Модернізована система газоповітряного тракту котлоагрегату енергоблоку

- обмеження мінімального значення вихідної керуючої дії BPSC;

Вихідна інформація:

- Величина керуючої дії OUT;

- Розбаланс регулятора DEVA.



Рис. Функції

У модулі аналогово ПІ-регулятора повинне передбачатися виконання наступних функцій:

– автоматичне балансування у відключеному стані і стані спостереження;

– безударне включення регулятора на поточне значення регульованої величини з подальшою підтримкою цього значення (при завданні TRAT = 0) або з поступовим встановленням регульованої величини на задане значення;

– розрахунок і демпфування сигналу розузгодження між поточним значенням регульованої величини і заданим значенням;

– розрахунок величини переміщення регулюючого органу по ПІ-закону регулювання:

W(p)= Kp(1+1/(Tіp)),

де Kp - коефіцієнт підсилення, % / %;

Ті - постійна часу інтегруванняї, с;

р - оператор перетворення Лапласа.

– заборона збільшення і зменшення вихідного керуючого сигналу;

– автоматичний режим регулятора повинен вмикатись при значенні параметра AUTO = 1;

4.4.8 RIM - ПІ регулятор

Вхідна інформація:

- поточне значення регульованої величини XTEK;

- заборона закриття ZPZ;

- заборона відкриття ZPO;

- автоматичний режим RKA;

Настроювальна інформація:

- величина завдання XZAD;

- постійна часу інтегруванняї TI.

- коефіцієнт пропорційностіKR;

- стала часу фільтра TF;

- швидкість автобалансу V;

- зона нечутливості H;

- мінімальна тривалість імпульсу TMIN;

- зона повернення B ;

Вихідна інформація:

- команда більше КВ;

- команда менше КМ;

- помилка регулювання.



Рис. Функції

У модулі ПІ-регулятора повинне передбачатися виконання наступних функцій:

– автоматичне балансування у відключеному і стерегучому стані;

– безударне включення регулятора на поточне значення регульованої величини з подальшою підтримкою цього значення (при завданні V = 0) або з поступовим встановленням регульованої величини на задане значення;

– розрахунок і демпфування сигналу розузгодження між поточним значенням регульованої величини і заданим значенням;

– формування зони нечутливості і зони повернення по величині похибки регулювання;

– зона нечутливості реалізована двох типів: лінійна і стрибкоподібна (існує можливість вибору через настроювальний параметр TPZN);

– розрахунок величини переміщення регулюючого органу по ПІ-закону регулювання:

W(p)= Kp(1+1/(Tіp)),

де Kp - коефіцієнт підсилення, % / %;

Ті - постійна часу інтегруванняї, с;

р - оператор перетворення Лапласа.

– розрахунок тривалості управляючих команд на регулюючий орган з врахуванням обмеження по мінімальній тривалості імпульсу.

За наявності заборон відкриття і закриття відповідні команди управління не повинні формуватися.

Для виключення частих повторних включень приводу РК повинна бути передбачена можливість завдання в регуляторі періодичності розрахунків регулюючої дії. Якщо похибка регулювання не перевищує величини зони нечутливості регулятора, то розрахунок повинен здійснюється в кожен основний цикл роботи управляючого комплексу. При відхиленні похибки за межі зони після видачі першої команди управління (П - складова управляючої дії) подальші розрахунки повинні виконуватися із заданим циклом TR.

Для зменшення впливу люфта в приводі ВМ на якість регулювання при реверсі ВМ до першої команди регулятора повинен додаватися час люфта, котрий можна задавати.

Параметри настройки ПІ-регулятора повинні задаватися з інструментальної системи або розраховуватися у функціональних програмах.

4.5 Опис програмного забезпечення верхнього рівня

Особливого поширення і розвитку в даний час набули системи SCADA (Supervisory Control аnd Data Acquisition - система супервізорного керування і збору даних). Програмне забезпечення для систем SCADA INTACH, включає базові пакети для створення додатків супервізорного (диспетчерського) контролю і управління, а також додаткові елементи (опції). Є чотири різних базових варіанти продукту в залежності від розміру доступної бази даних реального часу і максимального числа вхідних/вихідних параметрів процесу (тегів). У широкому значенні функціональність всіх цих варіантів однакова для всіх варіантів базової операційної системи. У цей час INTACH розрахований на роботу під операційними системами Windows NT, Windows 95 і 98. Повний набір опцій INTACH можливий під Windows NT. Обмежене число опцій можливе під Windows 95 і 98. Для всіх систем SCADA характерні наступні функції:

створення мнемосхем з допомогою графічного редактора та їх анімація;

- збір даних з контролерів;

- архівація даних у вигляді графіків (тренди);

Комп'ютер з встановленою системою SCADA обмінюється інформацією з віддаленими термінальними засобами. Віддалений термінальний засіб є мікропроцесорним приладом (контролером), який використовується для збору, контролю і керування аналогових і дискретних сигналів і виконання дистанційних команд, отриманих від SCADA. Потік даних між супервізором і контролером здійснюється через промислові мережі з різноманітними протоколами.

Програма, виконана в середовищі SCADA, INTACH, може виконувати наступні функції:

- збір даних і керування технічними засобами автоматизації;

- візуалізація процесу, керування та нагляд;

- керування даними в реальному часі (база даних реального часу);

- збір і обробка аварійно-попереджувальної сигналізації;

- передача даних по локальній мережі підприємства;

Даний програмний пакет концерну WONDERWARE, простий і потужний засіб розробки програм візуалізації і керування в режимі реального часу, порівняно з гаммою існуючих продуктів має наступні характерні риси:

- орієнтація на 32-х розрядні операційні системи PC (Windows 95-98, NT), сумісність з протоколами Microsoft (DDE i OLE обмін);

- графічний моніторинг (мнемосхеми) і контроль;

- модульна, багатозадачна структура програми;

- впровадження WEB- функцій і доступу з всесвітньої мережі Internet;

- база даних змінних (тегів) реального часу;

- вбудовані мови програмування високого рівня: для анімації графічних об'єктів - Visual Basic, для математичної обробки - Math&Logic (C++);

- підтримання найпоширеніших протоколів різноманітних фірм виробників контролерів (Siemens, Telemacanique, Modicon та ін.);

Основним елементом, ядром програми INTACH, є база даних реального часу. База даних містить змінні, якими оперує програма - теги. Теги мають унікальні назви (символьні), які не повторюються. Під час виконання програми виконується ряд задач (Tasк), які оперують з тегами: зчитують і записують в базу даних (зчитування і запис можуть проводитися періодично в часі або при їх зміні).

