Автоматизація виробництва олії
Характеристика обладнання цеху відбілювання олії на Нововолинському комбінаті. Проектування автоматичної системи управління технологічними процесами на базі математичних моделей апаратів відбілювання із застосуванням мікроконтролера MODICON TSX Micro.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 06.07.2011 |
| Размер файла | 2,9 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Динамічні характеристики каналів та визначаються експериментальним шляхом.
4.4.1.3 Результати рішень
Перелік вихідних показників представлений в таблиці 4.9.
Таблиця 4.9 - Перелік вихідних показників
|
Ідентифікатор |
Найменування |
Діапазон змін |
Точність |
|
|
Питомі витрати глини на одну тонну олії, т/т |
1 т - 5 кг |
|||
|
Випуск олівї за сортами, т/год |
||||
|
Вищий |
1 - 2 |
|||
|
І сорт |
1,5 - 2,5 |
|||
|
ІІ сорт |
1,5 - 2,5 |
4.4.2 Регулювання режимних параметрів
Модуль призначений для підтримки режимних параметрів процесу відбілювання в заданих межах та може бути використаний при автоматизації олієекстракційного виробництва.
Задача полягає в підтриманні режимів відбілювання близькими до оптимальних шляхом стабілізації заданих режимних параметрів. Мета керування реалізується через системи автоматичного регулювання (САР):
- температури в забірнику олії;
- температури в підігрівачі олії;
- співвідношення олія - відбілююча глина;
- рівня олії в апараті для відбілювання;
- рівня в резервуарі відбілюючої глини.
САР отримуютьс завдання, розраховані алгоритмічним модулем "Оптимальне керування технологічним процесом відбілювання" за допомогою контролера.
4.4.2.1 Вхідні дані
Дані, необхідні для реалізації (автоматичного) алгоритмічного модуля, надходять від здавачів. Дані, що використовуються алгоритмічним модулем аналогічні даним, що використовуються в задачі "Оптимальне керування технологічним процесом відбілювання" та приведені в розділі 4.4.3.1 даного проекту.
4.4.2.2 Математичний опис
Вхідні потоки олії в адсорбер (апарат для відбілювання олії) діляться між виходами в пропорціях (слабка олія) та (міцна олія).
, (4.10)
, (4.11)
де - концентрація олії; - витрати слабкої та сильної олії.
Коефіцієнт компенсації зворотного зв'язку для автоматичної системи регулювання температури в підігрівачі:
. (4.12)
Компенсація збурень по слабкій олії здійснюється зміною тиску гріючої пари з коефіцієнтом ослаблення:
. (4.13)
В каналах концентрація олії - тиск гріючої пари та концентрація - збурення параметрів слабкої олії зворотній зв'язок відсутній, тобто динамічні характеристики каналів співпадають із статичними.
. (4.14)
Концентрація збурень по витратах слабкої олії:
, (4.15)
де - уставка без врахування динамічних зв'язків; - поточний момент часу; - відповідно попередній момент часу.
4.4.2.3 Результати рішень
Результатами рішення задачі являється видача керуючих дій контролеру. Алгоритм рішення представлений в графічній частині дипломного проекту.
4.4.3 Оптимальне керування процесом
Пакет алгоритмічних модулів призначений для оптимального управління процесом відбілювання в установці високовиробничого відбілювання та може використовуватись в АСУ ТП олієекстракційного виробництва.
Суттєвого збільшення техніко-економічних показників роботи установки можна досягти за рахунок рішення задачі оптимального управління процесом відбілювання.
Пакет алгоритмічних модулів "Оптимальне керування процесом відбілювання" призначений для ведення процесу в оптимальному режимі, який дозволяє мінімізувати затрати при забезпеченні заданої кількості та якості олії.
Процес відбілювання представляє собою складний, нестаціонарний процес з окремими параметрами, які не підлягають безпосередньому вимірюванню (термічний опір пристінного шару, швидкість газопарової суміші, теплоємність олії, теплофізичні якості крапель олії і т.д.). Це зумовлює необхідність адаптації математичних моделей процесу з метою забезпечення заданої точності. Величини, які ідентифікуються, відбивають сукупний вплив на процес параметрів, які не контролюються. Моделі ідентифікуються (адаптуються) періодично. Тому для компенсації динамічних властивостей реальних апаратів необхідно крім абсолютного відношення параметрів, які вимірюються, від їх прогнозів врахувати також і тенденцію зміни відхилення. Остання обставина визначає дискретність адаптації моделі.
Оптимальні управляючі дії розраховуються з використанням типових засобів автоматизації. Необхідність періодичного проведення таких розрахунків визначається наявністю значних коливань вхідних (ті, що не регулюються) параметрів процесу (параметри вхідної олії, температура гріючої пари), або зміною режимів роботи (перехід на резервний апарат та інше).
4.4.3.1 Вхідні дані
Дані, які необхідні для реалізації пакета алгоритмічних модулів, надходять від автоматичних здавачів, нормативно - довідкова інформація вводиться з терміналу.
Перелік даних наведено в Таблиці 4.10.
Таблиця 4.10 - Перелік даних
|
Ідентифікатор |
Найменування |
Діапазон змін |
|
|
Приведені питомі витрати на відбілювання в одиницю часу, грн/тонн |
0?100 |
||
|
Номер лінії та число ліній рафінації |
0?4 |
||
|
Частка екстракційної олії, призначеної для відбілювання на й лінії |
|||
|
Коефіцієнт виносу нейтральної пари в саапсток на й лінії |
0?0,1 |
||
|
Коефіцієнт пропорційності між приростом кислотного числа і добутком часу перебування олії при температурі, яка перевищує температуру окислення на величину цього перевищення |
0?0,15 |
||
|
Ціни: |
|||
|
Рафінованої олії, грн./тонн |
|||
|
Сапстока, грн./тонн |
|||
|
Одиниця олії до відбілювання, грн./тонн |
|||
|
Одиниця олії після відбілювання, грн./тонн |
|||
|
Час перебування олії при температурі, яка перевищує температуру окислення, помножений на величину перевищення (по ступенях процесу), с•0С |
0?1500 |
||
|
Вихід олії з однієї тонни соняшнику |
0,1?0,3 |
||
|
Температура парів, 0С |
90?150 |
||
|
Сумарні витрати парів із апаратів, м3/г |
|||
|
Масова частка парів при виході з адсорбера |
0?0,1 |
||
|
Масові долі глини в олії на вході та виході з адсорбера |
0,1?0,99 |
||
|
Температура олії (аналогічно), 0С |
50?130 |
||
|
Витрати олії. т/г |
4?100 |
||
|
Тиск гріючої пари, Па•105 |
0,5?1,5 |
||
|
Витрати пари на збірнику та підігрівачі. т/г |
0,1?0,7 |
||
|
Кислотне число олії до та після відбілювання |
1?5 |
||
|
Параметри ідентифікації математичної моделі адсорбера |
0,1?10,0 |
||
|
Параметри ідентифікації математичної моделі збірника |
|||
|
Параметри ідентифікації математичної моделі підігрівача |
3,0?2000 |
||
|
Теплоємність парів, ?102 |
12?18 |
||
|
Теплоємність олії, Дж/кг, ?102 |
15?25 |
||
|
Питома теплота пароутворення, кДж/кг |
300?400 |
||
|
Переріз сопла форсунки, ?10-4 |
4?10 |
||
|
Відхилення витрат олії та гріючої пари |
3?10 |
||
|
Коефіцієнт теплопровідності |
0,01?0,04 |
||
|
Ентальпія олії, ?105 |
2?4 |
4.4.3.2 Математичний опис
Задача оптимального управління процесом відбілювання описується наступним чином:
1. Цільова функція оптимального управління:
, (4.16)
Обмеження:
.
2. Модель підігрівача
Витрати гріючої пари на олію:
початкові: ; (4.17)
середньо зважені: ; (4.18)
кінцеві: . (4.19)
Рівняння теплового балансу:
. (4.20)
3. Модель забірника.
Рівняння теплового балансу:
. (4.21)
Тиск насиченої водяної пари:
, (4.22)
для
. (4.23)
для
. (4.24)
4. Модель адсорбера.
