Для интенсификации процесса сушки и продувки межцилиндровых пространств предназначена установка сеткопродувных камер

Для подогрева сушильного воздуха до 100 ⁰С и увеличения напора в тракт подачи под машину сушильного воздуха встроен дополнительный осевой вентилятор ВО-11ВН, производительностью 52000 м³/час. Воздух нагревается в трех калориферах КФБ-11.

Теплорекуперация

Теплорекуперационная установка предназначена для утилизации тепла паровоздушной смеси, отходящей от сушильной части, вентиляции машины и машинного зала. Утилизационное тепло идет на нагрев воздуха, поступающего под машину для сушки картона и нагрев воды для технологических нужд.

Теплорекуперационная установка состоит из:

четырех теплорекуперационных агрегатов ТРА-3Н;

бака с насосами;

воздуховодов и трубопроводов с запорной и регулирующей арматурой воды, пара и конденсата.

Теплорекуперационный агрегат состоит из двух трубчатых теплообменников, системы очистки паровоздушной смеси, скруббера.

Трубчатые теплообменники предназначены для нагрева воздуха, подаваемого в цех из атмосферы и из цеха в сушильную часть машины. Скруббер предназначен для нагрева технологической воды. Система очистки паровоздушной смеси служит для увлажнения и очистки паровоздушной смеси. Кроме того, агрегат укомплектован клапанами, служащими для количественного и качественного регулирования нагреваемого воздуха идущего в сушильную часть картоноделательной машины.

Переработка брака

Удаление и переработка "мокрого" и "сухого" брака предусматривается как при обрывах картонного полотна, так и при безобрывочной работе картоноделательной машины.

"Мокрый" брак во время обрыва полотна, а также в виде отсечки во время безобрывочной работы попадает в гидроразбиватель "мокрого" брака под комби- прессом, где всегда находится некоторое количество суспензии. Распущенный "мокрый" брак насосом направляется на переработку в завод макулатурной массы.

Распущенный "сухой" брак из гидроразбивателей: после клеильного пресса, каландра и наката, меловальной установки, продольно-резательного стенка соответствующими насосами перекачивается в бассейн "сухого" брака, а затем на переработку в завод макулатурной массы.

1.3 Анализ технологического процесса как объекта автоматизации

Регулирование влажности картонного полотна в КДМ осуществляется через третью и пятую сушильные группы, причём основной группой в процессе регулирования является пятая. Третья группа задействуется при достижении предельного давления в пятой. В остальных сушильных группах осуществляется поддержание заданных значений давления пара в подающих паропроводах и заданных значений перепада давления между паропроводами и сборниками конденсата (сепараторами) для постоянной вентиляции паром сушильных цилиндров и своевременного удаления из них конденсата. Пароконденсатная система КДМ является системой с последовательным перепуском пара. Вследствие этого, установлены регуляторы перепада давления между сушильными группами (нагревательными узлами) пароконденсатной системы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Н. Контр.
Утвердил

Рис. 1.2.1. Общая технологическая схема картонного производства

1.4 Характеристика КТС существующей системы автоматического управления

Управление технологическим процессом на картоноделательной машине производится системой АСУТП фирмы АВВ (США). АСУТП состоит из аппаратуры и программного обеспечения, которое помогает оператору управлять технологическим процессом.

Рис. 1.4.1 . Структурная схема АСУТП АВВ

1.4.1 Аппаратура

Аппаратура АСУТП АВВ состоит из следующих основных устройств:

- технологических контроллеров Аdvant Сontroller 410 и Мaster Рiece 200;

- операторских станций OS-515;

- сканера с датчиками веса, влажности и толщины;

- принтеров;

- системной шины Мaster Вus 300;

- сетевой шины TCP/IP.

Технологические контроллеры.

Технологические контроллеры предназначены для получения информации о состоянии технологического процесса от различных датчиков, обработке полученной информации в соответствии с заложенной программой, выдаче управляющих воздействий на процесс. К технологическому контроллеру Мaster Рiece 200 подключен сканер, датчики и исполнительные механизмы постоянной части КДМ. К технологическому контроллеру Аdvant Сontroller 410 подключены датчики и исполнительные механизмы, расположенные на оборудовании для подачи химикатов и оборудования пароконденсатной системы.

Операторские станции.

Операторские станции предназначены для отображения информации о технологическом процессе, задании режимов управления процессом и ввода заданий параметров процесса.

Сканер

Сканер, или интеллектуальная платформа, предназначен для перемещения установленных на нем датчиков веса, влажности и толщины поперек движущегося картонного полотна. Сканер оснащен собственным контроллером, который обрабатывает информацию, поступающую с датчиков, и передает по специальной связи в технологический контроллер Мaster Рiece 200. Для обеспечения постоянной точности измерения контроллер автоматически выводит датчики за край картонного полотна и проводит стандартизацию.

Сканер в режиме непрерывного сканирования собирает информацию о продольном и поперечном профиле картонного полотна по весу, влажности и толщине.

Принтеры.

В АСУТП АВВ используются два принтера, которые предназначены для решения следующих задач:

струйный цветной для печати копий кадров;

матричный, подключенный к станции оператора на накате, для печати рапортов.

Системная шина.

Информация от технологического контроллера на станцию оператора и обратно передается по системной шине. Сетевая организация системы позволяет выводить на операторскую станцию информацию с любого технологического контроллера, подключенного к сети.

Сетевая шина.

Сетевая шина предназначена для подключения сетевого принтера и обеспечения возможности подключения к другим системам управления, учета и так далее.

2. Технико-экономическое обоснование предлагаемой системы управления

2.1 Анализ существующей системы управления

Анализ реализации системы управления КДМ1 на базе АСУТП ABB AccuRay 1190

Технологический процесс производства картона был оснащен системой AccuRay 1190 с целью получения картона с высокими и стабильными качественными показателями, оптимального использования оборудования при минимальном расходе сырья, электроэнергии, пара и вспомогательных материалов, снижения брака и эксплуатационных затрат.

По своей структуре система разделена на две части:

* DCS (Digital Control System) - локальная цифровая система управления

* OCS (Quality Control System) - система управления качеством.