Таким чином, можна стверджувати, що робота програми - це сукупність роботи ряду задач, кожна з яких виконує певну функцію :

Edi - зчитування і запис тегів в пам'ять контролера;

Scaling&DeadBanding - масштабування і перевід тегів в інженерні одиниці;

Recipe - створення бінарних файлів з записаними значеннями тегів;

Report Generator - формування рапортів довільної форми у файл (ASCII);

Data Logger - формування і робота трендів;

Math&Logic - математичні дії і обробка тегів, логіка;

Run-time monitor & Graphics - представлення графічних анімованих мнемосхем (з допомогою Visual Basic);

Alarming - відображення та архівування аварійних повідомлень;

File Manager - операції і доступ з INTACH до файлів;

Relational Database Historians - доступ до записів в базі даних реального часу, напряму з реляційних баз даних (Oracle, DbaseIV, Access), і інші.

На (Рис 4.2) зображено приклад відеокадра в середовищі INTACH.

Рис. 4.2 Відеокадер регуляторів.

5. Розрахунок та моделювання системи автоматичного регулювання співвідношення паливо-повітря з корекцією по кисню в димових газах

Для оптимального ведення технологічного процесу проведемо розрахунок та моделювання системи автоматичного регулювання співвідношення паливо-повітря з корекцією повмісту кисню в димових газах. Відповідно до технології задаємо наступні вимоги до перехідних процесів в САР:

Максимальне динамічне відхилення:

Статична похибка:

Час регулювання:

5.1 Знаходження динамічної моделі об'єкта

5.1 Знаходження динамічної моделі об'єкта регулювання

5.1.1 Вибір структури моделі та розрахунок її параметрів

Будую експериментальну криву розгону, отриману при стрибкоподібній зміні регулюючої дії .

t=[0 20 40 60 80 100 120 140 160 200 440 480 560];

Q_x=[3.9 3.92 4 4.1 4.25 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.9 4.9];

plot(t,Q_x,'b');grid;



Рис.5.1 Крива розгону, отримана при стрибкоподібній зміні регулюючої дії у = 20% ходу РО

Задача знаходження математичної моделі об'єкта за його експериментальною кривою розгону розв'язується в три етапи:

а) виходячи з характеру експериментальної кривої розгону і беручи до уваги відомі залежності між функціями передачі і перехідними функціями, вибирають передбачувану структуру моделі об'єкта і відповідну до неї функцію передачі в загальному вигляді;

б) знаходять числові значення параметрів моделі об'єкта за обраною методикою і отримують конкретну функцію передачі моделі;

в) знаходять розрахункові значення перехідної функції обраної моделі і перевіряють точність апроксимації, порівнюючи теоретичну криву з експериментальною.

а) Оберемо функцію передачі у вигляді:



де, T - стала часу, n - кількість аперіодичних ланок.

б) Алгоритм знаходження параметрів математичної моделі:

1. Для зручності розрахунків експериментальну криву розгону об'єкта регулювання нормую діленням її значень на максимальну зміну вихідної величини .

В результаті отримую нормовану перехідну функцію (рис5.2).

Рис.5.2 Нормована експериментальна перехідна функція ОР.

Tаблиця 5.1. Експериментально розраховані значення t₀₅/T, t₀₉/T і t₀₅/t₀₉

n	2	3	4	5	6	7	8	9	10
t05/T	1.68	2.67	3.67	4.67	5.67	6.67	7.67	8.69	9.69
t09/T	3.89	5.32	6.68	7.99	9.27	10.53	11.77	12.99	14.21
t05/t09	0.43	0.5	0.55	0.58	0.61	0.63	0.65	0.67	0.68

З нормованої експериментальної перехідної функції знаходжу значення часу і . Розраховую відношення і перевіряю виконання умови 0.430.68 .

=100/200=0.5 . Ця умова виконується і найближче

відповідне відношенню значення n =3 .

3. Для отриманого значення n =3 з табл.1 визначаю відношення

і з яких знаходжу сталу часу T.

=2,67 =5,32

T1=100/2,67=37,453;

T2=200/5,32=37,594;

T=(T1+T2)/2=37,5235 c

Отже функція передачі ОР буде наступна:

в) Для отриманих значень n, T знаходжу перехідну функцію:

Коефіцієнт передачі k = ,

де - стрибкоподібна зміна вхідної величини.

Експериментальну і розраховану криві розгону будую за допомогою програмного середовища Matlab.

t=[0 20 40 60 80 100 120 140 160 200 440 480 560];

Q_x=[3.9 3.92 4 4.1 4.25 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.9 4.9];

T_n=3.9; dT=4.9-3.9;

T=37.522;

t1=[0:0.01:560];

h=(1-exp(-t1./T).*(1+t1./T+0.5.*(t1./T).^2))*dT+T_n;

figure(3); plot(t1,h,'b',t,Q_x,'r*');grid

xlabel('t , c'); ylabel('T');

Рис.5.3 Порівняння кривих розгону:

„*» - експериментальна крива розгону;

„-» - знайдена аналітично.

5.1.2 Перевірка адекватності динамічної моделі

Перевірку адекватності моделі здійснюю також за допомогою програмного середовища Matlab.

t=[0 20 40 60 80 100 120 140 160 200 440 480 560];

Q_x=[3.9 3.92 4 4.1 4.25 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.9 4.9];

T_n=3.9; dT=4.9-3.9;

T=37.522;

for i=1:length(t)

h(i)=(1-exp(-t(i)./T).*(1+t(i)./T+0.5.*(t(i)./T).^2))*dT+T_n;

delta(i)=abs(Q_x(i)-h(i))/dT*100

end

max_pohubka =max(delta)

Результатом виконання програми є:

max_pohubka = 1.9800- max відносна похибка,%

Відносна похибка не перевищує 3%, отже знайдена модель адекватна заданій експериментальній кривій розгону.

5.1.1 Знаходження динамічної моделі допоміжного об'єкта регулювання

5.1.1.1 Вибір структури моделі та розрахунок її параметрів

Будую експериментальну криву розгону, отриману при стрибкоподібній зміні регулюючої дії .

t=[0 4 39 74 109 143 179 214 285 425 500];

T_x=[30 31 33 34.5 36 38 40 41 43 44 44.0001].*10000;

plot(t,T_x,'b');grid;

Рис.5.4 Крива розгону, отримана при стрибкоподібній зміні регулюючої дії у = 20% ходу РО.

а) Оберемо функцію передачі у вигляді:

де, T - стала часу, n - кількість аперіодичних ланок.

б) Алгоритм знаходження параметрів математичної моделі:

1. Для зручності розрахунків експериментальну криву розгону об'єкта регулювання нормую діленням її значень на максимальну зміну вихідної величини .

В результаті отримую нормовану перехідну функцію (Рис.5.5).

Рис.5.5 Нормована експериментальна перехідна функція ОР.

2. З нормованої експериментальної перехідної функції знаходжу значення часу і . Розраховую відношення і перевіряю виконання умови 0.430.68 .

=126/270.8=0.46. Ця умова виконується і найближче

відповідне відношенню значення n =2 .

3. Для отриманого значення n =2 з табл.1 визначаю відношення

і з яких знаходжу сталу часу T .