Секундні витрати глини, олії та сумарний потік з апарату:
, ; . (4.25)
Швидкість потоку з апарату:
. (4.26)
Розміри крапель олії:
. (4.27)
Зміна ентальпії олії, що викликана розпилення:
. (4.28)
Теплоємність олії при температурі та масовій частці глини в олії :
. (4.29)
Відношення витрат олії та глини:
. (4.30)
Безрозмірні компоненти, які описують зв'язок швидкості витікання, витрат олії та глини, розмірів краплі:
,
, (4.31)
. (4.32)
коефіцієнт:
. (4.33)
Приведена швидкість
, (4.34)
коефіцієнт: . (4.35)
Швидкість пульсації: в метричних одиницях:
, (4.36)
в мольних:
. (4.37)
Масова частка глини в олії:
, (4.38)
. (4.39)
Коефіцієнт питомого об'єму:
. (4.40)
5. Допоміжні співвідношення:
Збільшення кислотного числа:
. (4.41)
Ціна однієї тонни олії:
. (4.42)
4.4.3.3 Результати рішення
Результатом роботи пакета являється розрахунок оптимальних управляючих, розрахунок коефіцієнтів ідентифікації математичних моделей, вихідних параметрів процесу відбілювання.
Перелік вихідної інформації наведений в таблиці 4.11.
Таблиця 4.11 - Перелік вихідної інформації
|
Ідентифікатор |
Найменування |
Задачі, які використовують інформацію |
|
|
Масова частка глини в олії після відбілювання |
|||
|
Питомі витрати гріючої пари на тонну олії |
Розрахунок ТЕП |
||
|
Тиск гріючої пари |
Розрахунок ТЕП |
||
|
Витрати олії, тонн/год. |
Регулювання |
||
|
Витрати гріючої пари в підігрівачі і збірнику, тонн/год. |
Розрахунок ТЕП |
||
|
Значення цільової функції |
Алгоритми задачі "Оптимальне управління процесом відбілювання" включає в себе наступні алгоритмічні модулі, наведені в графічній частині проекту:
- управління роботою пакета;
- розрахунок оптимальних управляючих дій;
- розрахунок значень параметрів процесу, що прогнозуються;
- ідентифікація математичних моделей процесу відбілювання.
4.5 Специфікація засобів контролю і керування
Специфікація засобів контролю и керування приведена в таблиці 4.12
Таблиця 4.12 - специфікація засобів контролю і вимірювання
|
№ п/п |
Номер позиції на ФСА |
Технологічний параметр, його номінальна значення |
Місце встановлення ЗКК |
Назва та коротка технічна характеристика |
Тип ЗКК |
Кількість ЗКК |
Примітка |
|
|
1 |
1-1 |
Температура олії після теплообмінника Т1 160°С. |
На трубопроводі |
Термоперетворювач опору платиновий, вибухозахищений. Номінально статична характеристика 50Н, граничне вимірювання -50°С+200°С, похибка 0,5%, глибина занурення 60500 мм. |
ТСП - 8051 |
1 |
||
|
2 |
3-1 |
Температура після теплообмінника Т2 140°С. |
На трубопроводі |
Термоперетворювач опору платиновий, вибухозахищений. Номінально статична характеристика 50Н, граничне вимірювання -50 °С+200 °С, похибка 0,5%, глибина занурення 60500 мм. |
ТСП - 8051 |
1 |
||
|
3 |
19-1 |
Температура в автоклаві А1 180°С. |
По місцю. |
Термоелектричний перетворювач опору, вибухозахищений, границя вимірювання -200500 °С, основна похибка 1%, глибина занурення 250 мм, матеріал 12Х18Н10Т08Х13. |
ТСП - 8051 |
1 |
||
|
4 |
2-2 3-2 19-2 19-5 |
Температура. |
По місцю. |
Пускач безконтактний реверсивний. |
ПБР -2М |
4 |
||
|
5 |
1-3 19-3 19-6 |
Температура. |
По місцю. |
Регулююча арматура з електроприводом вибухозахищена МЭО - 100 / 10 - 025 - 11ВТЧ-93 діаметр умовного проходу 80 мм, будівельна довжина 320 мм, температура до 220 °С, тиск - 1,6 мПА |
254940нж ( И68066 ) |
4 |
||
|
6 |
2-1 |
Температура води в Е12 30°С. |
По місцю. |
Термоперетворювач опору платиновий, вибухозахищений. Номінально статична характеристика 50Н, граничне вимірювання -50°С+200°С, похибка 0,5%, глибина занурення 60500 мм. |
ТСП - 8051 |
1 |
||
|
7 |
8-1 9-1 |
Температура розчинів каталізатора 60°С. |
По місцю. |
Термоперетворювач опору платиновий, вибухозахищений. Номінально статична характеристика 50Н, граничне вимірювання -50°С+200°С, похибка 0,5%, глибина занурення 60500 мм. |
ТСП - 8051 |
2 |
||
|
8 |
18-2 18-3 18-4 20-1 |
Температура каталізатору, 2540°С. |
По місцю. |
Термоперетворювач опору платиновий, вибухозахищений. Номінально статична характеристика 50Н, граничне вимірювання -50°С+200°С, похибка 0,5%, глибина занурення 60500 м |
ТСП - 8051 |
4 |
||
|
9 |
4-3 18-1 |
Температура фільтрової олії в Е9 80100°С. |
По місцю. |
Термоперетворювач опору платиновий, вибухозахищений. Номінально статична характеристика 50Н, граничне вимірювання -50°С+200°С, похибка 0,5%, глибина занурення 60500 мм. |
ТСП - 8051 |
2 |
||
|
10 |
2-2 20-2 |
Температура |
По місцю. |
Пускач безконтактний реверсивний |
ПБР -2М |
4 |
||
|
11 |
2-3 20-3 3-3 |
Температура |
По місцю. |
Регулююча арматура з електроприводом вибухозахищена МЭО - 100 / 10 - 025 - 11ВТЧ-93 діаметр умовного проходу 100 мм, будівельна довжина 350 мм, температура від 4 - 220 °С, тиск - 0,6 мПА. |
32кч915бк ( к 99056 ) |
|||
|
12 |
5-1 |
Тиск в автоклаві. |
По місцю. |
Первинний вимірювальний перетворювач, граничне вимірювання 0-1 мПа, вибухозахищений. |
Сапфір - 22ДИ |
1 |
||
|
13 |
6-5 |
Тиск в ресивері. |
По місцю. |
Первинний вимірювальний перетворювач, граничне вимірювання 0-1 мПа, вибухозахищений. |
Сапфір - 22ДИ- Ех |
1 |
||
|
14 |
6-1 |
Тиск перед фільтр - пресом. |
По місцю. |
Первинний вимірювальний перетворювач, граничне вимірювання 0 - 0,5 мПа , вибухозахищений. |
Сапфір - 22ДИ- Ех |
1 |
||
|
15 |
6-3 6-4 |
Тиск. |
По місцю. |
Первинний вимірювальний перетворювач, граничне вимірювання 0 - 0,005 мПа . У вибухозахищеному виконанні |
Сапфір - 22ДИ- Ех |
1 |
||
|
16 |
5-2 |
Тиск. |
По місцю. |
Пускач безконтактний реверсивний. |
ПБР -2М |
1 |
||
|
17 |
5-3 |
Тиск водню. |
По місцю. |
Регулююча арматура з електроприводом вибухозахищена МЭО - 100 / 10 - 025 - 11ВТЧ-93 діаметр умовного проходу 250 мм, будівельна довжина 730 мм, температура від -40 + 50 °С, тиск - 4 мПА. |
25нж903бр |
1 |
||
|
18 |
4-4 20-5 |
Температура |
На щиті. |
Прилад показуючий реєструючий, багатоканальний, основна похибка 1%, довжина шкали 0200 °С. |
ДП 160М |
2 |
||
|
19 |
6-6 |
Тиск |
На щиті. |
Прилад показуючий реєструючий, багатоканальний, основна похибка 1%, довжина шкали 01 мПа. |
ДП 160М |
1 |
||
|
20 |
7-112-113-115-1 |
Рівень олії |
По місцю |
Первинний вимірювальний перетворювач різниці, вибухозахищений тисків, граничне вимірювання вихідний сигнал 0-5mA. |
Сапфір - 22ДИ- Ех |
4 |
||
|
21 |
8-1 9-1 |
Рівень каталізаторів в емкостях |
По місцю |
Первинний вимірювальний перетворювач різниці, вибухозахищений тисків, граничне вимірювання вихідний сигнал 0-5mA. |
Сапфір - 22ДИ- Ех |
2 |
||
|
22 |
10-1 14-1 |
Рівень саломасу в ємкостях. |
По місцю. |
Первинний вимірювальний перетворювач різниці, вибухозахищений тисків, граничне вимірювання вихідний сигнал 0-5mA. |
Сапфір - 22ДИ- Ех |
2 |
||
|
23 |
16-1 |
Рівень води |
