. Обоснование и выбор контуров регулирования, типа регуляторов

Автоматическое регулирование расхода нагретой воды, поступающей из аппарата погружного горения в аппарат известигасительный (поз. 14-4). Это нужно для поддержания расхода нагретой воды на отметке 35 т/ч, для того чтобы процесс гашения извести в аппарате известигасительном протекал в оптимальном режиме, т. е. без «самоторможения».

Автоматическое регулирование расхода нагретой воды, поступающей из пароводяного подогревателя в аппарат известигасительный (поз. 15-4). Это нужно для поддержания расхода нагретой воды на отметке 35 т/ч, для того чтобы процесс гашения извести в аппарате известигасительном протекал в оптимальном режиме, т. е. без «самоторможения».

Система автоматического регулирования соотношения «газ - воздух» (поз. 11-4), предназначена для поддержания соотношения расходов газа и воздуха, поступающих в горелку Г1 и Г2, в заданной пропорции. На одну объемную часть газа приходится десять частей воздуха, соотношение 1: 10. регулирование соотношения осуществляется по воздуху. Регулирование осуществляется с помощью ПИ-регулятора, поворотной заслонки и исполнительного механизма МЭО.

Автоматическое регулирование температуры горячей воды поступающей из пароводяных подогревателей ПП1 (поз. 8-3) и ПП2 (поз. 9-3) в аппарат известигасительный осуществляется изменением расхода пара для поддержания температуры в интервале от 50?С до 70?С. Это необходимо т. к. растворимость Са (ОН) 2 в воде с повышением температуры снижается.

Автоматическое регулирование температуры горячей воды поступающей из аппарата погружного горения АПГ (поз. 6-3) в аппарат известигасительный осуществляется изменением объемного расхода природного газа для поддержания температуры в интервале от 50?С до 70?С. Это необходимо т. к. растворимость Са (ОН) 2 в воде с повышением температуры снижается.

Автоматическое регулирование уровня в аппарате погружного горения (поз. 41-3) необходимо для поддержания уровня в диапазоне от 500 до 600 мм и для предотвращения перелива воды из нагревательных отсеков.

6. Обоснование параметров подлежащих сигнализации и блокировке

Схема сигнализации и отсечки природного газа на аппарат погружного горения необходима для предупреждения отрыва пламени и правильной работы горелок Г1 и Г2 и предотвращения взрывов газо-воздушной смеси в аппарате погружного горения т. е. для обеспечения безопасности.. Срабатывание происходит при достижении уставок давления природного газа (поз. 23-1, 24-1) Рприр. г. < 5, 0 кПа, > 12, 0 кПа, давления сжатого воздуха перед погружной горелкой Г1 и Г2 (поз. 30-1, 31-1) Рвоздуха< 5, 0 кПа, вакуумметрического давления после аппарата погружного горения (поз. 25-1) Рпосле АПГ < 0, 04 кПа и погасании пламени горелок (поз. 43-1, 44-1).

Схема сигнализации предельных уровней в цилиндрических резервуарах (поз. 35-1, 36-1, 37-1, 38-1) L< 0, 5 м и L> 5, 0 м и в промежуточных баках (поз. 39-1, 40-1) L< 0, 5 м и L> 3, 0 м необходима для предотвращения перелива известкового молока из емкостей (сработка уставок по максимальному уровню) и для предотвращения неправильной работы песковых насосов.

Схема сигнализации предельных уровней в накопительных бункерах (поз. 32-1, 33-1, 34-1) предназначена для предотвращения пересыпа извести. Сигнализация срабатывает при достижении уровня L=3, 5 м.

Сигнализация температуры в аппарате известигасительном (поз. 3-1) необходима для оптимального процесса гашения извести в аппарате известигасительном. Сработка по верхнему пределу более 70?С, а по нижнему пределу 50?С.

Сигнализация наличия циркуляции известкового молока в циркуляционном трубопроводе (поз. 26-1, 27-1, 28-1) сигнализирует о прекращении стока известкового молока в цилиндрические резервуары.

Схема сигнализации уровней в аппарате погружного горения (поз. 41-1, 42-1) сигнализирующая о превышении уровня в нагревательных отсеках

L >600 мм.