=1.68 =3.89

T1=126/1.68=75;

T2=270.8/3.89= 69.6144;

T=(T1+T2)/2=72.3072 c

Отже функція передачі ОР буде наступна:

в) Для отриманих значень n, T знаходжу перехідну функцію:

Коефіцієнт передачі k = ,

де - стрибкоподібна зміна вхідної величини

Експериментальну і розраховану криві розгону будую за допомогою програмного середовища Matlab.

t=[0 4 39 74 109 143 179 214 285 425 500];

T_x=[30 30.2 31.5 34.1 36 38 40 41 43 44 44];

T_n=30;dT=44-30;

T=72.3072;

t1=[0:0.01:500];

h=(1-exp(-t1./T).*(1+t1./T))*dT+T_n;

plot(t1,h,'b',t,T_x,'r*');grid

xlabel('t , c'); ylabel('м3/год');

Рис.5.6 Порівняння кривих розгону:

„*» - експериментальна крива розгону;

„-» - знайдена аналітично.

5.1.1.2 Перевірка адекватності динамічної моделі

Перевірку адекватності моделі здійснюю також за допомогою програмного середовища Matlab.

t=[0 4 39 74 109 143 179 214 285 425 500];

T_x=[30 30.2 31.5 34.1 36 38 40 41 43 44 44];

T_n=30;dT=44-30;

T=72.3072;

for i=1:length(t)

h(i)=(1-exp(-t(i)./T).*(1+t(i)./T))*dT+T_n;

delta(i)=abs(T_x(i)-h(i))/dT*100;

end

max_pohubka=max(delta)

Результатом виконання програми є:

max_pohubka = 2.4529 - max відносна похибка,%

Відносна похибка не перевищує 3%, отже знайдена модель адекватна заданій експериментальній кривій розгону.

5.2 Розрахунок параметрів настроювання автоматичних регуляторів

5.2.1 Вибір схеми автоматичного регулювання і вибір регулятора за законом регулювання

Розглядаю одноконтурну САР (рис.7) з функцією передачі основного об'єкта регулювання розрахованою в п.1 у прямому зв'язку, і з автоматичним регулятором у від'ємному зворотньому зв'язку. Для знайденої функції передачі об'єкта регулювання і заданої функції передачі по збуренню підбираю й розраховую параметри настроювання автоматичного регулятора.

Рис. 5.7 Структурна схема САР з від'ємним зворотнім зв'язком.

5.2.2 Теоретичні основи методу розрахунку параметрів настроювання регулятора

Значення параметрів настроювання регулятора наближено можуть бути знайдені за спрощеною методикою, яка грунтується на припущенні про можливість описання об'єктів регулювання через функції передачі типу: аперіодична ланка першого порядку, інтегруюча ланка, диференційна ланка, ланка запізнення та інші. Зрозуміло, що ця методика не може бути застосована для об'єктів, які не описуються функціями передачі цих ланок. Тому для знаходження оптимальних значень параметрів настроювання регулятора необхідно застосувати спеціально розроблені теоретично обгрунтовані методи: метод розширених частитних характеристик, метод розрахунку параметрів за показником коливальності М. Для розрахунку САР, яка знаходиться під дією випадкових процесів, застосовують дисперсійний метод.

Розрахунок оптимальних параметрів настроювання за методом розширених частотних характеристик базується на амплітудо-фазовому критерії стійкості, який можна інтерпретувати як критерій запасу стійкості, якщо замість звичайних частотних характеристик застосувати розширені частотні характеристики.

Розширена частотна характеристика елемента з відомою функцією передачі визначаються заміною в ній оператора Лапласа

де w - кругова частота; - степінь коливальності, який характеризує запас стійкості; б - абсолютне значення дійсної частини комплексного кореня характеристичного рівняння.

Умова забезпечення заданого запасу стійкості формулюється на основі амплітудно-фазового критерію стійкості Найквіста, в якому застосовуються розширені частотні характеристики розімкнутої системи автоматичного регулювання

де - розширена амплітудно-фазова характеристика (АФХ) об'єкта регулювання, - розширена АФХ регулятора.

5.2.3 Знаходження оптимальних настроювальних параметрів регулятора

В якості регулятора вибираю ПІ-регулятор, функція передачі якого рівна:

,

де, - пропорційна складова, - інтегральна складова .

За розширеними частотними характеристиками знаходжу частоти і , при яких розширена фазочастотна характеристика об'єкта регулювання досягає значень та відповідно , програма для побудови яких знаходиться нижче

w=[0:0.0001:0.1];

T=37.5235; k=0.05; m=0.35;

p=-m*w+i*w;

Wop=k./(T*p+1).^3;

fi=phase(Wop);

j=1:length(w);

a(j)=-pi;

b(j)=-pi/2+atan(m);

plot(w,fi,w,a,w,b); grid;

xlabel('w,rad/sec'); ylabel('fi,rad');



Рис.5.8 Розширена фазочастотна характеристика об'єкта регулювання

= 0.01 рад/с ; =0.0287 рад/с

Для заданого m в площині параметрів , будую границю області запасу стійкості, з якої визначаю оптимальні значення параметрів настроювання ()_опт, ()_опт , які відповідають максимальному значенні

Програма для побудови границі області запасу стійкості

w=[7.5e-3:0.0001:0.0375];

T=37.5235; k=0.05; m=0.35;

p=-m*w+i*w;

Wop=k./(T*p+1).^3;

fi=phase(Wop);

j=1:length(w);

Aop=abs(Wop);

kp_Tiz=-((m^2+1).*sin(fi).*w)./Aop;

kp=(-cos(fi)-m*sin(fi))./Aop;

plot(kp,kp_Tiz),grid

xlabel('kp'); ylabel('kp_Tiz');

Рис.5.9 Границя області заданого запасу стійкості.

Значення оптимальних параметрів ПІ-регулятора:

(kp_Tiz)opt= 0.36 1/с

(kp)opt=21.6

Маючи параметри настроювання регулятора в бібліотеці Simulink складаю модель САР і досліджую її при дії збурень.



Рис.5.10 Структурна схема одноконтурної САР із ПІ-регулятором.

Досліджую побудовану САР по каналу регулюючої дії для ПІ-регулятора (із оптимальними параметрами настроювання) задаючи максимальну стрибкоподібну зміну регулюючої дії 20 % ходу регулюючого органу.

Канал регулюючої дії

В полях блоку Step встановлюю такі значення:

Stop time - 0

Initial value - 0

Final value - 20

В блоці PID

Proportional - 21.6

Integral - 0.36

Derivative - 0



Рис.5.11 Перехідний процес в САР концентрації із ПІ-регулятором каналом регулюючої дії при заданні максимального стрибкоподібного збурення 20 % ходу РО

Канал збурення

В полях блоку Step1 встановлюю такі значення:

Stop time - 0

Initial value - 0

Final value - 1

Рис.5.12 Перехідний процес в САР рівня із ПІ-регулятором каналами:

регулюючої дії при заданні максимального стрибкоподібного збурення 20 % ходу РО ізбурення - при стрибкоподібній зміні концентрації на 1 %

Зміна завдання регулятору

В полях блоку Step2 встановлюю такі значення:

Stop time - 0

Initial value - 0

Final value - 0.2

Рис.5.13 Перехідний процес в САР рівня із ПІ-регулятором каналами: регулюючої дії і збурення при зміні завдання регулятору

Розглянемо тепер каскадну САР (Рис.5.14) і подивимося наскільки кращі перехідні процеси можна в ній отримати на відміну від одно- контурної .