DCS реализует управление на нижнем уровне.

Она предназначена для решения описанных выше задач на уровне стабилизации.

В ее задачи также входят следующие функции:

- проверка состояния оборудования перед пуском,

- пуск и остановка оборудования (локальных исполнительных устройств электроприводов, насосов, клапанов);

- контроль состояния оборудования в процессе рабочего функционирования.

QCS реализует управление на верхнем уровне. На нее возлагается решение задач на уровнях координации и оптимизации.

Рассмотрим более подробно принципы построения и функционирования обеих систем.

Реализация управления на нижнем уровне.

Системы управления нижним уровнем обеспечивают поддержание на заданном уровне значений электромеханических переменных в локальных контурах регулирования. Эти системы управления могут также служить в качестве интерфейса с процессами пользователей, находящихся на более высоком уровне управления. Системы управления на нижнем уровне получают задания для исполнительных устройств от оператора посредством человеко-машинного интерфейса (ММI) или от внешней программы, каковой может являться про- грамма реализации верхнего уровня управления. Для регулирования на нижнем уровне используется элемент PIDCON PC, предоставляющий следующие возможности:

* Р- , РI' , PD- ,или PID алгоритмы управления

* параметры управления могут быть заданы со станции оператора

* несколько режимов управления: BAL , MAN . AUTO или EXTERNAL

* назначение приоритетов при выборе режимов управления

* управление с различными методами отслеживания заданного значения

* регулируемая скорость изменения заданного значения

* установка пределов для значений заданий и выходных сигналов

* безударный переход от одного режима управления к другому

* сигнализация и управление событиями

Программа управления нижним уровнем реализует два типа выходных сигналов:

* Full Value - аналоговый выходной сигнал.

* Incremental-дискретно увеличивающийся и уменьшающийся выходной сигнал;

Цифровой выход включает в себя элемент CON-PUI PC. который посылает импульсы на увеличение и на уменьшение величины выходного сигнала. Этот элемент также предоставляет возможность учета и компенсации зоны нечувствительности исполнительного механизма, а также управление им в режиме позиционирования. Возможна комбинация цифровых выходов как с обратной связью от исполнительного механизма, так и без нее. Для выходов Full Value необходима следующие технические средства:

* аналоговый вход - измеряемая величина

* цифровой вход - местное/удаленное (управление)

* аналоговый выход - управляющий выход

* аналоговый вход - положение исполнительного механизма

Для выходов Incremental:

* аналоговый вход - измеряемая величина

* цифровой вход - местное/удаленное (управление)

* цифровой выход - управляющий выход на увеличение

* цифровой выход - управляющий выход на уменьшение

* аналоговый вход - положение исполнительного механизма для цифрового выхода с обратной связью от исполнительного механизма.

Режимы управления:

* Режим BAL - возможен, когда цифровой вход "местное/удаленное" находится в положении "местное". В этом режиме управляющий выход Full Value отслеживает состояние входа BALANCE REFERENCE для поддержания состояния равновесия.

* Режим MAN - возможен, когда переключатель "местное/удаленное" находится в положении "удаленное". При этом возможно ручное управление локальным контуром. Заданное значение будет формироваться с учетом сигнала обратной связи по измеряемой величине.

* Режим AUTO - автоматический режим, в котором величина задания назначается и изменяется со станции оператора. При введении автоматического задания (AUTOSP) изменение задания контроллера будет происходить с определенной скоростью (SPEEDS).

* Режим Е1 - внешний режим, в котором задающее значение поступает от отличного от станции оператора источника (например, от внешней программы).

Системы управления нижним уровнем, включающие в себя системы управления исполнительными механизмами, получают задания от систем управления верхнего уровня, ко-торые, в свою очередь, реализуют регулирование технологических переменных (веса, влажности) на основе прямой (упреждающей) коррекции и коррекции по обратной связи. Ниже приведены таблицы, отражающие связи между системами управления нижним и верхним уровнями при смене режимов управления.

Таблица 2.1. Режимы управления нижнего уровня

Изменение режима управления нижнего уровня	Соответствующее изменение режима управления верхнего уровня	Возможность управления
Ва1 > Man	Bal > Bal	He может послать упреждающую коррекцию на нижний уровень
Man > Auto	Bal > Man	Не может послать упреждающую коррекцию на нижний уровень
Auto > El	Man >Auto	Может послать упреждающую коррекцию на нижний уровень
Man > El	Bal > Auto	Может послать упреждающую коррекцию на нижний уровень
El > Man	Auto > Bal	Не может послать упреждающую коррекцию на нижний уровень
E] > Auto	Auto > Man	Не может послать упреждающую коррекцию на нижний уровень
Auto > Man	Man > Bal	Не может послать упреждающую коррекцию на нижний уровень
Man > Bal	Bal > Bal	Не может послать упреждающую коррекцию на нижний уровень

Таблица 2.2. Режимы управления верхнего уровня

Изменение режима управления верхнего уровня	Соответствующее изменение режима управления нижнего уровня	Возможность управления
Man > Auto ..	Auto > El	Может послать упреждающую коррекцию на нижний уровень
Auto > Man	El > Auto	Может послать упреждающую коррекцию на нижний уровень

Реализация управления на верхнем уровне.

Система управления верхним уровнем вырабатывает корректирующие воздействия при отклонении величин технологических переменных, сканируемых на выходе технологического процесса, от заданных. Расчет корректирующих воздействий, посылаемых на исполнительные механизмы, основан на сравнении значений задания и вектора ошибок, который получают путем суммирования предсказанного сигнала на выходе модели процесса и сигнала рассогласования измеренной технологической переменной и ее смоделированного значения.

Корректирующие воздействия в процессе управления классифицируются на корректирующие воздействия по обратной связи и корректирующие воздействия по прямой связи (упреждающие).