7. Проведение активного эксперимента. Получение динамических характеристик

Целью проведения эксперимента является нахождение передаточных функций основного и внутреннего каналов математической модели объекта исследования (аппарат погружного горения) по полученным кривым разгона. Для каждого канала в отдельности ставятся эксперименты, смысл которых заключается в нанесении управляющего воздействия на вход канала, и при помощи контрольно-измерительной аппаратуры регистрируются изменения выходной величины канала во времени (т. е. кривые разгона).

Рисунок №1 Структурная схема эксперимента - передаточная функция основного канала; - передаточная функция внутреннего канала;

Для расчёта системы снимем следующие кривые разгона переходных процессов:

изменение положения регулирующего органа на трубопроводе природного газа - температура воды на выходе из АПГ ;

изменение положения регулирующего органа на трубопроводе природного газа - расход природного газа .

Перед проведением эксперимента все регуляторы установим в положение «ручное». Проконтролируем, чтобы все параметры объекта находились в установившемся состоянии. В период проведения эксперимента будем засекать время с момента подачи возмущения до момента изменения реагирующего параметра (время чистого запаздывания). В течение эксперимента снимаем значения изменяющегося параметра через равные интервалы времени до тех пор, пока он не установится.

Снятие первой кривой разгона. Изменим положение регулирующего органа на трубопроводе природного газа - открыв на 5%. Температура воды до проведения эксперимента составляла 65?С, а после возмущения 71?С. Время эксперимента сек. Запаздывание сек.

Таблица № 2

Координаты динамической характеристики по основному каналу

№ точки	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Время , с	0	50	100	150	200	250	300	350	400	450	500	550	600
Температура воды на выходе из АПГ, ?С	65	65, 49	66, 54	67, 34	68, 1	68, 7	69, 2	69, 63	69, 9	70, 14	70, 34	70, 49	70, 6
№ точки	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
Время , с	650	700	750	800	850	900	950	1000	1050	1100	1150	1200
Температура воды на выходе из АПГ, ?С	70, 69	70, 75	70, 82	70, 89	70, 90	70, 91	70, 93	70, 95	70, 95	70, 98	70, 98	71



Рисунок №2 Динамическая характеристика по основному каналу

Снятие второй кривой разгона. Изменим, положение регулирующего органа на трубопроводе природного газа - открыв на 5%. Расход природного газа до проведения эксперимента составлял 320 , а после возмущения 358 . Время эксперимента сек. Запаздывание сек.

Таблица № 3

Координаты динамической характеристики по внутреннему каналу

№ точки	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Время , с	0	1, 25	2, 5	3, 75	5	6, 25	7, 5	8, 75	10	11, 25	12, 5	13, 75	15
Расход природного газа,	320	322, 24	326, 90	331, 92	336, 91	340, 9	344, 48	347, 39	349, 64	351, 43	352, 82	353, 89	354, 80
№ точки	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
Время , с	16, 25	17, 5	18, 75	20	21, 25	22, 5	23, 75	25	26, 25	27, 5	28, 75	30
Расход природного газа,	355, 59	356, 10	356, 58	356, 86	357, 14	357, 31	357, 48	357, 59	357, 66	357, 69	357, 76	358

Рисунок № 3 Динамическая характеристика по внутреннему каналу

Произведем обработку кривой разгона основного канала.

Рассчитаем коэффициент передачи объекта для статического (установившегося) режима:

, (1)

где - изменение выходной величины (температуры),

- начальное значение температуры (?С),

- конечное (установившееся) значение температуры (?С),

- номинальное (максимально возможное) значение температуры,

- изменение степени открытия РО единичным скачком на 5%,

- номинальная (максимальная) степень открытия РО=100%.

Произведем линеаризацию, сглаживание по трем точкам и нормирование кривой разгона, используя программу «Идентификация объектов управления».

Таблица № 4

Координаты нормированной динамической характеристики по основному каналу

Время , с		Время , с
0	0	650	0, 947
50	0, 126	700	0, 96
100	0, 254	750	0, 97
150	0, 397	800	0, 979
200	0, 515	850	0, 984
250	0, 617	900	0, 986
300	0, 701	950	0, 989
350	0, 766	1000	0, 992
400	0, 818	1050	0, 994
450	0, 857	1100	0, 996
500	0, 889	1150	0, 998
550	0, 914	1200	1
600	0, 933

Рисунок № 4 Нормированная кривая разгона по основному каналу

Для получения передаточной функции по основному каналу используем программу «Идентификация объектов управления».