Застосування багатоконтурних САР, зокрема каскадних, має сенс у тому випадку, коли можливості одноконтурних систем вже вичерпні. Вони застосовуються для об'єктів з великим запізненням, для об'єктів з розподіленими параметрами, для яких випереджаючу інформацію про вплив на значення регульованої величини можна отримати з проміжної точки, яка має менше запізнення і швидше сприймає збурення. Такі системи дають змогу підвищити якість процесів регулювання. Отже, каскадні САР застосовують для об'єктів регулюваня, які мають велику інерційність каналом регулюючої дії. В каскадній САР є два регулятори - основний, що підтримує основну вихідну величину y на заданому значенні, та допоміжний, призначений для регулювання допоміжної вихідної величини y₁. вихідний сигнал основного регулятора може бути завданням для допоміжного регулятора або може його коригувати. Для підтримання основного регульованого параметра на заданому значенні без статичної похибки зокон регулювання основного регулятора мусить мати інтегральну складову. Від допоміжного регулятора вимагається насамперед швидкодія, тому він може бути і пропорційним.

Рис.5.14 Структурна схема каскадної САР.

Розрахунок каскадних САР полягає у визначенні параметрів настроювання основного і допоміжного регуляторів при заданих функціях передачі об'єкта регулювання за основною y і допоміжною y₁ вихідними величинами. Процедура розрахунку такої системи є ітераційною. На кожному кроці ітерації розраховують зведену одноконтурну систему, в якій параметри настроювання одного із регуляторів визначають відносно відповідного еквівалентного об'єкта . Як видно із структурної схеми ї

(рис. 13_1 ), еквівалентний об'єкт для основного регулятора АР з функцією передачі є послідовним з'єднанням замкнутого допоміжного контура і об'єктом регулювання за основною вихідною величиною. Функція передачі такого еквівалентного об'єкта визначається добутком функцій передачі послідовно з'єднаних елементів

Еквівалентний об'єкт для допоміжного регулятора АР1 (рис. 13_2) є паралельним з'єднанням об'єкта за допоміжною вихідною величиною і розімкнутою системою за основною регульованою величиною. Його функція передачі має вигляд

.

Рис.

Рис.

Розрахунок каскадної САР розпочинаю з основного регулятора. В якості основного вибираю ПІ-регулятор, а допоміжний - П-регулятор.

На першому кроці розрахунку припускаю, що робоча частота основного контура набагато менша від частоти доплміжного контура, тому в першому наближенні можна прийняти функцію передачі еквівалентного об'єкта (рис. 14) у вигляді:

Отже, на першому кроці параметри настроювання основного регулятора залежать від функції передачі об'єкта регулювання і не залежать від параметрів допоміжного регулятора. Розрахунок переметрів настроювання регулятора здійснюю методом Циглера-Нікольса :

Розрахунок цим методом здійснюється в 2 етапи :

1. Розраховую критичне значення П-регулятора і критичну частоту , при якій САР знаходиться на межі стійкості . Цей розрахунок проводжу за допомогою критерію Найквіста , а саме:

2. Визначаю оптимальні параметри настроювання регуляторів

П-регулятор

ПІ-регулятор



Рис.5.15 Спрощена структурна схема зведеної одноконтурної САР з основним регулятором.

Розрахунок здійснюю, використовуючи програмне середовище Matlab.

Програма для знаходження частоти і оптимальних параметрів настроювання ПІ-регулятора.

w=[0:0.0001:4];

T1=37.5235; k1=0.05; T2=72.3072; k2=7000;

p=i*w;

W=k1*exp(-p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2.;

Wop=W./W1;

fiop=phase(Wop);

j=1:length(w);

a(j)=-pi;

plot(w,fiop,w,a),grid;

w_pi=1.6;

p=i*w_pi;

W=k1*exp(-p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wop=W./W1;

Aop=abs(Wop);

kpkp=1/Aop;

kp=0.45*kpkp

kp_Tiz=0.086*kpkp*w_pi

Рис.5.16 Фазочастотна характеристика еквівалентного об'єкта регулювання (Wekv) отримана на першому кроці першої ітерації.

Розраховані значення параметрів кр= 1.0190e+006 і

кр_Тіз= 3.1157e+005 1/с використовую для подальшого розрахунку каскадної САР.

На другому кроці першої ітерації розраховую параметри настроювання допоміжного П-регулятора АР1 для еквівалентного об'єкта (рис. 16) із функцією передачі W^e₁(p).



Рис.5.17 Спрощена структурна схема зведеної одноконтурної САР з допоміжним регулятором.

Програма для знаходження частоти і оптимального значення параметра kp .

w=[0:0.000001:4];

T1=37.5235; k1=0.05; T2=72.3072; k2=7000; m=0.35

tau=1; kp1=1.0190e+006; kp_Tiz1=3.1157e+005;

p=i.*w;

W=k1*exp(-tau.*p)./(T1.*p+1).^3;

W1=k2./(T2.*p+1).^2;

Wap=kp1+kp_Tiz1./p;

Wor=W1-W.*Wap;

fiop=phase(Wor);

j=1:length(w);

a(j)=-pi;

plot(w,fiop,w,a),grid;

w_pi=1.5;

p=i*w_pi;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap=kp1+kp_Tiz1./p;

Wor=W1-W.*Wap;

Aop=abs(Wor);

kpkp=1/Aop;

kp=0.5*kpkp

Рис.5.18 Фазочастотна характеристика еквівалентного об'єкта регулювання (W^e₁) отримана на другому кроці першої ітерації.

Кр= 0.5646

На цьому перша ітерація закінчується і для уточнення параметрів настроювання регуляторів розраховую наступні ітерації.

Для уточнення параметрів настроювання основного ПІ-регулятора візьмемо функцію передачі еквівалентного об'єкта:

де, Wap1 - функція передачі допоміжного регулятора розрахована на другому кроці першої ітерації.

Програма для знаходження частоти і оптимальних параметрів настроювання ПІ-регулятора.

w=[0:0.00001:1.5];

T1=37.5235; k1=0.05; T2=72.3072; k2=7000; m=0.35

tau=1; kp1=0.5646;

p=i*w;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap1=kp1;

Wor=Wap1.*W./(1+W1.*Wap1);

fiop=phase(Wor);

j=1:length(w);

a(j)=-pi;

plot(w,fiop,w,a),grid;

w_pi=0.855;

p=i*w_pi;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap1=kp1;

Wor=Wap1.*W./(1+W1.*Wap1);

Aop=abs(Wor);

kpkp=1/Aop;

kp=0.45*kpkp

kp_Tiz=0.086*kpkp*w_pi



Рис.5.19 Фазочастотна характеристика еквівалентного об'єкта регулювання (W^e) отримана на першому кроці другої ітерації.

