Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Вступ

1. Аналіз технологічного процесу як об'єкта керування

1.1. Опис технологічного процесу

1.2. Теоретичні основи технологічного процесу в окремих технологічних

апаратах і машинах

1.3. Матеріальний баланс технологічного об'єкта

1.4. Аналіз факторів, що впливають на технологічний процес

1.5. Технологічна карта процесу

1.6. Структурна схема взаємозв'язку між технологічними параметрами

об'єкта

2. Розроблення системи автоматичного керування технологічним процесом

2.1. Обґрунтування і вибір координат вимірювання, контролю, сигналізації,

дистанційного керування, захисту, блокування та регулювання

2.2. Функціональні ознаки систем автоматизації

2.3. Вибір технічних засобів автоматизації (ТЗА)

2.4 Специфікація на засоби автоматизації

2.5. Опис ФСА

3. Розрахунок САР

3.1. Вибір структури моделі та розрахунок її параметрів

3.2. Розрахунок параметрів настроювання регулятора

Висновок

Література

Вступ

Розвиток автоматизації хімічної промисловості пов'язаний зі збільшенням інтенсивності технологічних процесів і зростанням виробництв, ускладненням технологічних схем, підвищенням якості продуктів.

Особлива увага приділяється питанням автоматизації процесів хімічної технології у зв'язку з вибухо- і пожежонебезпечністю перероблюваних речовин, їх агресивністю та токсичністю, з необхідністю перешкодженню викидів шкідливих речовин у навколишнє середовище. Вказані особливості, висока чутливість до порушення заданого режиму, наявність великої кількості точок контролю і керування процесом, а також необхідність вчасної і відповідної дії, що склалася в даний момент, на даний процес у випадку відхилення параметрів регулювання від заданих не дозволяють навіть досвідченому оператору забезпечити регулювання вручну.

Людина володіє скінченою швидкістю сприйняття певного об'єму інформації; їй потрібен деякий час для його обдумування, прийняття рішення та виконання цього рішення. Оператор повинен неперервно слідкувати за процесом, із максимальною швидкістю оцінювати обстановку, що склалася, й у випадку необхідності приймати швидкі рішення з метою підтримання заданого режиму, що дуже важко, інколи неможливо. Тому в теперішній час експлуатація процесів хімічної технології без автоматизації неможлива.

Під технологічним процесом розуміють сукупність технологічних операцій, які проводяться над вхідним продуктом в одному чи декількох апаратах, метою яких є отримання продуктів, які відповідають заданим якостям; їх можна отримати в ректифікаційних колонах, реакторах, абсорберах, адсорберах, сушках та інших апаратах. Зазвичай із метою переробки хімічних речовин та отримання кінцевих продуктів із цих апаратів компонують складні технологічні схеми.

Технологічний процес, реалізований на відповідному технологічному обладнанні, називають технологічним об'єктом керування (ТОК). ТОК - це окремий апарат, агрегат, відділення, цех, виробництво, підприємство. Різні зовнішні збурення (зміна витрати чи складу вхідної речовини, стан і характеристики технологічного устаткування тощо) порушують роботу ТОК. Тому для підтримки його нормального функціонування, а також для необхідності зміни умов його роботи, ним можна керувати. При цьому мета керування полягає в забезпеченні оптимального значення критерію керування, під яким розуміють технологічний або техніко-економічний показник (продуктивність виробництва, якість продукції тощо), який характеризує якість ТОК в цілому і приймає числові значення в залежності від подаючих на нього керуючих дій - ціленапрямлених змін матеріальних і енергетичних потоків. Процес управління передбачає: збір інформації про стан об'єкта керування; визначення оптимального режиму функціонування об'єкта; обчислення керуючих дій; реалізацію оптимальних керуючих дій.

У теперішній час для керування все більше застосовують автоматичні системи керування (АСК) - людино-машинні системи, які забезпечують автоматичний збір та обробку інформації, необхідні для оптимізації керування. При цьому під процесом оптимізації розуміють вибір такого варіанту керування, при якому досягається мінімальне чи максимальне значення критерію керування.

Керування хімічними підприємствами безпосередньо АСК здійснюється по ієрархічному принципу на трьох рівнях.

На вищому рівні забезпечується оперативне керування підприємством у цілому, яке в ряді з рішенням задач технологічного керування окремими виробництвами координує роботу цих виробництв і вирішує планово-економічні задачі, забезпечуючи ефективність роботи всього підприємства. Для оперативного керування хімічними підприємствами розробляються автоматизовані системи керування підприємствами (АСКП).

На наступному рівні забезпечується керування технологічним процесом. Для цього застосовується автоматизована система керування технологічним процесом (АСКТП), призначена для реалізації керуючих дій на ТОК у відповідності з прийнятим критерієм керування. Задача керування полягає у пошуку оптимальних режимів спільно працюючих апаратів, розподілення навантажень між окремими агрегатами чи паралельно працюючих колами апаратів із врахуванням існуючих ресурсів речовин, енергії та інших показників. В АСКТП широко застосовується увесь арсенал існуючих засобів автоматизації.

При керуванні технологічним процесом на рівні АСКТП інформація про його протікання передається також і на диспетчерські пункти підприємства, забезпечуючи її аналіз, оброблення та використання в АСКП при керуванні підприємством.

На нижчому рівні задача зводиться до стабілізації необхідних режимів процесів, які протікають в окремих апаратах, шляхом підтримання заданих значень технологічних величин (витрата, температура, якісні показники отриманих продуктів та ін.). Крім цього виконується оптимізація процесів із врахуванням їх особливостей. Одночасно виконується сигналізація про порушення заданого режиму, захист і блокування устаткування, його пуск і зупинка, дистанційне керування процесом і т.д. Ці задачі вирішуються за допомогою локальних автоматичних систем, які входять в АСКТП.