Передаточная функция основного канала равна:

(2)

Производим проверку аппроксимации нормированной кривой разгона основного канала, для чего получаем аналитическое выражение переходного процесса по передаточной функции в программе «Калькулятор передаточных функций». Получим корни передаточной функции:

Корни аналитического выражения

-0, 005-j0, 000

-0, 020-j0, 000

Итераций 19

Аналитическое выражение переходного процесса представляет собой следующее выражение:

(3)

По полученному выражению строим график кривой разгона и сравниваем его с нормированной кривой разгона .

Рисунок № 5. Нормированная кривая разгона и рассчитанная по основному каналу.

Произведем обработку экспериментальной кривой разгона внутреннего канала.

Рассчитаем коэффициент передачи объекта для статического (установившегося) режима:

, (4)

где - изменение выходной величины (расхода природного газа),

- начальное значение расхода (),

- конечное (установившееся) значение расхода (),

- номинальное (максимально возможное) значение расхода,

- изменение входного сигнала (степени открытия РО) единичным скачком на 5%,

- номинальная (максимальная) степень открытия РО=100%.

Произведем нормирование кривой разгона, используя программу «Идентификация объектов управления».

Таблица № 5

Координаты нормированной динамической характеристики по внутреннему каналу

Время , с		Время , с
0	0	16, 25	0, 936579
1, 25	0, 058947	17, 5	0, 95
2, 5	0, 181579	18, 75	0, 962632
3, 75	0, 313684	20	0, 97
5	0, 445	21, 25	0, 977368
6, 25	0, 55	22, 5	0, 981842
7, 5	0, 644211	23, 75	0, 986316
8, 75	0, 720789	25	0, 989211
10	0, 78	26, 25	0, 991053
11, 25	0, 827105	27, 5	0, 991842
12, 5	0, 863684	28, 75	0, 993684
13, 75	0, 891842	30	1
15	0, 915789

Рисунок № 6 Нормированная кривая разгона по внутреннему каналу

Найдем передаточную функцию внутреннего канала Передаточная функция о канала равна:

(5)

Производим проверку аппроксимации нормированной кривой разгона основного канала, для чего получаем аналитическое выражение переходного процесса по передаточной функции в программе «Калькулятор передаточных функций». Получим корни передаточной функции:

Корни аналитического выражения

-0, 206-j0, 000

-0, 488-j0, 000

Итераций 11

Аналитическое выражение переходного процесса представляет собой следующее выражение:

(6)

По полученному выражению строим график кривой разгона и сравниваем его с нормированной кривой разгона .

Рисунок № 7 Нормированная кривая разгона и рассчитанная по внутреннему каналу.

Произведем расчет относительной погрешности аппроксимации по основному и внутреннему каналу. Расчет будем производить по формуле:

(7)

Данные по расчету приведены в таблице № 6.

Таблица № 6

Сравнительный анализ по основному и внутреннему каналу

№ точки	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
По основному каналу, %	0	4, 70	1, 980	1, 220	0, 103	0, 193	0, 129	0, 180	0, 103	0, 202	0, 119	0, 047	0, 039
По внутреннему каналу, %	0	0, 067	0, 056	0, 47	0, 127	0, 739	0, 573	0, 432	0, 517	0, 556	0, 628	0, 727	0, 602
№ точки	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
По основному каналу, %	0, 112	0, 040	0, 147	0, 351	0, 309	0, 086	0, 058	0, 102	0, 102	0, 147	0, 226	0, 332
По внутреннему каналу, %	0, 287	0, 314	0, 111	0, 196	0, 094	0, 139	0, 072	0, 077	0, 120	0, 217	0, 169	0, 358

Максимальная ошибка аппроксимации по основному каналу: 4, 7%, а по внутреннему 0, 739%, то есть не превышают 5%, что свидетельствует о том, что полученные ранее передаточные функции достаточно точно отражают свойства объекта управления и могут быть использованы для дальнейших расчетов.

8. Обоснование и выбор системы автоматизации технологического процесса

Автоматическое регулирование температуры горячей воды поступающей из аппарата погружного горения в аппарат известигасительный осуществляется изменением объемного расхода природного газа для поддержания температуры в интервале от 50?С до 70?С. Это необходимо для того чтобы процесс гашения извести в аппарате известигасительном протекал в оптимальном режиме, т. е. без «самоторможения», т. к. растворимость Са (ОН) 2 в воде с повышением температуры снижается.

