Выбор и расчет регулятора расхода пара на очистную колонну

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

КГБОУ СПО Красноярский политехнический техникум

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

«Выбор и расчет регулятора расхода пара на очистную колонну»

Пояснительная записка

(КП 220703 30 00 ПЗ)

Выполнил студент группы АС-31

Шароватов М.О.

Руководитель проекта

Красноярск 2014

Содержание

Введение

1. Общая часть

1.1 Краткое описание технологического процесса

1.2 Определение передаточной функции

2. Выбор и расчёт регулятора

2.1 Исходные данные

2.2 Определение параметров объекта управления

2.3 Выбор закона регулирования

2.4 Исходные данные для ЭВМ

2.5 Расчет и построение АФХ объекта управления

2.6 Определение оптимальных параметров настройки регулятора

2.7 Расчет и построение АФХ АСР

2.8 Выбор элементов АСУ

Список использованной литературы

Введение

Основным требованием к системам автоматического управления является их устойчивость, т. е. Способность приходить в установившееся (равновесное) состояние после устранения возмущающего воздействия. Различают системы автоматического управления устойчивые, неустойчивые и нейтральные, которые могут быть охарактеризованы видом переходных процессов.

Качество регулирования зависит от: максимального динамического отклонения параметра, и от динамических свойств объекта. Величины возмущения, принятого закона регулирования и параметров настройки регулятора.

Выбор регулятора осуществляется на основании исследования статических и динамических характеристик объекта регулирования, т. е. Свойств системы регулирования. Это исследование может быть проведено различными методами: аналитическим, математическим моделированием на электронной или пневматической моделирующей машине, графоаналитическим методом и экспериментально.

Настройка автоматических регуляторов является важным фактором, определяющим качество переходных процессов. Существует много методов определения параметров настройки. Следует отметить, что очень часто результаты расчетов параметров настройки для одной и той же системы не совпадают. Однако это не служит препятствием для применения этих методов, так как по существу методы являются приближенными. Важно определить по любому методу исходные параметры настройки, которые уже можно будет скорректировать непосредственно по процессу регулирования. Корректировка обычно бывает небольшой, а иногда и вовсе не требуется.

Расчет системы автоматического регулирования проводится для исследования статических и динамических характеристик с целью придания системе свойств, обеспечивающих оптимальное качество переходных процессов.

Для успешного решения этой задачи необходимо иметь ясное представление на физической основе технологических процессов взаимосвязи параметра через процесс, энергетическом и материальном балансах процессов и т.д.

1. Общая часть

1.1 Краткое описание технологического процесса

Автоматизация процесса расхода пара на очистную колонну

Пары из эпюрационной колонны поступают в дефлегматор, где частично конденсируются, флегма (конденсат) возвращается в колонну, а несконденсировавшиеся пары поступают в конденсатор, в котором полностью конденсируются. Полученный конденсат (головная фракция) выводят через холодильник. Из нижней зоны эпюрационной колонны отводят спирт-эпюрат крепостью 40 об. о/о и направляют его в ректификационную колонну. Спиртовые пары направляются в верхнюю часть колонны, а жидкий ректификованный спирт крепостью 96,2--96,5 об.% отбирают с четвертой--шестой тарелок (считая сверху), подают на холодильник, а затем через контрольный снаряд -- в спирто - лриемное отделение. С нижних тарелок ректификационной колонны отбирают сивушные масла.

Для улучшения качества ректификованного спирта устанавливают колонну окончательной очистки, на которой выделяют из ректификованного спирта остатки примесей. В этом случае ректификованный спирт из ректификационной колонны подают на шестую тарелку (считая сверху) колонны окончательной очистки. Поднимающиеся в колонне пары поступают в дефлегматор и конденсатор. Конденсат, содержащий выделенные головные примеси, направляют в верхнюю часть эпюрационной колонны, а ректификованный спирт отбирают из нижней части колонны окончательной очистки и через холодильник и контрольный снаряд направляют в спиртоприемиое отделение.

Количество выработанного спирта в спиртовом производстве определяют по объему безводного спирта при температуре + 20°С. При помощи мерников объемом от 250 до 1000 дал[2] определяют объем спирта и по содержанию этилового спирта, т. е. крепости, находят количество безводного спирта. Содержание этилового спирта в водно-спиртовых растворах определяют специальными ареометрами-спиртомерами.