кр= 2.4855e+004 кр_Тіз= 4.0613e+003 1/c

Програма для знаходження частоти і оптимального значення параметра kp .

w=[0:0.000001:4];

T1=37.5235; k1=0.05; T2=72.3072; k2=7000; m=0.35

tau=1; kp1=2.4855e+004; kp_Tiz1=4.0613e+003;

p=i*w;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap=kp1+kp_Tiz1./p;

Wor=W1-W.*Wap;

fiop=phase(Wor);

j=1:length(w);

a(j)=-pi;

plot(w,fiop,w,a),grid

w_pi=2.97;

p=i*w_pi;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap=kp1+kp_Tiz1./p;

Wor=W1-W.*Wap;

Aop=abs(Wor);

kpkp=1/Aop;

kp=0.5*kpkp

Рис.5.20 Фазочастотна характеристика еквівалентного об'єкта регулювання (W^e₁) отримана на другому кроці другої ітерації

kp = 3.2916

Програма для знаходження частоти і оптимальних параметрів настроювання ПІ-регулятора.(перший крок другої ітерації)

w=[0:0.000001:4];

T1=37.5235; k1=0.05; T2=72.3072; k2=7000; m=0.35

tau=1; kp1=3.2916;

p=i*w;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap1=kp1;

Wor=Wap1.*W./(1+W1.*Wap1);

fiop=phase(Wor);

j=1:length(w);

a(j)=-pi;

plot(w,fiop,w,a),grid;

w_pi=1.78891;

p=i*w_pi;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap1=kp1;

Wor=Wap1.*W./(1+W1.*Wap1);

Рис.5.21 Фазочастотна характеристика еквівалентного об'єкта регулювання (W^e) отримана на першому кроці третьої ітерації.

кр= 3.1226e+005 кр_Тіз=1.0676e+0051/c

Програма для знаходження частоти і оптимального значення параметра kp .

w=[0.00001:0.0001:3];

T1=37.5235; k1=0.05; T2=72.3072; k2=7000; m=0.35

tau=1; kp1=3.1226e+005; kp_Tiz1=1.0676e+005;

p=i*w;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap=kp1+kp_Tiz1./p;

Wor=W1-W.*Wap;

fiop=phase(Wor);

j=1:length(w);

a(j)=-pi;

plot(w,fiop,w,a),grid

w_pi=1.55;

p=i*w_pi;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap=kp1+kp_Tiz1./p;

Wor=W1-W.*Wap;

Aop=abs(Wor);

kpkp=1/Aop;

kp=0.5*kpkp



Рис.5.22 Фазочастотна характеристика еквівалентного об'єкта регулювання (W^e₁) отримана на другому кроці третьої ітерації

кр= 0.7843

Програма для знаходження частоти і оптимальних параметрів настроювання ПІ-регулятора.(перший крок другої ітерації)

w=[0:0.0001:4];

T1=37.5235; k1=0.05; T2=72.3072; k2=7000; m=0.35

tau=1; kp1=0.7843;

p=i*w;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap1=kp1;

Wor=Wap1.*W./(1+W1.*Wap1);

fiop=phase(Wor);

j=1:length(w);

a(j)=-pi;

plot(w,fiop,w,a),grid;

w_pi=1;

p=i*w_pi;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap1=kp1;

Wor=Wap1.*W./(1+W1.*Wap1);

Aop=abs(Wor);

kpkp=1/Aop;

kp=0.45*kpkp

kp_Tiz=0.086*kpkp*w_pi

Рис.5.23 Фазочастотна характеристика еквівалентного об'єкта регулювання (W^e) отримана на першому кроці четвертої ітерації.

кр= 3.4811e+004 кр_Тіз=6.6527e+003 1/c

Програма для знаходження частоти і оптимального значення параметра kp .

w=[0.00001:0.0001:3];

T1=37.5235; k1=0.05; T2=72.3072; k2=7000; m=0.35

tau=1; kp1=3.4811e+004; kp_Tiz1=6.6527e+003;

p=i*w;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap=kp1+kp_Tiz1./p;

Wor=W1-W.*Wap;

fiop=phase(Wor);

j=1:length(w);

p=i*w_pi;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap=kp1+kp_Tiz1./p;

Wor=W1-W.*Wap;

Aop=abs(Wor);

kpkp=1/Aop;

kp=0.5*kpkp

Рис.5.24 Фазочастотна характеристика еквівалентного об'єкта регулювання (W^e₁) отримана на другому кроці четвертої ітераціїкр= 3,0919

Програма для знаходження частоти і оптимальних параметрів настроювання ПІ-регулятора.(перший крок другої ітерації)

w=[0:0.0001:4];

T1=37.5235; k1=0.05; T2=72.3072; k2=7000; m=0.35

tau=1; kp1=3.0919;

p=i*w;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap1=kp1;

Wor=Wap1.*W./(1+W1.*Wap1);

fiop=phase(Wor);

j=1:length(w);

a(j)=-pi;

plot(w,fiop,w,a),grid;

w_pi=1.58;

p=i*w_pi;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap1=kp1;

Wor=Wap1.*W./(1+W1.*Wap1);

Aop=abs(Wor);

kpkp=1/Aop;

kp=0.45*kpkp

kp_Tiz=0.086*kpkp*w_pi



Рис.5.25 Фазочастотна характеристика еквівалентного об'єкта регулювання (W^e) отримана на першому кроці четвертої ітерації.

кр= 3.9961e+005 кр_Тіз= 1.2066e+005 1/c

Програма для знаходження частоти і оптимального значення параметра kp .

w=[0.00001:0.0001:3];

T1=37.5235; k1=0.05; T2=72.3072; k2=7000; m=0.35

tau=1; kp1=3.9961+005; kp_Tiz1=1.2066e+005;

p=i*w;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap=kp1+kp_Tiz1./p;

Wor=W1-W.*Wap;

fiop=phase(Wor);

j=1:length(w);

a(j)=-pi;

plot(w,fiop,w,a),grid

w_pi=1.55;

p=i*w_pi;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap=kp1+kp_Tiz1./p;

Wor=W1-W.*Wap;

Aop=abs(Wor);

kpkp=1/Aop;

kp=0.5*kpkp

Рис.5.26 Фазочастотна характеристика еквівалентного об'єкта регулювання (W^e₁) отримана на другому кроці третьої ітерації кр= 0.7054

Програма для знаходження частоти і оптимальних параметрів настроювання ПІ-регулятора.(перший крок другої ітерації)

w=[0:0.0001:4];

T1=37.5235; k1=0.05; T2=72.3072; k2=7000; m=0.35

tau=1; kp1=3.0919;

p=i*w;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap1=kp1;

Wor=Wap1.*W./(1+W1.*Wap1);

fiop=phase(Wor);

j=1:length(w);

a(j)=-pi;

plot(w,fiop,w,a),grid;

w_pi=1.58;

p=i*w_pi;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap1=kp1;

Wor=Wap1.*W./(1+W1.*Wap1);

Aop=abs(Wor);

kpkp=1/Aop;

kp=0.45*kpkp

kp_Tiz=0.086*kpkp*w_pi



Рис.5.27 Фазочастотна характеристика еквівалентного об'єкта регулювання (W^e) отримана на першому кроці четвертої ітерації.