Для осуществления данной системы регулирования необходимо сконфигурировать на контроллерах SIMATIC S7-300 каскадный контур регулирования температуры воды на выходе из аппарата погружного горения.

Для системы автоматического регулирования выбираем контроллеры SIMATIC S7-300. Выбор данного типа контроллера обусловлен его компактностью, многофункциональностью, универсальностью в плане решаемых задач.

Для регулирования температуры будем использовать механизмы

9. Расчет одноконтурной системы регулирования

Рисунок №8 Структурная схема одноконтурной системы автоматического регулирования

- передаточная функция основного канала;

- передаточная функция ведомого регулятора;

- заданное значение температуры;

- выходная величина объекта регулирования (температура воды на выходе из АПГ) ;

- управляющее воздействие, приложенное к подаче топлива.

Передаточная функция по основному каналу:

(8)

С помощью программы «LINREGTV», используя метод Ротача В. Я., для ПИ-регулятора определяем оптимальные настройки по основному каналу.

В результате расчета получили следующие данные для ПИ-регулятора:

коэффициент пропорциональности нормированный

коэффициент пропорциональности абсолютный

время изодрома

время дифференцирования

критическая частота

Передаточная функция ПИ-регулятора имеет вид:

(9)

где - время интегрирования, которая определяется по формуле:

(10)

10. Расчет каскадной системы регулирования

Рисунок № 9 Структурная схема каскадной системы автоматического регулирования - передаточная функция основного канала; - передаточная функция внутреннего канала; - передаточная функция ведомого регулятора; - передаточная функция ведущего регулятора; - заданное значение температуры; - выходная величина объекта регулирования (температура воды на выходе из АПГ) ; - вспомогательная величина объекта регулирования (расход природного газа) ; - управляющее воздействие, приложенное к подаче топлива.

Передаточная функция по внутреннему каналу:

(11)

С помощью программы «LinregTV», используя метод Ротача В. Я., определяем оптимальные настройки стабилизирующего ПИ-регулятора и его передаточную функцию для внутреннего канала .

В результате расчета получили следующие данные:

коэффициент пропорциональности нормированный

коэффициент пропорциональности абсолютный

время изодрома

время дифференцирования

критическая частота

Передаточная функция ПИ-регулятора имеет вид:

(12)

где - время интегрирования, которая определяется по формуле (10) :

Для дальнейших расчетов необходимо определить инерционность внутреннего контура относительно основного контура. Для этого сравниваем нормированную кривую разгона по основному каналу и переходной процесс внутреннего канала по возмущению h (t), который построим по передаточной функции и полученным настройкам регулятора в программе «LinregTV».

Рисунок № 10 Графики нормированной кривой разгона по основному каналу и переходного процесса внутреннего канала по возмущению

Из рисунка № 10 видно, что инерционность внутреннего контура значительно ненамного меньше инерционности нормированной кривой разгона, тогда передаточную функцию эквивалентного регулируемого участка для регулирования регулятора может быть найдена из следующей формулы:

(13)

В результате расчета получаем:

С помощью программы «LinregTV» используя метод Циглера-Никольса, определяем оптимальные настройки корректирующего ПИД-регулятора и его передаточную функцию для эквивалентного объекта .

В результате расчета получили следующие данные:

коэффициент пропорциональности нормированный

коэффициент пропорциональности абсолютный

время изодрома

время дифференцирования

критическая частота

Передаточная функция ПИД-регулятора имеет вид:

(14)

По формуле (10) рассчитаем время интегрирования:

По формуле (15) рассчитаем время дифференцирования:

(15)

11. Моделирование и получение динамических характеристик систем автоматического регулирования

Для моделирования переходных процессов в рассчитанных системах автоматического регулирования будем использовать программу «MATLAB».

Построим переходные процессы по заданию и возмущению одноконтурной системы автоматического регулирования (рисунок №12, №14), каскадной системы автоматического регулирования (рисунок №20, №22) и переходные процессы во внутреннем контуре каскадной системы регулирования (рисунок №16, №18). Структурные схемы систем автоматического регулирования изображены на рисунках №№ 11, 13, 15, 17, 19, 21.

12. Сравнение динамических характеристик систем автоматического регулирования

Сравнение динамических характеристик систем автоматического регулирования будем производить по прямым показателям качества, которые показывают насколько точно и как быстро в системе устанавливается равновесие после нанесения ступенчатого возмущения.