При коррекции по обратной связи на входе процесса производится сравнение измеренной выходной величины процесса с заданной, и рассогласование отрабатывается системой управления. Упреждающая коррекция используется для снижения действия на процесс возмущений. Если некоторые из этих возмущений могут быть измерены, то возможно управлять некоторыми входами процесса, таким образом, чтобы последствия этих возмущений не были видны на выходе. Например, изменение концентрации потока густой массы вызывает изменение основного веса на накате. Вместо того чтобы ждать сигнала обратной связи (ОС), рассчитывается способ регулирования процесса (регулируется сам поток густой массы), позволяющий нейтрализовать эффект изменения концентрации (меньше концентрация, больше поток).

Алгоритмы управления, заложенные в AccuRay 1190, используются для расчетов сигналов упреждающей коррекции при изменении технологического режима производства. Например, при изменении скорости машины без изменения вида продукции, изменится пропускная способность машины. Это потребует изменений в потоке густой массы и в давлении пара для поддержания текущего основного веса и влажности на новой скорости. Основываясь на соотношениях, заложенных в AccuRay 1190. можно точно заблаговременно определить, как необходимо изменить количество пара и густой массы для работы на новой скорости. Таким образом, для предотвращения обрывов, выпуска бракованной продукции в случае управления по обратной связи, мы можем воспользоваться информацией о будущих изменениях в процессе при переходе на новую скорость. Определенная функция системы управления рассчитает компенсирующие корректирующие воздействия для потока густой массы и пара так, что свойства продукта не изменятся как в течение, так и после изменения скорости.

Упреждающая коррекция применяется для управления процессом с максимальной эффективностью, но управление по обратной связи также необходимо для поддержания задания для процесса в длительный период времени.

2.2 Выбор и обоснование предлагаемой системы управления

Из рассмотренного процесса производства картона видно, что ОУ для данного процесса является технологическая цепочка последовательных операций, в которой отсутствуют обратные технологические связи. Каждое звено такой цепи связанно с выполнением определенной технологической задачи. Результат оценивается по переменным, характеризующим либо местный качественный признак перерабатываемого сырья, либо режим работы оборудования. Эти переменные должны быть отнесены к выходным переменным для данного звена. Они же являются входными переменными для звена, следующего дальше по технологической цепочке. Входными переменными такого звена, в свою очередь, являются выходные переменные предыдущего звена и т.д.

Таким образом, каждое звено ТП производства картона можно считать локальным ОУ, а всю совокупность переменных, воздействующих на подобный объект, можно разбить на входные, возмущающие и выходные переменные. В силу этого КДМ как ОУ допускает разбивку его на ряд последовательных объектов, связанных друг с другом через входные и выходные переменные. Такие переменные при переходе от одного из них и одновременно качество исходного продукта для другого. Например основным возмущающим фактором действующим на изменение массы 1 м² картонного полотна является влажность, в свою очередь на влажность влияет изменение массы 1 м². В случае стабилизации указанных переменных величин обеспечивается выполнение отдельных технологических задач, а также, в конечном итоге, стандартность готовой продукции, под которой подразумевается ее соответствие ТУ по нормируемым показателям.

Основные требования предъявляемые к АСУТП

В соответствии со сказанным выше можно сформулировать основные требования, предъявляемые к АСУТП производства картона. Очевидно, такая АСУТП должна содержать ряд отдельных подсистем, каждая из которых связана с решением определенной задачи и локализована по отношению к технологическому оборудованию. В первом приближении такие подсистемы независимы. Сказанное полностью согласуется с тем, как решены в настоящее время задачи управления действующими КДМ. Такие КДМ оснащены многочисленными контрольно-измерительными и регулирующими приборами, функционально привязанными к отдельным участкам ТП производства картона (формующие цилиндры, сушильная часть и т.п.) или отдельным переменным (масса 1 м² и влажность картонного полотна и др.).

АСУТП производства картона может быть централизованной или децентрализованной. Централизованная АСУТП имеет, как правило, одну мини-ЭВМ, связанную каналами передачи информации со всеми частями КДМ, распределенными по территории. В децентрализованной АСУТП предполагается несколько, как правило. микроЭВМ, каждая из которых решает часть общей задачи управления КДМ.

В настоящее время применяются в основном только децентрализованные АСУТП. Основная причина необходимости децентрализации АСУТП производства картона заключается и наличии запаздываний в каналах управления и искажения информации в каналах ее передачи, а также в характере возмущающих воздействий, действующих на основные показатели картонного полотна: массу 1 м² и влажность. Если бы таких запаздываний не было. получилась бы наиболее эффективная централизованная АСУТП соответствующей мощности. Если взаимодействия, запаздывания, искажения информации и характер возмущающих воздействий существенны, что как раз и наблюдается в рассматриваемой системе, то преодолеть возникшие при этом неблагоприятные явления может только иерархическая децентрализованная АСУТП. в которой устанавливаются отношения подчинения, при которых вышестоящая ЭВМ принимает общие решения.

Исходя из выдвинутых выше предпосылок, рассмотрим более подробно вопросы построения такой АСУТП.

Предлагается ввести систему управления нижнего уровня влажности на базе контроллера фирмы "SIEMENS", верхний уровень управления оставить АВВ ACURAY 1190.

2.3 Экономическая оценка предлагаемой системы управления

Рассмотрим возможные варианты автоматизации:

На технике фирмы "Siemens"

На технике фирмы "Omron"

В первом приближении компоненты и возможности у этих двух контроллеров одинаковы, поэтому рассмотрим их подробнее:

Для реализации данной задачи нам потребуется:

- Контроллер в составе:

1. 2 Блока питания.

2. 1 Центральный процессор.

3. 40 Аналоговых входов.

4. 38 Аналоговых выходов.

5. 29 Дискретных входов.

6. 4 Дискретных вывода.

7. 2 Коммуникационных процессора.

- Программатор; - Кабель PROFIBUS 150м; - Операторская станция

Наименование продукта или характеристики	Цена (в руб. на границе) Siemens	Цена Omron
Блок питания	5040	8400
Профильная шина	600	10590
Процессор	37500	171420
Блок аналоговых входов	11100	22350
Блок аналоговых выходов	25200	22400
Блок дискретных входов	8460	9630
Блок дискретных выходов	6870	10830
Коммуникационные процессоры	3420	13680
Кабель PROFIBUS	210 руб.\м	210 руб.\м
Операторская станция	45000	45000
Программатор	30000	10840
Возможность PID-регулирования	есть	есть

Также необходимо учитывать опыт работы обслуживающего персонала с данными контроллерами и наличие запасных инструментов и приборов (ЗИиП).