1. Аналіз технологічного процесу як об'єкта керування

1. Опис технологічного процесу

Один і з найбільш розповсюджених видів забруднення відходящих газів хімічних підприємств є тверді частинки(сажа, пилюка і т.д). Для очистки газу від твердих частинок застосовують сухі, або мокрі методи очистки. Суху очистку реалізують в апаратах циклоного типу, з допомогою електрофільтрів.

Циклони - це апарати для відділення із газового потоку крупних частинок діаметром від 5мкм. Циклони можуть застосовуватись з іншими пиле-очисними апаратами, в залежності від вимог представлених до очистки газу і дисперсного складу твердих частинок.

Принцип дії циклону побудований на використовувані відцентрової сили, розвивающійся при обертово-поступальному русі газового потоку. Під дією цієї сили тверді частинки відкидуються до стінки циклону і разом з частиною газу відводяться в бункер. З підвищенням швидкості газового потоку покращується виловлювання в циклоні. Але при великих швидкостях ріст к.к.д. циклона зменшується, що обумовлене виникненям завихрень, піднімаючи вже осівші частини. Саме тому велике значення має стабілізація швидкості газу на вході в циклон на оптимальному рівні, для чого організовують перетік частини очищеного газу із трубопроводу на вхід циклона.

Схема циклону наведена на Рис. 1. Як видно на схемі, запорошені гази надходять у верхню, циліндричну, частина корпусу циклону через патрубок 2, встановлений по дотичній до кола циліндричної частини циклону. У кільцевому просторі, між корпусом циклону і вихлопною трубою 3 та далі, у нижній, конічної, частини 4 корпусу циклону виникає обертально-поступальний рух газового потоку, утворюється зовнішній обертальний вихор і отримують розвиток відцентрові сили, під дією яких пилові частинки прагнуть рухатися від осі циклону до периферії, тобто до його стінок. Досягнувши стінки корпусу циклону, частинки втрачають свою швидкість і під дією сили ваги падають у конічну частину корпусу циклону, а потім у бункер для збору пилу. Очищений газовий потік надходить у вихлопну трубу, утворюючи внутрішній обертаючий вихор, і викидається в атмосферу.

Циклон

Рис. 1. Схема руху запиленого газового потоку в циклоні:

1 - корпус циклону, 2 - вхідний патрубок, 3 - вихлопна труба, 4 - конічна частина корпусу циклону

1.2 Теоретичні основи технологічного процесу в окремих технологічних апаратах і машинах

Циклон - містить корпус, периферійне уведення газового потоку, виконане у вигляді вхідного патрубка, бункер, вихідний патрубок для виходу очищеного газу, центральний електрод, що проходить через завиток і вихлопну трубу циклона, коронуючі електроди, встановлені у нижній частині центрального електрода за допомогою кільця, та опорний ізолятор, у верхній частині якого закріплений центральний електрод, який відрізняється тим, що вихлопна труба має знизу конічну насадку з гвинтовими лопатями, встановленими на зовнішній поверхні, а коронуючі електроди виконані у вигляді стержнів, розташованих паралельно осі центрального електрода по окружності кільця, розміщеного під конічною насадкою. Корисна модель відноситься до очищення газів від пилу й може застосовуватися в металургійної і інших галузях промисловості. Відомий циклон - пристрій для очищення газових викидів, що складається з корпуса, вхідного патрубка, бункера та вихлопної труби. Недоліком даного пристрою є недостатня ефективність уловлювання пилу дрібних фракцій. За прототип обрано електроциклон, що містить корпус, периферійне уведення газового потоку, виконане у вигляді вхідного патрубка, бункер, вихідний патрубок для виходу очищеного газу,

Центральний електрод, що проходить через равлика і вихлопну трубу циклона, коронуючі електроди, встановлені у нижній частині центрального електрода за допомогою кільця, та опорний ізолятор, у верхній частині якого закріплений центральний електрод, причому в кришці ізолятора передбачені отвори для підсмоктування зовнішнього повітря, а сам ізолятор обігрівається за допомогою електричних нагрівачів, а на систему коронуючіх електродів через шину високої напруги й прохідний ізолятор подається високий негативний потенціал, при цьому зовнішній корпус циклону заземлюється, а між ізоляторною коробкою й равликом установлюється перехідний патрубок. Недоліком даного електроциклону є недовговічність коронуючих електродів, виконаних у формі голок, тому що при очищенні газів металургійного виробництва вони працюють в агресивному газовому середовищі, тобто при високих температурах газу, абразивних властивостях пилу. Це приводить до інтенсивного зношування електродів. Крім того, недоліком відомого електроциклону є недостатня ефективність очистки газів у металургійній промисловості. Це пов'язано з властивостями металургійного пилу та конструктивними особливостями відомого електроциклону.

В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення електроциклону шляхом вибору оптимальних форм центрального та коронуючих електродів, а також використання нових елементів конічної насадки з гвинтовими лопатями, що призведе до інтенсифікації аеродинамічних потоків, а отже, дозволить підвищити ефективність очищення газів і довговічність обладнання.

Поставлена задача вирішується тим, що в електроциклоні, що містить корпус, периферійне уведення газового потоку, виконане у вигляді вхідного патрубка, бункер, вихідний патрубок для виходу очищеного газу, центральний електрод, щопроходить через равлика і вихлопну трубу циклона, коронуючі електроди, встановлені у нижній частині центрального електрода за допомогою кільця, та опорний ізолятор, у верхній частині якого закріплений центральний електрод, що вихлопна труба має знизу конічну насадку з гвинтовими лопатями, встановленими на зовнішній поверхні, а коронуючі електроди виконані у вигляді стержнів, розташованих паралельно осі центрального електрода по окружності кільця розміщеного під конічною насадкою. Застосування конічної насадки з гвинтовими лопатями призводить до додаткового закручування газового потоку та збільшення відцентрових сил.Завдяки такому профілю вихлопної труби від бувається звуження перетину середньої частини електроциклону. При цьому збільшується швидкість обертового потоку, що забезпечує підвищення ефективності вловлювання часток без збільшення аеродинамічного опору.