Статическая ошибка регулирования определяется по формуле:

(16)

Динамическая ошибка регулирования определяется по формуле:

(17)

Время регулирования - это время в течении которого регулируемая величина достигает нового установившегося значения с заданной точностью

(18)

Перерегулирование

(19)

Степень затухания

(20)

Полученные результаты сведем в таблицу № 7:

Таблица №7

Прямые показатели качества одноконтурной и каскадной систем регулирования

Тип системы регулирования	По заданию	По возмущению
	Статическая ошибка	Динамическая ошибка	Время регулирования	Перерегулирование, %	Степень затухания, %	Статическая ошибка	Динамическая ошибка	Время регулирования	Перерегулирование, %	Степень затухания, %
Одноконтурная	0	0, 33	760	67	92, 4	0	0, 326	1100	-	94, 5
Каскадная	0	0, 38	450	62	88, 7	0	0, 0022	800	-	45, 4

Качество регулирования считается выше, если меньше время регулирования, динамическая и статическая ошибки. По таблице №7 видим, что каскадная система регулирования обладает меньшим временем регулирования, намного меньшей динамической характеристикой по возмущению и незначительно большей динамической характеристикой по заданию, чем одноконтурная система. Статическая ошибка в обеих системах регулирования равна нулю. Поэтому для автоматического регулирования температуры воды на выходе из аппарата погружного горения будем использовать каскадную систему регулирования.

13. Реализация рассчитанной системы автоматизации. Выбор технических средств автоматизации. Выбор и разработка программных средств

Подобные документы

• Автоматизация подогрева воды на ТЭЦ БКПРУ-4

  Составление информационной модели автоматизации подогрева воды. Обоснование параметров, подлежащих сигнализации и блокировке. Расчёт одноконтурной и каскадной системы регулирования. Сравнение динамических характеристик. Реализация рассчитанной системы.
  
  курсовая работа [657,8 K], добавлен 26.12.2014
  

• Автоматизация колонн получения биоэтанола

  Общая характеристика технологического процесса и задачи его автоматизации, выбор и обоснование параметров контроля и регулирования, технических средств автоматизации. Схемы контроля, регулирования и сигнализации расхода, температуры, уровня и давления.
  
  курсовая работа [42,5 K], добавлен 21.06.2010
  

• Автоматизация линии производства вяленой рыбы

  Описание технологического процесса производства вяленой рыбы. Выбор параметров контроля, регулирования и сигнализации. Схема автоматизации цеха вяленой рыбы, предусматривающая в дефростационно–моечной ванне автоматическое поддержание температуры воды.
  
  курсовая работа [18,7 K], добавлен 26.11.2013
  

• Автоматизация технологического процесса производства хлебного кваса

  Описание технологического процесса производства хлебного кваса. Описание функциональной схемы автоматизации. Выбор и обоснование средств автоматического контроля параметров: измерения уровня, расхода и количества, температуры, концентрации и давления.
  
  дипломная работа [3,1 M], добавлен 09.09.2014
  

• Описание технологического процесса систем тепловодоснабжения

  Исследование технологического процесса систем тепловодоснабжения на предприятии и характеристики технологического оборудования. Оценка системы управления и параметров контроля. Выбор автоматизированной системы управления контроля и учета электроэнергии.
  
  дипломная работа [118,5 K], добавлен 18.12.2010
  

• Автоматизация технологического процесса производства сульфоаммофоса

  Физико-химические свойства сульфоаммофоса. Выбор и обоснование технологических параметров, подлежащих контролю и регулированию. Разработка схемы автоматизации процесса производства сульфоаммофоса. Расчет настроек регулятора методом Циглера–Никольса.
  
  дипломная работа [1,5 M], добавлен 19.06.2015
  

• Автоматизация процесса отстаивания

  Описание технологического процесса отстаивания неоднородных систем. Выбор средств автоматического контроля и регулирования технологических параметров. Расчет ротаметра и сопротивлений резисторов измерительной схемы автоматического потенциометра типа КСП4.
  
  курсовая работа [1,8 M], добавлен 04.10.2013
  

• Автоматизация систем управления линией по производству ряженки

  Описание производственного процесса, нормализация молока, процесс заквашивания и сквашивания, упаковка и маркировка продукта. Выбор и обоснование параметров контроля, регулирования и сигнализации, технических средств автоматизации; функциональная схема.
  