На комбинате имеются общие запасные части и блоки для данного контроллера, а также опыт обслуживания и программирования у обслуживающего персонала. Поэтому нет необходимости выделять средства на обучение персонала и создание ЗИиПа.

Учитывая все эти факторы выбор делается в пользу контроллера фирмы Siemens.

3. Исследование системы управления параметром.

3.1 Математическое описание объекта управления

Рис. 3.1. Структурная схема сушильной части картоноделательной машины как объекта управления влажностью картонного полотна

Где: М_нач -начальная влажность перед входом в сушильную часть

М_кон - конечная влажность

V_кдм - скорость КДМ

W_m- поверхностная плотность (масса) картонного полотна

Р_сг - давление пара в сушильной части

Q_м- концентрация массы



Параметры входного воздействия :

Значение входного воздействия до эксперимента = 31 %

Значение входного воздействия после эксперимента = 39 %

Параметры выходного сигнала объекта :

Среднее значение выходного сигнала до опыта = 2.5 кг/см²

Установ. средн. знач. выходного сигнала после опыта = 2.8 кг/см²

Шаг дискретности по времени = 6.000

Число точек кривой разгона = 11

Кривая разгона

МОДЕЛЬ С МИНИМАЛЬНЫМ ЗНАЧЕНИЕМ ДИСПЕРСИИ АДЕКВАТНОСТИ

ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ АППРОКСИМИРУЮЩЕЙ МОДЕЛИ

по разгонной характеристике определяем К_об1, Т_об1, (рис. 3.1.2.)

К_об1=0,037

Т_об1=16,001 сек.

W_Д1(Р) - передаточная функция датчика1-измерение давления пара;

W_Ф(Р) - передаточная функция фиксатора;

Для электропневматического преобразователя, исполнительного механизма и регулирующего органа объединим в одну передаточную функцию W_{ЭПП+ИМ+РО}(Р):

D_РЕГ1(Z) - передаточная функция регулятора 1:

Используя стандартную программу расчета (в данном случае программу ASIM LIN), рассчитываем на ПЭВМ область устойчивости и линию равного запаса устойчивости. По выбранным настройкам (К₁=26,9569 , К₂=25,3255) регулятора строим переходный процесс по заданию на выходе внутреннего контура (рис 3.1.3.).



Для полученного графика определяем передаточную функцию АСР давления( W_экв).

Т_экв=11 сек

К_экв=К_об1*К_рег=0,037*26,9569=0.98

Передаточная функция эквивалентной схемы

Рассмотрим 2 контур



По разгонной кривой (рис 3.1.4.) объекта регулирования 2 определяем К_об2, Т_об2,

передаточная функция объекта регулирования 2

К_об2=-0,9

Т_об2=234 сек.

t=106 сек.

Т.к. Т_экв < Т_об2 примерно в 20 раз Т_экв можно пренебречь, тогда передаточная функция W_экв. Примет вид:

Передаточная функция объекта по внешнему контуру получается из произведения W_экв и W_об2

W_внеш=W_экв*W_об2



Используя стандартную программу расчета (в данном случае программу ASIM LIN), рассчитываем на ПЭВМ область устойчивости и линию равного запаса устойчивости. По выбранным настройкам (К₁=-0,0259 , К₂=-0,0250) регулятора строим переходный процесс по заданию на выходе системы (рис 3.1.5.).



3.2 Анализ возмущающих воздействий

Проанализируем характер основных возмущающих воздействий действующих на влажность - главным из которых является изменение массы 1 м² картонного полотна. Такими возмущающими воздействиями являются изменения массы высокой концентрации, поступающей к смесительному насосу, давления пара в главном коллекторе, скорости КДМ, влажности после мокрой части и т.д(см. рис.3.1. ). Классифицируем эти возмущающие воздействия на две группы в соответствии с их периодом колебаний. К первой группе отнесем возмущающие воздействия с периодом колебаний от 60 с и выше. Их появление связано в основном с нестабильностью свойств перерабатываемого сырья. Ко второй группе отнесем возмущающие воздействия, период колебаний которых составляет от 1 с до 60 с. Эти возмущения связаны с износом, загрязнением сукон и изменением скорости КДМ, Ликвидировать колебания массы 1 м² и влажности картонного полотна вокруг их средних значений, вызванных действием указанных возмущении, можно либо вручную, если период колебаний возмущающих воздействий составляет более 600 с., либо с помощью соответствующих САУ. Однако никакая САУ массой 1 м² картонного полотна не может справиться с возмущающими воздействиями, период колебаний которых меньше 60 с в силу наличия большого транспортного запаздывания в канале управления данной переменной, а также в силу того, что датчики массы 1 м² и влажности картонного полотна, сканирующие поперек картонного полотна, выдают информацию через 20-30 с. Для компенсации возмущающих воздействий средней длительности., период колебаний которых составляет от 1 с до 60 с, требуется САУ напуском массы. Для подавления высокочастотных воздействий, вызывающих, как правило, колебания однородности картонного полотна на микроплощадях и имеющих период колебаний от 0,01 до 1 с., имеется только один путь усовершенствование конструкции напускного устройства.

3.3 Синтез системы управления

Рис.3.3.1. Структурная алгоритмическая схема двухконтурной АСР влажности

На данном рисунке даны следующие обозначения:

Wоб1(P) - передаточная функция давление пара в ведущей сушильной группев (объект регулирования 1);

Wоб2(Р) - передаточная функция поддержания влажности картонного полотна (объект регулирования 2);

WД1(Р) - передаточная функция датчика1 - измерение давления пара;

WД2(Р) - передаточная функция датчика2 - измерение влажности картонного полотна;

WФ(Р) - передаточная функция фиксатора;

WИМ(Р) - передаточная функция исполнительного механизма;

WРО(Р) - передаточная функция регулирующего органа (шарового клапана) на линии подачи пара в ведущую сушильную группу;

WЭПП(Р) - передаточная функция электропневматического преобразователя

DРЕГ1(Z) - передаточная функция регулятора 1;

DРЕГ2(Z) - передаточная функция регулятора 2;

К данной САУ предъявляются следующие требования:

1. Система должна обладать заданным запасом устойчивости.

