Разработка САУ давлением пара поступающего в ведущую сушильную группу

Для этого используется программируемый логический контроллер (ПЛК) «Ремиконт» Р-130 [5].«Ремиконт» Р-130 предназначен для общепромышленных условий эксплуатации и имеет технические данные, приведенные в таблице 3. Таблица 3Технические характеристики «Ремиконт» Р-130Количество алгоблоков99Количество аналоговых входов для ввода унифицированных токовых сигналов стандартных диапазонов16Количество импульсных выходов для управления электрическим исполнительным механизмом постоянной скорости 4Время рабочего цикла(0,2 ÷ 2)сКоличество алгоритмов в библиотеке76Погрешность обработки информации± 0,1%Количество независимыхконтуров регулирования4Вид заданияВнешнее, ручное, программноеПитание от сети переменного тока(220 ± 10) ВДля ручного переключения с автоматического режима управления на ручной и обратно используется блок ручного управления БРУ-32. Он выполняет ряд функций: определение положения регулирующего органа ИМ; кнопочное управление (кнопками «больше-меньше») ИМ; световая индикация выходного сигнала регулирующего устройства с импульсным выходным сигналом. БРУ предназначен для применения в общепромышленных условиях.Для изменения степени открытия регулирующего клапана используется в соответствии с величиной крутящего момента механизм электрический однооборотный фланцевый типа МЭОФ-250/25-0,25-97к, предназначенный для эксплуатации в условиях [5]:относительная влажность, % – до 95;температура, – (-40…+50);недопустимо воздействие солнечной радиации идождя.Основные технические характеристики МЭОФ приведены в таблице 4. Таблица 4Технические характеристики МЭОФ-250/25-0,25-97кНоминальный крутящий момент на выходном валу250 НмПотребляемая мощность430 ВтПолный ход выходного вала0,25 об.Время полного хода выходного вала25 сМасса 28,5 кгЧтобы управлять МЭОФиспользуем пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М, который предназначен для общепромышленных условий применения.ПБР имеет следующие технические характеристики, приведенные в таблице 4.Таблица 4Технические характеристики ПБР-2МВходное сопротивление750 ОмМаксимальный коммутируемый ток4,0 АЭлектропитание от сети переменного токанапряжение220 Впотребляемая мощность7 ВАчастота50 ГцБыстродействиеНе более 25 мсМассаНе более 3,5 кгДля дистанционного установления положения вала ИМ используется дистанционный указатель положения ДУП-М, предназначенный для применения в закрытых взрыво- и пожаробезопасных помещениях при отсутствии в окружающем воздухе агрессивных паров и газов и параметрах окружающей среды [4]:относительная влажность, % – 30÷80;температура, – 5÷50.Этот дистанционный указатель имеет следующие технические характеристики, указанные в таблице 5.Таблица 5Технические характеристики ДУП-МПределы регулирования начального (0%) и конечного (100%) положения стрелки указателя не менее половины шкалыПитание от сети переменного токанапряжение220 Вчастота50 Гцпотребляемая мощностьНе более 5 ВАМасса Не более 0,7 кг6.2 Разработка и описание технической структуры САУВ соответствии с выбранными ТСА составлена техническая структура САУ, приведенная в Приложении 2.Задание величины регулируемого параметра САУ будет производиться с операторной станции (ОС).ОС выполняет функции, которые относятся к более высоким уровням управления производством: обеспечивая непосредственное управление производственным процессом. Назначение ОС – связать оператора с объектом и со средствами АСР, поэтому ОС оснащаются развитыми средствами вывода информации, которые одновременно позволяют воспринимать управляющее воздействие, исходящее от оператора. Главное средство представления информации оператору это экран дисплея. Информация на экране дисплея представлена в форме видеограмм, отображающих состояние технологического процесса.