Диплом: Разработка систем автоматизации умягчения воды, декорбонизации и фильтрации ТЭЦЗ
Диплом: Разработка систем автоматизации умягчения воды, декорбонизации и фильтрации ТЭЦЗ
Содержание1. Введение
2.Анализ технологического процесса как объекта управления
2.1.Характеристика объекта управления
2.2.Физико-химические основы функционирования ТОУ
2.3.Принцип действия и конструктивное оформление ТОУ
2.4.Описание существующей системы управления ТОУ
2.5.Результаты анализа технической литературы и патентных материалов.
3.Системно-технический синтез системы управления
3.1.Цель создания, критерии управления , требования к системе АТП
3.2.Обоснование выбора управляющих функций системы управления
3.3.Обоснование выбора информационных функций системы управления
3.4.Алгоритмическое и программное обеспечение системы АТП
4.Разработка информационного обеспечения АСУТП
4.1.Описание разработанной системы классификации и кодирования
4.2.Разработка паспорта измеряемых параметров
4.3 Разработка форм видеограмм и выходных документов АСУТП.
5.Разработка структуры управления и контроля
6.Аппаратурно-технический синтез системы управления
6.1.Реализация управляющих функций системы управления
6.2. Реализация информационных функций системы АТП
7.Разработка принципиальных схем автоматизации
8.Проектирование операторского пункта
8.1.Выбор и обоснование щитов и пультов
8.2.Компоновка приборов и средств автоматизации на щитах
8.3.Размещение УВК, щитов и пультов в операторском пункте
8.4.Монтаж приборов и средств автоматизации на щитах и пультах
9.Проектирование монтажа технических средств автоматизации на ТОУ
9.1.Монтаж отборных устройств и первичных преобразователей на объекте
управления
9.2.Выбор и обоснование электрических и трубных проводок и средств их
монтажа на объекте управления
9.4.Организация монтажных работ и техника безопасности при их проведении
10.Разработка и исследование алгоритма управления
11.Индивидуальное (специальное) задание
12.Разработка решений по охране окружающей среды средствами КИПиА
13.Безопасность жизнедеятельности
14.Технико-экономическое обоснование эффективности системы управления
Список использованных источников ……………………………………...
Реферат
Дипломный проект содержит листов пояснительной записки,
9 листов графической части, рисунков,
таблиц. Тема дипломного проекта “Разработка системы
автоматизации стадии декарбонизации и фильтрации ” на АОТЭЦ-3
города Шымкента предназначена для выработки пара для
производственных нужд АОШНОС, АО Фосфор и АО Шымкентшина.
Целью Дипломного проекта является усовершенствование систем
управления технологическим процессом, для достижения высоких
технико-экономических показателей.
Поставленная задача решена с применением технических средств
автоматизации с улучшенными техническими и метрологическими
характеристиками, а так же с применением в качестве управляющих
вычислительного комплекса – программируемый видео самописец типа
VPR-100 ФИРМЫ “Honeywell“
В ходе разработки проекта на основе анализа и
системно-технического синтеза выбраны и обоснованы информационные
и управляющие подсистемы управления.
Решены вопросы организационного характера, проектирования и монтажа
технологических средств автоматизации.
Проведен расчет построения АСР при исследовании алгоритма
управления. В качестве индивидуального задания разработано
оптимизационное проектирование измерительно-вычислительных систем и
представляющего интерес при решении вопросов связанных с
информационными потоками.
В проекте найдены решения вопросов по охране окружающей среды,
Безопасность жизнедеятельности. В итоге провели расчет
экономической эффективности системы автоматизации, в результате
которой обосновано целесообразность применения, что отражено в
сводной таблице технико экомических показателей (ТЭП)
Предлогамая система автоматизации может найти решения не только
на АО”ТЭЦ-3” г. Шымкента, но и во всех производствах связанных
с теплотехническими процессами, по производству перегретого пара
и горячей воды.
1. Введение
На современном этапе рыночной экономики для южного региона
Республики Казахстан огромное значение имеет выработка
собственной электроэнергии и тепла, которые производиться на АО
ТЭЦ-3 г. Шымкента. Поэтому надежная, экономичная и эффективная
работа производства не мыслима без создания автоматизированной
системы управления.
Задачей данного проекта является совершенствование процесса
деминерализации воды на водоподготовительной установки в
химическом цехе “АОТЭЦ-3, с применением более надежных,
высокоэффективных средств управления.
Нормальный бесперебойный режим работы АО ”ТЭЦ-3” зависит не
только от технической оснащенности наличием комплектующих изделии
и соответственно материального технической базой, но и от
качества управления технологическими процессами и технологическими
оборудованиями. Таким образом, нормальное функционирование АО
”ТЭЦ-3” соответствует бесперебойному обеспечению электрической и
тепловой энергии, основаны на применении современных систем
управления приводит к решению вопросов народнохозяйственного
значения социального и политического характера.
В связи с перебоями электроэнергии поступающий в область из
ближнего зарубежья, в Шымкенте производственные мощности АО
”ШТЭЦ-3” дополнительно построены на выпуск электроэнергии для
населения. Таким образом АО ”ШТЭЦ-3” сейчас становится одним из
главных энергетических мощностей региона. Соответственно возрастают
требования, предъявляемые к АО ”ШТЭЦ-3” как к технической
структуре, так и структуре решающей задачи государственного
характера. Разрешение вопросов производственного характера на
”ШТЭЦ-3” проводит также к определенным целям решения задач
социального характера, в частности разрешением вопросов занятости
населения.
2. Анализ технологического процесса как объекта управления.
2.1. Характеристика объекта управления
Производство электроэнергии, без которой не обходится ни одна из
промышленностей, а также выработка пара и горячей воды для
теплоснабжения промышленных предприятий, является важнейшей частью
народнохозяйственного комплекса.
Водоподготовительная установка предназначена для улучшения воды, т.е.
замена жестких катионов Са21; Hg21 на более легкие катионы.
Производительность данной установки составляет 300 м3/час.
Основными аппаратами установки является Н-катионовые буферные,
Na-катионовые фильтры, а также декарбонизаторы.
В Н-катионовых фильтрах происходит обмен катионов, содержащихся в
обрабатываемой воде на ионы водорода, содержащегося в катионите.
Буферные фильтры являются «барьерами» для проскакивания кислой воды и
декарбонизаторов.
) для доумелчения части обрабатываемой воды, чтобы исключить выпадание
CaSO4, при подогреве сетевой воды до 150 – 200 оС.
Основное количество сточных вод образуется в цехе химоводочистки при
регенерации и промывке Н-катионитовых и анионитовых фильтров
разбавленными растворами серной кислоты, каустической соды и
декарбинизированной водой.
Кислые и щелочные стоки поступают в узел нейтрализации, имеют рН в
пределах от 6,5 до 7,5 единиц.
4600 мг/л.
Средний расход стоков химводоцеха равен 206,48 м3/ч, механический расход
0,12 м3/с (при одновременной откачке 2-мя насосами).
Кислые регенерационные и щелочные стоки химводоочистки поступают на узел
нейтрализации в 3 бака, которые оборудованы насосами рециркуляции,
подводом щелочи (известкового молока).
2.2. Физико-химические основы функционирования ТОУ.
Для обработки воды подпитки теплосети принята следующая схема:
Частичное ступеньчато-противосточные Н-катионированные.
Метод Н-катионирования основан на пропуске обрабатываемой воды через
катионит от регенерированной кислотой.
В процессе фильтрования катионы, содержащиеся в обрабатываемой воде,
обмениваются на ионы водорода, содержащиеся в катионите, при этом
протекают следующие химические реакции.
(2.1)
(2.2)
(2.3)
(2.4)
(2.5)
(2.6)
При Н-катионировании природных вод до момента проскока Na, в
Н-катионированной воде содержится только кислота, при этом кислотность
фильтра получается равной суммарной концентрации хлоридов и сульфатов в
обрабатываемой воде.
2. Буферная фильтрация нужна для предотвращения «проскоков» кислотной
воды.
3. Декорбинизация – процесс удаления из воды свободного углекислого
газа.
) концентрации СО2 используются декарбинизаторы.
Декарбинизаторы продувают воду воздухом, в результате распределяют СО2
между жидкой и газообразной фазой.
4. 100% – Nа – катионирования.
Этот метод обработки воды основан на пропуске обрабатываемой воды через
Na – катионитовый фильтр, для чего предварительно катионит
регенерируется поваренной солью (NaCl).
При Na – катионировании воды протекают следующие химические реакции:
(2.7)
(2.3)
(2.4)
(2.5)
(2.6)
Как видно из приведенных реакций, из обрабатываемой воды удаляются
катионы Са2+ и Mg2+, а в обрабатываемую воду поступают ионы Na2+,
анионный состав воды при этом не изменяется.
Материальный баланс для Н-катионитовых фильтров будет образом:
Gвод Н-кат
Gос
Рис. 2.1. Структурная схема фильтра, где Gвод – расход воды, поступающей
на фильтр; Gкисл – количество кислоты, поступающей на фильтр; Goc –
количество осадка; Gов – количество очищенной воды.
Gвод + Gкисл = Gов + Gос (2.13)
из формулы (2.13)
Gов = Gвод + Gкисл – Gос (2.14)
Для Na –катионитового фильтра материальный баланс будет аналогичен
приведенному выше, только Gкисл заменяют на G NaCl, т.е. (поз.7).
Gвод Na-кат
Gос
Рис. 2.2. Структурная схема фильтра, где GNaCl – количество поступающей
на Na – катионитовый фильтр (поз.7).
Gвод + GNaCl = Gов + Gос (2.15)
из формулы (2.13)
Gов + Gвод = GNaCl – Gос
2.3. Принцип действия и конструктивное оформление ТОУ.
Исходная вода, подогретая до температуры 30 оС, поступает на спаренные
Н-катионитовые фильтры; в верхнюю часть 1-го корпуса, затем верхнюю
часть 2 го корпуса, где проходит поглощение катионов жесткости (Са+,
Mg+).