кр= 2.7404e+004кр_Тіз= 4.9994e+0031/c

Програма для знаходження частоти і оптимального значення параметра kp .

w=[0.00001:0.0001:3];

T1=37.5235; k1=0.05; T2=72.3072; k2=7000; m=0.35

tau=1; kp1= 2.7404e+004; kp_Tiz1= 4.9994e+003;

p=i*w;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap=kp1+kp_Tiz1./p;

Wor=W1-W.*Wap;

fiop=phase(Wor);

j=1:length(w);

a(j)=-pi;

plot(w,fiop,w,a),grid

w_pi=1.55;

p=i*w_pi;

W=k1*exp(-tau*p)./(T1*p+1).^3;

W1=k2./(T2*p+1).^2;

Wap=kp1+kp_Tiz1./p;

Wor=W1-W.*Wap;

Aop=abs(Wor);

kpkp=1/Aop;

kp=0.5*kpkp

Рис.5.28 Фазочастотна характеристика еквівалентного об'єкта регулювання (W^e₁) отримана на другому кроці шостої ітерації

кр= 0.8296

Пораховані за допомогою програмного середовища Matlab значення параметрів допоміжного й основного регуляторів записую в таблицю.

Таблица

Номер ітерації	1	2	3	4	5	6
Основний ПІ-регулятор	w*	1.6	0.8558	1.788	1	1.58	0,9546
	kp	101900	24855	312260	34811	399610	4999
	kp/Tiz	311570	40613	106760	6657.2	120660	27404
Допоміжний П-регулятор	w*	1.5	2.97	2.55	2.88	1.5	1.5
	kp	0.5646	3.2916	0.7843	3.0919	0.7054	0.8296

Після проведення розрахунків зупинився на третій ітерації розрахунку , тому що значення параметрів настроювання регуляторів не змінюються в межах деякої точності.

Для ПІ-регулятора

kp = 4999, kp/Tiz = 27404 1/c

Для П-регулятора:

kp = 0,8296

Досліджую САР каналами регулюючої , збурюючої і керуючої дії. Для цього змоделюю САР у середовищі Simulink.

Рис.5.29 Структурна схема розрахованої каскадної САР.



Рис.5.30 Перехідний процес каскадної САР при стрибкоподібній зміні регулюючої дії.

Рис.5.31 Перехідний процес каскадної САР при нанесенні збурення.



Рис.5.32 Перехідний процес каскадної САР при зміні завдання.

З графіків видно що каскадна САР зменшує інерційність для каналу регулюючої дії , і покращує якість перехідних процесів .

6. Розроблення кулонометричного газоаналізатора з контрольованим потенціалом для вмісту кисню в димових газах

Для покращення показників ефективності керування технологічним процесом в цьому розділі запропоновано розробити схему кулонометричного газоаналізатора з контрольованим потенціалом для вимірювання вмісту кисню в димових газах.

6.1 Теоретичні основи методу

Незважаючи на те, що електричні властивості цирконію були відомі того часу, коли Нернст досліджував іонну провідність за допомогою стабілізування ітрієм, вперше застосування цирконію для виявлення кисню було запропоноване у 1960х роках.

Цирконій при невеликому процентному вмісті ітрію має стабільну кристалічну структуру з вільними вакансіями для іонів кисню, що забезпечує електропровідність при максимально можливих температурах (рис. 6.1).

Рис. 6.1

Приєднання електродів (зазвичай - платинових) до протилежних сторін диску із цього матеріалу створює основу для специфічного давача для вимірювання кисню. Вимогою є також забезпечення нагріву давача, що зумовлює його форму, приведену на рис. 6.2.

Рис. 6.2

Для досягнення іонної провідності та забезпечення термодинамічної рівноваги, Е.Р.С., що генерується, під дією на електроди різних концентрацій кисню, описана формулою Нернста:

,

де Т - абсолютна температура, R - газова стала, F - число Фарадея, РО₂, Р'О₂ - парціальний тиск кисню на електроді (фактично, на границях тверда поверхня/електроліт/газ).

Повітря зазвичай використовується як порівняльний газ. При постійній температурі (часто між 650 та 850 ^оС), вихідна напруга пропорційна концентрації кисню в аналізованому газі.

6.2 Давач для дослідження вмісту кисню в димових газах

Головною привабливою стороною цирконієвих давачів для аналізу кисню є їх придатність для вимірювання залишкового кисню в димових газах при процесі горіння. Це галузь, в якій такі давачі почали використовуватись у 1960-1970х роках.

Певні методи аналізу димових газів були основані на відборі та кондиціонуванні проби димових газів для подання їх на віддалено встановлений давач. На об'єктах, що живляться мазутом або дизельним паливом, це викликало використання дорогих систем та зондів, що потребували постійного сервісного обслуговування.

Комбінування інертних матеріалів (цирконій та платина) та високотемпературний режим роботи уможливили розташування давачів всередині або близько до джерела димових газів, тим самим зменшуючи вартість всієї системи, так і час її спрацювання.

Крім того, чутливість давача є більшою при малих об'ємах кисню, тобто вихідний сигнал комірки логарифмічно зростає із зменшенням концентрації кисню в аналізованому газі.

Рис. 6.3

Загальні переваги системи аналізу кисню в димових газах, яка дозволяє уникнути розділення проб, є вражаючими, але на практиці цирконієві давачі, що розташовуються в середовищі димових газів, є предметом певних складностей та обмежень.

Давач, встановлений в місці відбору проби, який використовується для дослідження димових газів, вимагає нагріву чутливого елемента. Він експлуатується в середовищі температурою 0-250 ^оС та виготовлений з металу та кераміки. Використання таких матеріалів та конструктивних рішень пов'язане з загрозою виникнення теплових ударів та термічного руйнування давачів та чутливих елементів.

В плані обслуговування та вартості заміни проблема загострюється ще й тим, що давачі сконструйовані таким чином, що легкий демонтаж та заміна чутливого елемента стає неможливою.

Якщо вимірювальний та зразковий електроди не утримувати в однаковому температурному режимі, буде виникати похибка різниці температур. Також можуть з'явитись похибки через Е.Р.С., що генерується внаслідок різниці матеріалу провідників та нерівномірного нагрівання відносно великої площі електроду.