Коронуючі електроди виконані у формі гладких стержнів. У відмінності від голчастих електродів (прототип) вони не мають фіксованих розрядних крапок - корона виникає по всій довжині електрода. Це підвищує напруженість електричного поля, що сприяє підвищенню ступеня очищення. Розташування коронуючих електродів паралельно осі центрального електрода підвищує ступінь очищення газу за рахунок зниження вторинного віднесення, оскільки пил, що осаджується на електродах, здуває спадним аеродинамічним потоком в бункер.

Рис.2

На рис.2 зображений електроциклон, загальний вигляд. Електроциклон складається із заземленого корпуса 1, бункера 2, вхідного патрубка 3 для периферійного уведення газового потоку, вихідного патрубка 4 для виходу очищеного газу, центрального електрода 5, що проходить через равлик 6 і вихлопну трубу 7 циклона, конічної насадки 8 з гвинтовими лопатями 9, коронуючих електродів 10, встановлених у нижній частині центрального електрода 5 за допомогою кільця 11, опорного ізолятора 12, у верхній частині якого закріплений центральний електрод 5 та перехідного патрубка 13.

Електроциклон працює таким чином. Через вхідний тангенціальний патрубок 3 електроциклона у верхню циліндричну частину корпуса, подається запилений газ. Внаслідок обертально-поступового руху великі фракції пилу відкидаються до стінок корпуса 1. Газовий потік з дрібнодисперсними фракціями, що взважені в ньому, проходячи через конічну насадку 8 із лопатями 9 одержує додаткове обертання, внаслідок чого додатково закручується. При цьому збільшуються швидкість обертання газового потоку і відцентрова сила, за рахунок чого підвищується ступінь очищення газу. Пройшовши конічну насадку 8 газ попадає в зону електричного поля, створену коронуючими електродами 10. Під впливом електричних сил дрібні частки пилу, які не встигли осісти на стінки корпусу 1 рухаються до стінок корпусу, які служать осаджувальним електродом. Пил, що накопичується на стінках, під дією сили ваги осідає в бункері 2 для збору пилу. Очищений газ виходить через вихлопну трубу 7, розташовану в центрі апарата.Таким чином, запропонований електроциклон забезпечує більш ефективне пиловловлювання і має більшу довговічність.

1.3 Матеріальний баланс технологічного об'єкта

Матеріальний баланс сушки. Результатом проведення даного процесу є розділення неоднорідних сумішей (газу і пилюки).

Нехай неоднорідна система, яку потрібно розділити, складається з речовини та завислих в ній речовин .

Позначимо: - кількість вихідної суміші, кг;

- вміст речовин у вихідній суміші, мас. % ;

- кількість очищеного продукту, кг ;

- вміст речовин в очищеному продукті, мас. % ;

- кількість осаду, кг ;

- вміст речовин в осаді, мас. % ;

- густина продукту ;

- густина продукту ;

При відсутності втрат матеріальний баланс матиме вигляд:

для всіх продуктів (1)

для завислих продуктів (2)

Розв'язавши рівняння (1) і (2) відносно і знайдемо кількість очищеного продукту:

(3)

і кількість осаду

(4)

Об'єми (в м³) вихідної суміші , очищеного продукту , та осаду можуть бути визначені з рівнянь:

(5)

(6)

(7)

Рівняння (1.1) і (1.2) виражають одночасно і процес змішування. З рівняння (1.2) можна легко знайти концентрацію завислої рідини і отриманої суміші:

(8)

де і - кількості змішуваних продуктів;

і - вміст в цих продуктах завислих речовин, мас. % ;

- кількість отриманої суміші.

1.4 Аналіз факторів, що впливають на технологічний процес

Аналіз структурної схеми взаємозв'язку між технологічними параметрами (факторами) з метою визначення впливу вхідних параметрів (величин) на вихідні дозволяє зробити наступні висновки.

В даній системі автомвтичного регулювання вхідна величина є витрата газу на вході в циклон , вихідна рівень пилу в бункері, витрата газу на виході.

- діаметр забруднених частинок в газі,- густина газу,- діаметр циклону,

- фіктивна швидкість газу в циклоні,- коефіцієнт опору циклона - це збурююча дія на даний обєкт регулювання.

На якість очистки газу дані параметри будуть впливати наступним чином:

Чим більший діаметр забруднених частинок в газі, тим степінь очистки газу буде більша: - 30-80%, - 70-95%, - 95-99%. Чим більша вхідна витрата , тим очистка газу буде ефективніша, але для нормальної роботи циклона швидкісь газу повина бути 20-30. При збільшені діамерта циклона ефективнісь очистки газу зменшується, оскільки буде зменшуватись відцентрова сила, яка дія на газ, і зокрема на забруднені частинки в газі. При збільшені -фіктивної швидкості газу в циклоні очистка газу буде більш ефективніша томущо з збільшеням буде збільшуватись відцентрова сила в циклоні. З збільшеням - коефіцієнта опору циклона очистка газу буде більш ефективніша, цей коефіцієнт є постійною величиною для циклону, і не залежить від діаметра. З збільшеням - густини газу очистка газу буде більш ефективнішою.