Н-катионовая вода имеет, кислую среду. Регенерация Н-катионитовых
фильтров проводится кислотой, регенерационной раствор, полученный путем
разбавления кислоты, поступающей из баков-мерников кислоты, позиции и
воды в секторах кислоты, позиции до концентрации 5-8%, поступает на
вход 2-го корпуса, затем обработанный раствор регенерационного раствора
составляет 200 м3/час. После регенерации фильтрирующий материал
взрыхляют. Из баков взрыхления Н-катионитовых фильтров взрыхленный
раствор с помощью насосов подается на Н-катионитовые фильтры, после
взрыхления обработанный раствор поступает в бак сбросных реагентных вод.
поступает на буферные фильтры, которые препятствуют попаданию кислот
воды на декорбинизаторы. Буферные фильтры взрыхляются раствором,
поступающим из бака взрыхления буферных фильтров.
После буферных фильтров вода поступает на декорбинизаторы, где
происходит разбрызгивание и истекание воды вниз по кольцам, а снизу
вентиляторы нагнетают воздух и выдувают СО2 в атмосферу,
декарбинизированная вода стекает самотеком в баки декарбинизированной
воды, где уровень декарбинизированной воды не превышает 7,5 м, с баков с
помощью насосов поступает в верхнюю часть Na – катионитовых фильтров в
нижнюю поступает разбавленная поваренная соль из эжекторов соли с
содержанием соли 5-8% и в количестве 30 м3/час.
Взрыхляющий раствор из баков взрыхления Na–катионитовых фильтров с
помощью насосов 8 подается на взрыхление Na–катионитовых фильтров после
регенерации.
в количестве 900 м3/час поступает в аккумуляторный бак подпитки
теплосети.
Для контроля за работой ВПУ необходимо вести измерения различных
параметров.
Табл.2.1. Конструктивные и режимные параметры технологических
аппаратов.
Позиция отпаровки Наименование и краткая характеристика аппар.,
материал изготовления, характеристика среды Рабочий объем
производитель-ности Геометрические размеры Числ. значения, допустимый
диапазон отклонений чрезмерность режимных параметров Др. сведения
темпе-ратура дав-ление уровень физ-хим. пара-метры
1 2 3 4 5 6 7 8 9
6 Насосы дек-ой воды НД-63/100, диаметр 16 мм, с электродвигателем типа
133Г 63 л/ч 780х280х677мм
0,65 МПа
8 Насос взрыхления Na–катионитовых фильтров НД-100/63 диаметр 20 мм 100
л/ч 800х280х677мм
0,3 МПа
13 Насос взрыхления Н-катионитовых фильтров МД-100/63, диам. поджера 20
мм 100 л/ч 800х280х677мм
0,3 МПа
10 Насос взрыхления буферных фильтров НД-100/63, диам. гиенжера 200 мм
100 л/ч 800х280х677мм
0,3 МПа
29 Насос дренажный вод НД-100/63, диам. теджера 20 мм 100 л/ч
800х280х677мм
0,4 МПа
17 Насос силовой воды НД-100/63, диам. менджера 16 мм 63 л/ч
780х280х677мм
0,7 МПа
21 Насос эжекторный воды для разбавления соли НД-100/63, диам.тенджера
20 мм 100 л/ч 800х280х677мм
0,55 МПа
25 Насос эжекторный воды для разбавления кисолты НД-100/63 диам.
тенжера 20 мм 100 л/ч 800х280х677мм
0,55 МПа
26 Насос сбросный реагентных вод НД-100/63, диам.тенждера 20мм 100 л/ч
800х280х677мм
0,3 МПа
19 Насосы дренажных вод, НД-100/63, диам.тенджера 20 мм 100 л/ч
800х280х677мм
0,45 МПа
12 Бак взрыхления Н-катионитовых фильтров, диам. 5450 V=100м3
м 7,1м
19 Бак взрыхления Na-катионитовых фильтров, диам. 4900 V=100м3
5,8 м 5,8 м
11 Бак взрыхления буферных фильтров, диам. 4800 V=100м3
5,8 м
22 Бак мерник кислоты, диам. 1454 V=3м3
2,1 м
15 Бак мерник соли, диам. 2800 V=16м3
2,1 м
23 Бак перелива кислоты, диам.1060 V=1м3
1,6 м
5 Бак декарбонизированной воды, диам.7750 V=400м3
7,5 м
16 Бак силовой воды, диам. 1610 V=2,5м3
1,55 м
27 Бак сбросный реагентных вод, диам, 8250 V=400м3
7,5 м
28 Дренажные ячейки
3 м
18 Дренажный пр.реагентного охлаждения
1 м
Таблица 2.2. Параметры технологических потоков (трубопроводов)
Позиция аппарата Среда потока Численное значение размерности параметров
Конструктивные характеристики трубопроводов Другие сведения
Начало потока Конец потока
Темпера-тура Давление Расход Физ-хим.параметры Материал Внутр.давление
Тол.степень Длина
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0 ВПУ Сырая вода 30оС
Ст.3 170 2,5 140 м
7 ПТ Очищенная вода
0,6 МПа
Ст.3 170 2,5 138 м
0 ВПУ Сырая вода
0,5 МПа
Ст.3 170 2,5 140 м
8 7 Промывоч-ная вода
180 м3/ч
Ст.3 170 2,5 8 м
13 1 Промывоч-ная вода
300 м3/ч
Ст.3 170 2,5 16 м
10 2 Промывоч-ная вода
350 м3/ч
Ст.3 170 2,5 23 м
20 7 Раствор поваренной соли
200 м3/ч
Ст.3 170 2,5 28 м
15 20 Раствор поваренной соли
200 м3/ч
Ст.3 170 2,5 8 м
22 23, 24 Серная кслота+
+вода
225 м3/ч
0,8х 18Г8Н2Т
45 м
24 1 Раствор серной кислоты
200 м3/ч
0,8х 18Г8 42Т
36 м
0 ВПУ Сырая вода
1250 м3/ч
Ст.3 170 2,5 140 м
2 3 Вода
280 м3/ч
Ст.3 170 2,5 6 м
9 8 Взрыхля-ющий раствор
200 м3/ч
Ст.3 170 2,5 8 м
- 1 Вода
200 м3/ч
Ст.3 170 2,5 148 м
1 2 Очищенная вода до 0,7
10 рН Ст.3 170 2,5 14 м
1.1 1.2 Раствор Н-катион. воды
6 рН Ст.3 170 2,5 6 м
3 5 Декарбони-зированная вода
10 рН Ст.3 170 2,5 4 м
7 ТПТ Очищенная вода
300
Ст.3 170 2,5 138 м
20 7 Раствор поваренной соли
8% Ст.3 170 2,5 28 м
24 1 Раствор кислоты
1,5% 0,8х 18Г8Н2Т
36 м
2.4. Описание существующей системы
управления ТОУ.
Существующая система автоматизации ВПУ – 900 на ТЭЦ – 3 является хорошо
отлаженной и организованной системой, которая достаточно
удовлетворительно выполняет свои функции: показание, регистрацию;
управление; блокировку; сигнализацию; регулирование.
Но, несмотря на удовлетворительную работу системы автоматизации, она
обладает целым рядом существенных недостатков, к которым относятся:
система автоматизации и принципы управления требуют обновления;
большая рассредоточеность приборов в щитовом помещения,
вследствие чего затрудняется получение информации о протекании
технологического процесса;
высокие затраты труда по обслуживанию системы автоматизации;
большая численность персонала, занимающая эксплуатацией,
обслуживанием ремонтом и наладкой автоматизации.
В настоящее время существуют более современные системы
автоматизации водоподготовки. Они используют элементы
микропроцессорной техники, позволяют обеспечить более высокий уровень
контроля, автоматизации, регулирования, своевременно выявлять и
устранять отклонения от технологического регламента.
Существующая же на ТЭЦ – 3 система автоматизации устарела не только
морально, но и физически, износ оборудования составляет более 70%. Кроме
того, новейшие системы автоматизации позволяют выводить на дисплей все
параметры технологического процесса, накопление информации на магнитные
носители, что исключает необходимость применения множества приборов,
контроль за которыми весьма затруднен. Следовательно, с внедрением
системы автоматизации одновременно обеспечивается снижение трудовых и
эксплуатационных затрат на обслуживание средств автоматизации, позволяет
использовать меньшее количество ремонтно-эксплуатационного персонала при
одновременном повышении требовательности его уровню квалификации.
Система автоматизации создана на основе следующих средств автоматизации
и контроля, применяемых для управления технологическими процессами в
химической промышленности.
- Измерение температуры осуществляется термопреобразователем
сопротивления типа ТСМ – 0879 в комплекте с измерительными преобра-
зователями.
В качестве вторичных приборов используются автоматические потенциометры
типа КСМ 2, автоматические логометры Л – 64, милливольтметры М – 64.
- Измерение расхода осуществляется сужающими устройствами в
комплекте с дифманометрами и вторичными самопишущими приборами типа:
миллиамперметра электронного автоматического КСУI – 042, мил-лиамперметр
магнитоэлектрической системы М-325 дифференциального трансформатора
прибор КСД-2 – 054.
В системе автоматизации имеются следующие контуры регулирова- ния:
автоматическое регулирование наполнения декарбонизированной
воды в баки-декарбонизаторы;
автоматическое регулирование подачи кислоты и воды на Н – ка-
тионитовые фильтры;
автоматическое регулирование подачи раствора соли и воды на
Na – катионитовые фильтры;
- автоматическое регулирование разбавления соли и кислоты.
В системе автоматизации предусмотрена сигнализация в случае падения
давления в насосах и повышения уровня в баках с различными растворами.
2.5. Результаты анализа технической литературы и патентных
материалов
Графическая корневая часть
В августе 1985 года документ, описывающий Графическую корневую
систему (Grapnical System) GKS, т был утвержден в качестве
международного стандарта 1S 7942. Для того, чтобы это стало
возможным, понадобилась несколько лет напряженных усилий
ведущих специалистов многих европейских стран и США, в
области машинной графики. Новый стандарт объединений наиболее
плодотворные методы и идеи, достаточно только представляв
совершенный уровень развития программирование задач машинной
графики.