В зависимости от степени очистки спирт этиловый ректификованный, предназначенный для пищевых целей, выпускается I сорта, высшей очистки.

Спирт I сорта и высшей очистки вырабатывают из зерна, картофеля и мелассы. Спирт экстра вырабатывают из кондиционного зерна. В ректификованном спирте I сорта содержание этилового спирта не менее 96,0 об.°/о, примесей -- 0,1 г/л. Спирт высшей очистки содержит этилового спирта не менее 96,2 об.%, примесей -- 0,05 г/л. Ректификованный »спирт экстра должен содержать не менее 96,5об. % этилового спирта и не более 0,01 г/л примесей.

Способ выделения и очистки этанола, включающий гидроселекцию легкокипящих примесей путем подачи воды на верхние тарелки эпюрационной колонны, дефлегмацию части паров, образующихся в верху колонны, и последующую ректификацию полученного при этом эпюрата, отличающийся тем, что дефлегмацию необходимого количества паров производят непосредственно в эпюрационной колонне, причем четкость отделения легкокипящих примесей регулируют температурой воды, направляемой на гидроселекцию, и количеством пара, подаваемого в куб эпюрационной колонны.

1.2 Определение передаточной функции

Структурная схема АСР

Структурные схемы систем автоматического управления в наглядной форме отражают состав и связи между их элементами.

Для определения передаточной функции необходимо произвести преобразование структурной схемы.

При параллельном соединении передаточные функции складываются. При последовательном соединении передаточной функции перемножаются.

W6(p)= W1(p)W2(p) (1.1)

W7(p)= W1(p)W2(p)+W4(p) (1.2)

W8(p)= (W1(p)W2(p)+W4(p))W3(p) (1.3)

W9(p)= (1.4)



2. Выбор и расчёт регулятора

2.1 Исходные данные

По данным технологического процесса выбирают допустимые параметры переходного процесса:

? хдин=0.5 Тн/ч - динамическое отклонение

?xстат=0,1 Тн/ч - статическая ошибка

tp=50 с - время регулирования

?µо = 20% - максимальное скачкообразное возмущение;

М=1.3 - показатель колебательности

2.2 Определение параметров объекта управления

Для выбора закона регулирования необходимо знать параметры объекта: расход пар очистной колонна

Коб- коэффициент передачи объекта, определяется из кривой разгона;

Tоб- постоянная времени объекта;

- запаздывание в объекте;

, (2.1)

Величина Tоб и рассчитываются по формулам:

, (2.2)

где: t1- время соответствующее изменению параметра 10%-15% от ?Х

, (2.3)

t2- время соответствующее изменению параметра на (80%-90 %)

, (2.4)

- 0,025 - из кривой разгона

,

(2.5)

что соответствует времени t1=6с

, (2.6)

что соответствует времени t2=28с

Х1=0,1

Х2=0,8

Определяем соотношение , выбираем регулятор непрерывного действия.

Для проверки правильности расчета и можно определить методом касательной и сравнить с аналитическими данными.

2.3 Выбор закона регулирования

Для выбора закона регулирования рассчитывают динамический коэффициент регулирования (Rд), который для статических объектов определяется по формуле:

, (2.7)

По графику, коэффициенты регулирования для статических объектов определяем, что Rд = 1 может обеспечить П;ПИ;ПИД закон.

П - простейший закон, проверяется на статическую ошибку. По графику, определение статической ошибки, находим:

, (2.9)

так как ?Хст =0,1 Тн/ч, то П-регулятор выбрать нельзя.

Выбираем ПИ- закон, обеспечивающий процесс регулирования без статической ошибки. Для ПИ- закона находят время регулирования tр по графику «Время регулирования для статических объектов».

что меньше допустимого значения времени регулирования

, выбираем ПИ - закон.

2.4 Исходные данные для ЭВМ

Из кривой разгона определяем чистое запаздывание . После чего разбиваем ось времени на равномерные промежутки . Каждому значению времени t0;t1 и.т.д. находят x0;x1 и.т.д. до xуст. Находим безразмерное значение выходной величины G и заносим данные в таблицу 1.

