Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• Передаточные функции объекта регулирования и регулятора
• Построение переходных характеристик звеньев объекта регулирования и регулятора
• Автоматизация процесса сушки
• Выбор контролируемых и регулируемых параметров
• Заключение
• Библиографический список
• Приложения

Введение

В современной химической технологии большое значение имеет оптимизация процессов с целью получения наибольшей отдачи при постоянных исходных параметрах. Эта задача осложняется тем, что реальные процессы очень часто являются неустойчивыми из-за неоднородности внешних условий, а высокая скорость процесса и огромное число параметров системы и возмущающих воздействий делают практически невозможным ручное управление процессом. Неустойчивые системы работают с далёкой от оптимальной скоростью, обеспечивают низкое качество продукта, и часто являются опасными для персонала и потребителей, и экономически невыгодными, объектами. Наиболее целесообразно поддерживать систему в состоянии динамического равновесия, когда при любых возмущающих воздействиях система динамически стремится к некоторому постоянному состоянию, но в реальных условиях практически никогда этого значения не достигая. Обеспечению устойчивости процессов служит автоматизация, которая является объектом изучения наук автоматики, и, в более широком смысле, кибернетики.

Основная структурная единица автоматизации -- автоматическая система регулирования (АСР), в которой к объекту регулирования добавляется регулятор, на основе выходного сигнала объекта изменяющий сигнал на входе по некоторому закону. В зависимости от закона регулирования различают несколько типов регуляторов, и основная цель расчёта АСР -- подбор оптимального в данных условиях регулятора и остальных средств автоматизации, причём регулирование может идти одновременно по нескольким параметрам (многоконтурная АСР).

Для удобства расчёта любую систему в зависимости от характера реакции на входной сигнал (переходной характеристики) можно разбить на несколько элементарных блоков -- динамических звеньев; таким образом, расчёт системы сводится к комбинации расчётов отдельных звеньев. В кибернетике разработан удобный математический аппарат для расчёта систем любой (в пределах разумного) сложности.

Таким образом, видно, что построение АСР -- важнейшая задача для повышения технико-экономических показателей химико-технологических процессов, и построение переходных характеристик является основным условием для подбора оптимальных средств автоматизации.

Передаточные функции объекта регулирования и регулятора

Апериодическое звено №1.

В дифференциальной форме:

Т₁*(dy₁/ dt)+y₁=K₀*x₁,

где y₁(t) - выходной сигнал;

x₁(t) - входной сигнал;

T₁ - постоянная времени апериодического звена;

K₀ - коэффициент усиления апериодического звена №1 равный 0,4;

t - текущее время.

10*(dy₁/dt)+y₁=0,4*x₁

В операторной форме:

T₁*s*y₁(s)+y₁(s)=x₁(s);

10*s*y₁(s)+y₁(s)=x₁(s)

Передаточная функция:

W₁(s)=K₀/(T₁*s+1)=0,4/(10*s+1).

Интегрирующее звено №2.

В дифференциальной форме:

Т₂*(dy₂/ dt)=x₂; y₂=T₂*?x₂*dt

где y₂(t) - выходной сигнал;

x₂(t) - входной сигнал;

T₂ - постоянная времени апериодического звена;

t - текущее время.

2,25*(dy₂/dt)=x₂ ; y₂=2,25*?x₂*dt

В операторной форме:

y₂(s)=x₂(s)/s;

Передаточная функция:

W₂(s)=1/(T₂*s)=1/(2,25*s).

Апериодическое звено №3.

В дифференциальной форме:

Т₃*(dy₃/ dt)+y₃=K₀*x₃,

где

y₃(t) - выходной сигнал;

x₃(t) - входной сигнал;

T₃ - постоянная времени апериодического звена;

K₀ - коэффициент усиления апериодического звена №3 равный 1;

t - текущее время.

3*(dy₃/dt)+y₃=x₃

В операторной форме:

T₃*s*y₃(s)+y₃(s)=x₃(s);

3*s*y₃(s)+y₃(s)=x₃(s)

Передаточная функция:

W₃(s)=K₀/(T₃*s+1)=1/(3*s+1).

Передаточная функция объекта управления будет определяться комбинацией передаточных функций составляющих её звеньев, которую можно выразить в виде системы:

{10*(dy₁/dt)+y₁=0,4*x₁

2,25*(dy₂/dt)=x₂ ; y₂=2,25*?x₂*dt

3*(dy₃/dt)+y₃=x₃

Отсюда, для объекта регулирования получим:

W_оу=W₁(s)*W₂(s)*W₃(s),

где W_оy(s) - передаточная функция объекта регулирования;

W₁(s) , W₂(s), W₃(s) - передаточные функции первого, второго и третьего звена соответственно.

W_оу=(0,4/(10*s+1))*(1/(2,25*s))/(1/(3*s+1))=0,4/(67,5*s³+29,25*s²+2,25*s)/

Построение переходных характеристик звеньев объекта регулирования и регулятора

Апериодическое звено №1.

Передаточная функция:

W₁(s)=0,4/(10*s+1)

Переходная функция:

h(t)=L^-1[w₁(s)*1/s]=L^-1[(0,4/(10*s+1))*1/s]=0,4*(1-e^-0,1t)

По уравнению вычисляем для различных t значения h(t). По данных таблицы 1 строим кривую разгона.

Таблица 1. Параметры кривой разгона апериодического звена №1.

t	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2
h(t)	0	0,00792	0,01568	0,02329	0,03075	0,03807	0,04523

Рисунок 1. Кривая разгона апериодического звена №1.

Интегрирующее звено №2.

Передаточная функция:

W₂(s)=1/(2,25*s).

Переходная функция:

h(t)=L^-1[w₂(s)*1/s]=L^-1[(1/(2,25*s))*1/s]=

L^-1[(1/2,25)*(1/s)*(1/s)]=(1/2,25)*t=t/2,25.

По уравнению вычисляем для различных t значения h(t). По данных таблицы 2 строим кривую разгона.

Таблица 2. Параметры кривой разгона интегрирующего звена №2.

Рисунок 2. Кривая разгона интегрирующего звена №2.

Апериодическое звено №3.

Передаточная функция:

W₃(s)=1/(3*s+1)

Переходная функция:

h(t)=L^-1[w₃(s)*1/s]=L^-1[(1/(3*s+1))*1/s]=1-e^-t/3).

По уравнению вычисляем для различных t значения h(t). По данных таблицы 3 строим кривую разгона.

Таблица 3. Параметры кривой разгона апериодического звена №3.

Рисунок 3. Кривая разгона апериодического звена №3.

Регулятор.

Задано, что регулируемый параметр меняется линейно по закону ц(t)=2*t.

В общем виде, формула для расчёта переходного процесса выглядит следующим образом:

µ(t)=L^-1[W(s)*ц(s)]/

В нашем случае:

ц(s)=L[ц(t)]=L[2*t]=2*(1!/s²)=2/s²

µ(t)=L^-1[1*2/s²]=L^-1[2/s²]=2*t

Рисунок 4. Переходный процесс на выходе регулятора.

Построение частотных характеристик объекта регулирования и регулятора.

Апериодическое звено №1.

W₁(s)= 0,4/(10*s+1).

Заменим s=jщ:

W₁(jw)= 0,4/(10*jw+1).

Домножим числитель и знаменатель полученного выражения на комплексно-сопряжённое число (10*jw-1)/(10*jw-1):

W₁(jw)=(0,4- 4*jw)/(100*w²+1).

Разложим полученное комплексное число на составляющие:

Re(w)=0,4/(100*w2+1) - вещественная часть; Im(w)=(-4*w)/(100*w²+1) - мнимая часть.

Амплитуда и угол амплитудно-фазовой частотной характеристики (АФЧХ):

A₁(w)=v(0,4²/(100*w²+1)²)+((-4*w)²/(100*w²+1)²)=(2*v(0,4+4*w²))/(100*w²+1);

ц₁=arctg(Im(w)/Re(w))=arctg(-4w/0,4)=arctg(-10w)= - arctg(10w).

L₁(w)=20*lg((2*v(0,4+4*w²))/(100*w²+1)).

Считаем частотные характеристики. Данные вносим в таблицу 4.

Таблица 4. Частотные характеристики апериодического звена №1.

lg w	0	-2,0	-1,0	-0,7	-0,4	-0,1	0,0	0,3	0,6	0,8	0,9	1,0	1,3	1,6
w	0	0,01	0,1	0,2	0,4	0,8	1	2	4	6	8	10	20	40
A(w)	1,2649	1,2530	0,6633	0,2993	0,1200	0,0529	0,0415	0,0202	0,0100	0,0067	0,0050	0,0040	0,0020	0,0010
A(w), град.	72,5	71,8	38,0	17,2	6,9	3,0	2,4	1,2	0,6	0,4	0,3	0,2	0,1	0,1
ц(w)	0	0	-0,7854	-1,1072	-1,3258	-1,4464	-1,4711	-1,5208	-1,5458	-1,5541	-1,5583	-1,5608	-1,5608	-1,5608
ц(w), град.	0	0	-45	-63	-76	-83	-84	-87	-88,568	-89,043	-89,284	-89,427	-89,427	-89,427
L(w)	2,04	1,96	-3,57	-10,48	-18,42	-25,52	-27,63	-33,89	-39,98	-43,51	-46,02	-47,96	-53,98	-60,00

Рисунок 5. Логарифмическая фазо-частотная характеристика апериодического звена №1

Рисунок 6. Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика апериодического звена №1.

Рисунок 7. Амплитудно-фазочастотная характеристика апериодического звена №1.

Интегрирующее звено №2.

W₂(s)= 1/(2,25*s).

Заменим s=jщ:

W₂(jw)= 1/2,25*jw.

Домножим числитель и знаменатель полученного выражения на комплексно-сопряжённое число (-j)/(-j):

W₂(jw)=(-j)/(2,25*w).

Разложим полученное комплексное число на составляющие:

Re(w)=0 - вещественная часть; Im(w)=(-1)/(2,25*w) - мнимая часть.

Амплитуда и угол амплитудно-фазовой частотной характеристики (АФЧХ):

A₂(w)=v0+(1/(2,25*w²)=1/(1,5*w);

ц₂=arctg(Im(w)/Re(w))=arctg((-1)/(2,25*w*0))= - arctg(?)= - р= - 180^o.

L₂(w)=20*lg(1/(1,5*w));

Считаем частотные характеристики. Данные вносим в таблицу 5.

Таблица 5. Частотные характеристики интегрирующее звена №2.

w	0	0,1	0,3	0,6	1	2	3	4	5	6	7	8	9
lg(w)	0	-1,00	-0,52	-0,22	0,00	0,30	0,48	0,60	0,70	0,78	0,85	0,90	0,95
A(w)	0	6,67	2,22	1,11	0,67	0,33	0,22	0,17	0,13	0,11	0,10	0,08	0,07
L(w)	0	0,08	0,10	0,03	-0,18	-0,95	-1,96	-3,11	-4,38	-5,73	-7,15	-8,63	-10,17

Рисунок 8. Логарифмическая фазо-частотная характеристика интегрирующего звена №2.

Рисунок 9. Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика интегрирующего звена №2.

Рисунок 10. Амплитудная фазо-частотная характеристика интегрирующего звена №2.

Апериодическое звено №3.

W₃(s)= 1/(3*s+1).

Заменим s=jщ:

W₃(jw)= 1/(3*jw+1).

Домножим числитель и знаменатель полученного выражения на комплексно-сопряжённое число (3*jw-1)/(3*jw-1):

W₃(jw)=(1- 3*jw)/(9*w²+1).

Разложим полученное комплексное число на составляющие:

Re(w)=1/(9*w²+1) - вещественная часть; Im(w)=(- 3*w)/(9*w²+1) - мнимая часть.

Амплитуда и угол амплитудно-фазовой частотной характеристики (АФЧХ):

A₃(w)=v(1/(9*w²+1)²)+((-3*w)²/(9*w²+1)²)=(1/v(9*w²+1));

ц₃=arctg(Im(w)/Re(w))=arctg(-3w)= - arctg(3w).

L₃(w)=20*lg(1/v(9*w²+1)).

Считаем частотные характеристики. Данные вносим в таблицу 5.

Таблица 5. Частотные характеристики апериодического звена №3.

w	0	0,01	0,1	0,2	0,4	0,8	1	2	4	8	10
lg w	0	-2,00	-1,00	-0,70	-0,40	-0,10	0,00	0,30	0,60	0,90	1,00
A(w)	1,0000	0,9996	0,96	0,86	0,64	0,38	0,32	0,16	0,08	0,04	0,03
ц(w)	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	-0,79	-1,11	-1,25	-1,41	-1,49	-1,53	-1,54
ц(w), град.	0	0	0	0	-45	-63	-72	-81	-85	-88	-88
L w	0,0000	-0,0039	-0,37	-1,34	-3,87	-8,30	-10,00	-15,68	-21,61	-27,61	-29,55

Рисунок 11. Логарифмическая фазочастотная характеристика апериодического звена №3.

Рисунок 12. Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика апериодического звена №3.

Рисунок 13. Амплитудная фазо-частотная характеристика апериодического звена №3.

Объект регулирования.

A_op(w)=A₁(w)*A₂(w)*A₃(w);

A_op(w)=((2*v(0,4+4*w²))/(100*w²+1))*((1/(1,5*w))*(1/v(9*w²+1)))=

=(2*v(0,4+4w²))/((150w³+1,5w)*v(9w²+1))

ц_op(w)=ц₁(w)+ц₂(w)+ц₃(w)

ц_op(w)=((-arctg(10w))+(-arctg(?))+(-arctg(3w)))= ((-arctg(10w))+(-arctg(3w))-р)

Lop(w)=L1(w)+L2(w)+L3(w)

Lop(w)=20*lg((2*v(0,4+4w²))/((150w³+1,5w)*v(9w²+1))).

Считаем частотные характеристики. Данные вносим в таблицу 6.

Таблица 6. Частотные характеристики объекта регулирования.

w	0	0,1	0,2	0,4	0,8	1	2	4	6	8	10
lg w	0	-1,0	-0,7	-0,4	-0,1	0,0	0,3	0,6	0,8	0,9	1,0
A(w)	0	4,2356672	0,855585264	0,12801226	0,01696711	0,00875677	0,001107	0,000139	4,11345E-05	1,73569E-05	8,88751E-06
A(w), град.	0	243	49	7	1	1	0	0	0	0	0
ц(w)	-3,14	-3,14	-3,93	-4,25	-5,25	-5,70	-5,86	-6,07	-6,18	-6,22	-6,24
ц(w), град.	-180	-180	-225	-243	-301	-326	-336	-348	-354	-357	-357
L(w)	0	12,54	-1,35	-17,85	-35,41	-41,15	-59,12	-77,16	-87,72	-95,21	-101,02

Рисунок 14. Логарифмическая фазочастотная характеристика объекта регулирования.

Рисунок 15. Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика объекта регулирования.

Рисунок 16. Амплитудная фазочастотная характеристика объекта регулирования.

Регулятор.

Wp(jw)=Kp=4=Ap(w);

цp(w)=0;

Re(w)=4; Im(w)=0;

Lp(w)=20*lg4=12,04.

Рисунок 17. Логарифмическая фазо-частотная характеристика регулятора.

Рисунок 18. Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика регулятора.

Рисунок 19. Амплитудная фазо-частотная характеристика регулятора.

Структурная схема АСР,

передаточная функция разомкнутой и замкнутой АСР.

Передаточная функция замкнутой АСР.

W_зам(s)=W_оу(s)/(1+W_оу(s)*W_p(s))=W_оу(s)/(1+W_раз(s));

где Wзам -- передаточная функция замкнутой АСР;

Wоу -- передаточная функция объекта управления;

Wр -- передаточная функция регулятора;

Wраз -- передаточная функция разомкнутой АСР.

W_оу(s)=W₁(s)*W₂(s)*W₃(s)=(0,4/(10s+1))*(1/2,25s)*(1/(3s+1))=

=0,4/(67,5s³+29,25s²+2,25s);

W_зам(s)=0,4/(67,5s³+29,25s²+2,25s+1,6).

Передаточная функция и АФЧХ разомкнутой АСР:

W_раз(s)=W_оу(s)*W_p(s)=1,6/(67,5s³+29,25s²+2,25s);

А_АСР(w)=A_оу(w)*А_р(w)=4*A_oу(w);ц_АСР(w)=ц_оу(w)*ц_р(w)=0;

L_АСР(w)=L_оу(w)*L_p(w)=240,8*lg(А_оу(w)).

Исходя из этого рассчитаем данные для построения АФЧХ разомкнутой АСР, занесем в таблицу 6.

Таблица 6.

W	0	0,1	0,2	0,4	0,8	1	2	4	6	8	10
Lg(w)	0	-1,00	-0,70	-0,40	-0,10	0,00	0,30	0,60	0,78	0,90	1,00
AАСУ(w)	0	16,9427	3,4223	0,5120	0,0679	0,0350	0,0044	0,0006	0,0002	0,0001	0,0000
AАСУ(w), град.	0	971	196	29	4	2	0	0	0	0	0
цАСУ(w)	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
цАСУ(w), град.	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
LАСУ(w)	0	150,96	-16,31	-214,97	-426,31	-495,48	-711,78	-928,95	-1056,10	-1146,34	-1216,33

Рисунок 20. Амплитудная фазо-частотная характеристика разомкнутой АСР.

Проверка устойчивости системы.

Исходя из рассчитанных ранее данных, характеристическое уравнение АСР будет выглядеть следующим образом:

67,5s³+29,25s²+2,25s+1,6=0

Отсюда, значения корней характеристического уравнения:

a₀=1,6; a₁=2,25; a₂=29,25; a₃=67,5.

Критерий Гурвица.

ДГ =	29,25	1,6	0
	67,5	2,25	0
	0	29,25	1,6

Д1= 29,25;

Д2= 29,25*2,25 - 67,5*1,6 = - 42,19;

Д3= (29,25*2,25*1,6+0+0) - (0+0+67,5*1,6*1,6) = - 67,5.

Так как, есть определители меньше нуля - система неустойчива.

Критерий Михайлова.

Запишем характеристический многочлен:

D_АСУ(s)=67,5s³+29,25s²+2,25s+1,6

Отсюда, характеристический вектор:

D_АСУ(jw)=Re(w)+Im(w);

D_АСУ(jw)=67,5jw³+29.25w²+2.2jw+1.6.

Разложим комплексное число на составляющие:

Re D(jw)=N(w)=29.25w2+1.6;

Im D(jw)=M(w)=67.5w3+2.25w.

Рассчитаем данные для построения графика в координатах M(w)-N(w) (годограф Михайлова), результаты сведем в таблицу 7.

Таблица 7. Расчетные данные для построения годографа Михайлова.

w	0	0,01	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1	2	4	8
N(w)	1,6	1,602925	1,673125	1,8925	2,77	4,2325	6,28	8,9125	12,13	15,9325	20,32	25,2925	30,85	118,6	469,6	1873,6
M(w)	0	0,0225675	0,1209375	0,2925	0,99	2,4975	5,22	9,5625	15,93	24,7275	36,36	51,2325	69,75	544,5	4329	34578

Рисунок 21. Годограф Михайлова.

Так как, построенных годограф Михайлова данной АСУ не проходит против часовой стрелки три квадранта - система неустойчива.

Критерий Найквиста.

W_?(s)=1,6/(67,5s³+29,25s²+2,25s);

W_?(jw)=1,6/(67,5jw³+29,25w²+2,25jw);

Домножим числитель и знаменатель полученного выражения на комплексно-сопряжённое число (67,5jw³+29,25w²+2,25jw )/( 67,5jw³+29,25w²+2,25jw):

W_?(jw)=(108jw³+46.8w²+3.6jw)/(4556.25w⁶+855.56w⁴+5.06w²);

Re(jw)=N(w)=46.8w²/(4556.25w⁶+855.56w⁴+5.06w²);

Im(jw)=M(w)=(108w³+3.6w)/(4556.25w⁶+855.56w⁴+5.06w²).

Рассчитаем данные для построения графика в координатах M(w)-N(w), результаты сведем в таблицу 8.

Таблица 8. Расчетные данные для построения годографа Найквиста.

w	0	0,01	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1	2
N(w)	0	9,0951465	6,475378665	3,32593644	1,00488701	0,39338963	0,180982	0,09291	0,051795603	0,030825165	0,01934797	0,012691803	0,008639676	0,000613
M(w)	0	70,172553	10,7092801	3,32593644	0,85028901	0,3732158	0,201864	0,121497	0,078357451	0,053181879	0,037579711	0,027444669	0,020602304	0,002854

Рисунок 22. Годограф Найквиста.

Замкнутая система устойчива, т.к. АФХ разомкнутой системы не охватывает точку (-1;0).

Определение устойчивости по логарифмическим характеристикам.

W_?(s)=1,6/(67,5s³+29,25s²+2,25s);

W_?(jw)=1,6/(67,5jw³+29,25w²+2,25jw);

Домножим числитель и знаменатель полученного выражения на комплексно-сопряжённое число

(67,5jw³+29,25w²+2,25jw )/( 67,5jw³+29,25w²+2,25jw):

W_?(jw)=(108jw³+46.8w²+3.6jw)/(4556.25w⁶+855.56w⁴+5.06w²);

Re(jw)=46.8w²/(4556.25w⁶+855.56w⁴+5.06w²);

Im(jw)=(108w³+3.6w)/(4556.25w⁶+855.56w⁴+5.06w²).

A_раз(w)=v(((46.8w²)²+(108w³+3.6w)²)/(4556.25w⁶+855.56w⁴+5.06w²)²)=

=(v(46.8w⁴+108w⁶+3.6w²))/(4556.25w⁶+855.56w⁴+5.06w²);

ц_раз(w)=arctg((108w³+3.6w)/46.8w²)=arctg((108w²+3.6)/46.8w);

L_раз(w)=20*lg(A_раз(w)).

Рассчитаем данные для построения логарифмических характеристик разомкнутой АСР, сведем их в таблицу 9.

Таблица 9. Результаты расчетов.

W	0	0,01	0,05	0,1	0,4	0,7	1	3	6	10	15	25
lgw	0	-2	-1,3	-1	-0,4	-0,2	0	0,5	0,8	1	1,2	1,4
A(w)	0	36,8975	5,3356	1,4352	0,0359	0,0068	0,0023	8,47E-05	1,05E-05	2,28E-06	6,75E-07	1,45E-07
ц(w)	0	0,0007	0,0041	0,0099	0,1766	0,7018	1,1737	1,5548	1,5687	1,5703	1,5706	1,5707
L(w)	0	31,33	14,54	3,13	-28,87	-43,33	-52,67	-81,43	-99,52	-112,83	-123,40	-136,71

Рисунок 23. Логарифмическая фазочастотная характеристика АСР.

Рисунок 24. Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика АСР.

ЛАЧХ разомкнутой АСР пересекает ось абсцисс раньше, чем ЛФЧХ пересекает ось фазового сдвига (-р), следовательно, система устойчива.

Автоматизация процесса сушки

Необходимость автоматизации.

В химической промышленности комплексной механизации и автоматизации уделяется большое внимание. Это объясняется сложностью и высокой скоростью протекания технологических процессов, а также чувствительностью их к нарушению режима.

По мере осуществления механизации производства сокращается тяжелый физический труд, уменьшается численность рабочих, непосредственно занятых в производстве, увеличивается производительность труда и т.д. В механизированном технологическом процессе человек продолжает принимать непосредственное участие, но его физическая работа сводится лишь к нажатию кнопок, повороту рычагов и т.д. Здесь на человека возложены функции управления механизмами и машинами.

Ограничение возможности человеческого организма являются препятствием для дальнейшей интенсификации производства.

Наступает новый этап машинного производства - автоматизация, когда человек освобождается от непосредственного участия в производстве, а функции управления технологическими процессами, механизмами, машинами передаются автоматическим устройствам.

Автоматизация приводит к улучшению основных показателей эффективности производства: увеличению качества, увеличению количества и снижению себестоимости выпускаемой продукции, повышению производительности труда. Проведение некоторых современных технологических процессов возможно только при условии полной автоматизации.

Внедрение специальных автоматических устройств, способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнение атмосферного воздуха и водоемов промышленными отходами. Задачи, которые решаются при автоматизации современных химических производств, весьма сложны. От специалистов требуется знание не только устройства различных приборов, но и общих принципов составления схем автоматического управления.

Описание принципиальной технологической схемы барабанной сушилки.

Рис. 1.1. Принципиальная схема барабанной сушилки: 1 - бункер; 2 - питатель; 3 - сушильный барабан; 4 - топка; 5 - смесительная камера; 6, 7, 11 - вентиляторы; 8 - промежуточный бункер; 9 - транспортер; 10 - циклон; 12 - зубчатая передача

Влажный материал из бункера 1 с помощью питателя 2 подается во вращающийся сушильный барабан 3 с различными насадками, на которых происходит удаление влаги из высушиваемого материала. Наклон барабана обеспечивает самотек высушиваемого материала промежуточному бункеру 8. Для устранения неравномерности сушки применяется направленное движение материала по сушильному барабану 3 через приемно-винтовую, лопастную, секторную насадки.

Для интенсификации процесса сушки подача влажного материала производится в верхнюю часть с одной стороны сушилки, а удаление сухого материала осуществляется из нижней части с противоположной стороны установки, подача теплоносителя осуществляется наоборот. Вращение сушильного барабана 3 обеспечивает равномерное распределение частиц высушиваемого материала в объеме сушилки: более мелкие частицы находятся в верхней части сушилки, поэтому меньше подвергаются перегреву. Параллельно материалу в сушилку подается сушильный агент, образующийся от сгорания топлива в топке 4 и смешения топочных газов с воздухом в смесительной камере 5.

Воздух в топку и смесительную камеру подается вентиляторами 6 и 7. Высушенный материал с противоположного конца сушильного барабана поступает в промежуточной бункер 8, а из него на транспортирующее устройство 9.

Отработанный сушильный агент перед выбросом в атмосферу очищается от пыли в цикло-не 10. При необходимости производится дополнительное мокрое пылеулавливание.

Транспортировка сушильного агента через сушильную установку осуществляется с помощью вентилятора 11. При этом установка находится под небольшим разрежением, что исключает утечку сушильного агента через неплотности установки. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу 12.

Выбор контролируемых и регулируемых параметров

Задача управления данным процессом заключается в получении материала заданного качества (остаточной влажности) при заданной производительности установки. Главным возмущением для него является изменение расхода влажности материала на входе сушилки, а также изменение начальной температуры расхода теплоносителя. Из перечисленных возмущений расход материала и начальная температура теплоносителя могут быть относительно просто стабилизированы.

Следовательно, основным возмущением будет изменение влажности материала на входе, а в качестве регулирующего воздействия целесообразно использовать изменение расхода теплоносителя и его температуру.

Нормальная работа барабанных сушилок возможна при контроле температуры в сушилке, прихода и расхода топочных газов и воздуха, давления газов, важным параметром является угол наклона барабанной сушилки к горизонту.

Поддержание постоянства температуры воздуха на входе в сушилку обеспечивается с помощью АСР, изменяющей подачу топливного газа в топку. Регулируется и подача атмосферного воздуха, необходимого для полного сгорания топливного газа. Температура на входе в барабанную сушилку регулируется количеством подаваемого топлива в заданном соотношении с первичным воздухом и количеством вторичного воздуха, нагнетаемого вентиляторами.

В недавнее время контроль и управление этой технологической операции поддержание температура на выходе барабанной сушилки осуществлялся частично. Контроль температуры велся с помощью устаревших приборов КИПиА. В технологической схеме автоматизации барабанной сушилки использованы модифицированные приборы КИПиА с использованием современного микроконтроллера.

Заданное давление газов в сушилке регулируется с помощью клапана, установленного на линии отработанного сушильного агента.

Можно сделать вывод, что при управлении процессом сушки следует контролировать расход топлива, атмосферного воздуха, влажного и сухого материала, температуры сушильного агента на входе и выходе из нее, температуру, давление барабанной сушилки.

Заключение

В курсовой работе был проведён расчёт звеньев объекта регулирования, регулятора, построены переходные характеристики ОУ, АСР, частотные характеристики ОУ, регулятора.

Также приведена функциональная схема сушильной установки. Она была автоматизирована, и приведена развёрнутая спецификация на приборы и средства автоматизации.

Автоматизация управления технологическими процессами в нашей стране получила широкое развитие. Это связано с тем, что автоматизация технологических объектов управления может привести к увеличению их технико-экономических показателей на 3-5% при значительном снижении трудоёмкости получения продукта.

С другой стороны, для её реализации требуются дополнительные капитальные вложения.

Автоматизация приводит к улучшению основных показателей эффективности производства: увеличению количества, улучшению качества, снижению себестоимости выпускаемой продукции, увеличению производительности труда. Внедрение автоматизированных устройств обеспечивает высокое качество продукции, уменьшение численности основных рабочих, сокращение брака и отходов, уменьшение капитальных затрат сырья и энергии, удаление сроков межремонтного пробега оборудования.

переходная характеристика регулятор сушка

Библиографический список

1. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Изд. 2-е. В 2-х кн.: Часть 1. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты. М.: Химия, 1995. - 400 с.: ил.

2. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Изд. 2-е. В 2-х кн.: Часть 2. Массообменные процессы и аппараты. М.: Химия, 1995. - 368 с.: ил.

3. Зайцев И.Д., Асеев Г.Г. Физико-химические свойства бинарных и многокомпонентных растворов неорганических веществ. Справ.изд. - М.: Химия, 1988. - 416 с.

4. Краткий справочник физико-химических величин. Изд. 8-е, перераб. / Под ред. А.А. Равделя и А.М.Пономаревой. - Л.: Химия, 1983. - 232 с.

5. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г.С.Борисов, В.П.Брыков, Ю.И.Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991. - 496 с.

6. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов / Под ред. чл.-корр. АН России П.Г. Романкова. - 12-е изд., стереотипное. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. - 576 с.

7. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологических и природоохранного оборудования: Справочник. Т.1-3.-Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2002.

Приложения

Приложение 1

Рис. 1 Термопара ТХА 0179, ТХК 0179

Предназначен для измерения температуры газообразных и жидких химически неагрессивных, а также агрессивных сред, не разрушающих защитную арматуру. Преобразователи термоэлектрические кабельные в защитной арматуре повышенной надежности.

Принцип действия основан на термоэлектрическом эффекте. Когда концы проводника находятся при разных температурах, между ними возникает разность потенциалов, пропорциональная разности температур. Коэффициент пропорциональности называют коэффициентом термоэдс. У разных металлов коэффициент термоэдс разный и, соответственно, разность потенциалов, возникающая между концами разных проводников, будет различная. Помещая спай из металлов с отличными коэффициентами термоэдс в среду с температурой Т1, мы получим напряжение между противоположными контактами, находящимися при другой температуре Т2, которое будет пропорционально разности температур Т1 и Т2.

НП-ТЛ1-М

Предназначены для преобразования сигнала от преобразователя термоэлектрического в унифицированный сигнал постоянного тока. Работают в комплекте с преобразователями термоэлектрическими ТХА, ТХК, ТПП, ТПР.

Рис. 2 ПВ10.1Э

Приборы контроля пневматические с электрическим приводом диаграммы ПВ4.4Э (ПВ 4.4Э), ПВ10.1Э (ПВ 10.1Э), ПВ10.2Э (ПВ 10.2Э) входят в систему приборов и регуляторов СТАРТ. Приборы контроля работают совместно с пневматическими датчиками и другими устройствами, выдающими унифицированные аналоговые сигналы в пределах от 20 до 100 кПа (от 0,2 до 1,0 кгс/см). Предел допускаемой основной погрешности по всем шкалам и диаграмме не превышает + 1,0% от номинального диапазона входного сигнала. Нижний предел измерения приборов с расходной шкалой составляет 30% верхнего предела измерения. Вариация показаний не превышает абсолютного значения предела допускаемой основной погрешности. Изменение показаний прибора, вызываемое отклонением давления питания в пределах + 14 кПа (+ 0,14 кгс/см ) от номинального, не превышает 0,5 абсолютного значения предела допускаемой основной погрешности. Изменение показаний приборов ПВ4.4Э (ПВ 4.4Э), ПВ10.1Э (ПВ 10.1Э), ПВ10.2Э (ПВ 10.2Э) в долях предела допускаемой основной погрешности, вызванное отклонением температуры окружающей среды от (20+2) С до любой температуры в диапазоне 5 - 50 С, не превышает 0,5 на каждые 10 С.

Рис 3. ЭПП

Магнитное поле, возникающее при прохождении тока через катушку взаимодействуя с полем постоянного магнита, развивает усилие, прямо пропорциональное величине входного сигнала.

Под действием этого усилия в позиционере одностороннего действия рычаг , перемещаясь относительно опоры , изменяет зазор между соплом и заслонкой , что приводит к изменению давления в управляющей камере А пневматического усилителя. На выходе пневматического усилителя формируется усиленный по мощности пневматический сигнал, который по линии поступает в полость исполнительного механизма. Выходной элемент исполнительного механизма, совершая ход, перемещает посредством кулачка коромысло, что приводит к изменению усилия пружины обратной связи до тех пор, пока не будет достигнуто равновесия на рычаге в системе «сопло-заслонка».

В позиционере двустороннего действия рычаг закрывает сопло и открывает сопло , в результате чего давление в управляющей камере А пневматического усилителя увеличивается, а в пневматической камере усилителя - уменьшается.

Настройка начала хода осуществляется вращением винта , диапазона - перемещением ползуна по пазу коромысла.

Рис. 4 ПР3.31-М1

Пропорционально-интегральное регулирующее пневматическое устройство ПР3.31-М1 (аналог ФР0091) предназначен для получения непрерывного пропорционально-интегрального регулирующего воздействия давления сжатого воздуха на исполнительный механизм или какое-либо другое устройство системы регулирования с целью поддержания измеряемого параметра (расхода, давления, температуры и других) на заданном уровне. Регулятор ПР 3.31-М1 используется для работы с датчиками, приборами контроля, задатчиками или другими устройствами со стандартными пневматическими сигналами на входе и выходе.

25ч35эм1 НО

Клапаны устанавливаются на горизонтальном трубопроводе вертикально, МИМ вверх. Рабочая среда подается под мембрану с любой стороны. Управление клапанами дистанционное при помощи сжатого воздуха.

Рис 5. МПЗ-У

Технические манометры, вакуметры, мановакууметры МПЗ-У, ВПЗ-У, МВПЗ-У предназначены для измерения давления неагрессивных, некристаллизующихся сред (жидкости, газа, пара, в том числе кислорода, ацетилена, хладонов 12,13,22,142,502). Приборы, предназначенные для измерения хладонов, имеют дополнительную шкалу, а в штуцер может быть ввернут демпфер для гашения пульсирующего давления.

Рис. 6 Диафрагма камерная ДК-0,6

Камерная диафрагма ДК-0,6 применяется для измерения расхода жидкости, пара или газа по методу переменного перепада давления в комплекте с преобразователями разности давления или дифманометрами в системах контроля, регулирования и управления технологическими процессами.

Диафрагма камерная состоит из диска и корпусов кольцевых камер. Для уплотнения между плоскостью соприкосновения камер и диска вставлена прокладка.

Рис. 7 13ДД11

Преобразователь измерительный разности давления пневматический 13 ДД11 предназначен для работы в системах автоматического контроля и управления производственными процессами с целью выдачи информации в виде унифицированного пневматического сигнала о перепаде давления, расходе жидкости и газа, а также уровне жидкости. Преобразователи эксплуатируются совместно с вторичными регистраторами и регуляторами, работающими от стандартного сигнала 20-100 кПа.

Принцип действия преобразователя основан на пневматической силовой компенсации. Преобразователи широко применяются в химической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленностях и ряде других областей.

Рис. 8 ПР3.33-М1

За входной сигнал регулятора принимается разность между значениями регулируемой величины X и задающей величины W, которые формируются после прохождения сигналов через регулируемые пневмосопротивления. Граничные значения выходного аналогового сигнала У регулятора находятся в пределах:

нижнее - от 0 до 5 кПа (от 0 до 0,05 кгс/см2) верхнее - от 100 кПа (1,0 кгс/см2) до величины давления питания. Предельные значения рабочего диапазона изменения выходного сигнала, регулируемой и задающей величин составляют: нижнее - 20 кПа (0,2 кгс/см2), верхнее - 100 кПа (1,0 кгс/см2).

Предельные значения диапазона настройки зоны пропорциональности (б): нижнее - 2%; верхнее - 3000%. Граничные значения диапазона настройки времени интегрирования (Ти): нижнее - 0,05 мин; верхнее - не менее 100 мин на отметке шкалы со (при закрытом сопротивлении).

Диапазон настройки соотношения находится в пределах от 1:1 до 5:1 или от 1:1 до 10:1.

Рис. 9 4286ДН

Для автоматического воспроизведения заданных значений массы дозы сыпучих материалов в единицу времени (производительности) в технологических линиях цементной, металлургической, горнодобывающей, химической, комбикормовой и других отраслях промышленности. Наибольший предел производительности 4,0 т/ч. Погрешность ±0,1%.

Объемные дозаторы непрерывного действия могут быть тарельчатые, лотковые, ленточные, вибрационные и др.

Работа такого весового дозатора основана на принципе обеспечения постоянства веса на одинаковых по длине участках непрерывного потока отдозированного материала. Весовой дозатор имеет устройство, которое даёт возможность регулировать интенсивность потока материала при изменении его параметров. Однако в конструктивном отношении весовые дозаторы являются более сложными, чем объемные.

По принципу действия весовые дозаторы непрерывного действия подразделяют на:

одноступенчатые, сочетающие в одном агрегате устройства для взвешивания и регулирования подачи транспортируемого материала

двухступенчатые, в которых эти устройства разделены и являются самостоятельными элементами.

Одноступенчатые дозаторы выполняются с регулированием дозы путем изменения скорости ленты весового транспортера или за счет изменения погонной нагрузки весового транспортера при неизменной его скорости. Двухступенчатые дозаторы выполняются с ленточными или с электромагнитными вибрационными питателями и с тензометрическим весовым устройством.

Наиболее прогрессивными являются дозаторы с электромагнитными вибрационными питателями и дозаторы с тензометрическими весами и с электромагнитным вибропитателем. Первые обладают незначительной инерцией весового устройства и практически могут почти мгновенно изменять производительность, у вторых инерция весового устройства, неизбежная при механических весах, совсем исключена.

В комплект весовых дозаторов непрерывного действия входят дозаторы для заполнителей по числу применяемых фракций, дозаторы цемента и дозирующее устройство для воды.

Точность работы автоматических весовых дозаторов непрерывного действия находится в большой зависимости от постоянства напряжения питающей его электрической сети. Поэтому для нормальной эксплуатации дозаторов этого типа желательно иметь стабилизирующие устройства.

Размещено на Allbest.ru