1.5 Технологічна карта процесу

№ п/п	Назва параметру	Одиниця вимірювання	Номінальне значення	Допустимі відхилення
1	Витрата газу, що поступає на очистку	м3/год	25	±5 м3/с
2	Рівень пилу в циклоні	м	2	±0,25 м

Структурна схема взаємозв'язку між технологічними параметрами об'єкта



Рис.3. Структурна схема взаємозв'язку між технологічними параметрами об'єкта:

- витрата на вході в циклон;

- витрата на виході з циклону;

- рівень пилу в бункері циклону;

- діаметр забруднених частинок в газі;

- густина газу;

- діаметр циклону;

- фіктивна швидкість газу в циклоні;

- коефіцієнт опору циклона;

2. Розроблення системи автоматичного керування технологічним процесом

2.1 Обґрунтування і вибір координат вимірювання, контролю, сигналізації, дистанційного керування, захисту, блокування та регулювання

Вимірюванню підлягають наступні контури:

- витрата газу на вході в циклон

- рівень пилу в циклоні;

На ФСА зображені такі контури регулювання:

- витрата газу на вході в циклон

- рівень пилу в циклоні;

2.2 Функціональні ознаки систем автоматизації

№ п/п	Обсяг автоматизації Назва параметра	Показ	Реєстрація	Сигналізація	Дистанційне керування	Автоматичне регулювання
1	2	3	4	5	6	7
1	витрата газу на вході в циклон	+				+
2	рівень пилу в циклоні	+				+

2.3 Вибір технічних засобів автоматизації (ТЗА)

При виборі технічних засобів автоматизації (ТЗА) треба враховувати енергетичні та функціональні ознаки систем автоматичного регулювання (САР), характер технологічного процесу, екологічний стан довкілля, параметри та фізико-хімічні властивості вимірюваного середовища, місце розміщення пунктів управління та контролю стосовно технологічних об'єктів, необхідну точність і швидкодію. Крім того беруть до уваги такі фактори, як пожежо- і вибухобезпечність, агресивність, токсичність середовищ, а також інші фізико-хімічні властивості речовин.

Вимірювання витрати здійснюю за допомогою перепеду тиску застосовуючи діафрагму типу ДК-06-50, умовний тиск 0.6МПа, а також вимірювальний перетворювач різниці тисків САПФИР 22ДД типу 2410, який має уніфікований струмовий вихідний сигнал 0 - 5 мА.

Рівень вимірюю за допомогою вібраційного рівнеміра SITRANS LVL100.В якості регулюючої апаратури вибираю мікропроцесорний регулятор МИК-12:

Автоматичний регулятор МИК-12

Характеристика регулятора:

- Універсальний одноканальний аналоговий або імпульсний ПІД-регулятор МИК-12

- Призначені для автономного і комплексного використання в АСУТП в енергетику, металургії, хімічній, харчовий і інших галузях промисловості і народному господарстві

- Регулятори дозволяють забезпечити високу точність підтримки значення вимірюваного параметра

- Вимірювання, контроль і автоматичне регулювання одного технологічного параметра (температура, тиск, витрата, рівень і т.п.)

- Контури автоматичного регулювання з управлінням від ЕОМ

Область застосування:

- Системи автоматичного регулювання різних технологічних параметрів

- Видалені пристрої зв'язку з об'єктом з індикацією

- Територіально розподілені і локальні системи управління

- Видалений збір даних, диспетчерський контроль, управління виробництвом

Функціональні можливості

- Робота з уніфікованими сигналами, термоперетворювач опору, термопарами

- Кожен аналоговий вхід може бути настроєний на підключення будь-якого типу датчика

- Вибір і конфігурація структури регулятора: 2-х позиційний, 3-х позиційний або П, ПІ, ПД, ПІД регулювання з імпульсним або аналоговим виходом

- Вибір структури ПІД регулятора: паралельна, змішана

- Стабілізуюче і слідкуюче регулювання

- Прилад ручного управління аналоговим, імпульсним, дискретним виконавчим механізмом, з індикацією заданої дії і індикацією реального значення положення виконавчого механізму

- Індикатор двох фізичних величин, задавач функцій

- Цифрова індикація значень параметра, заданої точки, вихідного сигналу, дискретних виходів

- Пряме, зворотне регулювання

- Статичне і динамічне балансування вузла задавача (4 режими балансування)

- Функція лінійної зміни заданої точки

- Цифрове калібрування (автоматична і ручна) почало шкали і діапазону вимірювання

- Масштабування шкал вимірюваних параметрів в технологічних одиницях

- Лінеаризація вхідних сигналів (по 20 крапкам)

- Завдання і технологічна сигналізація відхилення від уставок мінімум і максимум по кожному каналу

- Вхідний цифровий фільтр аналогових входів від дії шумів. Постійна часу цифрового фільтру є програмованим параметром

- Технологія оптичної ізоляції забезпечує трирівневу (по входу, виходу і живленню) гальванічну розв'язку з напругою ізоляції до 1000В. Гальванічна ізоляція забезпечує високу точність і стабільність операцій введення-висновку, забезпечує високе співвідношення сигнал/шум і захист від перешкод в промислових умовах

- Витягання квадратного кореня (вимірювання і регулювання витрати по перепаду тиску)

- Чотири вільно-програмовані дискретні виходи

- Програмована логіка роботи вихідних пристроїв: більше MAX, менше MIN, в зоні MIN-MAX, поза зоною MIN-MAX

- Моніторинг справності датчиків (їх ліній зв'язку або вимірювального каналу) з програмованою системою безпечного управління виконавчими механізмами

- Функція обмеження аналогового виходу

- Ретрансмісія аналогових входів і аналогових параметрів на аналоговий вихід пристрою

- Збереження параметрів при відключенні живлення

- Захист від несанкціонованої зміни параметрів

- Гальванічно розділений інтерфейс RS-485, протокол ModBus RTU (збір інформації, конфігурація)

Конфігурація приладу, комунікаційні функції і можливості:

- Конфігурація приладу, зміна його настройок і параметрів, здійснюється за допомогою клавіш передньої панелі або по інтерфейсу RS-485 за допомогою програмного пакету-конфігуратора "МИК-Інтелект"

- Використання програмного пакету "МИК-Реєстратор" надає можливість побудови системи збору і архівації інформації на ПЕВМ

- Використання програмного пакету ModBus OPC Server забезпечує можливість автоматизації обміну інформацією між приладами і додатками-клієнтами на ПЕВМ.