Как подсказывает само название стандарта, он регламентирует
базовые средства связи системы машинной графики, наиболее часто
используемые при решении различных задач. Поэтому применение
стандарта GKS наиболее целесообразно при разработке программных
идей, предоставляющих графические средства прикладным программам
более высокого уровня.
Например, разработанный на базе GKS графический пакет
реализованный в виде библиотеки подпрограмм, к которым могут
обращаться модули прикладной программы, может послужить в
качестве удобною инструмента прикладного программиста. На его
основе можно разрабатывать программные средства, ориентированные
на решении конкретных производственных задач пользователя
наиболее удобным для него способом.
Прикладные программное средство может не иметь программного
интерфейса осуществленная взаимодействия с пользованием в
диалоговом режиме с помощью аппаратуры АРМ-дисплея, светового
пера, устройства типа “мышь”
При любом варианте построение прикладной системы машинной графики
использование стандарта GKS дает определенные преимущества по
сравнению с ориентации на конкретные графические устройства.
Упрощается перенос программного обеспечения на вычислительной
систем других типов.
Использование стандартных способов взаимодействия с оператором
позволяет унифицировать режимы работы пользоваться с различными
средствами, разработанные на основе GKS и родственных ему
стандартов.
Стандартизация способов взаимодействие с устройствами позволяет
наиболее оптимально организовать обмен данными с аппаратными
средствами, при разработке которых использовались концепции GKS
или стандарта на интерфейсе графического устройства.
3. Системно-технический синтез системы управления
3.1. Цель создания критерии управления, требования
к системе АТП.
Целью создания системы автоматизации является поддержание основных
параметров технологического процесса в пределах предусмотренных
технологическим регламентом процесса водоочистки.
Критерием управления технологическим объектом является максимальное
получение очищенной воды требуемого качества.
Проектируемая система автоматизации на основе микропроцессор - ной
техники, должна обеспечивать следующие основные показатели
технологического процесса:
максимальный выход готового продукта согласно технологи-ческому
регламенту;
постоянный контроль за ходом всего технологического процесса
в соответствии с регламентом;
- стабилизация всех параметров, существенно влияющих на проте-
кание процесса;
- безаварийную работу всех аппаратов;
- облегчение работы обслуживающего персонала;
Особые требования к системе автоматизации.
К автоматизации процесса водоочистки предъявляются требования, учет
которых обеспечивает строгое выполнение технологического регламента.
К ним относятся:
Диапазон измерения параметров.
Информационная совместимость с выбранным комплектом.
Метрологические характеристики.
Степень защищенности от воздействия внешней и измеряемой среды.
Эксплуатационные характеристики.
Влияние датчика на процесс.
Надежность.
Экономические требования.
3.2. Обоснование выбора управляющих функций
системы управления.
Для каждой технологической стадии можно сформулировать свои подзадачи
управления, подчиненные общей задаче управления в целом, а затем
произвести анализ основных аппаратов ТОУ как объектов регулирования.
3.2.1. Автоматическое регулирование умягчения сырой воды
в (Nа -) Н-катионитовых фильтрах.
В химико-технологических процессах фильтры используют для очистки
жидкости от взвешенных частиц. В зависимости от конструкции фильтры
различают: с отложением осадка и с забивкой пор под действием перепада
давления и центробежное. В качестве примера рассмотрим систе- му,
предназначенную для поддержания материального соответствия между
расходами сырой воды и кислоты, поступающих на Н-катионитовый фильтр и
концентрации очищенной воды. Показателем соотношения расходов служит
концентрация на выход из объекта. При значительном увеличении расхода
сырой воды качество очистки ухудшается, что приводит к некачественной
очистке, т.е. не все катионы магния и кальция выпадают в осадок.
Качество регулирования определяется равномерной подачей сырой воды на
Н-катионовый фильтр.
Материальный баланс
Gс.в. + Gкисл = Gоч.в. + Gо.с.
(3.1)
Gc.в.
Gоч.в.
Gкисл
Gос
Рис. 3.1. Принципиальная схема Н-катионового фильтра.
где G е.в. - расход сырой воды;
Gкисл. - расход кислоты;
Gоч.в. - расход очищенной воды;
Gос. - расход осадка.
При нарушении материального баланса ухудшается качество очи-
щенной воды для поддержания для поддержания нужного технологического
режима применена одноконтурная схема регулирования. В данной схеме
регулирование происходит в зависимости от количества поступления сырой
воды на установку.
сырая вода
очищенная вода
FC FE
кислота
осадок
Рис.3.2. Одноконтурная схема регулирования Н-кат, фильтры.
Такая система не учитывает поступления кислоты на фильтр и при
отклонении поступления кислоты на объект, качество процесса также
ухудшается. Поэтому, чтобы обеспечить более качественный процесс,
применяют комбинированный метод регулирования. Эта схема позволяет
поддерживать материальный баланс между расходами сырой воды и кислоты,
а концентрация из фильтра служит показателем соотношения.
сырая FE
очищен-
вода
ная вода
кислота FE
LE
LC
FFC
Теперь концентрация очищенной воды будет зависеть от расхода воды и
кислоты. И в зависимости от увеличения рН-регулирующий орган будет
увеличивать или уменьшать количество сырой воды, поступающей на
установку.
По аналогичной схеме происходит регулирование поступления сырой воды и
раствора поваренной соли на Na-катионовые фильтры, только Gкисл.
заменяют на GМаСl .
Качество регулирования определяется равномерной подачей сырой воды на
Na – катионовый фильтр. Материальный баланс:
Gc.в. + GMaCl = Gоч.в. + G o.c.
(3.2)
Gc.в.
Gоч.в.
GNaCl
Go.c.
Рис.3.3. Принципиальная схема Na-катионового фильтра.
где Gc.в. - расход сырой воды;
GNaCl - расход раствора поваренной
соли;
Gоч.в. - расход очищенной воды;
Gо.с. – расход осадка.
При нарушении материального баланса ухудшается качество очищенной воды,
для поддержания нужного технологического режима применена одноконтурная
схема регулирования. В данной схеме регулирование происходит в
зависимости от количества поступления сырой воды на установку.
очищенная вода
FC FE
NaCl
осадок
Такая схема не учитывает поступления раствора поваренной соли NaCl на
фильтр и при отклонении поступления NaCl на объект, качество процесса
также ухудшается. Поэтому, чтобы обеспечить более качественный процесс,
применяем комбинированный метод регулирования.
сырая FE
очищен-
вода
ная вода
NaCl FE
QE
QC
†††††††††††††††††††††††???????
Рис 3.4. Схема поступление раствора поваренной соли NaCI
на фильтр
Теперь концентрация очищенной воды будет зависеть от расхода воды и
раствора поваренной соли. И в зависимости от увеличения рН регулирующий
орган будет увеличивать или уменьшать количество сырой воды, поступающей
на установку.
3.2.2. Анализ автоматического регулирования поступления
в баки декарбонизированной воды.
Изменения уровня воды в баке де карбонизированной воды описывается
уравнением вида:
(3.3)
Gвх
Gобр
Gвых
Рис 3.5. Принципиальная схема в баки декарбонизированной воды
где - площадь горизонтального сечения аппарата;
Gвх - расход жидкости на входе в аппарат;
Gвых - расход жидкости на выходе из аппарата;
Gобр – количество жидкости, образующейся в аппарате в
единицу
времени.
Для поддержания уровня жидкости в нужном положении используем
одноконтурную схему регулирования.
Бак декорби-
низации
воды Gвых
LC LE
Рис 3.6. Одноконтурная схема регулирования
При повышении уровня до заданного предела подача воды в бак
прекращается.
Материальный баланс бака в словесном выражении записывается:
(скорость накопления жидкости( = (приток( - (сток(,
dv/dt=Gвых –Gвых, где V=L*S
(3.4)
Gвх
Рис 3.7. Структурная схема объекта управления
- это есть искомое дифференциальное уравнение, описывающая динамику
изменения уровня в зависимости от возмущения. Найдем передаточную
функцию. Для этого преобразуем по Лапласу искомое уравнение.
(3.5)
(3.6)
(3.7)
- есть передаточная функция,
соответствующая интегрирующему звену.
3.3. Обоснования выбора информационных функции системы
управления.
Важнейшим показателем работы любого оборудования, протекание любого
процесса, является экономическая эффективность. Поэтому очень важно
контролировать хозрасчетные параметры.
В водоподготовительной установке контролируются следующие хозрасчетные
параметры:
расход кислоты;
расход поваренной соли;
расход сырой воды;
расход очищенной воды.
Контролю прежде всего подлежат те величины, которые характеризуют работу
ВПУ, как давление, расход и концентрация очищенной воды. Так же
контролируются те параметры, текущие значения которых облегчают пуск,
наладку, ведение технологического процесса.
Сигнализации подлежат все параметры, изменение которых могут привести к
аварии или нарушению технологического процесса. К этим параметрам
относятся:
давление на входе и выходе насосов декарбинизированной воды;
давление на входе и выходе насосов эжектирующей воды;
давление на насосах взрыхления Na-катионовых, Н-катионовых и буферных
фильтрах;
давление на насосах разбавления соли и кислоты.
Также сигнализация применяется для предупреждения перелива в баках и
емкостях:
уровень в баке де карбонизированной воды;
уровень в баках-мерниках кислоты и соли;
уровень в баках взрыхления Н-катионовых, Na-катионовых и буферных
фильтрах;
уровень в баках эжектирующей воды;
уровень в баках сбросных реагентных вод.
3.4. Алгоритмическое и программное обеспечение
системы АТП.
Функциональная система АТП состоит из следующих функций:
сбор информации;
контроль рассчитываемых параметров;
контроль оперативных ТЭП;
учет производства;
анализ ситуаций;
оптимизация;
формирование рекомендаций;
реализация решений.
Информационная структура состоит из:
датчиков аналоговых величин;
устройства связи с объектом;
устройства связи с оператором;
вычислительного комплекса;
устройства управления;
исполнительных механизмов.