Поєднання цих особливостей представлене у формулі Нернста терміном, що носить назву „константа комірки». Формула Нернста набуває вигляду:

Для ідеального цирконієвого сенсора, яким досліджується повітря, і повітря використовується як зразковий газ (тобто коли РО₂=Р'О₂) при V=0 константа C=0.

На практиці константа С для реальних сенсорів може досягати величини 15-20 мВ і одночасно є показником недоліків конструкції, що перелічені вище.

Цю константу потрібно порівнювати з нормальним діапазоном вихідного сигналу цирконієвої комірки близько значення 50 мВ / декада О₂ (наприклад, 0 мВ при 21 % О₂, 52 мВ при 2,1 % О₂).

Присутність цього відхилення передбачає більш складне калібрування, крім того, точність пристрою є меншою за необхідну.

Потрібно зауважити, що застосування цирконієвого сенсору є неминучим при вимірюванні вмісту кисню в горючих матеріалах (паливі). Висока температура експлуатації гарантує реакцію будь-якого горючого компонента з киснем, що є присутнім на електроді.

Таким чином, наприклад, для димових газів, що містять 200 ppm СО та 3,5 % О₂, СО буде реагувати наступним чином, використавши 100 ppm О₂:

Вказане значення кисню буде помилковим. Цей випадок не є нетиповим, дійсне значення буде рівним 3,49 %, тобто похибка не буде значною, тим не менше, це схиляє до скорочення масштабів використання цирконієвих сенсорів для вимірювання кисневмісту у сферах, де горючі речовини не присутні в будь-якій кількості, тим більше у димових газах.

Присутність горючих газів, кисню та двооксиду сірки може послужити причиною відшарування та руйнування платинових електродів.

Деякі з виробників сенсорів особливо уважні до такого роду режимів роботи при великій концентрації горючих газів. Вони застосовують прикладення Е.Р.С. до електродів, щоб створити прокачування іонів кисню через вимірювальну комірку.

При низькому вмісті О₂ і високому - горючих газів напрям прокачування може бути з порівняльної камери до вимірювальної. Це створює захисний шар кисню, що формується на вимірювальному електроді. При такому режимі роботи витрата через комірку лінійно пропорційна до концентрації кисню.

Існують деякі обмеження при використанні цирконієвих сенсорів при температурах, вищих за нормальну температуру експлуатації, рівну 800 ^оС. Термін служби платинових електродів скорочується (наприклад, через випаровування скрізь оксид платини) і електропровідність може підвищитись. Навіть сенсори найкращої якості піддаються руйнуванню з часом і в них з'являться такі ознаки в роботі, як зменшення вихідної Е.Р.С. та збільшення часу реагування сенсору. Процес руйнування прискорюється при часто повторюваних термічних ударах, що можуть бути спричинені вигорянням карбонатних або гідрокарбонатних відкладень на поверхні електродів.

Цирконієвий сенсор Servomex був розроблений з метою подолання багатьох традиційних проблем, що пов'язані з застосуванням комірок такого типу.

Сенсор працює при 725 ^оС, нормально - при контрольованій температурі середовища, вищою за 200 ^оС. Електроди симетрично оточені нагрівниками; цирконієво-платинова конструкція поміщена у скло, обмежене парою діафрагм, що служать механічно інерційними елементами, тим самим зменшуючи механічні руйнації та вплив від дії теплових ударів.

Величина відхилень чи константа комірки зазвичай є меншою за 1 мВ, повітря може використовуватись як взірцевий газ.

Комірка є конструктивно незалежною від зонда для відбору проби і може легко від'єднуватись. Спеціально сформовані електроди жорстко прикріплені до цирконієвої поверхні та випробувані та стійкість до агресивних середовищ, що виділяються при спалюванні речовин - важкофракційних похідних нафти.

6.3 Аналізатор для дослідження вмісту кисню в димових газах

Цирконієві сенсори використовуються за двома способами - або поміщені всередину вимірюваного середовища, або розташовані ззовні. Рис. 7.4 демонструє зонд, що поміщується всередину вимірюваного середовища.



Рис 6.4

Представлення таких зондів має очевидні переваги перед способами аналізу, що базуються на застосуванні комплексних систем. На практиці є дві області застосування запропонованого методу.

Деякі виробники розробляють пристрої так, що в певних моделях змонтувати комірку незалежно від зонду є неможливо або дуже складно, тобто, демонтаж комірки виявляється дуже дорогим.

Більш фундаментальною для цирконієвих сенсорів є вимога захисту від дії твердих частинок (особливо - сажі), які досягають поверхні електрода. Відсутність такого захисту скорочує термін служби комірки, навіть якщо для процесу спалювання використовується газ.

Відбір проби у зондах, що розташовані у вимірюваному середовищі є нормальним при пропусканні проби через фільтр. У випадку забруднення фільтру сажею чи іншими речовинами, час реагування зонду критично збільшується з відхиленням, що не задовольняє вимогам точності. Це є особливо важливим при використанні сенсора в складі системи автоматичного керування, яка забезпечує максимізацію ефективності процесу горіння палива.

Ця задача загострюється ще й тим, що вимагається встановлення затримувача полум'я між потенційним джерелом загоряння, яким є цирконієва комірка, та вибухонебезпечною атмосферою, представленою димовими газами.

Екстракційні аналізатори, як правило, основані на позитивній витраті (рис. 3.5), що забезпечує швидший час реакції та надає перевагу в тому, що сенсор знаходиться поза димовідводом. Це полегшує та здешевлює демонтаж сенсора.

Рис. 6.5

З іншого боку, необхідно мати впевненість у тому, що зонд знаходиться вище за точку конденсації кислотних речовин. В додаток, часте відбирання проби може спричинити блокування фільтра або закупорювання трубки зонда при його відсутності.

Отже, екстракційні аналізатори мають бути більшими та складнішими ніж ті, що поміщуються в аналізований газ.

Найкращим рішенням є компроміс між двома крайнощами (рис7.6).

Проблема вільного проходу аналізованого газу через фільтр можна вирішити, якщо приділяти достатньо уваги дотриманню відношення „поверхня фільтра / витрата аналізованого газу».

Поміщення краплі на площину фільтра при малому тиску буде відповідати „висмикуванню» молекул газу без вимушеного поступлення частинок у фільтр з відповідним його блокуванням.

Рисунок 3.6 ілюструє зонд Servomex 790 з номінальною витратою 70 см³/с і часом реакції рівним 7 секунд (при довжині зонда 0,5 м).

Сенсор, що поміщений у вогнетривкий корпус, може бути демонтований без демонтажу самого зонду.

Ще одною перевагою режиму додатного потоку аналізованого газу назовні димоходу є те, що в потік можна „ввімкнути» декілька давачів.