Як додаток-клієнт, наприклад, може використовуватися SCADA-система, що підтримує стандартний інтерфейс доступу до даних ОРС Data Access 2.0

Технічні характеристики

- Кількість каналів вимірювання: 1

- Гальванічна ізоляція: трирівнева (по входу, виходу, живленню)

- Період вимірювання: не більше 0,1 сік

- Період оновлення інформації на дисплеї: не більше 0,5 сік

- Вхідні аналогові сигнали: 0-5мА (Rвх=400 Ом), 0(4)-20 мА (Rвх=100 Ом), 0-10В (Rвх=25кОм)

- Вхідні сигнали від термоперетворювача опору: ТСП 50П, 100П, гр.21, ТСМ 50М, 100М, гр.23

- Вхідні сигнали від термопар: ТХК(L), ТХА(K), ТПП(S), ТПР(B), ТВР (A), ТЖК(J), ТХКн(E)

- Основная приведена погрішність вимірювання: ± 0,2%

- Що вирішує здатність цифрової індикації: ±0,01%

- Кількість розрядів цифрового індикатора: 4

- Висота цифр світлодіодних індикаторів: 8 мм

- Вихідний аналоговий сигнал: 0-5 мА (Rн<=2кОм), 0-20 мА, 4-20 мА

(Rн<=500 Ом)

- Основна приведена погрішність формування вихідного сигналу, не більше 0,2%

- 2 дискретних виходу (залежно від замовлення клемно-блокового з'єднувача):

транзистор ОК, до 40В до 100мА

реле, до 220В 8А

оптосимістор з внутрішньою схемою переходу через нуль, до 600В-50мА

твердотільне реле, до 60В-1АAC/1АDC.

- Температура навколишнього середовища: від -40°С до +70°С

- Напруга живлення: ~220(+22,-33)У, (50±1) Гц змінного струму або 24(±4) В постійного струму

- Споживана потужність: не більше 8,5 Вт (~220В)

- Корпус (ВхШхГ): щитовій 96х96х189 мм DIN43700, IP30. Монтажна глибина: 190 мм

- Маса блоку: не більше 1,0 кг

Дифманометр САПФИР 22ДД

Основні технічні характеристики

Вихідний сигнал, мА	4-20; 0-5; 0-20; 20-4; 5-0; 20-0
Верхняммежа вимірювання , МПа	0,16; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 10,0; 16,0; 25,0; 40,0; 60,0
Похибка вимірювання	±0,15 %
Кліматичне виконання	«У» категорії 3.1 по ГОСТ 15150-69 (виконання С3 по ГОСТ 12997-84), але для роботи при температурі навколишнього повітря від мінус 40 до плюс 70 °С
Тип вибухозахищеності	«Спеціальний» і «Вибухопроникаюча оболонка», маркування 1ExsdllIIBT4
Напруга живлення	24-36 В постійного струму, від 50 до 400 Гц
Потребляемая мощность	0,85 В·А

Контролююче середовище

Тип	рідкі, газоподібні, в т.ч. нафта і продукти її переробки
Граничний тиск	25 % від верхньої межі вимірювання
Температура навколишнього повітря	від -40 до +70 °С

Діафрагма ДКС-06-50

Блок добування корення БИК-1

Технічні характеристики Блоку добування кореня БИК-1:

Найменування параметрів	Значення параметрів
Вхідний сигнал, мА	0-5; 4-20
Вихідний сигнал, мА	0-5; 0-20; 4-20
Межі допустимої основної зведеної похибки,%	± 1; ± 0,5; ± 0,25
Вихідна стабілізована напруга постійного струму джерела живлення, В	36 *
Живлення: напруга, В	220; 240
частота, Гц	50; 60
Споживана потужність до, ВА	10; 22 *
Кількість каналів	1, 2
Умови експлуатації: температура, ° С	від -10 до +60
відносна вологість до,%	95
Габаритні розміри варіантів виконань, мм	80 х 160 х 358
Маса, кг	4,2

Блок ручного управління БРУ-5

Блок ручного управління імпульсний БРУ-5, БРУ-5К1

Призначений для використання в системах промислової автоматизації виробничих процесів в якості:

- Блоку ручного задатчика імпульсних сигналів "більше" - "менше"

- Блоку ручного управління імпульсним виконавчим механізмом (ІМ)

Блоки БРУ-5 виконані в корпусі з передньою панеллю 96х96, блоки БРУ-5К1 - 48х96

Область застосування

- Блок управління для ручного перемикання керуючих ланцюгів регулятора з автоматичного режиму управління на ручне і назад за допомогою клавіші на передній панелі

- Блок управління для дистанційного перемикання режиму управління ручний / автомат, за допомогою зовнішніх сигналів, що подаються на клемної-блоковий з'єднувач

- Цифровий індикатор технологічного параметра, сигналу положення ІМ, в межах від 0,0 до 100,0%

Функціональні можливості

- Цифрова калібрування вимірювального каналу

- Масштабування шкал вимірюваних параметрів в довільних технологічних одиницях

- Цифрова фільтрація

- Витяг квадратного кореня

- Лінеаризація вхідного сигналу по 16 точках

- Технологічна сигналізація на передній панелі відхилення від уставок мінімум і максимум

- Комутація ланцюгів ручного управління кнопками ">" і "<" з самовирівнюванням та вбудованої електричної блокуванням від одночасного включення

- Два світлодіодних індикатора на передній панелі для індикації стану ключів ">" і "<"

- Світлодіодна індикація режиму управління ручний / автомат

- Збереження параметрів при відключенні живлення

- Захист від несанкціонованого зміни параметрів

- Гальванічно розділений інтерфейс RS-485, протокол ModBus RTU (збір інформації, конфігурація)