В состав операторской станции входит:Персональный компьютер промышленного исполнения на базе Windows 98;Программная оболочка для визуализации работы системы (InTouch 9.5);Программа организации человеко-машинного интерфейса под оболочку InTouch.К ОС при помощи COM-порта подключен ПЛК «Ремиконт» Р-130. В ПЛК в модуль аналогового сигнала (МАС) подается информация о заданной величине уровня с ОС в виде унифицированного аналогового сигнала 4-20 мА. Затем этот сигнал в автоматическом режиме обрабатывается и преобразуется в дискретный (широтно-импульсный) сигнал ±24В, который выходит из модуля дискретного сигнала (МСД) и проходит через ключ БРУ-32, стоящем в положении «А», и следом идет на пускатель ПБР-2М. Пускатель управляет ИМ МЭОФ-250/25-0,25-97к, подавая в него сигнал, в зависимости от которого ИМ регулирует степень открытия m регулирующего клапана.Для отображения степени открытия клапана на мониторе компьютера установлен ДУП-М, который подает сигнал в виде унифицированного аналогового сигнала 4-20 мА о положении выходного вала ИМ на ПЛК, где обрабатывается и выводится на монитор ОС.Датчик разности давлений МЕТРАН-150 CDпреобразует информацию обуровне воды в барабане котла в унифицированный аналоговый сигнал 4-20 мА, который передается в ПЛК «Ремиконт» Р-130, где обрабатывается с заданной величиной [4].При необходимости перевода системы в ручной режим работы ключ БРУ-32 переводится в правое положение «Р», и тогда управление ИМ осуществляется с помощью кнопок «Б» – больше и «М» – меньше. Перенос информации в ручном режиме о состоянии давления с ЭР на ОС осуществляется при помощи блока переноса данных БПД-4М или при помощи USB-накопителя. Также эта информация, как и информация о степени открытия регулирующего клапана, отображается на промышленном щите. В Приложении 1 приведена спецификация используемых ТСА.Обоснование выбора регулятораСуществуют две стандартные конфигурации (СК) регуляторов – «Регулятор аналоговый РЕГА» и «Регулятор импульсный РЕГИ» [5].СК «Регулятор аналоговый РЕГА» предназначена для построения контура регулирования с аналоговым выходным сигналом, а СК «Регулятор импульсный РЕГИ» - с импульсным выходным сигналом. Так как в САУуровнем воды вбарабане котла типа Е-50используются ПБР, ИМ типа МЭО и должен выполняться ПИ закон регулирования, выбрана СК «Регулятор импульсный РЕГИ» (в дальнейшем РЕГИ). На рис. 4. изображена структура такого регулятора.Рис. 4. Стандартная конфигурация «Регулятор импульсный РЕГИ». Первая цифра – номер алгоблока, затем шифр алгоритма [5].РЕГИ состоит из шести алгоритмов, представленных в таблице 6.Таблица 6Состав стандартной конфигурации «Регулятор импульсный РЕГИ».№ алгоблокаНаименование алгоритма01Оперативный контроль контуров регулирования ОКО02– 0003– 0004– 0005Ввод аналоговый, группа А, ВАА06Задание ЗДН07Регулирование импульсное РИМ08Ручное управление РУЧ09Импульсный вывод, группа А, ИВАРегулятор помимо алгоритма регулирования содержит ручной задатчик, алгоритм ручного управления, алгоритм оперативного контроля. Входной сигнал и сигнал, характеризующий положение исполнительного механизма, подаются на аналоговые входы контроллера (соответственно вход 01 и 02 группа А). Выходной сигнал формируется на импульсном выходе контроллера (выход 01, группа А).РЕГИ помещается только в первый контур. Остальные три контура (алгоблоки 02-04) оставлены свободными. При необходимости в них могут быть добавлены нужные алгоритмы.РЕГИ обеспечивает не только функции регулирования, но также и функции оперативного управления в первом контуре, а именно ручное изменение сигнала задания, переход на ручной режим и ручное изменение выхода, контроль входного сигнала (регулируемого параметра), и сигнал рассогласования, а также контроль сигнала задания и выходного сигнала.