Рис. 6.6

6.4 Розрахунок метрологічних характеристик

Для того щоб розрахувати клас точності розробленого приладу необхідно задатися значеннями відносних похибок окремих його складових:

- точність цирконієвої комірки

- точність електричної схеми

- точність вимірювання витрати

Згідно наведених даних розрахуємо сумарну похибку вимірювання:

Згідно розрахованої відносної похибки газоаналізатор матиме клас точності рівний 1.0.

6.5 Перевірка приладу

Перевірку приладу виконують наступним чином:

- вміст кисню у порівняльному газі повнен відповідати верхній межі вимірювання приладу (наприклад подавати чистий кисень);

- вміст кисню у аналізованому газі є змінним, тобто ми виконуватимемо перевірку у декількох точках діапазону шкали, наприклад, для промислової перевірки приладу достатньо задатися початком та кінцем діапазону вимірювання приладу (наприклад 0 і 100 % кисню), для лабораторної перевірки приладу необхідно задатися ще проміжними точками (не менше 5);

- маючи покази приладу та значення концентрації кисню у аналізованому газі проводиться розрахунок зведеної похибки.

Прилад буде працездатним при умові, що зведена похибка не перевищуватиме клас точності приладу. В іншому випадку прилад потребуватиме налагодження чи заміни.

7. Обгрунтування вибору і опис функціональної схеми автоматизації

В розділі 3 дипломного проекту наведена спрощена функціональна схема автоматизації газоповітрянго тракту котлоагрегату енергоблоку №3 Криворізької ТЕС (див рис.3.2). Систему автоматизації технологічним процесом запропоновано побудувати на базі мікропроцесорного контролера TREI-5B-04. Основними контурами цієї АСК є наступні контури регурювання:

Контур 1 - регулювання теплового навантаження корпуса А котла

Регулювання теплового навантаження котла здійснюється шляхом підтримання заданого значення тиску гострої пари перед турбіною. Регулювання слід передбачити окремо для кожного корпусу. Передбачено два режими роботи цього контуру:

- режим підтримання тиску гострої пари перед турбіною

- режим стабілізації теплового навантаження (витрати пари) корпусу котла.

Вибір режимів роботи здійснюється оператором з верхнього рівня.

Контур реалізовано наступним чином. Уніфіковані струмові сигнали з вимірювальних перетворювачів перепаду тисків АИР-20/М2/ДД (поз.1-4 і 1-6) або за вибором оператора з вимірювального перетворювача тиску АИР-20/М2/ДИ (поз. 1-1 і 1-2) надходять на модуль вводу аналогових сигналів М841А мікропроцесорного контролера TREI. Контролер здійснює неперервне регулювання, подаючи сигнал на частотнi перетворювачі PowerFlex 40 22В-D010N104 (поз. 1-7, 1-9, 1-11, 1-13, 1-15, 1-17, 1-19, 1-21, 1-23, 1-25, 1-27, 1-29), які в свою чергу задають частоту обертання виконавчим механізмам УЛПП-2 (поз. 1-8, 1-10, 1-12, 1-14, 1-16, 1-18, 1-20, 1-22, 1-24, 1-26, 1-28, 1-30). Виконавчі механізми встановлюють постійну витрату палива.

Контур 4 - регулювання теплового навантаження корпуса В котла

Контур 4 працює аналогічно до контура 1.

Передбачена можливість суміщеної роботи регулятора теплового навантаження корпусу А в режимі підтримання тиску гострої пари перед турбіною, а регулятора теплового навантаження корпусу В в режимі стабілізації теплового навантаження корпусу і навпаки.

Контур 2 - регулювання подачі повітря в корпус А

Регулювання подачі загального повітря полягає у підтриманні заданого значення витрати повітря залежно від витрати палива чи витрати пари за котлом. Регулювання слід передбачити для кожного корпусу окремо. Контур 2 працює наступним чином. Уніфікований струмовий сигнал з вимірювального перетворювача тиску АИР-20/М2/ДИ (поз. 2-2) і АИР-20/М2/ДИВ (поз. 2-3), а також коректуючий сигнал від вимірювального перетворювача вмісту кисню САТ-4 (поз. 2-1) надходять на модуль вводу аналогових сигналів М841А мікропроцесорного контролера TREI. Контролер здійснює неперервне регулювання. На безконтактний пускач ПБР-2М (поз.2-4) контролер подає імпульс, який в свою чергу вмикає виконавчий механізм МЕО (поз.2-5). Виконавчий механізм встановлює постійну витрату повітря направляючими дуттєвого вентилятора (поз.2-6).

Контур 5 - регулювання в подачі повітря корпус В

Контур 5 працює аналогічно до контура 2.

Контур 3 - регулювання розрідження в топці котла в корпусі А.

В контурі 3 здійснюється регулювання розрідження в топці котла в корпусі А шляхом підтримання його на заданому значенні згідно з технологією. На модуль М841А контролера надходить уніфікований струмовий сигнал від вимірювального перетворювача тиску АИР-20/М2/ДИВ (поз. 2-3). Контролер здійснює неперервне регулювання. На безконтактний пускач ПБР-2М (поз.3-2) контролер подає імпульс, який в свою чергу вмикає виконавчий механізм МЕОК-21 (поз.3-3). Виконавчий механізм встановлює постійну витрату димових газів направляючими димотяга (поз.3-4).

Контур 6 - регулювання розрідження в топці котла в корпусі В.

Контур 6 працює аналогічно до контура 3.

Функціональною схемю автоматизації передбачено також контури вимірювання та сигналізації важливих технологічних параметрів, зокрема:

Перерахувати контури !!!!

8. Обґрунтування вибору щита керування та монтажу засобів автоматизації

8.1 Розміщення засобів автоматизації

Для розміщення пристроїв автоматики непрямої дії, у приміщенні операторної змонтовані шафи керування.

При виборі основної шафи керування, потрібно звертати увагу на основі функціональні ознаки проектованої системи автоматизації, можливості застосованих апаратних засобів, а також ергономічні вимоги до пунктів керування технологічними процесами. Отже, для розміщення засобів контролю та регулювання процесу ферментації, вибираємо шафу керування PRISMA GR 09712 2200800600 ІР 55.

Габаритні розміри шафи є достатніми для встановлення вибраної моделі контролера, а також допоміжної апаратури. Покриття шафи - варіант 7 за ОСТ 36.13-76 (колір передньої панелі сірий), оскільки на ньому не має концентруватися увага оперативного персоналу.

На передній панелі шафи керування розміщені прилади для індикації і кнопки включення/виключення виконавчих механізмів..

Робоче місце оператора, згідно ергономічних вимог, обладнане спеціальним офісним столом. На столі встановлений персональний комп'ютер, з програмним забезпеченням верхнього рівня Monitor Pro, який призначений для оперативного контролю i керування технологічним процесом та розрахунку технологічних параметрів. Комп'ютер зв'язаний з контролером, що розміщений в шафі керування, по мережі Ehernet.