Блок комутації сигналів БКС-4

- Збільшення кількості груп перемикаючих контактів блоків БРУ-5, БРУ-5К1 можливо за допомогою додаткового зовнішнього пристроюБКС-4 (поставляється по окремому замовленню)

Конфігурування приладу

- Конфігурування приладу, зміна налаштувань і параметрів, здійснюється: по інтерфейсу RS-485 або за допомогою інженерного пультаПУ-57, що поставляється по окремому замовленню

Технічні характеристики

- Вхідний аналоговий сигнал: 0-5мА (Rвх = 400 Ом), 0 (4) -20 мА (Rвх = 100 Ом), 0-10В (Rвх = 25кОм)

- Основна приведена похибка виміру: ± 0,2%

- Кількість розрядів цифрового індикатора: 4

- Висота цифр світлодіодних індикаторів: 14 мм

- Комутаційна здатність контактів реле з магнітною блокуванням:

- Постійний струм ... <34 В, <0,25 А

- Змінний струм ... <220 В, <0,25 А

- Температура навколишнього середовища: від -40 ° С до +70 ° С

- Напруга живлення БРУ-5: ~ 220 (+22, -33) В, (50 ± 1) Гц змінного струму або 24 (± 4) В постійного струму

- Напруга живлення БРУ-5К1: 24 (± 4) В постійного струму

- Споживана потужність: не більше 7 Вт (~ 220В) - для БРУ-5

- Струм: не більше 150 мА - для БРУ-5К1

- Корпус (ВхШхГ): щитової 96х96х189 мм DIN43700, IP30. Монтажна глибина: 190 мм - для БРУ-5

- Корпус (ВхШхГ): щитової 48х96х170 мм DIN43700, IP30. Монтажна глибина: 170 мм - для БРУ-5К1

- Маса блоку: не більше 1,0 кг (БРУ-5), не більше 0,33 кг (БРУ-5К1)

Пускач безконтактний реверсивний ПБР-2М

Умови експлуатації пускача	Виконання УХЛ 4.2
Температура, ° С	Від 5 до 50
Відносна вологість,%	Від 30 до 80
- При температурі, ° С	35
- Атмосферний тиск, мм рт.ст.	від 630 до 800
Вібрація: частота, Hz амплітуда, mm	до 25 до 0,01
Магнітні поля постійні або змінні 50Hz, напруженість, A / m	до 400

Виконавчий механізм МЕО-16/10-0,25-82

Електричні однооборотні виконавчі механізми МЕО-16 призначені для переміщення регулюючих органів в системах автоматичного регулювання технологічними процесами відповідно до командними сигналами автоматичних регулюючих і керуючих пристроїв. Виконавчі механізми МЕВ-16 переміщують робочі органи неполноповоротного принципу дії (кульові і пробкові крани, поворотні дискові затвори, заслінки).

Принцип роботи виконавчих механізмів полягає в перетворенні електричного сигналу надходить від регулюючого або керуючого пристрою в обертальний переміщення вихідного валу.

Виконавчі механізми МЕО-16 встановлюються поблизу регулюючих пристроїв і зв'язуються з ними за допомогою тяг і важелів.

Виконавчі механізми МЕО-16 виготовляються з датчиком зворотного зв'язку (блоком сигналізації положення вихідного валу) для роботи в системах автоматичного регулювання або без датчиків зворотного зв'язку - з блоком кінцевих вимикачів для режиму ручного управління.

Виконавчі механізми М)В-16 виготовляються з блоком сигналізації положення, який складається з двох блоків: блок мікроперемикачів; датчик зворотного зв'язку.

Типи блоків сигналізації положення:

БСПІ - блок сигналізації положення індуктивний - перетворить переміщення вихідного органу у зміну індуктивного опору.

БСПР - блок сигналізації положення реостатний - перетворить переміщення вихідного органу у зміну активного опору;

БСПТ - блок сигналізації положення струмовий - перетворить переміщення вихідного органу в уніфікований струмовий сигнал 0 - 5 мА, 0 - 20 мА або 4 - 20 мА.

Електричне живлення блоків живлення для БСПТ однофазне напруга 220 В, 230 В, 240 В частотою 50 Гц, 220 В частотою 60 Гц.

БКВ - блок кінцевих вимикачів.

Регулюючий клапан 25ч939нж

Рівнемір SITRANS LVL100

Тип	сигнализатор рівня
Принцип дії	вібраційний
Вимірюване середовище	Рідина, густина 0.7.. 2.5 г/см3
Температура вимірюваного середовища	-40.. 150 °C
Тиск в системі	-1.. 64 бар
Матеріал	Нержавіюча сталь 1.4404, пластик (корпус)
Функція на виходе	DC PNP NO, перемикач AC/DC
Живлення	AC/DC

2.4 Специфікація на засоби автоматизації

№ п/п	№ позиції	Назва параметра	Назва засобу та коротка технічна характеристика	Тип	К-ть
1	1-1	Витрата	Діафрагма камерна =100мм; МПа	ДК-06-50	1
2	1-2		Вимірювальний перетворювач різниці тисків, з уніфікованим струмовим вихідним сигналом 0 - 5 мА.	САПФИР-22ДД-2410	1
3	1-3		Пристрій для добування корення, з уніфікованим струмовим вхідним та вихідним сигналом 0 - 5 мА.	БИК-1	1
4	1-4 1-9 2-2		Одноканальний імпульсний мікропроцесорний ПІД-регулятор з уніфікованим вхідним сигналом 0-5мА. Має функції показу та реєстрації.Має сигналізацію відхилень від значень min та max.	МИК-12	3
5	1-6 1-10 2-3		Блок ручного управління імпульсний: - Перемикання режимів управління ручной/автомат - Індикація технологічного параметра - Ручне управління імпульсним виконавчим механізмом, імпульсний задатчик - Інтерфейс RS-485 - Блоки БРУ-5 виконані в корпусі з передньою панеллю 96х96.	БРУ-5	3
6	1-7 1-11 2-4		Пускач безконтактний реверсивний. Вхідний сигнал постійного струму 24 В. Максимальний комутований струм 4 А.	ПБР-2М	3
7	1-8 1-12		Показник положення	В-12	2
8	1-14 1-15		Регулюючий клапан, Dу = 100мм, Pу = 0.6 МПа	25ч939нж	2
9	1-13 1-16		ВМ, номінальний крутний момент на вих валу 16 Н м, номінальний час повного ходу вих валу 10с, номінальний повний хід вих валу 0,25об, =220В, 50Гц, потужність 60ВА, одно обертовий з струмовим датчиком положення	МЕО-16/10-0,25-82	2
10	2-1	Рівень	Вібраційний рівнемір	SITRANS LVL100	1