, (2.10)

Таблица 1 - Безразмерные значения регулируемых величин

G0	G1	G2	G3	G4	G5	G6	G7	G8	G9	G10	G11	G12	G13	G14
0	0.05	0.11	0.21	0.34	0.45	0.58	0.68	0.81	0.89	0.95	0.97	0.98	0.99	1

Значение и количество G заносим в таблицу 2

Таблица 2 - Данные для ЭВМ

			Количество G
0,025	4,45	3,57	15

2.5 Расчет и построение АФХ объекта управления

Вводим данные таблицы 1 и таблицы 2 в ЭВМ. После чего подбираем значение частоты

, (2.11)

таким образом, чтобы Амплитудно-фазовая характеристика (АФХ) была расположена в 4; 3 и 2 четверти. Значение частоты заносим в таблицу 3.

Таблица 3 - Частоты входных сигналов

щ0	щ1	щ2	щ3	щ4	щ5	щ6	щ7	щ8	щ9	щ10	щ11	щ12	щ13	щ14
0	0.0025	0.005	0.0075	0.01	0.015	0.02	0.025	0.03	0.035	0.04	0.05	0,06	0,08	0,1

После введения щ (частоты) на экране выводятся значение частоты (щ), амплитуды объекта АОБ (щ) и фазы цоб (щ). Эти данные заносим в таблицу 4.

Таблица 4 - АФХ объекта

щ рад/с	АОБ (щ)	цоб
0.0000	0.0250	0.0000
0.0025	0.0250	-9.4582
0.0050	0.0250	-18.9174
0.0075	0.0249	-28.3487
0.0100	0.0249	-37.8428
0.0150	0.0247	-56.7815
0.0200	0.0244	-75.7338
0.0250	0.0241	-94.6927
0.0300	0.0236	-113.6435
0.0350	0.0231	-132.5630
0.0400	0.0225	-151.4215
0.0500	0.0210	-188.8158
0.0600	0.0193	-225.5488
0.0800	0.0158	-116.2813
0.1000	0.0127	-183.1816

По данным таблицы 4 строим АФХ объекта (приложение 1).

2.6 Определение оптимальных параметров настройки регулятора

После построения АФХ, приступаем к расчету оптимальных параметров настройки ПИ- регулятора.

Тu1=5с; Тu2=7.5с; Тu3=10с; Тu4=12.5с.

Значение заносим в таблицу 5.

Таблица 5 - Значение ?А (щ)

щ рад/с	?А (щ)
	Тu1=5с	Тu2=7.5с	Tu3=10с	Tu4=12.5с
0.015	0.32	0.21	0.16	0.13
0.02	0.24	0.16	0.12	0.09
0.025	0.19	0.12	0.09	0.07
0.03	0.15	0.10	0.07	0.06

После определения радиусов (приложение 2)

r1=12.5; r3=7.2

r2=10.1; r4=5.5

Находим , (2.12)

Для Кр1=0.15; Кр2=0.18; Кр3=0.26; Кр4=0.34, заносим данные в таблицу 6.

Таблица 6 - Коэффициент Кр и время изодрома Тu

Тu	r	Кр
25	12.5	0.15
30	10.1	0.18
40	7.2	0.26
50	5.5	0.34

По данным таблицы 6 на плоскости строим зависимость Kp и Тu график (приложение 3).

Находим Кр опт=0.15 и Тu опт=25 c

2.7 Расчет и построение АФХ АСР

Исходные данные таблица 1 и таблицы 2 полученные значения Кр опт и Тu опт вводим в ЭВМ. Полученные данные заносим в таблицу 7.

По данным таблицы 7 строим АФХ АСР (приложение 4) и определяем устойчивость по критерию Найквиста и запас устойчивости по модулю и фазе С=0.80; =50?2'

Система автоматического регулирования с ПИ- регулятором устойчива, т.к. АФХ разомкнутой системы не охватывает точку с координатами (-1;j0) и имеет значительный запас устойчивости, как по модулю, так и по фазе.