2. Динамическая ошибка, величина перерегулирования и статическая ошибка не должны быть больше заданных.

3. Время регулирования должно быть минимальное.

Для регулирования САУ выбираем ПИ-закон регулирования. Это позволит увеличить точность регулирования, свести статическую ошибку к нулю.

Существующий способ управления (рис 3.3.1.) представляет собой двухконтурную систему регулирования влажностью. Первый, внутренний контур, образован участком подвода пара к ведущей сушильной группе от места установки регулирующего клапана до места установки датчика давления для измерения давления пара. Регулируемым параметром этого контура является давление пара.

Объект регулирования этого контура характеризуется свойством самовыравнивания и не имеет запаздывание. Контур выполняет задачу стабилизации давления пара и является следящим. Он имеет астатизм по каналу внешнего задания, не колебательный и обладает максимальным быстродействием.

Второй, внешний контур состоит из ведущей сушильной группы, паропровода, датчика влажности и наката. Входным параметром контура является давление пара, выходным - влажность картонного полотна. Первый из этих параметров является регулирующим воздействием, второй - регулируемым параметром.

Внешний контур - инерционный, характеризуется большой длительностью переходных процессов и имеет большое запаздывание и постоянную времени.. В качестве возмущения в АСР влажности используется сигнал по изменению массы 1 м2 картонного полотна.

Система находится под действием случайных возмущений Wвн , воздействующих на конечную влажность Мкон. Система поддерживает заданное значение влажности Мзд путем изменения задания регулятору давления, на компараторе которого формируется сигнал рассогласования, отрабатываемый регулятором давления.

Рис. 3.3.2. Информационная модель АСУ

3.4 Выбор технических средств

Сканер

Для измерения влажности картонного полотна на накате используется ИК - влагомер, который установлен на сканирующем устройстве фирмы "АВВ", США. Принцип действия ИК - влагомера основан на поглощении или отражении энергии инфракрасных волн влагосодержащим материалом.

Таблица 3.1. Основные характеристики ИК - влагомера фирмы " АВВ".

Фирма-изготовитель и страна	Диапазон измерения влажности, %	Абсолютная основная погрешность, %
"АВВ", США	0 - 60	+- 0,5

Датчик давления

Для измерения давления греющего пара в пятой сушильной группе используется датчик давления модели 1151 фирмы "Rosemount", США - это электронный прибор для измерения давления. Датчик модели 1151 предназначен для работы в паре с ручным коммуникатором 268 Smart Family Interface. Коммуникатор 286 может использоваться для снятия данных, конфигурирования, проверки и подстройки данного датчика, так же может связаться с другими микропроцессорными приборами фирмы"Rosemount".

Таблица 3.2.. Основные характеристики датчика давления модели 1151 фирмы " Rosemount", США

Марка и фирма изготовитель	Диапазон измерения, бар	Сигнал на выходе, мА	Погрешность, %
1151 "Rosemount",США	-0,3 - 6,5	4 - 20	+- 1

Электропневматический позиционер

Электропневматический позиционер серии NЕ 700 фирмы "Neles-Jamesbury" (Финляндия) обеспечивает пропорциональную зависимость выходного давления воздуха по отношению к входному сигналу в миллиамперах (постоянный ток).

Конструкция электропневматического позиционера NE.

Рис.3.4.1. Электропневматический позиционер NЕ.

1- балочка, 2 - поршень мембранного узла, 3 - пружина обратной связи, 4 - рычаг, 5 - кулачок, 6 - ось обратной связи, 7 - муфта, 8 - ось привода, 9 - привод, 10 - золотник, 11 - корпус золотника, 12 - регулирование нулевого положения, 13 - пружина внутреннего контура обратной связи, 14 - деталь изменения направления действия, 15 - катушка, 16 - постоянный магнит, 17 - реверсивный рычаг катушки, 18 - сопло, 19 - дроссель, 20 - регулировка диапазона.

Принцип действия электропневматического позиционера NЕ 700.

Катушка (15), установленная в магнитном поле постоянного магнита, образует момент, пропорциональный управляющему сигналу на рычаге катушки (17). Пружина обратной связи (3) образует обратный момент на рычаге катушки (17), в зависимости от угла поворота оси привода. Движение оси передается через муфту, ось обратной связи, кулачок и рычаг на нижний конец пружины обратной связи. Сопло (16) реагирует на балансовое состояние рычага катушки (17). Когда входной сигнал возрастает, балочка приближается к соплу (18), давление в сопле увеличивается и мембранный поршень (2), балочка (1) и золотник (10) движутся вниз. Золотник (10, 11) направляет поток воздуха на верхнюю часть поршня привода через выходное отверстие. Благодаря разнице давлений, сила поршня преодолевает фрикционный и динамический моменты и передвигает поршень привода в положение, соответствующее новому сигналу. Моменты рычага катушки (17) сбалансированы. Пружина (13) вызывает отрицательное обратное движение между первой (форсунка (18), передний дроссель (19) и мембранный поршень (2) / и второй / золотник (10, 11) и привод)/ ступенями усиления. Изменяя место крепления нижнего конца пружины на рычаге катушки (17), можно настроить динамику позиционера в соответствии с размером привода. Дифференциальные мембраны успешно компенсируют перепады давления питания. Ноль настраивается при помощи гайки (12), а диапазон - по потенциометру (20).

Технические характеристики NЕ 700.

Материалы конструкции

- Кожух из анодированного алюминиевого сплава с эпоксидным покрытием.

- Крышка из поликарбоната или алюминиевого сплава, внутренние части из нержавеющей стали и алюминиевого сплава.

Мембрана и уплотнения из нитриловой резины (стандартная модель).

Вес прибл. 2,2 кг

Пневматический поршневой привод

Привод типа BJ фирмы "Neles-Jamesbury" (Финляндия) сконструирован для регулирующих и отсечных клапанов с поворотом на четверть оборота. Поршневой привод с возвратной пружиной управляется пневматически, пружина закрывает.

