Исследование САР расхода кислорода на продувку кислородного конвертера

Министерство образования Российской Федерации.

Магнитогорский индустриальный колледж

им. Н.И. Макарова

 

 

 

 

 

 

 

ИССЛЕДОВАНИЕ САР РАСХОДА  КИСЛОРОДА

 НА ПРОДУВКУ КИСЛОРОДНОГО  КОНВЕРТЕРА

 

Пояснительная записка 

к курсовой работе по дисциплине

автоматическое управление

КР.220301.20.00.00.ПЗ

 

 

 

 

 

 

Нормоконтролер Руководитель работы

________Е.В.Менщикова __________Е.В.Менщикова

________________ _________________

Разработал студент

Группы А-03-11

__________И.Д.Творогов

 

 

 

 

 

 

 

 

2005 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение       3

1. Общая часть 4

1.1 Объект регулирования  – основной элемент системы 4

1.1.1 Статические и динамические  характеристики 7

1.1.2 Годограф АФХ объекта 10

1.2 Законы регулирования идеальных регуляторов 12

1.3 Частотные критерии анализа  устойчивости САР 13

1.4 Качество САР и способы его улучшения 14

2. Специальная часть 19

2.1 Выбор закона регулирования.  Расчёт оптимальных настроек

регулятора 19

2.2 Расчёт устойчивости САР 22

2.3 Обоснование выбора  типа промышленного регулятора                                25

2.4 Структурные схемы  промышленных регуляторов 27

2.5 Описание работы исследуемой САР по ее математической модели 28                     

Список используемых источников                                                                         32      

Приложение А. Задание к курсовой работе                                                                                      

 

ВВЕДЕНИЕ

Для выплавки стали существует много  разных печей – мартен, электродуговые печи и т.д. Но самым рациональным способом выплавки стали на данный момент является конвертер.

Для обеспечения выплавки стали нужной марки и нужного  качества используется система продувки конвертера кислородом. Расход кислорода  в этой системе необходимо регулировать, т.к. это влияет на результат, полученный в конце процесса. Для регулирования используются Сапфиры и контроллеры типа Simatic.

Данный проект исследует  САР продувки кислородом и дает возможность  рационально построить систему. Следствием этого является качественное обеспечение процесса выплавки, а значит и получение качественной продукции.

При исследовании САР  выбирается закон регулирования, тип  промышленного регулятора, рассчитывается система на устойчивость, рассматривается  качество САР и способы его  улучшения.

 

Расчет привода цепного трансформатора.

Исходные данные:

F = 4 кН – усиление на звездочке;

V = 0,75 м/с – линейная скорость транспортера;

P = 100 мм – шаг цепи;

z = 6 – число зубьев звездочек

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Кинематическая схема.

1. Выбор электродвигателя и кинематический расчет

1. Общий кпд привода:

η = η₁ · η₂ · η₃ · η₄ · η₅;

где η₁ = 0,98 – КПД муфты;

η₂ = 0,98 – КПД первой пары зубчатых колес;

η₃ = 0,98 – КПД второй пары зубчатых колес;

η₄ = 0,98 - КПД второй муфты;

η₅ = 0,99 – КПД одной пары подшипника.

η = 0,98⁴ · 0,99⁴ = 0,89;

2. Мощность на звездочке транспортера

Pзв. = F · V = 4 · 0,75 = 3 кВт.

3. Требуемая мощность привода

Pтр. =

 

 

 

еэтого объекта. Снятие временной характеристики объекта на практике, её часто называют кривой разгона объекта.

Статические объекты.татическими объектами называются объекты, у которых при поступлении ступенчатого воздействия регулируемая величина после окончания переходного процесса принимает новое постоянное значение. При определённом значении постоянной времени апериодического звена его временная характеристика с некоторым приближением совпадает с временной характеристикой объекта. Следовательно, с некоторым приближением объект регулирования в динамическом отношении можно идентифицировать с апериодическим звеном с передаточной функцией

 

Wоб(р)=Коб/(Тобр+1)

 

 

Статические объекты  с апериодическим временными характеристиками на практике часто называют объектами  с самовыравниванием.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Статические и динамические характеристики

 

Любой технологический  агрегат, являющийся ОР, работает в  установившемся режиме, если в нём полностью соблюдается материальный и энергетический баланс, т.е. если приток различных веществ в объекте равен их расходу из объекта, а количество поступившей энергии равно количеству энергии обданной.

Основные параметры, характеризующие условия протекания технологического процесса (давление кислорода – 1.6…2.5МПа; расход максимальный – 2000 м /мин; температура металла – 1200…1600 С) в установившемся состоянии остаются неизменными. При этом каждому значению входной величины объекта в установившемся состоянии соответствует определённое значение его выходной величины.

Зависимость выходной величины от входной величины в установившемся состоянии называется статической  характеристикой объекта регулирования.

Статические характеристики могут быть как линейными с различными коэффициентами наклона, так и нелинейными. Эти характеристики дают возможность оценить степень связи между различными входными и выходными величинами объекта. Примером статической характеристики объекта регулирования является рис. 2.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – статическая характеристика объекта регулирования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – статическая характеристика первичного преобразователя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – статическая характеристика регулирующего органа

 

 

Динамической характеристикой  объекта регулирования называется зависимость выходной величины от входной  в переходном режиме.