Таблица 7 - АФХ объекта регулятора и АСР

щ рад/с	W ОБ(jщ)	W Р(jщ)	W САР(jщ)
	АОБ(щ)	цОБ(щ)	АОБ(щ)	цОБ(щ)	АОБ(щ)	цОБ(щ)
0.0000	0.0900	0.0000	0.0000	0.0000	0.0000	0.0000
0.0025	0.0897	-14.6444	2.40468	-56.45470	0.21470	-74.75869
0.0050	0.0886	-29.3149	1.20934	-55.32894	0.10524	-92.0032
0.0075	0.0868	-44.0105	0.81394	-54.13539	0.06758	-109.14720
0.0100	0.0842	-58.6839	0.61847	-52.86886	0.04781	-125.88850
0.0150	0.0765	-87.5305	0.42720	-50.09431	0.02676	-156.44470
0.0200	0.0666	-114.7831	0.33541	-46.95672	0.01621	-1.43812
0.0250	0.0563	40.3583	0.28302	-43.40284	0.01054	-21.18763
0.0300	0.0472	18.0083	0.25000	-39.37735	0.00734	-37.05494
0.0350	0.0396	-2.1936	0.22779	-34.82819	0.00542	-50.21518
0.0400	0.0337	-20.7393	0.21213	.-29.71550	0.00420	-61.44860
0.0500	0.0253	-54.5272	0.19209	-17.78360	0.00281	-79.96860
0.0600	0.0199	-85.7457	0.18028	-4.04692	0.00208	-95.25052
0.0800	0.0138	-144.8422	0.16771	23.23138	0.00135	-124.63270
0.1000	0.0105	-202.3028	0.16155	42.89968	0.00101	-161.26110

2.8 Выбор элементов АСУ

Выбор регулятора.

После выбора закона и расчета оптимальных параметров настройки, необходимо выбор регулятора отвечающий требованиям технологического процесса и производственного.

К регуляторам предъявляют следующие требования:

- простота конструкции

- надежность в работе

- возможность получения сложных законов регулирования

- пожаро-взрывоопасность

- невысокая стоимость

Выбор аппаратуры системы управления.

При выборе необходимо обеспечить требуемую надежность системы, обосновать технологическую и экономическую эффективность выбранных элементов.

В качестве датчика применяем: ИМ23н/РС

Расходомер пара показывает и регистрирует:

· количество потребленной тепловой энергии - в Гкал;

· тепловую мощность - в Гкал/час;

· текущую температуру пара - в 0С;

· текущий объем расхода пара - в м3/час;

· текущий массовый расход пара - в тон/час;

· массовый расход пара - в Тонах.

Основные параметры расходомера пара:

· измеряемая среда - ПАР (насыщенный и перегретый);

· диаметр условного прохода, (мм) - от 10 до 500;

· минимальный измеряемый расход, (м3/ч) - 0,005;

· динамический диапазон измерений, (Qmax/Qmin) - 50:1;

· предел допустимой основной погрешности, (%) - 0,15;

· температура рабочей среды, (0С) - до +450;

· давление рабочей среды (МПа) - до 16;

· кинематическая вязкость, (сСт) - 0,5 - 30.

Список использованной литературы

1. Белогорский В.В. «Проектирование, монтаж и эксплуатация автоматизированных систем». Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию. Красноярск, ККДП 1998 г.

2. Белогорский В.В. «Технические средства автоматизации». Учебное пособие. Красноярск, ККДП 2001 г.

3. Карасев В.А. - Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов специальности 2101 по дисциплине автоматическое управление Красноярск ККДП 2001 г.

4. Кошарский Б.Д. - Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. Справочное пособие. Изд. 3-е, переработанное и дополненное под редакцией Б.Д. Кошарского. Л., "Машиностроение" (Ленингр. отд-ние), 1976 г. 488 с. с ил.

5. Секушин, Н. А. - Автоматизированные системы управления в лесной промышленности [Электронный ресурс] : учебное пособие : самост. учеб. электрон. изд. / Н. А. Секушин ; Сыкт. лесн. ин-т. - Электрон. дан. - Сыктывкар : СЛИ, 2013. - Режим доступа: http://lib.sfi.komi.com. - Загл. с экрана.

Размещено на Allbest.ru