Алгоритмическая структура характеризует взаимосвязь алгоритмов, состоит
из следующих алгоритмов:
сбор информации, первичная обработка информации ПОИ;
контроль достоверности;
коррекция недостоверной информации;
расчет показателей;
расчет оперативных и неоперативных ТЭП;
учет производства;
адаптация модели;
анализ ситуаций;
оптимизация;
ликвидация нарушений;
стабилизация технологического режима;
формирование рекомендаций.
4. Разработка информационного обеспечения АСУТП.
4.1. Описание разработанной системы классификаций и кодирования.
4.1.1. Система классификации и кодирования ТОУ.
Применяем следующую систему классификации и кодирования:
НФ-Н – катионитовый фильтр;
КФ-Na – катионитовый фильтр;
БФ - буферный фильтр;
ТС – трубопровод сырой воды;
ЭК – эжектор кислоты;
БВ – бак взрыхления;
БР - бак сбросных реагентных вод;
ЯД – ячейки безнапорных дренажей;
ПС – комплекс очистки производственных стоков;
ФЛ – фильтр соли;
БЛ – бак-мерник соли;
ПО – прямое реагентное охлаждение;
ЭС – эжектор соли для Na-катионитовых фильтров;
ТП – трубопровод подпитки теплосети;
БД – бак декарбинизированной воды;
СК – склад серной кислоты;
БК – бак переливов кислоты;
ДК – декарбонизаторы;
НД – насосы декарбинизированной воды;
НВ – насосы взрыхления буферных фильтров.
Классификация истоков:
С – сырая вода;
П – промывочная вода;
О – очищенная вода;
К – кислота;
Д – де карбонизированная вода;
А – поваренная соль;
У – умягченная вода;
Р – взрыхляющий раствор.
4.1.2. Кодировка источников текущей информации о ТОУ.
Для кодировки источников текущей информации применим следующую систему
кодирования:
, где
измеряемый параметр;
источник потока;
приемник потока;
измеряемая среда.
Приведем примеры закодированного датчика для измерения расхода сырой
воды, поступающей на Н-катионовые фильтры FTCHФС, где
F – измеряемый параметр расхода;
ТС – источник трубопровод сырой воды;
НФ – приемник Н-катионитовый фильтр;
С – кодировка, измеряемая среда сырой воды.
Другой пример: закодированный датчик для измерения уровня очищенной
воды, поступающей в ячейки безнапорных дренажей.
LHФБРО, где
L – измеряемый параметр, уровень;
НФ – источник Н-катионитовый фильтр;
БР – приемник-бак сбросных реагентных вод;
О – очищенная вода – измеряемая среда, или
LБРЯДД, где
L – измеряемый параметр, уровень;
БР – источник бак сбросных реагентных вод;
ЯД – приемник ячейки безнапорных дренажей;
Д – декарбонизированная вода – есть измеряемая среда;
Кодировка остальных датчиков производится аналогично приведенным выше
примерам.
4.1.3. Кодировка задач АСУТП.
Применим следующую систему кодирования задач АСУТП.
ИФ1 – первичная обработка информации;
ИФ2 – накопление информации о ТОУ в памяти УВК;
ИФ3 – отображение информации о ТОУ на экране дисплея;
ИФ4 – проверки достоверности исходной информации и ее
коррекция;
ИФ5 – регистрация.
4.2. Разработка паспорта измеряемых параметров
Паспорт параметров процесса.
Таблица 4.2.
Код
Параметра Ед.изме- рения Значение
параметров Код задачи АСУТП
Номинал предаварийное аварийное скорость изменен.
min max min max min max min max
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13
ТТСТСС оС 28 32 25 35 20 40 1оС/мин 20оС/мин ИФС
ДПОА
FTCTCC м3/час 1230 1260 1220 1270 1200 1290 100м3/мин 100м3/мин ИФ2
ИФ3
ДПОА
РТСТСС МПа 0,45 0,55 0,4 0,6 0,4 0,65 5кПа/мин 6кПа/мин ИФ3
ИФ5 0,5 Н, ДПОП
FTCHФС м3/час 220 230 210 240 190 260 10 10 ИФ3
ИФ5
Н, ПОП
FЭКНФК м3/час 190 210 180 240 170 250 10 10 ИФ3
ИФ4
ВОП
QЭКНФК % 1,2 1,8 1,1 1,9 1,0 2,0 0,1
0,1 ИФ5
ВОП
QНФНФО рН 5 8 4,5 10,5 4 11 0,1 0,1
ИФ 3,5
Н, ДПОЛ
FТСБФС м3/час 190 210 170 230 160 240 10 10
ИФ 5
Н, ДПОП
QНФБФО рН 5 8 4,5 10,5 4 11 0,1
0,1 ИФ 3,5 Н, ДПОА
FБВНФП м3/час 340 360 330 370 320 380 10 10
ИФ5
Н, ДПОП
РЭКНФК МПа 0,5 0,6 0,45 0,65 0,4 0,7 5кПа/мин 6кПа/мин
ИФ 3,2,4 0,5 Н, ДПОП
РБВНФП МПа 0,25 0,35 0,2 0,4 0,15 0,35 5кПа/мин
6кПа/мин ИФ 5,1
Н, ДПОП
LHФБРО М 7 8 6,5 8,5 6 9 0,4м/мин 0,5
м/мин ИФ 1,5
ВОП
LHФБРО М 7 8 6,5 8,5 6 9 0,4м/мин 0,5
м/мин ИФ 1,5
ВОП
РНФБРО МПа 0,25 0,35 0,2 0,4 0,15 0,35 5 кПа/мин 6
кПа/мин ИФ 1 0,5 ВОП
FНФБРО м3/час 340 360 330 370 320 380 10 10
ИФ 5
ПОП
LБРЯДД М 2,5 3,5 2 4 1,5 3,5 0,3 м/мин 0,4 м/мин
ИФ 5
ВОП
РЯДБРД МПа 0,4 0,5 0,35 0,55 0,3 0,6 5 кПа/мин 6
кПа/мин ИФ 1,4,3
ПОА
LБРЯДД М 2,5 3,5 2 4 1,5 4,5 0,3 м/мин 0,4 м/мин
ИФ 5
ВОП
РБРПСО МПа 0,25 0,35 0,2 0,4 0,15 0,35 5 кПа/мин 6
кПа/мин ИФ 5 0,5 ВОП
РБЛПОЛ 14Па 0,35 0,45 0,3 0,5 0,25 0,55 5 кПа/мин 6
кПа/мин ИФ 5 0,5 ВОП
FБЛЭСЛ м3/час 25 35 20 45 15 50 10 10
ИФ 1,5 Н, ДПО
РБЛЭСЛ МПа 0,5 0,6 0,45 0,65 0,4 0,7 5 кПа/мин 6
кПа/мин ИФ 1,5 0,5 Н, ДПО
QБЛЭСЛ % 7,2 7,8 7,1 7,9 7 8 0,1 0,1
ИФ 1
ВОП
LФЛБЛЛ М 2 2,2 1,9 2,4 1,8 2,5 0,02
0,03 ИФ 5
ВОП
LФЛБЛЛ М 2 2,2 1,9 2,4 1,8 2,5 0,02
0,03 ИФ 5
ВОП
LФЛБЛЛ М 2 2,2 1,9 2,3 1,8 2,5 0,02
0,03 ИФ 5
ВОП
Продолжение таблицы 4.2.
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13
РКФТЛУ МПа 0,55 0,65 0,5 0,7 0,45 0,75 5 кПа/мин 6
кПа/мин ИФ 1 0,5 ВОП
FКФТПУ м3/час 880 910 870 910 850 940 100 м3/мин 100
м3/мин ИФ 2,3,4
Н, ДПОП
QКФТПУ МКП(ЭКВ/КП 290 310 280 340 270 350 10
10 ИФ 2,5
Н, ДПОП
РБДКФД МПа 0,6 0,7 0,55 0,75 0,5 0,8 5 кПа/мин 6
кПа/мин ИФ 1,5 0,5 ВОП
QБДКФД рН 5 8 4,5 10,5 4 11 0,1
0,1 ИФ 3,5
ДОП
FБДКФД м3/час 220 230 210 240 190 260 10
10 ИФ 5
ВОП
РБВКФП МПа 0,25 0,35 0,2 0,4 0,15 0,35 5 кПа/мин 6
кПа/мин ИФ 2,1,5 0,5 Н, ДПОП
FБВКФП м3/час 170 190 150 210 140 220 10
10 ИФ 1,5
ВОП
FЭСКФЛ м3/час 20 40 15 45 10 50 1,2
1,4 ИФ 2,4,3
Н, ДПОА
QЭСКФЛ % 7,2 7,8 7,1 7,9 7 8 0,1
0,1 ИФ 2,5
ДОП
РЭСКФЛ МПа 0,5 0,6 0,45 0,65 0,4 0,7 5 кПа/мин 6
кПа/мин ИФ 2,3,5 0,5 ДПОП
LСКБКК М 2 2,2 1,9 2,4 1,8 2,5 0,02
0,03 ИФ 5 1,5 ВОП
FБКЭКК м3/час 190 210 180 240 170 250 10
10 ИФ 2,3,4
Д, ПОА
LСКБКК М 2 2,2 1,9 2,4 1,8 2,5 0,02
0,03 ИФ 5 1,5 ВОП
QБКЭКК % 1,2 1,8 1,1 1,9 1,0 2,0 0,1
0,1 ИФ 1,5
Д, ВОП
LСКБКК М 2 2,2 1,9 2,4 1,8 2,5 0,02
0,03 ИФ 5 1,5 ВОП
РБКЭКК МПа 0,25 0,35 0,2 0,4 0,15 0,35 5 кПа/мин
6 кПа/мин ИФ 1,3,5 0,5 ДВОП
LДКБДО М 7 8 6,5 8,5 6 9 0,4 м/мин 0,5
м/мин ИФ 1,5
ВОП
FБФДКО м3/час 270 290 250 310 240 320 10
10 ИФ 3,5
Н, ДОП
QНФБФО рН 5 8 4,5 10,5 4 11 0,1
0,1 ИФ 3,5
Н, ДПОА
FРВБФР м3/час 170 190 150 210 140 220 10
10 ИФ 3,4
Н, ДОА
РНВБФР МПа 0,25 0,35 0,2 0,4 0,15 0,35 5 кПа/мин 6
кПа/мин ИФ 5,1 0,5 ДПОП
РНВБФР МПа 0,25 0,35 0,2 0,4 0,15 0,35 5 кПа/мин 6
кПа/мин ИФ 5,1 0,5 ДПОП
LДКБДО М 7 8 6,5 8,5 6 9 0,4 м/мин 0,5 м/мин
ИФ 1,5
ВОП
QБДПДО рН 5 8 4,5 10,5 4 11 0,1 0,1
ИФ 3,5
ДОП
РБДНДО МПа 0,6 0,7 0,55 0,75 0,5 0,8 5 кПа/мин 6
кПа/мин ИФ 3,5,1 0,5 Н,ДОП
4.3. Разработка форм видеограмм и выходных документов
АСУТП.
В графе 13 табл.3.2 используем обозначения, составленные из
символов вида:
Н – накопление информации в памяти УВК;
Д – отображение информации на экране дисплея;
П – постоянный контроль;
В – контроль по вызову;
О – отклонений значений от нормы;
П – предаварийных состояний;
А- аварийных состояний;
З – запись на вторичном приборе;
И – индикация на вторичном приборе.
Например, если указано: Н, ДПОА, З – то для данного параметра необходимо
обеспечить: накопление информации в памяти УВК, постоянное отображение
информации на экране дисплея об отклонениях от нормы и об аварийных
состояниях и, кроме того, необходима запись на вторичном приборе.
Описание системы построения интерактивного
интерфейса оператора АСУТП.
На экране дисплея оператора, когда высвечивается первый видеокадр,
изображена вся технологическая схема процесса. На ней изображены все
основные аппараты, направления потоков. Потоки изображены в
закодированной потоков. Так же высвечиваются номинальные значения
регулируемых и контролируемых параметров.
На следующем видеокадре появляются значения регулируемых и
контролируемых параметров определенных зон. Высвечивается задание на
параметр, его текущее значение, а также степень открытия или закрытия
исполнительного механизма. В случае, если параметр достигает
предаварийного значения, его показания на экране дисплея начинает
мигать. Следующий видеокадр отображает значение всех параметров процесса
без их количественной оценки. В случае достижения предаварийной
ситуации, параметр на дисплее начинает мигать. Приложение 1.
5. Разработка структуры управления
и контроля
Структурная схема управления и контроля является для
проектируемого объекта основным проектным документом, так как
им устанавливается оптимальные нормы
административно-технологического и оперативного управления
технологическими процессами и оперативного управления для
достижения наивысших эксплуатационных показателей.
В схеме структуры управления и контроля отражается в общем виде
основные решение по функциональной, организационной и
технический структуры с соблюдением системы и взаимосвязей
между пунктами управления и контроля оперативным персоналом.
Контроль и управление процессом осуществляется подсистемой
автоматизированной системы управления технологическими процессами
управления производства химводоочистки.
В состав подсистемы входят средства сбора информации о ходе
технологического процесса Н и состоянии оборудование (датчики
технологических параметров), средства преобразования, хранение и
обработки информации, средства воздействия на ход технологического
процесса исполнительного механизма.
Структурная схема управления при помощи условных обозначении
показывает рисунок 5,1
технологические подразделение, входящие в систему управления
пункты контроля и управления всех видов щитов
технический персонал и специализированные службы обеспечивающие
оперативное управление и нормальное функционирование
технологического объекта
основные функции и технологические средства обеспечивающие их
реализацию в каждом пункте контроля и управления
взаимосвязь подразделений технологического объекта, пункта
контроля и управления технологического объекта
Из структурной схемы [2-7] следует, что система управления
основными технологическими процессами производства химической
очищенной воды двухуровневая.
первый уровень - местное управления аппаратами, осуществляемое
аппаратчиками с рабочих постов
второй уровень - управления с диспетчерского пункта всеми
линиями.
6. Аппаратурно-технический синтез системы управления.
6.1. Реализация управляющих функций системы управления.
Для достижения поставленной цели автоматизации, а также ввиду того, что
автоматизируемый процесс является сложным в плане необходимости
обработки большого массива информации, возможности
возникновения аварийных ситуаций, применяется гибкое управление
процессом, которое достигается применением программируемого видео
самописца типа VPR-100 производства фирмы Honeywell.
Программатор VPR-100 объединяет в одном устройстве программатор
уставки, контроллер, видео самописец и графический интерфейс.
Программируемый самописец VPR-100 улучшает управление
технологическим процессом, уменьшая стоимость установки, запуска,
техобслуживания и обучения. Он предоставляет возможность
работы с различными дисплеями для отслеживания профиля,
возможности хранения на стандартной 3,5 дискете данных о
профиле или данных технологического процесса, а также
расширенные математические функции для работы в широком
диапазоне применений.
Устройство VPR-100 позволяет значительно усовершенствовать
традиционные способы программирования уставки. Имея до 4
одновременно движущихся профилей с контурном управления для
каждого профиля, а также имея полноцветный жидко кристальный
LCД дисплей, VPR-100 может являться командным центром
технологического процесса. Программы могут храниться либо
собственной памяти VPR-100, что обеспечивает простоту доступа,
либо на 3,5 дискете. Простые в понимании меню позволяют
оператору установить профили VPR-100, рабочие режимы дисплея и
выборки хранения данных. После установки и запуска
полноцветный активный матричный дисплей VPR-100 показывает
Гренды профиля уставки и данные контура управления в различных
форматах, что дает оператору полное представление о происходящем
технологическом процессе.
Основными характеристиками программируемого видео самописца
VPR-100 являются:
- полноцветный жидкокристаллический (LСД) дисплей имеет
диагональ 140 мм;
дисковод на 3,5;
до 12 аналоговых входов;
1-4 функции программатора управления;
96 программ с максимум 63 сегментами на одноканальном
программаторе;
алгоритмы управления; ПИД, каскадное, разделенный выход, Д/АТ и
двухпозиционное (ОN/OFF);
для улучшения работы контура используется подавление выхода за
предельные точки задания на основе принципов неопределенный
логики;
24 основных и 13 вспомогательных дисплеев;
до 16 сигнализационных ограничений;
до 4 токовых выходов;
источник питания датчика 24 В постоянного тока (90мА макс)
до 32 дискретных точек входа / выхода (110);
связь RS 485 (двоичная или М ОДВИS тмRTИ)
сохранение данных и встроенных программ при отключении питания
без батареек;
СЕ совместимость;
Стандартным для VPR-100 является 3,5 дюймовый дисковод для
дискет емкостью 1,44 МВ, предназначенный для хранение
конфигураций, калибровок и программ, а также для архивирование
и выборки (поиска) данных. Это устройство может поддерживать
непрерывное и пакетное хранение трендов, места данных,
сигнализации и диагностики. Файлы данных тренда определяются
выбираемым пользователем списком точек и скоростями
сохранения. Допустимыми скоростями сохранение являются 0,5
секунды и с 1 до 3600 секунд. На 2 точечном приборе может
также применятся скорость 0,25 секунд. В прибор можно
запрограммировать две различные скорости сохранение, низкую и
высокую. На высокую скорость сохранения можно переключаться при
возникновении внутренних событии (например, появление
сигнализации), или внешних событий (например включение дискретного
входа). Файлы тренда можно сохранить. Каждый файл может
иметь до 6 точек, при максимальном количестве 12 точек по всем
файлам. Файл места данных может иметь до 12 точек , и
сохраняться на диске в выбранное пользователем время, или через
промежутки времени, определяемые событиями. При их возникновении
сигнализации, события и диагностики сохраняется в определенной
области диска. Сохранение данных может быть запущено и
оставлено с помощью:
клавиатуры VPR-100
внешних дискретных пусковых устройств
внутренних дискретных переключателей состояния
Общая емкость диска (по времени) рассчитывается и выводиться
на дисплей после завершения всех конфигурации сохранения. Это
позволяет исключить потребности в ручных вычислениях и
предоставить оператору точную информацию о продолжительность
работы диска. Можно также задать уровень предупреждения
переполнение диска для запуска сообщения в случае, если емкость
хранящейся информации превысит этот уровень. Записанные тренды
и места данных можно воспроизвести на дисплее прибора или
на персональном компьютере с помощью пакета программного
обеспечения анализа данных SДА, фирмы Honeywell. Затем файлы
данных можно распечатать с компьютера в нужном формате.
Экспортная утилита в SДА позволяет преобразовать файлы данных,
собранные через VPR-100 в форматы, распознаваемые большинством
наиболее распространенных программ табличных вычислений (ДIF,
CSV)
6.2. Реализация информационных функций системы АТП.
Для измерения температуры используется интеллектуальный датчик
температуры STT-250 серии STT 3000, длина монтажной части 320
мм, пределы измерение – 200 +3000С, условное давление 4 мПа,
номинальное точность 0,10С, выходной сигнал 0-5мА. Изготовитель:
фирма Honeywell.
1. Выполняет необходимую функцию.
Работает в необходимом диапазоне.
Достаточно надежен.
Удобен для обслуживания и монтажа
Обеспечивает информационную совместимость.
Средство измерения давления.
Во всех случаях измерения избыточного давления применяется измерительный
преобразователь давления типа «Сапфир 22 ДИ» различных марок в
зависимости от вида и величины давления, а также точки отбора.
Применение данного преобразователя обусловлено наличием выходного
унифицированного сигнала 0-5 мА, высокой точности измерения и
универсальными схемами подключения.
Средства измерения расхода.
Для измерения расхода воды в данном проекте используется измерительный
комплекс, состоящий из стандартной камерной диафрагмы ДКС и
преобразователя разности давления типа «Сапфир» различных модификаций в
зависимости от условного диаметра и давления среды и интеллектуальный
вихревой расходомер SVM-3000, условное давление 0,6 мПа, внутренний
диаметр трубопровода 326 мм, номинальная точность 0,75% расхода,
температура среды - 200 - 1000С, соотношение измеряемых
диапазонов 45:1 Изготовитель: фирма Honeywell
Они обеспечивают унифицированный выходной сигнал 0:0,5 мА, который
поступает на вторичный аналоговый и регистрирующий прибор и на SCAN
- 3000.
Для измерения расхода кислоты, поступающей на Н-катионитовый фильтр, я
применяю интеллектуальный вихревой расходомер SVM-3000/
Для получения линейной зависимости между полученным сигналом измеренным
диафрагмом будем применять блок извлечения корня БИК – 1.
Средства измерения уровня.
Для измерения уровня выберем датчик уровня жидкости гидростатический
серии 900, модель STF 924 фирмы Honeywell. Предназначен для
работы с агрессивными и взрывоопасными средствами. Конструкция
датчика вытянутая, выпускной клапан 316 SS, диафрагма 316 < SS.
Стандарты безопасности соответствуют международным.
Средства измерения состава и свойств веществ.
Для измерения жесткости воды на выходе из ВПУ я использую солимер типа
СКМ, в который входит чувствительный элемент, преобразователь и
вторичный типа КМ – 140.
Смотрите позицию [31-1] [31-2] для измерения числа рН в воде,
поступающей на Н-катионитовые, Na-катионитовые и буферные фильтры.
В качестве прибора для измерение концентрации среды выберем
газожидкостной анализатор SGC 3000. SGC 3000- первый в мире
газожидкостной анализатор, обеспечивающий управления промышленным
процессами в реальном времени с минимальным временем анализа
всего 30 секунд. Имеет стандартный унифицированный сигнал и
отвечает международным стандартом безопасности.
Для показания и записи я использую аналоговый, показывающий
регистрирующий прибор следующего уровновешивания имеющий входной
унифицированный сигнал 0-5 мА с разными шкалами в соответствии с
измерительными параметрами. Этот прибор универсален, надежен,
обладает высокой точностью. Применяю двух и трех канальные
приборы типа:
А 542-607 и А 543-403.
Погрешность показании приборов не превышает 0,5 -1%
7. Разработка принципиальной схемы автоматизации.
Принципиальная схема – первый рабочий документ, а основании,
которого выполняют чертежи общих видов щитов, пультов и
штативов схемы, внешних соединении между щитами и пультами
штативами с одной стороны и приборами, исполнительными
механизмами с другой и между собой. Проект предусматривает
согласно заданию разработка принципиальной схемы АСР
(автоматической системы регулирования) соотношение расходов.
Расходы в системе измеряются методом переменного перепада
давлением – сужающим устройствами камерными диафрагмами ДКС
установленными на трубопроводах, создающие перепад давление на
потоке, что является измеряемой величиной с помощью импульсных
трубок и присоединительных вентилей диафрагмы подымаются к
измерительным преобразователям разности давлений “Сапфир 22ДД”
На преобразовавшихся “Сапфир 22ДД” происходят преобразование
перепада давлений на диафрагме в стандартный унифицированный
электрический сигнал постоянного тока 0 - 5мА.
Для питания преобразователя “Сапфир 22ДД” напряжение 36 В
применяется блоки 22БП-36 (поз ТV1, TV2)
Для получение именеаризованного сигнала поступающего на показания,
регистрацию и регулирование применяются блоки извлечения
квадратного корня БИК – 1 (поз 6.2)
Защитно-диодное устройства В01.001 предназначен для
распараллеливания сигнала и текущей значении расходов на
показания регистрацию и регулирование.
В двухканальном показывающем и регистрирующем приборе А
542-073 (поз 6.3.) текущее значение расходов отражается на
шкалах и записывающих устройствах.
Другой распараллельный сигнал поступает на входные модули УСО
УВК, где проходит аналого-цифровые преобразование и поступает на
вычислительные устройство, где проходит обработку.
УВК типа VPR-100 фирмы Honeywell вырабатывает регулирующее
воздействие, которое через выходные модули УСО, проходя
обратное преобразование в импульсную форму, поступает на блок
ручного управления БРУ-42 (поз 6.5).
Блок ручного управления предназначен для выполнения функции
перехода с автоматического режима на ручной обратно, а также
для слежения за положительного исполнительного механизма.
Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-3А (поз 6.6)
предназначен для запуска исполнительного механизма МЭО (поз
6.7), которое изменяя проходило сечение регулирующего клапана
установленного на трубопроводе оказывает регулирующие
воздействие на объект регулирования соотношения расходов.
Принципиальная схема автоматизации предназначены для проведение
монтажных работ на объекте управление и служит руководящим
материалом при производстве наладочных и эксплуатационных работ.
Проектирование операторского пункта.
8.1. Выбор и обоснование щитов и пультов.
Щиты и пульты систем автоматизации предназначены для
размещения на них устройств и средств контроля и управления
технологическим процессом, контрольно-измерительных приборов,
сигнальных устройств, аппаратура управления, автоматического
регулирования, защиты блокировки, линии связи между ними.
Выбор щитов и пультов является одним из главных этапов
проектирования систем автоматизации. При проектировании щитов и
пультов следует пользоваться руководством РН3-90-91, где
приведены сведения об основных особенностях щитов по ОСТ
36.13-90, которыми следует руководствоваться при проектировании
щитов и пультов для решения следующих вопросов:
выбор типов и размеров щитов, панелей с каркасами,
корпусов пультов, стоек и вспомогательных элементов щитов и
пультов;
- определения монтажных зал и шкафных щитов, поворотных
панелей и поворотных рам;
компоновка аппаратуры и пультов, а также изделий для
монтажа на фасаде и внутришкафных щитов;
- компоновка щитов и пультов в операторских и диспет-
черских помещениях;
- определение места прокладки электрических и трубных проводок,
а также определение марок проводов и труб;
Проектирование щитов является сложной инженерной задачей, при
решении которой необходимо учитывать множество факторов,
характер технологического процесса, габаритные размеры и
конструкции приборов, конструктивные особенности щитов
требования по техники безопасности.
Проанализировав выше перечисленного требование и исходя из
особенности технологического производства я применяю следующие
щиты:
- Щит панельный с каркасом исполнение I, с шириной панели
800мм закрытый справа.
(см. лист 2, графической части)
Щит ЩПК-1-i-800-УХЛУ-I РОО-ОЙ 36.13-90
Количество таких щитов в операторской 6 штук с контрольными
приборами.
Компоновка приборов и аппаратов на фасадных панелях щитов и
пультов по ОСТ 36.13-90 должна быть выполнена с учетов размеров и
конфигурации монтажных зон.
Размеры приборов и аппаратов, которые устанавливается на
фасадных панелях, а также расстояние между ними следует
определить по РТМ-25-91-72 “Рекомендуемые расстояние между
приборов на фасадных панелях щитов и пультов”.
Для щитов и пультов по ОСТ 36.13-90 термин “край панели”
следует понимать как линию, ограничивающую монтажную зону.
При проектирование щитов систем автоматизации технологического
процесса рекомендуется выполнять следующие правила:
принцип функциональности, при котором приборы и
аппаратура, относящиеся к тому или иному технологи-
ческому оборудованию должны разрезаться в одной
зоне щита, т.е. функциональной группе;
- принцип соответствия технологическому процессу;
принцип освещенности, вследствие которого наиболее
удобные и видимые места и зоны щита используются
для размещения наиболее ответственных приборов и ап-
паратов;
- принцип оптимального размещения, в силу которого приборы и
аппараты размещаются в зависимости от удобства пользования
Для размещения щитов и пультов с установленными на них
приборами и средствами автоматизации в проектно сметной
документации предусматривают специальные помещения систем
автоматизации.
В операторских помещениях, как правило, сосредоточена вся
аппаратура, необходимая для оперативного контроля и управления.
В соответствии с принятой структурой управления на крупных
объектах предусматривают центральные пункты управления заводом,
пункты управления отдельными производствами.
Каждый пункт обслуживает один или несколькими операторами.
Электрическое искусственное освещение должно обеспечивать
нормальное освещение всех панелей и щитов, не создавать
бликов.
Необходимо предусмотреть рабочее и аварийное освещение.
Щитовые помещение целесообразно разместить неподалеку от
технологического процесса. Щиты первого исполнения предусмотрены
для установления на горизонтальном основании, в моем проекте
это бетонное покрытие, поэтому для монтажа щитов
рекомендуется использовать щитовые чертежи и технические данные
для установки щитов по ОСТ 36.13-90
Ширина проходов перед и сзади щитов должна быть не менее 1-го
метра (100 мм)
Компоновка приборов и средств автоматизации
на щитах.
Компоновка электроаппаратуры, а также установочных изделий внутри
щитов выполняется с учетом конструктивных особенностей этих
изделий и обеспечение удобства монтажа.
Глубина защитов приборов серии А 500 составляет более 300 мм,
поэтому хвостовые части этих приборов должны быть закреплены с
помощью подставок с хомутами. Приборы располагаются так, что
расстояния между ними такова, что между фланцами приборов,
требующих закрепления хвостовых части не менее 70 мм.
(согласно РТМ 25-41-82)
Электрические проводки выполнены установочными и монтажными
проводами, выбираемыми по ГОСТ 36-13-90.
Выбираю провода установочного класса II-поэтому, на щитах я не
применяю поворотных рам. Провода в пределах щитов, собраны в
жгуты.
Питание технологических средств автоматизации осуществляется
переменным напряжением 220 В и частотой 50 Гц.
Питание к прибором подводится через блоки зажимов. Для
предотвращения персонала электрическим током, предусмотрено
заземление щита (см. лист 2,3 – графи части)
В промежутках высот 1000-1200 расположены кнопки объема
сигнала КСС-24 (поз 88-1, 91-1, 94--1, 97-1, 100-1)
На боковых стенках щитов предусмотрены установка рик Р 600 и
Р800, предназначенные для закрепления хвостовой частей аналоговых
приборов А 542, так как их глубина составляет 567 мм, что
превышает допустимые нормы – 300 мм. На рейках, на высоте 30 мм
от пола предусмотрена установка сборок режимов Б 3-10
предназначенное для вторичной измерительной и питающих целей.
