Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ФГОУ СПО «КАМЕНСКИЙ ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

Курсовой проект

ТЕМА: «Синтез системы автоматического управления уровнем кубового остатка в процессе ректификации»

Руководитель проекта: Никишин Ю.В.

Разработал студент гр. 712: Манченко.А.И

г. Каменск-Шахтинский 2010 г.

Содержание

1. Введение

2. Специальная часть

2.1 Расчёт передаточной функции объекта управления

2.2 Выбор регулятора и расчет его настроек

2.3 Выбор типового переходного процесса

2.4 Построение временной характеристики САУ по управляющему воздействию с помощью программы SamSim

2.5 Построение АФХ разомкнутой САУ

3. Техническая часть

3.1 Посторенние структурной схемы САУ

3.2 Описание приборов

3.3 Работа САУ

4. Заключение

5. Список используемой литературы

1. Введение

В химической промышленности автоматизации и механизации уделяется большое внимание. Это объясняется сложностью и высокой скорость. Протекания технологических процессов, а так же чувствительностью их к нарушению режима, вредностью условий работы, взрыво- и пожароопасность перерабатываемых веществ.

Автоматизация позволяет улучшить основные показатели эффективности производства: увеличение количества, улучшение качества и снижение себестоимости выпускаемой продукции, повышение производительности труда.

В автоматизированном производстве человек переключается на творческую работу - анализ результатов управления, составление заданий и программ для автоматических приборов, наладку сложных автоматических устройств и т.д. При этом от специалистов требуются знания не только устройства различных приборов, но и общих принципов составления системы автоуправления.

Комплексная автоматизация процессов химической технологии предполагает не только автоматическое обеспечение нормального хода этих процессов с использованием различных автоматических устройств, но и автоматическое управление пуском и остановкой аппаратов для ремонтных работ и в критических ситуациях.

Ректификация - массообменный процесс, который осуществляется в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами (насадки, тарелки). В процессе ректификации происходит непрерывный обмен между жидкой и паровой фазой. Жидкая фаза обогащается более высококипящим компонентом, а паровая фаза - более низкокипящим.

Для решения задачи построена одноконтурная система управления процессом управления уровнем кубового остатка в процессе ректификации.

Выбран регулятор и построена математическая модель системы управления. На модели определены оптимальные параметры регулятора.

Выбраны приборы для основного контура регулирования.

2. Специальная часть

2.1 Расчёт передаточной функции объекта управления

Исходные данные: кривая разгона, величина входного воздействия в безразмерной форме (=7200мм/ч).

В данном случае, кривая разгона объекта с самовыравниванием. Это объект с самовыравниванием, апериодического звена первого порядка.

Далее производим определение коэффициентов, и производится в следующей последовательности:

1. Определим по графику значение y₁ ,y₀

y₂=55

где y₁-значение регулируемой величины, соответствующее новому состоянию равновесия 21.

где - значение регулируемой величины, соответствующее начальному состоянию равновесия 21.

2. Для определения рассчитаем y₂ ,y₃; t₁,t₂ по формулам:

T₀ =с.

определения t₁,t₂ по значениям y₂ ,y₃ спроецируем на ось Т.

t₁=0 t₂=9?

В соответствии с полученными значениями рассчитаем t₁,t₂ по формулам:

;

3. Рассчитаем время запаздывания :

4. Для определения коэффициента К₀, рассчитаем

?ц

В соответствии с полученными значениями рассчитаем К₀:

5. Проверяем достоверность найденных коэффициентов на графике опытной кривой, строим расчетную кривую, вычисляя ее точки по уравнению:

где t- текущее время.

Рассчитаем значение y:

=

Остальные расчёты точек по оси y выполняются аналогично и заносятся в таблицу

Таблица 1

t	0	4.5	9	14	19	24	29
y	21	42.7	50.25	53.3	54.3	54.6	54.9

Построим расчётную кривую разгона по результатам расчёта представленных в таблице 1.