По місцю. |
Первинний вимірювальний перетворювач різниці, вибухозахищений тисків, граничне вимірювання вихідний сигнал 0-5mA. |
Сапфір - 22ДИ- Ех |
1 |
||
|
24 |
23-1 24-1 25-1 26-1 27-1 28-1 29-1 30-1 31-1 32-1 33-1 34-1 35-1 |
На щиті. |
Блок ручного управління |
БРУ - 32 |
13 |
|||
|
25 |
23-2 24-2 25-2 26-2 35-2 |
По місцю |
Пускач безконтактний реверсивний. |
ПБР -2М |
13 |
5. РОЗРАХУНОК АВТОМАТИЧНОЇ СИСТЕМИ РЕГУЛЮВАННЯ (АСР)
5.1 Визначення передатної функції
Проведемо аналіз системи автоматичного регулювання (САР) на прикладі системи регулювання температури в паровому підігрівачі. Паровий підігрівач оснащен підігрівом (парові змійовики), які забезпечують постійну температуру в межах 105оС. Олія поступає в паровий підігрівач, де підігрівається до температури 1050С (саме при такій температурі проходить процес відбілювання). Аналізуючи паровий підігрівач як об'єкт керування бачимо, що температура в нагрівальній частині парового підігрівача прямо залежить від витрати пару. Фактично маємо замкнену систему, на вході котрої знаходиться задана температура, на виході - отримане значення цієї температури. В результаті віднімання від заданого значення отриманого на виході маємо значення розузгодження, на основі котрого регулятором виробляється рішення про збільшення чи зменшення значення сигналу керування на виконавчому механізмі. В нашому випадку виконавчим механізмом є регулюючий клапан подачі пару і задаючим сигналом для нього є задаючий рівень напруги від регулятора, прямо пропорційний сигналу розузгодження в межах регулювання. При відхиленні поточного значення потужності від заданого завдяки отриманому сигналу розузгодження виробляється додаткова напруга на регулюючому клапані, котра змушує його збільшувати або зменшувати площу поперечного перерізу впускного каналу. Відповідно на виході виконавчого механізму при сталому тиску напірної магістралі отримується певний рівень витрати пари. Даний рівень є задаючим для об'єкту керування і в залежності від нього на виході отримується скориговане значення температури. Даний контур регулювання дозволяє компенсувати відхилення поточної температури від заданої внаслідок коливань тиску пару чи температури пару в напірній магістралі.
Таким чином можемо на основі викладеного вище зобразити структурну схему розглядуваної САР (рисунку 5.1).
Рисунок 5.1 - Структурна схема системи автоматичного регулювання температури в паровому підігрівачі
Тут tзад - задана температура в паровому підігрівачі; - температура розузгодження; Uз - керуючий сигнал; fП - отримана витрата пари; tрез - отримане значення температури в паровому підігрівачі; WР(p) - передаточна функція регулюючого органу; WК(p) - передаточна функція клапана; WП(p) - передаточна функція парового підігрівача по пару.
Розглянемо окремі елементи структурної схеми.
Регулятор
Задаючий сигнал на клапані є прямо пропорційним температурі розузгодження:
,
де kр - коефіцієнт залежності керуючого сигналу від різниці заданої і отриманої температури.
Позначивши kр через k1 та співвіднісши зображення по Лапласу вихідного сигналу до зображення по Лапласу вхідного сигналу отримуємо передаточну функцію мембранного регулятора у вигляді пропорційної ланки:
|
. (5.1) |
Регулюючий клапан
Вхідним параметром для клапана є рівень задаючого сигналу, вихідним - потік пари. Регулюючий клапан, як елемент схеми для розрахунку САР, описується рівняннями вигляду:
,
де S - площа поперечного перерізу витратного каналу, KS - коефіцієнт залежності площі поперечного перерізу витратного каналу від задаючого сигналу, T1 - стала часу реакції площі поперечного перерізу каналу на зміну задаючого сигналу, fк - потік пару через витратний канал, Kf - коефіцієнт залежності витрати пару від площі поперечного перерізу витратного каналу, T2 - стала часу реакції витрати на зміну площі поперечного перерізу каналу.
Виходячи з вказаних рівностей після перепозначення KS•Kf=k2, віднісши зображення по Лапласу вихідного сигналу (площа перерізу витратного каналу) до зображення по Лапласу вхідного сигналу, записати передаточну функцію клапана:
|
. (5.2) |
Паровий підігрівач
Паровий підігрівач в даному випадку є керованим об'єктом. При цьому в усталеному режимі температура в робочій зоні парового підігрівача є прямо пропорційною витраті гарячого пару, в динамічному режимі тут має враховуватися інерційність системи:
,
де TT - стала часу реакції температури в паровому підігрівачі на зміну потоку пари; kT - коефіцієнт залежності температури в паровому підігрівачі від потоку пари в усталеному режимі.
В результаті перепозначення kT=k3, TT=T3 та відношення зображення по Лапласу вихідного сигналу до зображення по Лапласу вхідного сигналу отримаємо передаточну функцію у вигляді
|
. (5.3) |
Врахувавши знайдені вирази для визначення передаточних функцій визначимо розімкнену передаточну функцію системи автоматичного регулювання температури в паровому підігрівачі. Після заміни отримуємо розімкнену передаточну функцію у вигляді:
.
;
;
.
Передаточна функція замкненої системи для структурної схеми із зворотнім зв'язком (рисунок 5.1) записується у вигляді . Тут - передаточна функція розімкненої АСР, - передаточна функція ланки зворотного зв'язку. Підставивши в цей вираз (5.4) та значення передаточної функції ланки зворотного зв'язку як 1, отримуємо передаточну функцію замкненої АСР:
. (5.5)
Зведемо параметри для розрахунку автоматичної системи регулювання до Таблиці 5.1.
Таблиця 5.1 - Дані для розрахунку автоматичної системи керування
|
Назва параметру |
Позначення параметру |
Значення параметру |
|
|
Пропорційний регулятор |
|||
|
Коефіцієнт перетворення розугодження температури в сигнал керування |
Kр |
0,075 В/?С |
|
|
Регулюючий клапан |
|||
|
Коефіцієнт залежності площі поперечного перерізу витратного каналу від сигналу керування |
KS |
3•10-4 м2/В |
|
|
Стала часу реакції площі поперечного перерізу витратної магістралі на зміну сигналу керування |
TS |
0,035 c |
|
|
Коефіцієнт залежності потоку пари від площі поперечного перерізу витратної магістралі |
Kf |
80 м/с |
|
|
Стала часу реакції потоку пару на зміну площі поперечного перерізу витратного каналу |
Tf |
0,05 c |
|
|
Паровий підігрівач |
|||
|
Стала часу реакції температури в паровому підігрівачі на зміну потоку пару |
TТ |
0,3 с |
|
|
Коефіцієнт залежності температури в паровому підігрівачі від потоку пару |
kТ |
5,25•102 ?С•с/м3 |
Виходячи із заданих значень розрахуємо коефіцієнти та сталі часу передаточних функцій системи автоматичного регулювання температури в паровому підігрівачі:
k0 = 0,945;
k1 = 0,075;
k2 = 0,024;
k3 = 5,25•102;
Т1 = 0,035;
Т2 = 0,05;
Т3 = 0,3;
Т10 = 0,385;
Т20 = 2,725•10-2;
Т30 = 5,25•10-4.