ПрСА расположенных данном щите.
8.3 Размещения УВК, щитов и пультов
в операторском пункте.
Операторский пункт стадии декарбонизации и фильтрации размещен
на отметке 0,000 строительного плана в координатах
[В-Т-Д/ 27-28] и занимает помещение размерами [10] длина 12 м,
ширина 6м.
Размеры операторского пункта соответствуют ГОСТ 24.121-92.
В помещении в прямолинейном порядке расположены щиты вторичных
приборов, задании линии кройки щитов удалены от стены на
расстоянии 1000мм. До боковой стенки расстояние 1500мм.
Расстояние до операторского пункта составляет 3000 мм.
УВК типа VPR-100 фирмы Honeywell расположен в операторском
пункте отдельно (см, чертежи), но рядом с рабочим местом
оператора. Условия эксплуатации УВК VPR-100 требует соблюдения
климатических условий, что соответствует требованием операторского
пункта в целом.
Проводки в операторском помещении прокладывается под полом (вид
В-В) где предусмотрен кабельный канал с прикреплением с стенкам
канала кабельными стойками и полками.
Ввод проводок в операторский пункт через стены имеет вид [I.см
чертеж 4].
8.4. Монтаж приборов и средств автоматизации
на щитах и пультах.
Все виды монтажных работ по размещению приборов и средств
автоматизации на щитах выполнены в соответствии с ОСТ 36.13-92.
Щиты для размещения ПрСА выбраны панельные, каркасные I-го
исполнения, шириной панели 800 мм климатическое исполнение
УХЛ-4, степень защиты Гроо.
Приборы и средства автоматизации расположены на фасадных
панелях согласно рекомендуемых высот исполнение на соответствующих
высотах (см. чертеж).
На высоте от 1000 до 1800 мм расположены показывающие
регистрирующие приборы серии А 502-193, 542-607.
На высотах 1900-2000 мм расположены световые табло ТСБ 12А
839-АL 43 (смотри лист 2.3. граф, части).
9. Проектирование монтажа технических средств
автоматизации на ТОУ.
Монтаж отборных устройств и первичных
преобразователей на объекте управления.
Монтаж средств измерения температуры.
Для измерения температуры я использую в проекте
термопреобразователи сопротивления медные. Их монтаж на
технологическом трубопроводе выполняются с помощью бабышек.
Монтаж средств измерения давления и разрежения.
Для измерения давления и разрежения я использую измерительный
преобразователи, “Сапфир-22ДИ”. Для отборных устройств давления и
разрежения используются закладка конструкций по З Ки -46-70.
Групповая установка преобразователей “Сапфир 22 ДИ”
осуществляется по ТМИ-4п-86.
Монтаж средств измерения расхода.
Для измерения расхода воды в проекте я использую измерительный
преобразователь “Сапфир-22 ДД”. В качестве отборного устройства
используется камерная диафрагма. Диафрагму устанавливают на прямом
участке трубопровода. В комплекте с преобразователем используется
блок извлечения корня БИК-1.
Для измерения расхода кислой среды я использую электромагнитный
преобразователь ПГИМ; в комплекте с измерительным
преобразователем ИУ-61.
Монтаж измерения уровня.
Для измерения уровней в баках я использую уровнемер емкостной
РУС.
Конструкция измерительного передающею преобразователя обеспечивает
возможность установки его на различных конструкциях, например
рамах. Для измерения кислотности воды в трубопроводе я
применяю рн – метр, в качестве электродной системы
чувствительный элемент ДМ-5м, а в качестве преобразователя
принимаю преобразователь промышленный П-201 (см. лист. 4-
граф.части) корус ДМ-5м имеет фланец с центральным отверстием
Ду, равным 30 мм и с четырьмя отверстиями для присоединения
к фланцам трубопровода.
Чувствительный элемент [3.7] устанавливается по следующей схеме:
Концентрируемая среда В1
Рис 9.1. Установка чувствительного элемента ДМ-5м в
трубопроводе.
В процессе умягченной воды, в результате регулирование
некоторых технологических параметров возникает необходимость
воздействие на ход технологического процесса, изменить подачу
жидкостей.
Для непрерывного регулирования жидких средств в целях изменение
регулируемого параметра применяют клапан 25ч939 нж[3]
25-регулирующий тип арматуры
ч – серый чугун
нж–корозийно-стойкая сталь материал уплотнительных поверхностей.
Регулирующий клапан применяет на трубопроводе для жидких не
агрессивных сред. Клапан применяется при температуре окружающей
среды от -300С до 500С.
Крепление арматуры к трубопроводу обеспечивается при помощи
фланцевых соединении. Клапан снабжен ручкой дублерон.
Управление клапаном происходит от электрического исполнительного
механизма МЭО [3].
С помощью МЭО осуществляется операции:
- закрывание и открывание запорного органа нажатием пусковых
кнопок и остановка его в любом промежуточном положении нажатием
кнопки “стоп’
- автоматическая остановка запорного органа закрывание или
открывания, местное или дистанционное указание положение клапана.
При отсутствии электроэнергии клапаном можно управлять в
ручную. Бесконтактное управление механизмами МЭО можно реализовать
бесконтактными реверсивных пускателей типа ПБР – 2м [3]
Электрические накопительным механизмы по сравнению с
пневматическими и исполнительными электропневматическими
механизмами более надежны, имеют ручной привод на случай выхода
из строе системы автоматики, имеют устройство самоторможения
при отключении электродвигателя, имеют устройство обратной связи
в системах автоматического управление, не требуется поддержание
оптимальных условий работы.
В проекте предусматривается применение исполнительных механизмов
МЭО с электродвигателем серии ДАУ. Механизмы должны
устанавливаться с горизонтальным расположением вала. Допускается
расположение вала наклоном под углом 150 к горизонтали.
Крепление механизмов производится четырьмя болтами. Перед
монтажом необходимо осмотреть механизмы и убедится в отсутствии
внешних повреждений. Для установки исполнительных механизмов
используются стойки СИМ – 31 по ТКИ- 3189 -81
. Выбор и обоснование электрических и трубных
проводок и средств их монтажа на объекте
управления
Для проводок систем автоматизации применяются изолированные
провода и кабели с алюминиевыми и медными жилами. При выборе
сечений проводов целей измерение необходимо учитывать допустимые
значения сопротивлений проводов и кабелей.
Наименьшее допустимые сечения жил:
- 0,35 мм2 – для много проволочных медных жил
0,5 мм2 – для одно-проволочных медных жил
2 мм2 – для алюминиевых жил
В схемах управления, питание сигнализации, мной были приняты
кабели с алюминиевыми жилами, сечение которых 2,5мм2. Поэтому
мной выбран по ГОСТ 1508-78 кабель АКВВГ с 4-мя жилами.
Провода и кабели с медными жилами сечение 1мм2, применяются
только для измерения мной, выбраны следующие виды: КВВГ На
4,7,19 жил.
Для измерения уровня с помощью РУС-0, между первичными
преобразователями и измерительным преобразователем мною использован
экранированный кабель КВВТЭ для защиты передаваемого сигнала
от сигналов действующих из вне. Также мной применен
коаксиальный кабель РК-75-4-12.
На установках основную массу трубных проводок составляют линии
связи предназначенные для передачи воздействия контролирующей
или регулирующей связи на измерительные элементы приборов и
датчиков. Так как в моем проекте применены преобразователи типа
“Сапфир” различных модификаций я выбрал стальную трубку 14х ГОСТ
8 734-75
Трубные проводки должны обеспечивать необходимую прочность
линий связи и плотность их соединения (см лист 5)
Электрической проводкой называют совокупность проводов и кабелей
с относящимся к ним креплением и защитными конструкциями. При
возможности объединения значительного количества цепей в одном
кабеле рекомендуется применять магистральные кабели.
Магистральные кабели – это также проводка электрическая, проведенные
от различных приборов и датчиков, устанавливаемых, на щитах,
и доводят до щитовых помещений.
Электропроводки проложены по кратчайшему расстоянию соединительными
приборами и средствами автоматизации.
В данном проекте я использую кабели КВВП.
Прокладка кабелей производится в трубах. Труба служит для защиты
кабелей от внешних воздействии. Так как в цехе среда не
агрессивная, тогда трубопроводы не уплотненные.
Трубная проводка представляет собой комплект труб,
соединительных и присоединительных частей, запорной и другой
трубопроводной арматуры, крепящих изделий и установочных
деталей, собранных в цельную конструкцию. По функциональному
назначению трубные проводки подразделяют на импульсные, командные,
питающие, дренажные.
В данном проекте применены бетонные трубы, сталь 12х18 Н10Т,
диаметр трубы 14 мм [10] толщина тенок 2 мм.
9.3. Организация монтажных работ и техника
безопасности при их проведении.
Работы, производимые в действующих электроустановках в отношение
мер безопасности разбиваются на 4 категории:
а) выполняемые при полном снятии напряжение
б) выполняемые при частичном снятии напряжение
в) выполняемые без снятия напряжения вблизи или токоведущих
частях, находящихся под напряжением
г) выполняемые без снятия напряжения, но вдали от токоведущих
частей, находящихся под напряжением.
В зависимости от категорий подлежащих выполнению работ должны
быть выполнены технические и организационные мероприятие,
обеспечивающие безопасное ведение этих работ, а именно, снятие
напряжение, заземление, отключение, ограждение, вывешивание
плакатов, назначение наблюдающих, выдача – наряда-допуска.
Перед началом монтажа трубных проводок должна быть проверена
ранее произведенной установки средств крепление монтаж
необходимости вести с инвентарных лесов и подмостей.
В действующих электроустановках, туннелях, электромонтажные работы
следует выполнить только при наличии диэлектрических средств
(перчаток, ковриков) инструментов с изолированными ручками.
При установке и перемещении щитов или их отдельных узлов в
процессе сборки должны быть приняты меры, предупреждающие их
опрокидывания. Перед установкой приборов следует проверить
надежность конструкции, на которые они будут монтироваться.