Вывод: По результатам построения видно, что расчётная кривая совпадает с опытной, поэтому считаем, что коэффициенты передаточной функции объекта определены верно.

6. Напишем дифференциальное уравнение:

2.2 Выбор регулятора и расчет его настроек

При выборе регулятора в первую очередь выбирается:

· Тип переходного процесса;

· Закон регулирования;

· Производится расчет настроек регулятора.

И на основании выше изложенного выбирается сам регулятор.

2.3 Выбор типового переходного процесса

Он выбирается в соответствии с требованиями технологического регламента к качеству процесса регулирования. В данном курсовом проекте условием к качеству процесса регулирования является регулирование допустимо со статической погрешностью, но с минимальным временем переходного процесса

В связи с этим условием наиболее подходящим переходным процессом является апериодический переходной процесс. Он характеризуется минимальным временем регулирования, но имеет наибольшую динамическую погрешность. Этот переходной процесс используется в качестве оптимального при значительном влиянии регулирующего воздействия на другие технологические параметры объекта при отклонении основной регулируемой величины, для того чтобы свести к минимуму. Выбор закона регулирования зависит от качества работы САУ. П-регулятор применяется, когда допускается большое время регулирования, либо со статической погрешностью.

Выбор производится в соответствие к качеству регулирования к достоинствам и недостаткам законов регулирования



- регулятор аналогового действия.

После выбора переходного процесса и закона регулирования рассчитываются настройки регулятора, используя формулы, подходящие под данный переходной процесс и закон регулирования.

ПИ-регулятор:

Кр.

Время интегрирования Ти

П- регулятор:

Коэффициент Кр

2.4 Построение временной характеристики САУ по возмущающему воздействию

Моделирование происходит в программе SamSim.



Рис. 1 структурные схемы переходных процессов с П и ПИ регуляторами.

ректификация массообменный автоматизация одноконтурный

Рис.2 графики переходных процессов.

1- Переходной процесс в системе с ПИ регулятором

2- Переходной процесс в системе с П регулятором

По полученным результатам строим таблицу для выбора наиболее подходящего регулятора:

Таблица 2

Параметры САУ	Настройки регулятора	Тип переходного процесса	Параметры процесса
	Коэффициент усиления	Время интегрирования	Время деферинцирования		Время регулировани	Динамическая погрешность	Статическая погрешность	Затухание
САУ с П регулятором	0,5	-	-	Апериодический переходной процесс	86	2,47	1,29	21
САУ с ПИ регулятором	0,1	36	-		25	2,99	0	0

Вывод: По результатам сравнения выбран переходной процесс САУ с ПИ - регулятором т.к. у П и ПИ- регуляторов время регулирования разное Т_р1=25(с), Т_р2=86 (с). Выбираем ПИ закон регулирования

Произведем моделирование разомкнутой САУ в программе SamSim:

Рис. 3 АФХ разомкнутой САУ с ПИ регулятором в программе Samsim.

2.5 Построение АФХ разомкнутой САУ в Advanced Grapher v1.61

Построение АФХ разомкнутой САУ выполняем после предварительного аналитического расчета выберем координаты точек графика из программы SamSim (рис.3) и записи их в таблицу 2.

Таблица 3.

w	Re(w)	Im(w)
0,076	0,216	-1,216
0,078	0,216	-1,198
0,079	0,215	-1,180
0,090	0,208	-1,01
0,091	0,208	-0,997
0,092	0,207	-0,983
0,093	0,206	-0,97
0,1	0,202	-0,887
0,109	0,195	-0,786
0,119	0,188	-0,629
0,15	0,166	-0,514
0,2	0,134	-0,332
0,25	0,107	-0,230
0,30	0,086	-0,168
0,349	0,0698	0,129

После выбора точек строим график с табличными значениями Х(Re(w)) и Y(Im(w)) с помощью программы Advanced Grapher v1.61

Затем строим прямую по таблице 3.

Таблица 3.