  курсовая работа [20,0 K], добавлен 11.04.2010
  

• Разработка системы автоматизации технологического процесса дожимной насосной станции

  Автоматизация технологического процесса на ДНС. Выбор технических средств автоматизации нижнего уровня. Определение параметров модели объекта и выбор типа регулятора. Расчёт оптимальных настроек регулятора уровня. Управление задвижками и клапанами.
  
  курсовая работа [473,6 K], добавлен 24.03.2015
  

• Автоматизация процесса гидроочистки дизельного топлива

  Общая характеристика и описание схемы процесса гидроочистки ДТ. Выбор параметров контроля, регулирования, сигнализации, противоаварийной защиты и алгоритмов управления. Регуляторы и средства отображения информации. Контроль и регистрация давления.
  
  курсовая работа [71,2 K], добавлен 01.06.2015
  

• Технико-экономическое обоснование этапов технологического процесса изготовления, комплектов технологических баз, методов и последовательности обработки поверхностей водила

  Расчет на прочность рабочей лопатки компрессора. Выбор и обоснование метода, оборудования и параметров формообразования заготовки. Разработка, обоснование, оптимизация и оформление предварительного плана технологического процесса изготовления шестерни.
  
  дипломная работа [3,2 M], добавлен 30.06.2012
  

• Разработка технологического процесса изготовления изделия "Направляющая"

  Описание конструкции и принцип работы проектируемого изделия, описание конструкции. Обоснование типа производства, основные этапы и принципы осуществления соответствующего технологического процесса. Расчет параметров заготовки. Станки для обработки.
  
  контрольная работа [1,4 M], добавлен 17.10.2014
  

• Разработка технологического процесса механической обработки детали типа "Вал"

  Методика и основные этапы разработки технологического процесса механической обработки детали - вала первичного КПП трактора ДТ-75. Характеристика и назначение данной детали, расчет необходимых параметров и материалов. Выбор и обоснование режимов резания.
  
  контрольная работа [56,3 K], добавлен 11.01.2011
  

• Обжиг извести во вращающееся печи

  Автоматизация процесса обжига извести во вращающейся печи. Спецификация приборов и средств автоматизации. Технико-экономические показатели эффективности внедрения системы автоматизации процесса обжига извести во вращающейся печи в условиях ОАО "МЗСК".
  
  дипломная работа [263,1 K], добавлен 17.06.2012
  

• Автоматизация тепловых процессов на примере кожухотрубчатого теплообменника

  Описание технологического процесса нагревания. Теплообменник как объект регулирования температуры. Задачи автоматизации технологического процесса. Развернутая и упрощенная функциональная схема, выбор технических средств автоматизации процесса нагревания.
  
  курсовая работа [401,0 K], добавлен 03.11.2010
  

• Процесс фильтрования газовых систем

  Описание схемы процесса фильтрования газовых систем. Технологический процесс как объект управления, выбор параметров регулирования, контроля, сигнализации и противоаварийной защиты. Выбор технических средств автоматизации, контроля и регулирования.
  
  курсовая работа [978,8 K], добавлен 29.01.2013
  

• Автоматизация процесса обезвоживания карналлита в хлораторе

  Моделирование процесса хлорирования. Описание основных аппаратов производства. Обоснование точек контроля, регистрации и регулирования. Выбор системы автоматического регулирования расхода природного газа на реактор в зависимости от расхода карналлита.
  
  курсовая работа [1002,0 K], добавлен 14.01.2014
  

• Обоснование выбора варианта технологического процесса

  Описание исходного и обоснование совершенствования технологического процесса детали "Крышка". Характеристика типа производства. Определение потребности в оборудовании. Расчет себестоимости изделия, предельных затрат на производство, срока окупаемости.
  
  курсовая работа [95,5 K], добавлен 28.09.2014
  

• Расчет участка кузнечного цеха

  Создание проекта участка кузнечного цеха для изготовления детали "Втулка" с программой выпуска 1000000 штук в год. Выбор и обоснование технологического процесса и основного оборудования. Расчет численности работников для технологического процесса.
  
  лабораторная работа [441,2 K], добавлен 12.05.2015
  

• Построение автоматической системы управления процессом производства ацетилена

  Основные принципы построения схем автоматизации технологического процесса с использованием приборов, работающих на электрической линии связи посредством унифицированного сигнала 4-20 мА. Выбор и обоснование средств и параметров контроля и регулирования.
  
  курсовая работа [2,1 M], добавлен 15.02.2013
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам