Исследование САР расхода кислорода на продувку кислородного конвертера

 

y=kpX+kp1  xdt=kp(x+1/Tu  xdt);

 

          Параметры настройки:

kp; % хода РО/м3ч – коэффициент передачи (параметр настройки П-части)

 

kp=0.6/(коб*тоб/Тоб);

кр=0.6/(20*4.5/15)=0.1;

             где Ти, с – время изодрома (параметр настройки И-части регулятора)

           Ти=0.6*Тоб;

Ти=0.6*15=9;

 

 

 

 

Подставив рассчитываемые данные, получим уравнение

 

у=0.1(х+1/9  хdt).

 

 

 

Расчёт устойчивости САР

 

          Параметры объекта регулирования.

 

т=4.5с;

тоб-15с;

Коб=20м3/ч/%хода РО

 

Параметры регулятора

 

Кр=0.7/(коб*т/Тоб);

Кр=0.7/(20*4.5/15);

 

          Порядок расчёта:

          Расчёт частотных характеристик объекта с самовыравниванием

 

Wоб(jw)=kоб/(1+j*Tоб*w)*e   ;

Aоб(w)=коб/  1+Тоб2*w2;

Фоб(w)=-(wт+arctgTоб*w);

 

 

 

 

 

Расчёт частотных характеристик  для пропорционально-интегрального  регулятора.

 

W(jw)=kp*  (1/w2*Tu2+1);

Ap(w)=kp*  (1/w2*Tu2+1);

Фр(w)=arctg(w*Tu)-п/2;

         Частотные характеристики разомкнутой системы рассчитываются по формулам

 

A(w)=Aоб(w)*Ap(w);

Ф(w)=Фоб(w)+Фр(w);

 

          Частоте предают значения от 0 до бесконечности, чтобы найти значения величин: A(w), Aоб(w), Ap(w), Ф(w), Фоб(w), Фр(w)

          Полученные данные заносят в таблицу:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3  - АФХ объекта регулирования и разомкнутой САР

w	Wоб(jw)		Wp(jw)		W(jw)
	Aоб(w)	Фоб(w)	Ap(w)	Фр(w)	A(w)	Ф(w)
0	20	0	-	-90	-	-90
0.013	19.6	-14.65	0.8628	-82.23	16.91	-96.87
0.026	18.6	-28.5	0.4431	-74.73	8.24	-103.23
0.04	17.14	-41.22	0.3031	-67.22	5.19	-108.44
0.056	15.31	-54.85	0.2302	-59.54	3.52	-114.39
0.08	12.8	-70.84	0.1814	-49.97	2.32	-120.81
0.12	9.71	-91.86	0.1489	-38.44	1.44	-130.31
0.186	6.75	-118.28	0.1311	-27.11	0.88	-145.39
0.383	3.4	-179.77	0.1201	-13.86	0.41	-193.07
0.4	3.28	-194.68	0.1199	-13.39	0.39	-208.07
0.427	3.09	-223.45	0.1195	-12.57	0.36	-236.02
0.467	2.83	-264.66	0.1191	-11.53	0.337	-276.19
0.523	2.53	-319.51	0.1186	-10.32	0.29	-329.83

 

 

         По виду годографа выявляют устойчива ли система и в случае её устойчивости находят запасы устойчивости по модулю и фазе.

         Запас по модулю

 

C=1-a;

C=1-0.4772=0.5228;

 

Вывод: построенный годограф АФХ разомкнутой системы не охватывает на комплексной плоскости точку  Б с координатами (-1;j0). Следовательно замкнутая система АР с выбранным ПИ-регулятором устойчива.

 

2.3 Обоснование выбора типа промышленного регулятора

 

Выбор конкретного вида регулятора определяется:

1. статическими и динамическими свойствами объекта регулирования;
2. требуемым качеством регулирования;
3. условиями согласования регулятора со смежной аппаратурой;
4. параметрами окружающей среды – температурой, влажностью, вибрацией, наличием магнитных полей, химической агрессивностью, взрывоопасностью и т.п.;
5. надёжностью;
6. условиями обслуживания и ремонта;
7. экологическими показателями;
8. номенклатурой выпускаемых приборов.

При создании новой системы  автоматического регулирования  желательно комплектовать её приборами  агрегатных унифицированных систем, которые включают в себя отдельные  типовые блоки со стандартизированными

входными и выходными сигналами, позволяющие составлять разнообразные варианты схем регулирования. Такой подход облегчает проектирование, монтаж, наладку и эксплуатацию систем автоматики и предопределяет их экологическую эффективность.

При выборе приборов по виду используемой для создания управляющего воздействия энергия руководствуется анализом преимуществ и недостатков регулятора 
Электрические регуляторы.

Преимущества:

1. питание от централизованных электрических сетей без специальных источников электроснабжения;
2. практически неограниченный радиус действий;
3. независимость рабочих характеристик от температуры и давления окружающей среды;
4. легкость монтажа и демонтажа;
5. значительная стандартизация и лёгкая заменяемость деталей;

Недостатки:

1. меньшая возможность плавного регулирования скоростей исполнительных механизмов;
2. пониженная надежность аппаратуры из-за наличия контактов в ряде элементов и хрупкости реле, ламп и т.д.
3. сравнительная сложность наладки и эксплуатации, требующая высокой квалификации обслуживающего персонала;
4. относительно низкий вид.

Электрические регуляторы, в состав которых входит электронно-ламповый или полупроводниковый усилитель, называются электронными. Электронные  регуляторы могут осуществлять позиционное  и непрерывное регулирование  и формировать любой закон  регулирования (П, И, ПД, ПИ и ПИД)

Одним из условий предъявляемых  к регулятору, является обеспечение  требуемого качества регулирования. Независимо от конструктивного выполнения регулятора качество осуществляемого им процесса регулирования определяется законом  регулирования.

Основываясь на вышеизложенных условиях выбора регулятора и преимуществах  электронного, мой выбор останавливается  на современных разработках. Sumatic является прибором очень удобным в эксплуатации, т.к. необходимую программу работы можно в него заложить через ЭВМ.

 

 

 

 

2.4 Структурные схемы  промышленных регуляторов.

 

В промышленных автоматических регуляторах для реализации Пи-законы регулирования используют отрицательную  обратную связь.

 

Рисунок 4– структурная схема промышленного ПИ-регулятора.

 

По структурной схеме  формирования закона ПИ-регулирования  осуществляется аналогично идеальному ПИ-регулятора. Для уменьшения отрицательного влияния на закон Пи-регулирования  ИМ он имеет отрицательную обратную связь в виде усилительного звена wос(р)=кос.

Передаточная функция  реального ПИ-регулятора имеет вид:

 

Wр(р)=(wпи(р)/кос)*(1/тбр+1);

 

Таким образом ПИ-регулятор  реализует Пи-закон с погрешностью, определяемой балансным апериодическим звеном, постоянная времени которого

 

Тб=Тим/кос;

 

При увеличении kос Тб уменьшается и уменьшается погрешность реализации закона. Но при увеличении kос ещё уменьшается коэффициент передачи ПИ-регулятора, который равен отношению kр/kос. Для сокращения требуемого значения коэффициента передачи регулятора одновременно с увеличением kос следует пропорционально увеличивать kр.

 

 

             2.5 Описание работы исследуемой  САР по ее математической модели

 

Состояние автоматической системы регулирования, при котором  возмущения отсутствуют и регулируемая величина равна заданному значению, называют равновесным.

В случае нарушения равновесия под влиянием каких-либо возмущающих  воздействий наступает неустановившийся режим, который сопровождается отклонением  регулируемой величины и изменением регулирующего воздействия.

Когда САР по расходу  кислорода выходит из состояния  равновесия, вернуть равновесие помогает регулятор, в роли которого выступает  контроллер зарубежной фирмы Sumatic.

Регулирование системы происходит не только по расходу кислорода 1а, но и по температуре 1б и давлению кислорода 1в (рис 16). Корректирующие воздействия также поступают на контроллер.

При поступлении возмущающего воздействия на систему (увеличение давления, допустим) изменяется расход кислорода.

Последний измеряют Сапфиром за счёт перепада давления на диафрагме унифицированный токовый сигнал с дифманометра поступает на показывающий и регистрирующий прибор Диск 1г, после чего идёт на контроллер 1д.

Конструкция Sumatic настолько сложна, что полностью его действие описать очень трудно. Но данный прибор программируется с ПК и эта программа позволяет регулировать расход кислорода.

Измеряемая величина и корректирующая воздействия, поступающие  на контроллер, способствуют выработке  аналогового или дискретного  унифицированного сигнала, который  поступает на исполнительный механизм 1е МЭО изменяет положение регулирующего клапана, а под воздействием него изменяется расход кислорода. И остается в таком положении до тех пор, пока давление кислорода в трубопроводе не придет в норму. Тогда измеряемая величина опять зафиксируется датчиком Сапфир, поступит на Диск и контроллер Sumatic. Контроллер, за счет вложенной в него программы, опять выработает сигнал, который поступает на МЭО потом, и последний изменит положение регулирующего клапана на исходное положение, т.е. до возмущения.

Структурную схему можно  представить в виде ТДЗ. Поэтому  на рис. 5представлена структурная схема  САР расхода кислорода в виде соединения ТДЗ – математическая модель САР.

 

 

 

                                  

 

 

                    

 

 

 

Рисунок 5 – Математическая модель САР

Таблица3. Описание типовой структурной  схемы:

Наименование элемента ти- повой САР	Наименование элемента проектируемой САР	ТДЗ	Передаточная функция	К настр-ойки
1.ЗУ		усил.	W(p)=K	K=
2.ПИП		усил.	W(p)=K	K=
3.СУ		Усил.	W(p)=K	K=1
4.УФЗР		Пи-закон	W(p)=Kp(1/Tиp)	K= T=
5.УУ		Усил.	W(p)=K	K=
6.ИМ		Интегр.	W(p)=1/Tиp	T=
7.РО		Усил.	W(p)=K	K=
8.ОР		Апер. Чист. зап.	W(p)=Kоб/1+Tобр * e	K= T= =

 

 

Описание типовой структурной  схемы:

1)  задающее устройство – задатчик РЗД-22 (усилительное ТДЗ) – оказывает воздействие на вход системы.

2) первичный измерительный  преобразователь – дифманометр Метран-100 (усилительное ТДЗ).

3)  элемент сравнения  – линейный электронный усилитель  (усилительное ТДЗ). Коэффициент элемента сравнения Кэс=1.

4) устройство, формирующее  закон регулирования – пропорционально-интегральный  закон регулирования (пропорционально-интегральное  ТДЗ).

5)   усилительное  устройство – ПБР-2М  (усилительное  ТДЗ).

6)   исполнительный  механизм – МЭО  (интегрирующее ТДЗ).

7)   регулирующий  орган – поворотная заслонка (усилительное ТДЗ).

8)  объект регулирования –  Кислородный конвертер (апериодическое, чистого запаздывания ТДЗ).

Построим график типового апериодического процесса регулирования для  САР расхода воды для %.