Re(w)	0	0,207
Im(w)	0	-0,976



После построения графиков в Advanced Grapher v1.61 определяем запас по модулю и по фазе.

Запас по фазе определяется через arctg угла б:

б

3. Техническая часть

3.1 Посторенние структурной схемы САУ

Целью управления технологическим процессом является поддержание постоянного уровня кубового остатка.

3.2 Описание приборов

ИРТ5922

Измерители-регуляторы технологические ИРТ предназначены для измерения и контроля температуры, а также других неэлектрических величин, значения которых преобразуются в электрические сигналы и силы напряжения постоянного 0…5, 0…20, 4…20мА; 0…100мВ тока или активное сопротивление.

ИРТ используются в составе систем управления технологическими процессами в промышленности и на объектах АЭС.

По типу обработки сигнала относятся к микропроцессорному изделию.

КРВД1 (НО НЗ) температура -30+ 200 градусов, давление 32 МПа, является односедельным регулирующим устройством, применяется при регулировании жидких и газообразных сред; допустимый перепад давления 1-3 МПа

Регулирующая арматура с пневмоприводом 25ч37нж.

25ч37нж применяют на трубопроводах для влажного природного газа. Внутренняя расходная характеристика линейная. Управление от электрического исполнительного механизма типа МЭО предназначен для установки на трубопроводах диаметром 160мм., температура окружающей среды от до 90 ⁰С. Масса 70 кг.

Датчик уровня АП3 унифицированный токовый сигнал 0-5,0-20 или 4-20 мА с преобразователем ППЧ3. Акустический преобразователь АП-3 конструктивно выполнен из рупорной конической антенны, цилиндрического корпуса, внутри которого установлен излучатель, и корпуса, в котором установлен электронный блок. Соединение АП с кабелем связи осуществляется с помощью разъема, установленного на боковой стенке корпуса.

Преобразователь электропневматический ЭП-3343

Преобразователь предназначен для преобразования унифицированного непрерывного сигнала постоянного тока в унифицированный пропорциональный пневматический непрерывный сигнал. Входные сопротивления преобразователей при температуре (20+5) ° С, Ом, не более:

для входного сигнала 0-5 мА - 610,

для входных сигналов 0-20, 4-20 мА - 130.

Выходной пневматический аналоговый сигнал преобразователей составляет 20-100 кПа.

Номинальное давление воздуха питания - 140 кПа. Для подготовки воздуха питания преобразователей рекомендуется использовать фильтр-стабилизатор давления воздуха ФСДВ. Расход воздуха питания для преобразователя электропневматического в установившемся режиме не более 2 л/мин.

крепление на стене, на трубе, на щите;

3.3 Работа САУ

Работа системы определяется уровнем продукта на выходе из теплообменника. При ее отклонении от задания регулятор вычисляет рассогласование между заданным и текущим значением и формирует управляющий сигнал в виде постоянного тока. Токовый сигнал, поступая на ЭПП-3343, преобразует давление сжатого воздуха, который через исполнительный механизм оказывает воздействие на регулирующий двухседельный орган изменяющий расход теплоносителя.

4. Заключение

При расчете данного курсового проекта мы получили следующие итоги:

1. Передаточная функция объекта с самовыравниванием имеет вид:

2. Тип регулятора и его настройки:

ПИ - регулятор, Кр=0,38; Ти=2,6(с).

3. Запас устойчивости (рассчитываем по графику разомкнутой САУ)

- устойчивость САУ по фазе.

СЕ=1,095 - запас устойчивости по модулю.

4. Построена временная характеристика h(t) и определены её показатели качества

- время регулирования t_p = 25с;

- динамическая погрешность 2,99;

- статическая погрешность 0;

5. использовали приборы фирмы «элемер» для построения структурной схемы

5. Список используемой литературы

1. В.В. Черенков Справочник «Промышленные приборы и средства автоматизации»

2. Голубятников. Шувалов «Автоматизация производственных процессов»

3. Никишин Ю.В. Методические указания «Автоматическое управление»

Размещено на Allbest.ru