Большинство объектов регулирования  обладает способностью постепенно приостанавливать отклонение выходной величины от первоначального значения и в них вновь устанавливается равновесное состояние.

Свойство объектов приходить  после возмущения в новое установившееся состояние, без участия регулятора называется свойством самовыравнивания (саморегулирования) объекта. Статические  объекты характеризуются коэффициентом самовыравнивания объекта, который называют, в какой степени отклонение параметра влияет на небаланс. Коэффициент самовыравнивания является безразмерной величиной. При р>0 получается статический  объект сам, без регулятора приходит к некоторому установившемуся состоянию, причём тем быстрее и с меньшим статическим отклонением параметра, чем больше q. Задача регулятора в данном случае будет состоять в том, чтобы значительно ускорять переходные процессы в системе и сделать статические отклонения регулируемой величины достаточно малыми.

Поскольку скорость изменения  регулируемой величины пропорциональна  небалансу притока и расхода  вещества в ОР, то она прямо зависит  от емкости объекта, где это вещество может накапливаться. Чем больше величина емкости объекта, тем медленнее изменяется регулируемый параметр при одном и том же возмущении. Замедление регулируемого параметра во времени, определенное величиной емкости объекта, называют емкостным запаздыванием. Емкость – способность объекта накапливать кислород.

Отрезок времени между  началом перемещения регулируемого  органа и тем моментом, когда его  действие начнёт сказываться на ОР, называется чистым запаздыванием.

Чем больше величины емкости  и сопротивления ОР, тем больше время достижения регулируемой величиной нового установившегося значения. В зависимости от числа входящих в ОР емкостей различают емкостные и многоемкостные объекты. Чем больше количество емкостей и сопротивлений в составе ОР, тем более S-образный характер поет кривые динамических характеристик объектов и тем больше время установления нового значения регулируемого параметра.

Для определения динамической характеристики используется кривая разгона  – кривая изменения во времени  выходной величины в переходном процессе, вызванном однократным возмущением входной величины; при этом предполагается, что возмущение является мгновенным.

По кривой разгона  определяются динамические характеристики ОР: запаздывания, постоянную времени  и коэффициент передачи. Общее  запаздывание тоб объекта, которое складывается из транспортного (чистого) запаздывания и емкостного (переходного) запаздывания. т.об – это условное время, в течение которого выходная величина изменилась бы от начального до нового установившегося значения. Коэффициент передачи коб статического объекта, представляет собой изменение выходной величины объекта при переходе из начального в новое установившееся состояние, отнесенное к единичному возмущению на входе. Единичным возмущением считают однопроцентное изменение входной величины объекта.

 

 

1.1.2 Годограф АФХ

 

На рисунке представлена АФХ апериодического звена при  изменении w от 0 до бесконечности в виде полуокружности с центром на оси абсцисс в точке коб/2.

Процесс преобразования кривой разгона в АФХ (т.е. годограф) заключается в следующем:

Строим комплексную ось координат  с осями Jт = f(Re). На оси абсцисс от 0 откидываем величину kоб (взяли с кривой разгона). Середина данной величины (коб/2) будет являться центром полуокружности АФХ. Далее рассчитываем А, ф’, ф’’ и фоб для дальнейшего построения по следующим формулам:

 

W=n/тоб;

Аоб=коб/√1+тоб  *w;

Ф’=-arctg n;

Ф’’=-w*тоб*180/п;

Фоб=ф’+ф’’;

 

Рассчитанное ф’ откладываем  в IV четверти оси координат от оси абсцисс и проводим вектора длинной до полученной полуокружности. Затем проводим радиус данного вектора, который соединится затем с вектором, полученным при обложении фоб, образуя при этом одну из точек годографа. Обложив таким образом все рассчитанные ф’ и фоб и получив точки, соединяем их при помощи лекала, образуя при этом плавный график, который может как бы закручиваться вокруг начала координат.

Для наглядности вводим пример расчета и построения АФХ  системы расхода кислорода на продувку конвертера:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1 – Годограф АФХ объекта

 

	N	w	Aоб	Ф’	Ф’’	Фоб
1	2	3	4	5	6	7
1	0	0	20	0	0	0
2	0,2	0,013	19,6	-11,3	3,35	-14,65
3	0,4	0,026	18,6	-21,5	-6,7	-28,5
4	0,6	0,04	17,14	-30,9	-10,32	-41,22
5	0,85	0,056	15,31	-40,1	-14,45	-54,85
6	1,2	0,08	12,8	-50,2	-20,64	-70,84
7	1,8	0,12	9,71	-60,9	-30,96	-91,86
8	2,8	0,186	6,75	-70,3	-47,98	-118,28
9	5,8	0,386	3,4	-80,2	-99,57	-179,77
10	6,0	0,4	3,28	-97,5	-106,18	-194,68
11	6,4	0,427	3,09	-113,3	-110,15	-223,45
12	7,0	0,467	2,83	-144,2	-120,46	-264,66
13	7,85	0,523	2,53	-184,6	-134,91	-319,51