5.2 Визначення стійкості системи згідно критерію Найквіста
Метод визначення стійкості автоматичних систем регулювання (АСР) за Найквістом є одним з частотних методів. Він дозволяє визначити стійкість замкненої системи за амплітудно-фазовою характеристикою (АФХ) розімкненої системи. При цьому метод визначення залежить від того, чи є стійкою АСР в розімкненому стані.
Визначимо стійкість АСР у розімкненому вигляді. Для цього скористаємося методом Гурвіца, котрий є одним з алгебраїчних методів.
Для цього прирівняємо знаменник (5.4) до нуля:
.
Згідно критерію стійкості АСР за Гурвіцем:
- необхідною та достатньою умовою стійкості при є додатність всіх часткових визначників матриці Гурвіца.
Матриця Гурвіца для рівняння виду записується у вигляді:
.
Для нашого випадку . Тому матриця Гурвіца записується для розглядуваного випадку (n=3) у вигляді:
.
Значення коефіцієнтів Ті0 розраховано в п.5.1.
Проведемо аналіз матриці Гурвіца, використовуючи критерій:
а0=Т30>0;
Д1=а1=Т20>0;
Д2=Д1а2=Д1•Т10>0.
Оскільки всі часткові визначники є додатними, то робимо висновок, що система є стійкою в розімкненому вигляді.
Оскільки АСР у розімкненому вигляді є стійкою, формулювання методу Найквіста для неї матиме наступний вигляд:
- для того, щоб АСР, стійка в розімкненому стані, була стійкою і в замкненому стані, необхідно і достатньо, щоб АФХ розімкненої системи при зміні від 0 до ? не охоплювала точку з координатами (-1; j0).
Характеристичне рівняння для розімкненої АСР має вигляд:
.
Через заміну приведемо передатну функцію розімкненої системи до вигляду . Тоді, виходячи із (5.4) маємо:
.
Згрупуємо елементи дійсної та уявної частин:
.
Оскільки, згідно схеми типових перетворень, якщо
,
то дійсні і уявні частини визначаються як:
,
.
Для нашого випадку маємо, що
Рисунок 5.2 - Амплітудно-фазова характеристика САР
5.3 Визначення стійкості за критерієм Михайлова
Критерій Михайлова формулюється наступним чином:
- для стійкої АСР необхідно і достатньо, щоб годограф Михайлова, починаючись при на додатній дійсній напівосі, обходив послідовно в додатному напрямку (проти годинникової стрілки) при збільшенні від 0 до ? n квадрантів, де n - ступінь характеристичного поліному.
З (5.5) запишемо характеристичний вираз замкненої системи:
.
Проведемо перехід до частотної площини шляхом заміни . Звівши дійсні та уявні частини поліному, отримаємо характеристичний поліном вигляду
.
Позначивши дійсну частину характеристичного поліному через і уявну - через та змінюючи від 0 до ? будуємо годограф Михайлова на комплексній площині (рисунок 5.3).
З побудованого годографа Михайлова можемо підтвердити висновок про те, що АСР є стійкою, оскільки годограф проходить через 3 квадранти при ступені характеристичного поліному, рівному трьом. При подальшому збільшенні дійсна частина прямує до -?, і уявна також до -?.
Рисунок 5.3 - Годограф Михайлова
5.4 Побудова логарифмічних характеристик
Для побудови логарифмічної амплітудно-частотної характеристики (ЛАХ) та логарифмічної фазо-частотної характеристики (ЛФХ) запишемо ще раз передатну характеристику розімкненої системи:
.
Виконаємо заміну :
|
. (5.6) |
Запишемо значення модуля :
.
З цього виразу запишемо ЛАХ системи виходячи з умови :
.
Визначимо частоти зрізу ЛАХ:
;
;
.
Рисунок 5.4 - Логарифмічна амплітудно-частотна характеристика САР
При побудові ЛАХ спочатку наносимо пряму значенням L=18 і оскільки розглядувана АСР не має астатичності, то ЛАХ матиме початковий нахил 0Дб/дек і надалі, оскільки відсутні додатні зрізи ЛАХ, то при побудові її на частотах зрізу вона змінюватиме нахил на -20Дб/дек при щ1, щ2 та при щ3. Згідно наведених міркувань будуємо ЛАХ в логарифмічній системі координат. Для передатної характеристики розімкненої АСР виду після запису у вигляді вираз ЛФХ має вигляд:
.
Таким чином сумарна ЛФХ є сумою ЛФХ окремих складових. Тобто для побудови сумарної ЛФХ достатньо окремо побудувати ЛФХ окремих ланок і потім їх просумувати. Розіб'ємо (5.6) на окремі прості складові:
.
Із записаних добутків складемо систему рівнянь для визначення ЛФХ:
.
Змінюючи від 0 до ? будуємо часткові ЛФХ в логарифмічній системі координат. Провівши алгебраїчне сумування окремих ЛФХ, отримуємо загальну ЛФХ розімкненої системи (рисунок 5.5).
Рисунок 5.5 - Логарифмічна фазо-частотна характеристика САР
Оскільки при тому значенні щ (щ=?), при якому ЛФХ досягає значення , ЛАЧХ має від'ємне значення, то ми можемо ще раз підтвердити висновок п.5.2 та п.5.3 про те, що розглядувана АСР є стійкою.
5.5 Побудова перехідного процесу
Дослідимо перехідну характеристику замкненої САК (рисунок 5.1) як реакцію на одиничну керуючу функцію g(t)=pзад(е)=1(е). Для цього скористаємося методом одиничних трапецій та трикутників. Насамперед згідно алгоритму даного методу побудуємо залежність дійсної частини амплітудно-фазової частотної характеристики від частот .
Амплітудно-фазова частотна характеристика з (5.5) отримується шляхом заміни p>jщ у вигляді
.
Згрупувавши у знаменнику дійсну та уявну частини отримуємо амплітудно-фазову частотну характеристику замкненої системи у вигляді
.
Оскільки, згідно схеми типових перетворень, якщо , то дійсні і уявні частини визначаються як
,
.
Для нашого випадку маємо, що
Тому дійсна частина амплітудно-фазової частотної характеристики матиме вигляд:
.
Змінюючи щ від 0 до щс, де щс - границя області суттєвих частот (тобто таких, для яких виконується умова ), отримуємо характеристику (рисунок 5.6). Границя області суттєвих частот в нашому випадку є рівною 22 с .
За результатами побудуємо характеристику:
Рисунок 5.6 - Дійсна частина амплітудно-фазової частотної характеристики САК
Рисунок 5.7 - Апроксимуючі еквівалентні фігури
На даному рисунку показано три еквівалентні фігури, якими апроксимується характеристика дійсної частини.
Параметри фігур:
- фігура N1 - трикутник ABC: ,
- фігура N2 - трапеція CBDE: ,
- фігура N3 - трапеція EDGF: .