11
Разработка и исследования алгоритма управления
В данном проекте предусмотрен расчет комбинированный АСР.
Цель расчета является определение оптимальных параметров АСР,
обеспечивающих требуемое количество переходного процесса.
10.1 Описание исходных данных и метод их получения.
Исходным данными для расчета АСР является две разгонной
характеристики получения на объекте.
W – по главному каналу и
W1 – по вспомогательному каналу.
Изобразим структурную схему комбинированной АСР Na – катионитового
фильтра
Структурная схема комбинированной АСР фильтра
Структурная схема показывает наличие двух каналов воздействие
на выходную координату объекта и исполнением двух контуров
регулирования замкнутого и параллельного.
Преобразуем схему
Динамические характеристики объекта, то есть Na катионитового по
каналом возмущения и регулирования списываются передаточным
функциями:
10.2 Рассчитаем постройки в одноконтурной АСР
методом РАФХ
Цель расчета: найти параметры построек Sr Sn Sy
которые обеспечат устойчивый переходной процесс.
Описание используемого метода расчета
Дана передаточная функция :
В основу метода положен критерии обеспечивающий заданную
степень затухания переходного процесса.
m=0.221 и
Амплитудно-фазовую характеристику можно представить виде:
где 1+Wоб (jw)*R(jw)=0
P= -mw+jw
Для того чтобы сделать расчет растроек, надо определить
расширенный модуль А(w), ?(w). Re(w). Jm(w)
Re левой стороны = Re правой стороны и Jm лев= Jm прав.
Тогда левая сторона управления приобретает вид:
где ? = w·(1+m2), m.c.
правая часть рассматривается:
Подставим, данные значения получим:
Для ПИ: Sg=0
ПИД: Sg=10,20,100.
ход расчета
w Re(w) Jm(w) модуль Фаза (град) Фаза (рад)
0,050 0,206626 -0,396004 0,0446623 -62,45671 -1,09006
0,075 -0,005224 -0,369485 0,369503 -90,810089 -1,58493
0,100 -0,123961 -0,262975 0,290726 -115,238342 -2,01129
-0,125 -0,160573 -0,157320 0,224796 -135,586349 -2,36643
-0,150 -0,155 -0,80495 0,174641 -152,564896 -2,66276
0,175 -0,1344191 -0,030913 0,137705 -167,027313 -2,91518
0,200 -0,110539 -0,000641 0,110341 -180 -3,15579
По полученным данным нейдем параметры
Настроек: для ПИ:Sg=0. тo
где:
m2=0.048841
1. ? = 0,052442 Sp= - 0,5971221 Su = 0,1041108
2. ? = 0,078663 Sp= 0,6363332 Su = 0,2128776
3. ? = 0,1048841 Sp= 2,1542232 Su = 0,4079111
4. ? = 0,1311051 Sp= 3,8655913 Su = 0,4081554
5. ? = 0,1573261 Sp= 5,6653344 Su = 0,415218
6. ? = 0,1835471 Sp= 7,4368862 Su = 0,2992132
7. ? = 0,2097682 Sp= 9,0578511 Su = 0,0109989
Для ПИД:
При S·g = 10; Sg = 10
1. Sp= - 0,3181221 Su = 0,0978858
2. Sp= 0,9648332 Su = 0,2638804
3. Sp= 2,7122232 Su = 0,503027
4. Sp= 5,3130913 Su = 0,5442741
5. Sp= 6,0023344 Su = 0,6742289
6. Sp= 8,6633862 Su = 0,6219922
7. Sp= 9,9738511 Su = 0,4085375
Sp=20
1. Sp= 1,0391221 Su= 0,0916688
2. Sp= 1,2366668 Su= 0,3348631
3. Sp= 3,2702232 Su= 0,55981429
4. Sp= 4,9605913 Su= 0,8803927
5. Sp= 4,3393344 Su= 0,8867603
6. Sp= 5,8898862 Su= 0,9431996
7. Sp= 7,2898511 Su= 0,8280739
Sg = 100
1. Sp= 2,8071221 S4= 0,3580992
2. Sp= 3,6786668 S4= 0,8770949
3. Sp= 7,2657768 S4= 1,6409299
4. Sp= 9,6594087 S4= 2,2306583
5. Sp= 12,2646656 S4= 2,9446735
6. Sp= 16,2981138 S4= 3,512859
7. Sp= 18,2178511 S4= 4,1843651
Рассчитаем настройки в комбинированной АСР.
Цель расчета: необходимо найти параметры настроек Sp, S4 ;
выбрать компенсатор и определить его параметры из условия
инвариантности на нулевой и рабочих частотах.
Описание используемого метода расчета: Даны передаточные функции
W – по главному каналу
W1 – по вспомогательному каналу
Нужно найти Sp и S4
Рассмотрим условия инвазмантности разомкнутой системы:
y (t) = 0
хв
структурная схема разомкнутой АСР.
Переходя к изобретениям по Лапласу Хв(p) Х(р) сигналов Хв(t) и
y(t), и принимаем это условие с учетом передаточных функции
объекта по каналам возмущение Wв(p) и регулирования Wp(p) и
компенсатора R Х(p) : Y(p) = Хв(р) · [Wв (p)+Rx(p)·W(p)]=0
При помощи возмущения [Xв(р) не равно 0] условие инвариантности
выполняются если:
Wв(p)+Rх(р)·Wp(P)=0; откуда
Rк(p) = - Wв(р) / Wp(P)
Таким образом, для обеспечения инвариантности системы
регулирование по отношению к какому либо возмущению необходимо
установить динамический компенсатор, передаточная функция которого
равна отношению передаточных функции объекта по каналам
возмущения и регулирования, взятому с обратным знаком.
Выведем условие инвариантности для комбинированной АСР. Сигнал
от компенсатора подается на вход объекта, Na- катионитового
фильтра. Структурная схема комбинированной АСР преобразуется к
последовательному соединению разомкнутой системы и замкнутого
контура передаточной функции, которые соответственно равны:
Wps(P) = Wв(p)+Rк(p)·Wp(P)
При этом условие инвариантности записывается в виде
Если Хв(p) не равно 0 и W3c(p) не равно 0, должно выполнятся
условие:
Wpc(P)=Wв(В)+Rк (P)·Wp(P)=0
т.е условие инвариантности.
Настройки регулятора считают обычным способом (метод
Циглера-Никольса)
Физическая реализуемость компенсаторов имеет два условие:
1. Компенсатор не должен содержать звено с отрицательным
чистым
запаздыванием, т.е. время чистого запаздывания, т.е. время
чистого запаздывания по каналу регулирования должно быть не
больше, чем по каналу возмущения. С учетом до 1827 время
чистого запаздывания компенсатора ?к=?в-?р>0.
2. Компенсатор не должен содержать дифференцирующие звенья.
Компенсатор выбирает из числа наиболее легко реагируемых
динамических звеньев, параметры которых рассчитывают из условие
близости частотных характеристик идеального и реагентного
компенсаторов в этом диапазоне частот
Wк (w) = Wк (w) ; wж < w < w*
Диапазон [ wж , w* ] зависит от частичного спектра сигнала
возмущения и частотных характеристик системы.
Расчет комбинированной АСР включает следующие этапы:
расчет настроек регулятора и определение рабочей частоты в
замкнутой системе регулирования;
вывод передаточной функции идеального компенсатора и анализ
его реализуемости;
выбор структуры реального компенсатора и определение его
параметров из условия инвариантности на нулевой и рабочих
частотах.
Ход расчета
Динамические характеристики объекта по каналом возмущения и
регулирования описывается передаточными функциями:
В комбинированной АСР используется П- регулятор с передаточной
функцией;
R(p) = -S1
Определим настройки регулятора по методу Циглера-Никольса. Из
системы управлении Ар(w)·S1=1; ?n (w) + ? = 0
где
Re=1; Jm=1,1w;
p(w) = -1,30w - arctd 1,1W
где wкр= 0,2 ; S1кр = 9,0464171;
Так как компенсатор с передаточной функцией не содержит
звеньев с отрицательным чистым запаздыванием, идеальный
компенсатор физически реализации.
Для выбора типа реального компенсатора, найдем частичные
характеристики идеального компенсатора в диапазоне частот [0.wp]
Амплитудно-частотное характеристика
Фазо-частотное характеристика
?к(w)= -3,45w + аrctd 15,63w – arctd
При w = 0; w = 0,2
Aк(0) = 0,94; ?к(0)=0
Ак(0,2) = 3,0130755; ?к(0,2) = - 0,957
Так как в интервале W [0 ; 0,2] Rк (w) проходит в четвертом
квадрате, в количестве апериодического звена 1-го порядка.
Рис. ФИХ реального компенсатора Рис. АФХ реального компенсатора
Rk = Ak (0) = 0,94
- arctd 0,2T = - 0,937
(см. лист8. графическая часть)
Система управлений апериодического звена 1-го порядка.
? (w) = - arctd T·w управление не имеет точного решения.
Т = 0,08285; ?k (0,2) = - 0,94; Ak(0,2) = 3,02
Графики переходных процессов АСР для одноконтурной и
комбинированной.
Анализ расчетов АСР показал, что рабочие частоты регуляторов в
комбинированной АСР незначительно отличаются от соответствующих
частот в одноконтурной системе регулирования.
Окончательный вывод об эффективности применение комбинированной
АСР по сравнению с одноконтурной можно сделать на основе
сравнительного анализа результатов моделирования переходных
процессов.
Как видно из сравнения кривых динамическая ошибка регулирования
в комбинированной АСР снизились почти в два раза.
L
GВЫХ
ТОУ
Заливка буферных растворов
В2
В3
Корпус
ДМ-5м
воздушник
В6
В5
В4
Хв
WK
Wов
У
Уо
WР
Wор
У
ХВ
WР
WОР
WК
WОР
WОР
У0
W (P)
W (P)
Х23
Х21
к
у
Wв(p)
Wp(p)
K(w)=0
Rk(iw)
iJm
w
Wp
Rk(w)
Re
-0,9
?к
?к
-?
и
?к
0
К=0,94
Re
(w=0)
0
w
iJm