2.5 Опис ФСА

o Контур регулювання витрати газу на вході в циклон

Вимірюємо витрату за допомогою зміного перепаду тиску, застосувавши камерну діафрагму типу ДК-05-50 і вимірювальний перетворювач різниці тисківтиску САПФИР 22ДД 2410, який подає вихідний сигнал 0-5 мА на вхід автоматичного регулятора МИК-12. Для контура регулювання витрати на вході в циклон вибираємо регулятор з ПІД-законом регулювання. Функції регулятора виконує мікропроцесорний регулятор МИК-12. Також на регулятор подаємо задане значення через ЗУ-05. Вихід із мікропроцесорного регулятора МИК-12 подаємо через блок ручного управління БРУ-5 який у свою чергу діє на пусковий пристрій ПБР-2М, який керує ВМ що зв'язаний з РО.

o Контур регулювання рівеня пилу в циклоні

Вимірювання рівня здійснємо вібраційним рівнеміром типу SITRANS LVL100, який подаэ сигнал на вхід автоматичного регулятора МИК-12. Для контура регулювання рывня в бункеры циклону вибираємо регулятор з ПІД-законом регулювання. Функції регулятора виконує мікропроцесорний регулятор МИК-12. Вихід із мікропроцесорного регулятора МИК-12 подаємо через блок ручного управління БРУ-5 який у свою чергу діє на пусковий пристрій ПБР-2М, який вмикає двигун нижньої засувки.

3. Розрахунок САР

3.1 Розрахунок моделі об'єкту регулювання

Математичну модель об'єкта регулювання для розрахунків оптимальних параметрів настройки регулятора знаходимо у вигляді функції передачі.

Регулюємо витрату газу на вході циклона.

Враховуючи структурну схему взаємозв'язків між технологічними параметрами об'єкта, матеріальний баланс, експериментальні дані та інформацію з навчальної літератури побудуємо математичну модель реактора у вигляді функції передачі. Її можна представити як послідовне з'єднання двох аперіодичних ланок, тобто обрана модель матиме вигляд:

,

де: - сталі часу 1-ї, 2-ї, 3-ї аперіодичних ланок 1-го порядку відповідно,

k - коефіцієнт передачі об'єкта регулювання,

ф - час запізнення.

На основі аналітичних залежностей для визначення параметрів математичної моделі та знаючи геометричні розміри об'єкта, значення технологічних параметрів об'єкта, матеріальні та енергетичні потоки визначимо основні параметри математичної моделі об'єкта:

-Перша стала часу об'єкта

-Друга стала часу об'єкта

-Третя стала часу об'єкта

-Коефіціент передачі об'єкта k =5.7;

-Час запізнення об'єкта

Отже функція передачі об'єкта регулювання буде наступна:

.

Змоделюємо криву розгону циклона при одиничному стрибкоподібному збуренні у середовищі Simulink:

Структурна схема в середовищі Simulink

Рис 4. Крива розгону циклона при одиничному стрибкоподібному збуренні

3.2 Розрахунок параметрів настроювання регулятора

Значення параметрів настроювання регулятора наближено можуть бути знайдені за спрощеною методикою, яка ґрунтується на припущенні про можливість описання об'єктів регулювання через функції передачі типу: аперіодична ланка першого порядку, інтегруюча ланка, диференційна ланка, ланка запізнення та інші. Зрозуміло, що ця методика не може бути застосована для об'єктів, які не описуються функціями передачі цих ланок. Тому для знаходження оптимальних значень параметрів настроювання регулятора необхідно застосувати спеціально розроблені теоретично обґрунтовані методи: метод розширених частотних характеристик, метод розрахунку параметрів за показником коливальності М. Для розрахунку САР, яка знаходиться під дією випадкових процесів, застосовують дисперсійний метод.

Розрахунок оптимальних параметрів настроювання за методом розширених частотних характеристик базується на амплітудо-фазовому критерії стійкості, який можна інтерпретувати як критерій запасу стійкості, якщо замість звичайних частотних характеристик застосувати розширені частотні характеристики.

Розширена частотна характеристика елемента з відомою функцією передачі визначаються заміною в ній оператора Лапласа

де w - кругова частота; - степінь коливальності, який характеризує запас стійкості; б - абсолютне значення дійсної частини комплексного кореня характеристичного рівняння.

Умова забезпечення заданого запасу стійкості формулюється на основі амплітудно-фазового критерію стійкості Найквіста, в якому застосовуються розширені частотні характеристики розімкнутої системи автоматичного регулювання

(1)

де - розширена амплітудно-фазова характеристика (АФХ) об'єкта регулювання, - розширена АФХ регулятора. Для спрощення запису позначимо

Розрахунок параметрів настроювання ПІ-регулятора.

В якості регулятора вибираю ПІ-регулятор. Розширена АФХ ПІ-регулятора записується у вигляді

.(2)

Підставляючи (2) в (1) одержимо

,

або

,

звідки отримуємо систему двох рівнянь з двома невідомими

.