Побудуємо ординату перехідного процесу для реального моменту часу . Знайдемо табличний час для відповідних фігур:
За даними таблиць h-функцій по відповідних значеннях і (для трапецій) і величині (для трикутника) знайдемо значення h-функцій для фігур N1, N2, N3, N4:
Помноживши знайдені табличні значення h(t) на ординати відповідних реальних фігур дістанемо ординати відповідних фігур:
Аналогічно можна дістати й інші ординати перехідного процесу при різних значеннях реального часу і побудуємо відповідну характеристику:
Відповідна характеристика:
Рисунок 5.8 - Перехідний процес САК
Таблиця 5.2 - Розрахункова таблиця для оцінки якості САР:
|
tp |
фN1 |
фN2 |
фN3 |
h(t)N1 |
h(t)N2 |
h(t)N3 |
x(t)N1 |
x(t)N2 |
x(t)N3 |
x(t)У |
|
|
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 |
0.0 4.5 9.0 13.5 18.0 22.5 27.0 31.5 36.0 40.5 45.0 49.5 54.0 58.5 63.0 67.5 72.0 76.5 81.0 |
0.0 13.0 26.0 39.0 52.0 65.0 78.0 91.0 104.0 117.0 130.0 143.0 156.0 169.0 182.0 195.0 208.0 221.0 234.0 |
0.0 22.0 44.0 66.0 88.0 110.0 132.0 154.0 176.0 198.0 220.0 242.0 264.0 286.0 308.0 330.0 352.0 374.0 396.0 |
0.000 0.882 0.925 0.950 0.966 0.972 0.976 0.980 0.983 0.984 0.986 0.987 0.988 0.989 0.990 0.991 0.991 0.992 0.992 |
0.00000 0.98611 1.00134 1.00068 0.99880 0.99954 1.00036 0.99999 0.99977 1.00013 1.00019 0.99995 0.99997 1.00011 1.00002 0.99992 1.00000 1.00003 0.99995 |
0.00000 1.00124 1.00098 1.00057 1.00033 1.00019 1.00008 1.00002 0.99997 0.99996 0.99995 0.99996 0.99996 0.99998 0.99999 1.00001 1.00001 1.00002 1.00002 |
0.000 -0.218 -0.228 -0.235 -0.239 -0.240 -0.241 -0.242 -0.243 -0.243 -0.243 -0.244 -0.244 -0.244 -0.244 -0.245 -0.245 -0.245 -0.245 |
0.000 0.193 0.196 0.196 0.196 0.196 0.196 0.196 0.196 0.196 0.196 0.196 0.196 0.196 0.196 0.196 0.196 0.196 0.196 |
0.000 0.051 0.051 0.051 0.051 0.051 0.051 0.051 0.051 0.051 0.051 0.051 0.051 0.051 0.051 0.051 0.051 0.051 0.051 |
0.00000 0.02654 0.01888 0.01241 0.00813 0.00678 0.00611 0.00499 0.00420 0.00394 0.00359 0.00312 0.00288 0.00275 0.00250 0.00228 0.00219 0.00209 0.00192 |
1) перерегулювання системи . Виходячи з цього робимо висновок, що не потрібно використовувати регулятори для зменшення перерегулювання, оскільки це значення є меншим за 18%;
2) час регулювання складає 11.8 с;
3) частота коливального процесу складає 0,56 с-1.
4) кількість коливань за час регулювання - 1,3;
5) час досягнення першого максимуму - 0,45 с.
6. ОБҐРУНТУВАННЯ ВИБОРУ І ОПИС ПРИНЦИПОВИХ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦІЇ
Опис інтерфейсу RS-232C для з'єднання мікроконтролера з персональним комп'ютером
Для програмування мікроконтролера необхідно використовувати персональний комп'ютер. Персональний комп'ютер має послідовний інтерфейс, що дає можливість легкої перебудови приладу при потребі створення ієрархічної структури управління, збору та обробки даних з використанням на верхньому рівні персональної ЕОМ для або для зв'язку з контролером.
Зв'язок між ЕОМ та мікро контролером здійснюється за допомогою послідовного інтерфейсу RS-232C.
Стандартний інтерфейс RS-232C був розроблений для спряження терміналів або закінченого обладнання даних (ЗОД) з модемом (модулятором/демодулятором) або апаратної передачі даних (АПД). В наш час цей інтерфейс використовується для спряження практично будь-якого пристрою з персональним комп'ютером ІВМ-РС, а також з аналогічними комп'ютерами інших типів. Асинхронний зв'язуючий адаптер комп'ютера ІВМ-РС забезпечує реалізацію інтерфейсу ЗОД типу RS-232C у відповідності з стандартом ЕІА. Для пристроїв, що відрізняються від модемів, виробники використовують свої власні значення керуючих ліній інтерфейсу. Тому по цій причині застосування інтерфейсу RS-232C в деяких випадках може бути пов'язано з визначеними труднощами. На рисунку 6.1 показано розводку виводів для 25-ти контактного з'єднання для типу D, який використовується як вилка (DB25P) або розетка (DB25) частини з'єднання для тих пристроїв може бути застосування стандартного інтерфейсу RS-232C. Прикладом таких пристроїв може бути асинхронний зв'язаний адаптер комп'ютера ІВМ-РС.
Рисунок 6.1 - З'єднувач RS-232C
Крім ланцюгів інформаційних сигналів, цілий ряд виводів призначений для передачі різноманітних сигналів управління.
Таблиця 6.12 - Функції окремих виводів з'єднувача RS-232C, передбаченого в послідовному інтерфейсі комп'ютера ІВМ-РС
|
Номер виводу |
Напрямок передачі |
Функція |
|
|
1 |
- |
Захисне заземлення |
|
|
2 |
Вивід |
Дані, що передаються (-TxD) |
|
|
3 |
Ввід |
Дані, що приймаються (-RxD) |
|
|
4 |
Вивід |
Запит передавача (RTS) |
|
|
5 |
Ввід |
Скидання передавача (CTS) |
|
|
6 |
Ввід |
Готовність моделі (DSR) |
|
|
7 |
- |
Сигнальна земля (SG) |
|
|
8 |
Ввід |
Знаходження несучого сигналу (DCD) |
|
|
9 |
Вивід |
+ передача даних по струмовій петлі (прямий провід) |
|
|
11 |
вивід |
- передача даних по струмовій петлі (зворотний провід) |
|
|
18 |
Ввід |
+ прийом даних по струмовій петлі (прямий провід) |
|
|
20 |
Вивід |
Готовність термінала (DTR) |
|
|
22 |
Ввід |
Вказівник визовів (RI) |
|
|
24 |
- |
Не використаний |
|
|
25 |
Ввід |
- прийом даних по струмовій петлі |
Номера виводів також, як правило, проштамповуються з задньої сторони з'єднувача. Задня сторона вилочної частини з'єднувача має таку ж конфігурацію, що і передня сторона його розеточної частини, і навпаки.
В таблиці 6.12. приведені функції окремих виводів з'єднувача RS-232C, передбаченого в послідовному інтерфейсі комп'ютера ІВМ-РС.
Вивід 1. Захисне заземлення (RG) з'єднує між собою корпус напівпровідникових приладів з метою запобігання накопиченню статичного розряду. Цей вивід під'єднується до екрана каналу зв'язку адаптера ІВМ.
Вивід 2. Передаючі дані (-TxD), для випадку ЗОД через цей вивід сигнал передається в послідовну лінію даних. В АПД вивід 2 призначений для прийому даних (-RxD).
Вивід 3. Дані, що приймаються (-RxD), для випадку ЗОД через цей вивід сигнал приймається з послідовної лінії. В АПД вивід 3 призначений для передачі даних (-TxD).
Вивід 4. Запит передавача (RTS) - збуджується передавачем, коли останній повинен передати дані по лінії. Цей вивід повинен зберігати активний стан до кінця передачі.
Вивід 5. Скидання передавача (CTS) - використовується приймачем для інформування передавача відносно того, чи готовий приймач до прийому даних, що передаються. Цей вивід повинен знаходитися в активному стані. Якщо сигнал CTS переходить в неактивний стан всередині передачі, то передавач припиняє передачу і видається повідомлення про помилку.
Вивід 6. Готовність модема (DSR) - задає режим модема. Коли модем ввімкнений, цей вивід звичайно знаходиться в активному стані. У випадку модемів з фіксованою комутацією, які можуть працювати в режимі передачі або мови, або даних, на виводі 6 встановлюється низький (активний) рівень при роботі в режимі передачі даних і високий при передачі мови.
Вивід 7. Сигнальне заземлення (SG) є заземленням ланцюгів сигнала, що передається на вивід -TxD.
Вивід 8. Вказівник прийнятого по лінії зв'язку звичайно називають ознакою виявлення несучого сигналу (DCB) або вказівником несучого (CD). Цей сигнал використовується модемом для інформування передавача про те, що каналом передачі можна користуватись і звичайно активізується в тих випадках, коли вже виданий сигнал "запит передавача".
Вивід 20. Готовність термінала (DTR) - сигнал від термінала, який вказує. що останній знаходиться в режимі взаємодії з системою, і відповідно - зв'язок можливий. Якщо цей сигнал встановлений в "1", то термінал знаходиться в активному режимі і зв'язок з ним як і з зовнішнім пристроєм, неможливий.