Конструкция поршневого привода ВJ.

Рис. 3.4.2. Пневматический поршневой привод типа BJ.

1 - кожух, 2 - крышка, 3 - рычаг, 4 - шарнир, 5 - подшипник, 6 - дно цилиндра, 7 - центр, 8 - цилиндр, 9 - поршень, 10 - шток поршня, 11 - пружина, 12 - стакан пружины, 16-19 - О- образное кольцо, 20-21 - вкладыш, 22-23 - вкладыш, 24 - уплотнение поршня, 25 - втулка, 26-27 - винт, 30,32 - винт, 33-34 - гайка, 35 - контргайка, 44 - крышка цилиндра, 61 - указатель положения.

Принцип действия пневматического поршневого привода ВJ.

Рычажный механизм преобразовывает линейное движение поршня во вращательное приводного вала на 90° (мах. 98°). Рычажный механизм сконструирован таким образом, что отношение выходного крутящего момента к усилию, действующему на поршень зависит от угла поворота приводного вала.

Таблица 3.5.. Технические характеристики пневматического поршневого привода BJ

Привод	Внутренний диаметр, мм	Рабочий объем, дм3	Диаметр оси, мм	Номинальный момент пружины, Нм	Момент пружины b=90°, Нм	Пружина
BJ 8	125	0,9	35	70	130	Закрывает

Регулирующий фланцевый клапан

Сегментный регулирующий фланцевый клапан серии R 21 фирмы "Neles-Jamesbury" (Финляндия) с V- образной прорезью обеспечивает равнопроцентную пропускную характеристику. Широкий диапазон регулирования и исключительно стабильные характеристики.



Рис.3.4.3. Сегментный клапан R 21.

Таблица 4.6. Технические характеристики сегментного клапана R 21.

Размер клапана	Внутренний диаметр, мм	Максимальная пропускная способность Сv 100%	Максимальный перепад давления, бар	Рабочее давление, бар	Рабочая зона, мА	Вес, кг	Тип привода
100	113	620	25	5	4 - 20 закр. - откр.	11	ВJ 8

3.5 Тепловой расчет контактной сушильной установки

Как говорилось выше - мокрое полотно поступает в сушильную часть КДМ, где удаляется оставшаяся влага. Движущееся полотно прижимается к нагретой насыщенным паром поверхности цилиндра при помощи сушильных сеток, улучшающих теплопередачу.

Так как в данной картоноделательной машине цилиндры разделены на пять сушильных групп, целесообразно принять разделение цилиндров на группы пропорционально расходу тепла в отдельные периоды сушки. Такое соотношение упрощает методику расчета и оправдывается технологическими соображениями.

Общее количество теплоты на сушку:

Qc = Qпр + Q₁пер ₊ Q₂пер (3.5.1)



Где:

Uo - влагосодержание начальное;

U_КР - влагосодержание критическое;

U₂ - влагосодержание конечное;

хo - начальная температура поверхности полотна;

хк - критическая температура поверхности полотна;

х₂ - конечная температура поверхности полотна;

В начале сушки влага не испаряется в итоге все подведенное тепло тратится на прогрев материала период - прогрева.

На следующем этапе к материалу подводится тепло, однако температура поверхности остаётся постоянной, интенсивно испаряется влага с постоянной скоростью сушки. Этот процесс продолжается до некоторого критического состояния влагосодержания U_КР.

Вывод: все подведенное тепло затрачивается на испарение влаги с постоянной скоростью, с Uo до U_КР.

Поэтому этот участок называют период сушки с постоянной скоростью, первый период сушки.

Начиная с критической точки поверхность испарения уходит вглубь материала. На поверхности образуется сухой слой и влага труднее через него перемещается поэтому скорость сушки снижается, одновременно температура поверхности материала начинает повышаться.

Расход тепла в период прогрева:

Qпр = , (3.5.2)

где:

Ш_пр - коэффициент использования тепла;

С_СM - производительность (по абсолютно сухой массе);

Расход тепла в первом периоде сушки:

(3.5.3)

Расход тепла во втором периоде сушки:

(3.5.4)

К^* - приведенный коэффициент теплопередачи от пара к поверхности полотна.

К^* = , (3.5.5)

где:

а - доля тепла, теряемая открытой боковой поверхностью цилиндра;

д - толщина стенки;

ц - угол обхвата цилиндра потоком;

л - теплопроводность полотна;

б_кнд - коэффициент теплообмена при конденсации пара на внутренней стенке сушильного цилиндра;

Удельные тепловые потоки в разных периодах:

q_пр = К^* (t_нп^Рпр - х_пр ) ; х_пр = х_о - х₁ / 2 (3.5.6)

q₁ = К^* (t_нп^Р1 - х₁ )

q₂ = К^* (t_нп^Р11 - х₂ ) ; х₂ = х₁ - х₂ / 2 (3.5.7)

где:

t_нп^Рпр - температура пара при заданном значении в периоде прогрева;

t_нп^Р1 - температура пара при заданном значении в первом периоде сушки;

t_нп^Р11 - температура пара при заданном значении во втором периоде сушки;

F_пр = Q_пр / (3,6 (1 + Уас) q_пр); (3.5.8)

F₁ = Q₁ / (3,6 (1 + Уас) q_1; (3.5.9)

F_i = Qi / (3,6 (1 + Уас) q_i); (3.5.10)

где:

Уас - отношение сукносушильный цилиндров к остальным;

Расход пара на машину:

Днп_i = Qi / (Я_нп - Я_кнд) з, где (3.5.11)

Я_нп - энтальпия насыщенного пара

Я_кнд - энтальпия конденсата

з - коэффициент полезного действия

Дс = Дпр + Д₁ + Д₂ (3.5.12)

При подаче в сушильные группы пара заданного значения поверхность цилиндра будет иметь стабильную температуру. В соответствии с приведенным расчетом находится общий расход теплоты на сушку Qc, а расчет теплообмена позволит определить удельные тепловые потоки q_i, после чего есть возможность определить поверхность цилиндра и расход пара в паровых группах и на машину в целом.