Розв'яжемо отриману систему рівнянь відносно

.(3)

Розширена АФХ об'єкта регулювання в показниковій формі має вигляд ,

де розширені амплітудно- і фазочастотні характеристики об'єкта регулювання. Враховуючи, що дійсна U і уявна V розширені частотні характеристики визначаються як система (4.4.3) набуде вигляду

.(4)

Змінюючи частоту в діапазоні (- частота, що відповідає параметру настроювання І-регулятора; - частота, що відповідає параметру настроювання П-регулятора) розраховують область параметрів настроювання ПІ-регулятора на задану ступінь коливальності m_зад. Аналітично частоти і можна визначити з рівнянь

.

Графічно границя області заданого запасу стійкості представлена на рис.5.

Рис.5. Границя області заданого запасу

На цьому ж графіку показана область параметрів настроювання регулятора, що виводять САР на границю стійкості (m=0). Якщо вважати, що діючі в САР збурення є низькочастотними (зокрема детерміноване збурення у вигляді стрибка є низькочастотним), то оптимальні параметри настроювання розраховують при частоті, при якій . Для випадкових збурень вибирають параметри настроювання з границі області запасу стійкості на робочій частоті . Вважається, що таким чином визначені параметри, наближено забезпечують мінімальне значення інтегральної квадратичної оцінки якості J₂

(5)

де - крива розгону замкнутої САР; - задане значення регульованої величини.

Для точного визначення оптимальних параметрів настроювання регулятора необхідно розрахувати значення J₂за рівнянням (4.4.5) при різних значеннях параметрів настроювання регулятора зі знайденої області заданого запасу стійкості. і знайти таку пару значень , при якій J₂ набуде найменшого значення. Таким чином, оптимальними параметрами настроювання регулятора є такі, що при заданому запасі стійкості САР забезпечують мінімальне значення інтегральної оцінки якості.

В якості регулятора вибираю ПІ-регулятор, функція передачі якого рівна:

,

де, - пропорційна складова, - інтегральна складова.

За розширеними частотними характеристиками знаходжу частоту w, при якій розширена фазочастотна характеристика об'єкта регулювання досягає значення та .

T1 = 0.4; T2 =0.7; T3 = 1.6; k =5.7;

tau=0.1;

m=0.36;

w=[0:0.0001:3];

p=-m*w+i*w;

Wor=k*exp(-p*tau)./((T1*p+1).*(T2*p+1).*(T3*p+1));

fiop=phase(Wor);

j=1:length(w), a(j)=-pi, b(j)=-pi/2+atan(m),

plot(w,fiop,'k',w,a,'--',w,b,'--');grid

xlabel('w,rad/sec');ylabel('fi,rad');

Рис. 6. Розширена фазочастотна характеристика об'єкта регулювання

З графіка визначили:

Для заданого m у площині параметрів і будую границю області запасу стійкості, з якої визначаю оптимальні значення параметрів настроювання ()_опт, ()_опт.

w=[0.41:0.0001:1.3];

T1 = 0.4; T2 =0.7; T3 = 1.6; k =5.7;

k=5.6259;

tau=0.135;

m=0.36;

p=-m*w+i*w;

Wop=(k*exp(-p*tau))./((T1*p+1).*(T2*p+1).*(T3*p+1));

fi=phase(Wop);

Aop=abs(Wop);

kp_Tiz=-((m^2+1).*sin(fi).*w)./Aop;

kp=(-cos(fi)-m*sin(fi))./Aop;

figure(2)

plot(kp,kp_Tiz),grid



Рис. 7. Границя області заданого запасу стійкості ПІ-регулятора.

Значення оптимальних параметрів ПІ-регулятора:

;

Маючи параметри настроювання регулятора, складаю модель САР і досліджую її перехідний процес при дії збурень у середовищі Simulink.

Структурна схема одно контурної САР регулювання витрати газу на вході циклона із ПІ-регулятором випадку стрибкоподібної зміни по каналу регулюючої дії.

Рис 8. Графік кривої розгону САР із ПІ-регулятором при стрибкоподібній зміні регулюючої дії (y_max=5).

Як видно із рисунка, максимальне динамічне відхилення , час регулювання становить , допустима похибка регулювання , коефіцієнт заникання коливань = 0,91.

Структурна схема одно контурної САР витрати газу на вході циклона із ПІ-регулятором при стрибкоподібній зміні по каналу завдання.

Рис 9. Перехідний процес у САР витрати газу на вході циклона із ПІ-регулятором для випадку стрибкоподібної зміни по каналу завдання.

Як видно із рисунка, максимальне динамічне відхилення , час регулювання становить , допустима похибка регулювання , коефіцієнт заникання коливань = 0.86.

Висновок

В курсовій роботі проведена розробка системи автоматизації процесу очищення газу в циклонах Для заданих критеріїв якості регулювання були розраховані оптимальні параметри настройки ПІ-регулятора температури в реакторі (Кр=0.2213; Кр/Тіз =0.1577). В середовищі SIMULINK пакету MATLAB був побудований перехідний процес з стрибкоподібною зміною по каналу регулюючої дії та по каналу завдання.

очищення циклон simulink matlab

Література

1. Е. Г. Дудников “Автоматическое управление в химической промышленности”, М. : Химия 1987 р. 368 с.

2. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия. 1978. 704 с.

3. Полоцкий Л.М., Лапшинков Г.И. Автоматизация химических производств. - М.: Высшая школа, 1982.

4. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. Учебник для вузов. - 3-е. Изд., М.: Химия,1987.-496с.

5. Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов и АСУП в химической промышленности. - М.Химия, 1978.- 376с.,ил.

6. ГОСТ 21.404 - 85. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах. - М.: Стандартиздат, 1985.

7. Конспект лекцій з дисципліни “Автоматизація неперервних технологічних процесів”.

8. Засоби автоматизації технологічних процесів. Каталог продукції ВО "Мікрол". - Івано-Франківськ, 2008 р.

Размещено на Allbest.ru

...