Вивід 22. Вказівник визову (RI) - активізується модемом, коли останній виявляє поступаючий по телефонній лінії виклик. Цей сигнал використовується пристроями, які можуть автоматично відповідати на виклики, що поступають.
Виводи 9, 11, 18, 25. Виводи з'єднувача асинхронного адаптера зарезервовані для інтерфейсу типу "струмова петля", які не входять в склад стандартного інтерфейсу RS-232C. Інтерфейс даного типу отримав розповсюдження в сучасних системах.
Для забезпечення спряження слід з'єднувати тільки лінії, що узгоджуються по рівню сигналів.
7. РОЗРАХУНОК ОКРЕМИХ ЕЛЕМЕНТІВ ЗАСОБІВ АВТОМАТИЗАЦІЇ
7.1 Розрахунок регулюючого органу
Розрахуємо регулюючий орган для регулювання витрат пари на підігрівач олії:
Дані для розрахунку:
- максимальні витрати пари кг/год;
- мінімальні витрати пари кг/год;
- тиск пари в магістралі МПа;
- тиск в підігрівачі МПа;
- температура пари С;
- внутрішній діаметр паропроводу мм.
Паропровід має три повороти під кутом 900 з радіусом згину 0,7 м, різниця висот початкової і кінцевої ділянок мережі - м.
Розрахунок
1. По таблиці водяної пари при МПа і С знаходимо динамічну в'язкість кг•с/м2, показник адіабати , густина пари кг/м3.
2. Визначаємо гідростатичний напір, відповідно рівнів верхньої і нижньої відміток трубопроводу [6]:
, (7.1)
кг•с/м2=-0,00020 МПа
; (7.2)
МПа.
Визначаємо число Рейнольдса при:
, (7.3)
.
Визначаємо умову гідравлічної гладкості трубопроводу:
, (7.4)
де - шорсткість трубопроводу.
Так як трубопровід не є гідравлічно гладким, то коефіцієнт тертя визначаємо в залежності від і . При і коефіцієнт тертя .
Сумарна довжина трубопроводу:
м.
Знаходимо середню швидкість в паропроводі при максимальних розрахункових витратах:
, (7.5)
м/с.
Знаходимо втрати тиску на прямих ділянках трубопроводу:
, (7.6)
МПа.
Визначаємо втрати тиску в місцевих опорах трубопроводу:
, (7.7)
По таблиці визначаємо коефіцієнти:
.
МПа.
Загальні втрати тиску в лінії:
, (7.8)
МПа.
3. Визначаємо перепад тиску в регулюючому органі при максимальних розрахункових витратах пари:
, (7.9)
МПа.
При дуже малих витратах, втрати тиску в лінії є дуже незначною величиною і перепад тиску на регулюючому органі:
МПа. (7.10)
Таким чином, перепад на регулюючому органі практично залишився незмінним.
4. Так, як , то знаходимо максимальну пропускну здатність регулюючого органу:
, (7.11)
м3/год,
де кг/м3; МПа.
5. Вибираємо двосідловий регулюючий орган з умовною пропускною здатністю мм;
м3/год м3/год. (7.12)
6. Визначаємо співвідношення перепаду тиску на регулюючому органі при максимальних витратах:
. (7.13)
7. Так, як по умові характеристика витрат повинна бути лінійною, то при слід вибирати регулюючий орган з лінійною пропускною характеристикою.
8. Визначаємо максимальні витрати для вибраного регулюючого органу:
, (7.14)
кг/год.
9. Визначаємо відносні значення витрат:
; (7.15)
.
10. Визначаємо діапазон переміщень затвору регулюючого органу з лінійною характеристикою при :
. (7.16)
Висновок: Вибираємо пневматичний регулюючий орган МИМ-160 тому, що він призначений для роботи в повторно-короткочасному режимі з числом відключень до 320 за годину, що є достатнім і необхідним для роботи в даній автоматичній системі регулювання.
7.2 Розрахунок перемішуючого пристрою
Розрахунок пропелерного пристрою проводимо за наступними даними:
- матеріал - вуглецева сталь Мн/м2;
- діаметр мішалки мм;
- діаметр ступиці мм;
- потужність Вт;
- частота обертання сек-1.
Визначаємо кути нахилу лопаті в місці з'єднання її з ступицею [7]:
; (7.17)
.
Ширина лопаті в місці з'єднання її з ступицею визначаємо по формулі:
, (7.18)
мм.
Радіус, на якому ширина розгортки рівна , визначаємо по формулі:
мм (7.19)
Визначаємо крутні моменти, що діють на лопаті в напрямку паралельному вісі валу:
, (7.20)
Н•м.
Крутний момент в напрямку, перпендикулярному до вісі валу:
, (7.21)
Н•м.
Визначимо крутний момент, що діє на лопаті в головних осях її в місці з'єднання з ступицею в напрямку по формулі:
Н•м. (7.22)
Крутний момент в напрямку осі визначаємо по формулі:
Н•м. (7.23)
Нормальна товщина лопаті визначається по формулі:
мм. (7.24)
8. ВИЗНАЧЕННЯ НАДІЙНОСТІ СПРОЕКТОВАНОЇ СИСТЕМИ ТА ЇЇ СКЛАДОВИХ
Надійність є основною властивістю якості. Вона спрямована на підвищення безпечності і ефективності використання промислової продукції. Не менш важливим є питання надійності і на проміжних стадіях виробництва. Розрізняють надійність продукції, технологічних систем, що пов'язані з реалізацією технологічних процесів, а також надійність самих технологічних процесів.
Надійність - є властивість об'єкту зберігати в часі у встановлених межах значення експлуатаційних параметрів, які характеризують його здатність виконувати задані функції відповідно заданих режимів і умов використання, технологічного обслуговування, ремонту, зберігання і транспортування.
Надійність - це складна властивість, вона включає в себе простіші характеристики, які називаються сторонами надійності. До окремих сторін надійності відносять:
- безвідмовність - це властивість об'єкту зберігати безперервно працездатний стан на протязі певного проміжку часу або певного напрацювання;
- довговічність - це властивість об'єкту безперервно зберігати працездатний стан до виникнення граничного (критичного) стану в умовах встановленої системи технологічного обслуговування і ремонту;
- ремонтопридатність - це властивість об'єкту, яка заключається у здатності усунення відмови шляхом виконання технічного обслуговування і ремонту;
- зберігальність - це властивість об'єкту зберігати показники безвідмовності, довго тривалості, ремонтопридатності в період до і після зберігання та транспортування.
Теорія надійності вивчає процеси виникнення відмов технічних об'єктів і методи боротьби з відмовами. Технічними об'єктами можуть бути вироби, системи і їх елементи, прилади, машини, агрегати і окремі деталі. Приклад, автоматизована система управління технологічним процесом (АСУ ТП). Термін елемент застосовується для складової частини системи. Приклад елементів, процесор цифрової ЕОМ.
Систему можна розбити на будь-яку кількість елементів для дослідження надійності. Кожен елемент повинен виконувати в системі конкретні функції. Елементи і системи можуть знаходитись у двох станах: працездатному і непрацездатному.
Працездатність - це такий стан об'єкта, при якому він здатний виконувати задані функції, зберігаючи значення заданих параметрів. Стан об'єкту при якому значення хоча б одного з заданих параметрів не відповідає вимогам називається непрацездатним.
В основі поняття надійності об'єкта лежить поняття його відмови. Відмова - це подія, після виникнення якої припиняється функціонування об'єкта. До причин відмови відносять події або процеси, що приводять до виникнення непрацездатності об'єкта.
В багатьох випадках надійність визначають ймовірністю безвідмовної роботи об'єкта Р(t). Це ймовірність того, що в границях заданого напрацювання не виникне відмова об'єкту. Ймовірність відмови Q(t) - це ймовірність того, що у межах заданого напрацювання відмова об'єкта виникне. Інтенсивність відмов л - це умовна щільність розподілу, часу безвідмовної роботи для моменту часу t при умові, що до цього моменту відмова не відбулась [5].