При поддержании соответствующего давления в группах, подачей расчетного количества пара Днп_, появляется возможность удерживать конечную влажность материала в заданных пределах.

4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТОМ И ВЫБОР КТС

4.1 Разработка функциональной схемы автоматического управления

- Нагревательный узел Н5 верх. Регулировочный контур давления включает измерительный преобразователь давления (вход 0,3-6,5 бар, выход 4-20 мА), регулировочный клапан (сигнал 4-20 мА, 4мА - клапан закрыт, 20мА - клапан открыт, пружина закрывает). Этот контур отвечает за поддержание на постоянном уровне заданного для нагревательного узла давления. На контуре задается, кроме того, свободно выбираемое значение обрыва. В зависимости от регистрируемого сканером сигнала конечной влажности меняется задание давления пара для нагревательного узла Н5 верх. Нагревательный узел Н5 верх. снабжается свежим паром. Пар проходит через уплотнительные головки в цилиндры, отдавая высвобождающееся в результате конденсации тепло через стенки цилиндра на картон. Пароконденсатная смесь выводится из цилиндра через сифон и течет по сборному трубопроводу в сепаратор S6. Необходимая для обезвоживания разница в давлении между входом в нагревательный узел Н5 верх. и сепаратором S6 обеспечивается автоматически посредством дифференциального регулировочного контура давления.

Сепаратор S6. Регулировочный контур уровня включает дифференциальный измерительный преобразователь давления (вход 0,0-50 мбар, выход 4-20 мА), регулировочный клапан (сигнал 4-20 мА, 4мА - клапан открыт, 20мА - клапан закрыт, пружина открывает). Собирающийся в сепараторе S6 конденсат возвращается конденсатным насосом с регулированием по уровню через конденсатный калорифер системы приточной вентиляции NTP назад в сборный резервуар. Схема защиты предотвращает работу насосов всухую. При достижении минимального уровня насос автоматически выключается и при достижении максимального уровня автоматически включается.

- Нагревательный узел Н5 нижн. Регулировочный контур давления включает измерительный преобразователь давления (вход 0,3-6,5 бар, выход 4-20 мА), регулировочный клапан (сигнал 4-20 мА, 4 мА - клапан закрыт, 20 мА - клапан открыт, пружина закрывает).

Этот контур отвечает за поддержание на постоянном уровне заданного для этого нагревательного узла давления. В зависимости от необходимой плоскостности картона перед накатом Попе этот контур может увеличивать или уменьшать давление, он автоматически следует главному регулировочному контуру давления (Н5 верх.) в соответствии с установленным рассогласованием.

В нагревательный узел Н5 нижн. подается свежий пар через уплотнительные головки в цилиндры и передает через стенки цилиндров высвобождающееся в результате конденсации тепло на картон. Пароконденсатная смесь выводится из цилиндра через сифон и течет по сборному трубопроводу в сепаратор S5. Необходимая для обезвоживания разница в давлении между входом в нагревательный узел Н5 нижн. и сепаратором S5 обеспечивается автоматически посредством дифференциального регулировочного контура давления (термокомпрессора).

Сепаратор S5. Регулировочный контур уровня включает дифференциальный измерительный преобразователь давления (вход 0,0-6,5 бар, выход 4-20 мА), регулировочный клапан (сигнал 4-20 мА, 4 мА - клапан открыт, 20 мА - клапан закрыт, пружина открывает).

Собирающийся в сепараторе S5 конденсат подается с регулированием по уровню в сепаратор S6. Схема защиты предотвращает работу насосов всухую. При достижении минимального уровня насос автоматически выключается и при достижении максимального уровня автоматически включается.

Спецификация оборудования паро-конденсатной системы КДМ-1.

Позиция	Наименование и техническая характеристика	Тип, марка,	Завод изготовитель	Едени-ца измерения	Количество	Масса еденицы, кг	Примечание
	Регулирование давления пара Н5 верх
PT 2-1	Преобразователь измерительный давления	G 1151 GP6 S12 C2 B3	Rosemount	Шт	1
	Предел измерения -0,3…6,5 кг/см		- Smart
	Выходной сигнал: 4-20 мА
	Компенсационный сосуд	LR-99c		Шт	1
	Ду=65мм Рн=25кг/см2
PCV 6-1	Клапан регулирующий секторный	R1LE 50 AJJK-S-QP1C	Neles	Шт	1
	шаровой с пневмоприводом	/S114SO-S-NE729 S/S1
	и электропневматическим позиционером
	Ду=50мм входной сигнал 4…20 мА
	Регулирование уровня
	Сепаратора S6
LT 5-1	Преобразователь измерительный давления	G 1151 DP4 S22 C1 B3	Rosemount	Шт	1
	Предел измерения -0,3…7 кг/см		- Smart
	Выходной сигнал: 4-20 Ма
	Компенсационный сосуд	LR-99c		Шт	1
	Ду=65мм Рн=25кг/см2
	Регулирование давления пара Н5 низ
PT 3-1	Преобразователь измерительный перепада	G 1151 DP5 S22 C1 D3	Rosemount	Шт	1
	Давления		- Smart
	Предел измерения -0…10кг/см
	Выходной сигнал: 4-20 мА
	Компенсационный сосуд	LR-99c		Шт	1
	Ду=65мм Рн=25кг/см2
PDCV-	Клапан регулирующий секторный	R1LE 50 AJJK-S-QP1C	Neles	Шт	1
119MJ20	шаровой с пневмоприводом и электропневматическим позиционером	/S114SO-S-NE729 S/S1
	Ду=50мм входной сигнал 4…20 мА
ME 1-1	ИК влагомер	Smart platform	ABB	Шт	1
	Предел измерения 0-60% влажности
	Сепаратора S5
LT 4-1	Преобразователь измерительный давления	G 1151 DP4 S22 C1 B3	Rosemount	Шт	1
	Предел измерения -0,3…7 кг/см		- Smart
	Выходной сигнал: 4-20 Ма
	Компенсационный сосуд	LR-99c		Шт	1
	Ду=65мм Рн=25кг/см2
	Ду=40мм входной сигнал 4…20 мА
PDCV 8-1	термокомпрессор с пневмоприводом и		Kurting	Шт	1
	электропневматическим регулятором
	Положения Dу=100мм
	Входной сигнал: 4-12 мА
PDCV 9-1	термокомпрессор с пневмоприводом и		Kurting	Шт	1
	электропневматическим регулятором
	Положения Dу=100мм
	Входной сигнал: 4-12 мА

4.2 Выбор КТС системы управления

Нижний уровень системы управления оставляем без изменений, изменяется состав ПТК - он будет иметь вид:

4.2.1 Сканер

Для измерения влажности картонного полотна на накате используется ИК - влагомер, который установлен на сканирующем устройстве фирмы "АВВ", США.

Принцип действия ИК - влагомера основан на поглощении или отражении энергии инфракрасных волн влагосодержащим материалом.

Таблица 4.2.. Основные характеристики ИК - влагомера фирмы " АВВ"

Фирма-изготовитель и страна	Диапазон измерения влажности, %	Абсолютная основная погрешность, %
"АВВ", США	0 - 60	+- 0,5

4.2.1 Технологический контроллер Master Piece 200

Mаster Piece 200 - это большой и мощный контроллер с, максимум 4600 входами и выходами. В качестве центральных устройств здесь применены процессоры 32 бит.

Станция Mаster Piece 200 используется как автономная станция обработки или как встроенное в децентрализованную систему управления процессом устройство.

Состав контроллера Master Piece 200.

Станция обработки Mаster Piece 200 состоит из корзины, содержащий центральный процессор Motorola 68000, блоки интерфейса и блоки ввода/вывода серии S 100 и от одной до трех корзин расширения для дополнительных блоков ввода/вывода серии S 100 (в целом до 75 блоков с количеством каналов 2200). Блоки ввода/вывода серии S 100 представляют большой выбор аналоговых и двоичных сигналов для различных напряжений и разных нагрузок, как например платы регулировки скорости вращения аналоговых приводов, платы для подключения весов.

Наряду с возможность центральных вводов и выводов Mаster Piece 200 предоставляет также возможность использования дальних, то есть, подключенных децентрализовано блоков ввода/вывода серии S 400. Они обмениваются с Mаster Piece 200 по быстродействующей шине Mаster Fieldbus.

Программное обеспечение.

Язык программирования AMPL (ABB Master Piece Language) представляет собой функционально ориентированный язык высокого уровня с графическими элементами, которые разработаны специально для использования в технике управления процессом.

Для прикладного программирования Mаster Piece 200 предоставляется обширная библиотека модулей. Она содержит большой набор функций, таких как управление связями и последовательностью выполнения программы, подготовка файлов, вычислительные функции, позиционное управление и регулирование, включая расширенное ПИД - регулирование.

Таблица 4.2.1 . Основные технические данные контроллера Master Piece 200

Центральное устройство Интерфейсы Входы и выходы Программное обеспечение	Процессор Основная память Длительность циклов обработки программных модулей и модулей управления Количество программных модулей Количество модулей управления Варианты поставки (количество каналов) Количество блоков S 100 Количество каналов ввода/вывода Каналы аналогового входа Каналы аналогового выхода Каналы цифрового входа Каналы цифрового выхода Стандартный комплект Варианты поставки	Motorola 68000 Программное обеспечение системы в ПЗУ; Прикладная программа в ОЗУ, макс. 9,5 Мбайт Выбирается в пределах 10 мс…2 с или 5 мс…32 с Макс. 99 Макс. 250 на программный модуль Master Bus 300: макс. 1 Master Bus 200 : макс. 4 Master Fieldbus : макс. 4 RCOM: макс. 9 GCOM макс. 10 ЕXCOM макс. 2 Принтер: макс. 3 Макс. 75 Макс. 4600 Макс. 900 Макс. 900 Макс. 1400 Макс. 1400 Логика и автоматическое программное управление выполнением операций, блоки времени, счетчики, регистры Компаратор, генератор линейно - изменяющегося напряжения, усилитель, интегратор, дифференцирующее устройство, трехпозиционный шаговый регулятор, ПИД- регулятор, адаптивный регулятор Novatune.

4.2.2 Технологический контроллер Simatic S7-300

Рис. 4.2.1. Возможности конфигурирования S7-300

Обзор

*Модульный программируемый контроллер для решения задач автоматизации низкого и среднего уровня сложности .

*Широкий спектр модулей для максимальной адаптации к требованиям решаемой задачи .

*Использование распределенных структур ввода -вывода и простое включение в сетевые конфигурации .

*Удобная конструкция и работа с естественным охлаждением .

*Свободное наращивание функциональных возможностей при модернизации системы управления .

*Высокая мощность благодаря наличию большого количества встроенных функций .

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-300 имеют :

*сертификаты DIN, UL, CSA, FM, CE;

*морские сертификаты ABS, BV, DNV, GLS, LRS, PRS, RINA;

*сертификат Госстандарта России № РОСС DE.АЯ 46.В 61141 от 14.03.2003 г ., подтверждающий соответствие программируемых контроллеров SIMATIC и их компонентов требованиям стандартов ГОСТ Р 50377-92 (стандарт в целом ), ГОСТ 29125-91 (п .2.8), ГОСТ 26329-84 (п .п . 1.2; 1.3), ГОСТ Р 51318.22-99, ГОСТ 51318.24-99;

*метрологический сертификат Госстандарта России № 11994 от 4.04.2002 г .

*свидетельство Главного Управления Государственного Энергетического Надзора № А -0828 от 21.04.1999 г . о взрывозащищенности модулей SIMATIC S7 Ex исполнения , их соответствия требованиям ГОСТ 22782.0, ГОСТ 227.5 и присвоения маркировки взрывозащиты ExibIIC;

*экспертное заключение о соответствии функциональных показателей интегрированной системы автоматизации SIMATIC S7 отраслевым требованиям и условиям эксплуатации энергопредприятий РАО "ЕЭС России";

*сертификат о типовом одобрении Российского Морского Регистра Судоходства на программируемый контроллер