В даному дипломному проекті розглядається технологічний процес сушки сироватки - система, а елемент - циклони, двигуни, насоси і т.д. Для дослідження на надійність обираємо насоси, оскільки вони є складовою частиною процесу, виконують конкретну функцію і при відмові хоча б одного з них призведе до ланцюга проблем: зупинки неперервного технологічного процесу, простою обладнання і витрат на ремонт. Далі необхідно визначити для будь-якого моменту часу такі показники, як ймовірність безвідмовної роботи насосу P(t), ймовірність відмов Q(t) та середнє значення напрацювання до відмови T0. Для цього також треба знати закон розподілу характеристичних випадкових величин в залежності від закону розподілу відповідної випадкової величини. Так як інтенсивність відмов в даному технологічному процесі величина стала, тобто л=const, то надійність роботи насосів будемо розраховувати за експоненційним законом розподілу. Даний закон найчастіше застосовується для оцінки надійності об'єктів. Це можна пояснити тим, що по-перше - при постійній відмові функції для оцінки показників надійності є досить простим; по-друге - експоненційне розподілення напрацювання до відмови є типовим для об'єктів, що складаються з багатьох елементів для яких характерне різне розподілення напрацювання до відмови; по-третє - для всіх випадків приймається л=const.
Для дослідження системи на надійність обираємо систему зображену на рис 8.1. Відмова хоча б одного елемента системи може призвести до зупинки неперервного технологічного процесу, зниження продуктивності виробництва, простою обладнання і витрат на ремонт.
Рисунок 8.1 - Система досліджувана на надійність
Необхідно визначити такі показники, як ймовірність безвідмовної роботи системи P(t), ймовірність відмови під час роботи, середнє напрацювання на відмову T0, щільність розподілу f(t), що відповідає часу безвідмовної роботи або відновлення системи при відмовах. При цьому нам відомо, закон розподілу характеристичних випадкових величин є експоненційним, тобто
( 8.1)
По відомій функції розподілу F(t), диференціюючи по параметру t, необхідно вивести вираз щільності розподілу f(t), тобто
(8.2)
Далі, знаючи щільність f(t), обчислюємо ймовірність безвідмовної роботи:
(8.3)
Ймовірність відмови під час роботи на протязі часу t:
(8.4)
Інтенсивність відмов в даному технологічному процесі: л1=6·10-5, л2=8·10-5, л3=9·10-6, л4=3·10-5, л5=7·10-4, л6=5·10-5. Час, протягом якого досліджується робота системи - t = 1440 год.
Обраховуємо загальну надійність системи:
Р12 = 1-(1-Р1)(1-Р1), (8.5)
Р23 = 1-(1-Р2)(1-Р3)(1-Р4), (8.6)
Р45 = 1-(1-Р5)(1-Р5), (8.7)
Р16 = Р12* Р23* Р45*Р6. (8.8)
Підставивши значення ймовірності безвідмовної роботи у формулу 8.8 отримаємо:
P16 =(1- (1- e-л1t)2)* (1- (1- e-л2t)( 1- e-л3t)( 1- e-tл4))*(1- (1- e-л5t)2)*e-tл6 8.9
Звідси ймовірність безвідмовної роботи протягом 1440 годин: Р16 = 0,551
Всі розрахунки проводимо за допомогою пакету MathCAD. Значення розрахованих величин заносимо в таблицю 8.1.
Таблиця 8.1 - Розрахунок надійності системи
|
t |
P(t) |
f(t) |
q(t) |
|
|
0.0 |
1.000 |
5.000*10-5 |
0.000 |
|
|
96 |
0.991 |
1.349*10-4 |
9.025*10-3 |
|
|
192 |
0.975 |
2.025*10-4 |
0.025 |
|
|
288 |
0.953 |
2.555*10-4 |
0.047 |
|
|
384 |
0.926 |
2.961*10-4 |
0.074 |
|
|
480 |
0.896 |
3.263*10-4 |
0.104 |
|
|
576 |
0.864 |
3.478*10-4 |
0.136 |
|
|
672 |
0.829 |
3.622*10-4 |
0.171 |
|
|
768 |
0.794 |
3.705*10-4 |
0.206 |
|
|
864 |
0.759 |
3.738*10-4 |
0.241 |
|
|
960 |
0.723 |
3.732*10-4 |
0.277 |
|
|
1056 |
0.687 |
3.692*10-4 |
0.313 |
|
|
1152 |
0.652 |
3.627*10-4 |
0.348 |
|
|
1248 |
0.617 |
3.541*10-4 |
0.383 |
|
|
1344 |
0.584 |
3.439*10-4 |
0.416 |
|
|
1440 |
0.551 |
3.325*10-4 |
0.449 |
Графічне зображення залежності ймовірності безвідмовної роботи P(t) від часу роботи системи показано на рисунку 8.2, залежність щільності розподілу f(t) від часу роботи системи - на рисунку 8.3., а ймовірність відмови підчас роботи на рисунку 8.4
Рисунок 8.2 - Залежність ймовірності безвідмовної роботи від часу роботи системи
Рисунок 8.3 - Залежність щільності розподілу f(t) від часу роботи системи
Рисунок 8.4 - Залежність ймовірності відмови роботи системи від часу
Проаналізувавши побудовані графіки бачимо, що із збільшення часу роботи клапана ймовірність безвідмовної роботи і щільність розподілу f(t) спадає. Тобто із часом при експлуатації обладнання ймовірність відмов зростає.
9. РОЗДІЛ СПЕЦІАЛЬНОГО ЗАВДАННЯ
9.1 Розрахунок часу заповнення ємності
Для забезпечення керування процесом в ручному і автоматичному режимі потрібно розрахувати витрату олії в ручному режимі.
Об'єм розчинів V=651л. в ванні.
Об'єм сиркової маси .
Початковий тиск Р=0,35кг/см2 .
Початковий тиск .
Внутрішній діаметр труби для подачі D1=25мм=0,025м.
Внутрішній діаметр труби для подачі олії D2=15мм=0,015м.
Визначимо через який час звільняться ємності.
Так як ємності випорожняються то рівень в бачках буде зменшуватись, а в ванні буде збільшуватись.
Рідина у ванні буде вливатись з 3-х основних дільниць:
Резервуари 1,2 - циліндрична частина.
Резервуари 1,2 - конічна частина.
Трубопровід.
Площа циліндричної частини резервуару:
(9.1)
Площа конічної частини резервуару:
, де (9.2)
Рисунок 9.1 - Схема резервуару №1, 2
Знайдемо площу конічної частини резервуару:
(9.4)
(9.5)
де ; ; (9.6)
;
,
де h змінюється від 0,1м0.
Площа трубопроводу:
; (9.7)
Таким чином:
; ; .
Час витікання з циліндричної частини резервуарів №1, №2 згідно формули:
(9.8)
(9.9)
згідно [13] ; .
Час витікання з конусної частини резервуару:
; (9.10)
;
,(9.11)
де
; (9.12)
; (9.13)
.
Час заповнення в ручному режимі:
(9.14)
Визначимо час витікання шоколадної маси в ручному режимі.
Рисунок 9.2 - Схема резервуару №3 h11=0.05м; D22=0.4м
Час витікання з циліндричної частини резервуара:
(9.15)
; (9.16)
(9.17)
; (9.18)
; (9.19)
.
Час витікання з конусної частини резервуару:
; (9.20)
(9.21)
; (9.22)
де (7.23)
Отже виходячи з попередніх розрахунків час розчинів становить 11хв при діаметрі трубопроводу dт=25мм. Що задовольняє технічні вимоги.
Розчин олії заливається 4,2хв при діаметрі трубопроводу dт=15мм. Що задовольняє технічні вимоги.
9.2.Визначення діаметрів насадок при роботі в автоматичному режимі
Подача розчинів в автоматичному режимі:
Подача олії в автоматичному режимі:
Розрахуємо насадку для подачі розчину в ванну.
Тиск що діє на насадку
. (9.24)
Згідно формули 4.118[13] визначимо швидкість витікання розчину:
, (9.25)
де - коефіцієнт швидкості =0,97; Н - висота рідини перед насадкою.
.
Визначимо поперечний переріз отвору:
; (9.26)
Знаходимо діаметр отвору насадки:
; (9.27)
; (9.28)
приймаємо d0=3,62мм.
9.2.1 Розрахунок насадок для подачі розчинів в проміжні бачки
Подача розчинів в автоматичному режимі:
Витрата в кожному з бачків буде в 2- рази менша:
. (9.29)
Вибираємо коноїдальну насадку згідно [13]:
.
Час витікання розчину в об'ємі 30хв. Для забезпечення нормальної подачі розчину і позиційного регулювання візьмемо подачу в 2 рази більшою, тобто t=30хв.=1800сек.
Приймемо що резервуар циліндричний, тоді:
; (9.30)
(9.31)
; (9.32)
.
Визначимо діаметр насадки:
; (9.33)
.
Отже згідно розрахунків .
9.2.2 Розрахунок насадок для подачі в автоматичному режимі
Подача в автоматичному режимі:
Тиск, що діє на насадку:
(9.34)
Згідно формули 4.118[13] визначимо швидкість витікання розчину маси:
, (9.35)
де - коефіцієнт швидкості =0,97, Н - висота рідини перед насадкою:
.
Визначимо поперечний переріз отвору:
. (9.36)
Знаходимо діаметр отвору насодки:
; ; (9.37)
приймаємо d0=1,49мм.
9.2.3 Розрахунок насадки для подачі в проміжний бак
Вибираємо коноїдальну насадку згідно [13]:
.
Для забезпечення нормальної подачі розчину і позиційного регулювання візьмемо подачу в 2 рази більшою, тобто
. (9.38)
Приймемо що резервуар циліндричний
(9.39)
; (9.40)
.
Визначимо діаметр насадки:
; (9.41)
.
Отже згідно розрахунків .
10. МОНТАЖ ТА НАЛАГОДЖЕННЯ ЗАСОБІВ АВТОМАТИЗАЦІЇ
10.1 Загальні положення
Для розміщення засобів контролю та керування технічним процесом відбілювання олії, контролю вимірювання приладів, сигнальних пристроїв, апаратури керування, автоматичного керування, захисту, блокування призначені щити. Щити повинні бути встановлені в операторському приміщені, при цьому мають місце короткі електричні з'єднання і велика надійність проти дії завад. При розміщені приладів та апаратури на щитах не допускається: 1) встановлення приладів та засобів автоматизації на бокових стінках та дверях щитів 2) встановлення внутрішньощитової апаратури на допоміжних елементах щитів а також на кришках щитів.
10.2 Розміщення засобів автоматизації
Для розміщення засобів автоматизації використання два щити. Компоновка приладів та апаратури на фасадних панелях щитів виконана з врахуванням вимог та конфігурації монтажних зон. Розміщення засобів автоматизації наведено графічних матеріалів. На передній панелі у верхній зоні розміщене світлове табло сигналізації, захисту та блокування. В середній зоні розміщуються вторинні показуючи і реєструючи прилади: температури олії з секції нагріву, температури олії на виході з секції охолодження, кількість адсорбенту, температура адсорбенту, температури готової олії, температура олії на виході, тиску гріючої пари на вході в збірник олії, температура олії на виході, витрати гріючої пари на вході в підігрівач, витрати олії і глини на вході в адсорбер, рівень і тиск в адсорбері, витрати, тиск стиснутого повітря на вході в резервуар глини, рівень в резервуарі, витрати і тиск води на вакуумний насос. Вибір кабелів виконаний згідно матеріалу РМ4-6-79 "Проектування електричних та трубних проводок. Частина 1. Електричні проводки". Монтажо-комукаційна схема щита, та електрична схема живлення жита наведена графічних матеріалів. Монтаж приладів в середині щита здійснюється з урахуванням можливості обслуговування приладів і допоміжних елементів. Центральний пункт керування, де будуть розміщені оперативні щити, пульти, дисплеї систем контролю, щити регуляторів розташовується у частині виробничого приміщення, яке відокремлене від основного прозорою перегородкою, що забезпечує звукоізоляцію. Приміщення центрального пункту керування повинне відповідати вимогам, які вказані в розділі "Охорона праці". Електричні проводки вимірювальних ліній виконуються в приміщенні пункту керування на рівні верхньої частини щита, а потоки електричних ліній живлення, керування і сигналізації на рівні нижньої частини щита. Електричні проводки між приладами і апаратами виконуються безпосередньо між зажимами, розташованими на панелях щита цих приладів без переходу через зборки затискачів щита. Електричні і трубні проводки повинні відповідати всім вимогам, що забезпечують надійну і безаварійну роботу обладнання. Кабелі, які йдуть від здавачів, встановлених на об'єкті повинні бути поміщені в захисні труби. Для об'єднання декількох кабелів в один використовуються з'єднувальні коробки. Електричні проводки від з'єднувальних і протяжних коробок до відповідних панелей щитів виконують установчими проводами в коробках чи латках, або неброньованим кабелем на кабельних конструкціях. Всі кабелі проводки, що проходять поблизу технологічного обладнання і трубопроводів повинні прокладатись з таким розрахунком, щоб температура оточуючого повітря не перевищувала задані межи для кожного конкретного типу кабеля. При проході через стіни, або перекриття будівель і споруд необхідно передбачити розмір пройому, а також герметизуюче ущільнення у разі необхідності.
Подобные документы
Дослідження цілей автоматизації технологічних процесів. Аналіз архітектури розподіленої системи управління технологічним процесом. Характеристика рівнів автоматизації системи протиаварійного автоматичного захисту і системи виявлення газової небезпеки.
реферат [164,1 K], добавлен 09.03.2016Технологічні схеми виробництва макаронних, борошнистих кондитерських виробів та рослинної олії. Ознаки класифікації макаронних виробів. Відмінність затяжного печива від цукрового. Види насіння для виробництва рослинної олії, процес її рафінування.
лекция [20,0 K], добавлен 01.07.2009Удосконалення конструкції фільтра, в якому завдяки конструктивним особливостям фільтруючого елемента досягається підвищення його продуктивності. Технологія безперервного відбілювання олій з фільтрацією на дискових фільтрах. Схема даного процесу.
контрольная работа [894,2 K], добавлен 02.12.2014Розробка високотехнологічного та економічного виробництва рафінованої вибіленої олії. Теоретичні основи процесу адсорбційного очищення. Нормативна документація на сировину, матеріали, готову продукцію та корисні відходи. Розрахунок теплових балансів.
дипломная работа [195,6 K], добавлен 15.12.2015Техніко-економічне обґрунтування проектованої системи автоматизації. Характеристика продукту виробництва еритроміцину, опис його технології. Розрахунок та проектування системи автоматичного керування технологічним процесом. Організація охорони праці.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 08.11.2011Розробка маршруту обробки деталі. Розрахунок виробничої програми цеху, обладнання для непоточного виробництва. Визначення чисельності працюючих механічного цеху. Технологічне планування цеху та розрахунок його виробничої площі. План і переріз цеху.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 05.12.2011Теоретико-експериментальні основи керування технологічними процесами оздоблювально-зміцнюючої обробки для покращення показників якості й експлуатаційних властивостей деталей поліграфічного обладнання, підвищення ефективності поліграфічного виробництва.
автореферат [33,1 K], добавлен 11.04.2009Шляхи підвищення ефективності виробництва на основі здійснення науково-технічного прогресу в легкій промисловості. Основні технологічні операції і устаткування підготовчих цехів швейного виробництва. Автоматизація управління устаткуванням в цеху розкрою.
курсовая работа [45,2 K], добавлен 22.11.2009Характеристика задачі автоматизації управління технічним обслуговуванням і ремонтом обладнання. Функціональна структура і архітектура КІС підприємства. Автоматизація управління технічним обслуговуванням і ремонтом обладнання. Програмна інтеграція задачі.
курсовая работа [6,6 M], добавлен 17.04.2013Структура та опис цеху пресування. Аналіз та вибір асортименту продукції. Розрахунок продуктів запроектованого асортименту. Проектування технологічного процесу. Опис апаратурно-технологічної схеми попереднього вилучення олії з насіння соняшника.
курсовая работа [210,6 K], добавлен 02.12.2015