После ввода РЕГИ конфигурация может видоизменятся и дополняться другими алгоритмами, в ней может изменяться конфигурация и параметры настройки в соответствии со стандартными правилами программирования. [5] 5. Качество САУ5.1. Расчет границы устойчивостиДинамический критерий качества:Время регулирования – время, за которое переходный процесс достигает заданной статической погрешности.Тр = 9 с;Время нарастания – время, за которое переходный процесс впервые достигает заданного значения.Тн = 4 с;Скорость переходного процесса – величина угла, который определяется выражением: ;Заданная степень затухания: Интегральный критерий качества:Рассчитаем только 1 из 4-х – среднеквадратический критерий качества. Т.к. при возведении в квадрат первые большие полуволны становятся еще больше, а последние маленькие еще меньше, что позволяет существенно уменьшить время регулирования и исследовать только начальную область переходного процесса [3]: Интеграл равен площади S = 5842.5.3. Расчет и построение переходных процессовВеличина входного воздействия (Δх) соответствует номеру варианта.t012345678910111213141516171819202122y00,10,20,411,72,53,65,37910,812,113,214,114,815,315,715,815,815,815,815,8Определение передаточной функции объекта по исходной кривой разгона Метод РотачаКоэффициент усиления равен:Из графика 1 определяем значение отрезков времени и :; По отношению и из таблицы определяем порядок.Для того, чтобы найти численные значения постоянной времени Т, времени запаздывания, порядка объекта n используют следующую таблицу: n          k1        k2    0      1             1          00,104   2          2,718   0,2820,218   3          3,695   0,8050,319   4          4,463   1,4250,41     5          5,119     2,1Т.к.    отличаются от имеющихся в таблице, то порядок устанавливает по меньшему ближайшему значению:Передаточная функция объекта определяется выражением:где -постоянная времени-условное время запаздывания-время запаздыванияТ.о. получим передаточную функцию объекта в виде:Определение оптимальных параметров настройки типовых законов управленияПропорциональный регуляторА. Аналитический метод расчета1. Исходные данные 1.1. Передаточная функция объекта имеет вид [3]; 1.2. Передаточная функция регулятора – 1.3. Критерий устойчивости Найквиста-Михайлова представлен в виде системы уравнений:где – АЧХ объекта и регулятора соответственно;– ФЧХ объекта и регулятора.2. Расчет 2.1. Из уравнения 2 системы (*) находим рабочую частоту 2.2. Подставим рабочую частоту в уравнение 1 системы (*):3. ОтветПередаточная функция регулятора: R(p) = 0.0626. Б. Графический метод расчета1. Исходные данные 1.1. Передаточная функция объекта имеет вид: ; 1.2. Передаточная функция регулятора – 2. Расчет 2.1. На основании исходных данных строим АФХ объекта.00,050,100,150,200,250,30,350,40,4961.8451.5443.3736.7931.4527.0523.3920.3317.74714.032-330-520-830-1100-1300-1480-1630-1750 2.2. Из начала координат под углом к отрицательной реальной оси проводим луч ОА. 2.3. Строим касательную окружность с центром на отрицательной реальной оси таким образом, чтобы она касалась и АФХ объекта, и луча ОА. 2.4. Численное значение пропорциональной настройки находим по формуле:3. ОтветПередаточная функция регулятора: R(p) = 0.14. Получение переходных процессов. Проверка их качества.Структурная схема формируется в виде замкнутой одноконтурной системы вида:1. П-регулятор, рассчитанный аналитически имеет передаточную функцию R(p) = 0.626 и переходный процесс [3]:Этот регулятор расходящийся, поэтому не нужно проводить проверку на качество.2. П-регулятор, рассчитанный графически, имеет передаточную функцию R(p) = 0.014 и переходный процесс:Статический критерий качества (большинство изображается на переходном процессе):Статическая погрешность δ = 90 – величина минимального выброса, которой можно пренебречь при дальнейших расчетах;Динамическая погрешность – величина максимального выброса в переходном процессе. Должна удовлетворять условию:δ 1/3 ymax; ymax = 680;Перерегулирование Эффективность САУ Максимальное распространение получили трехимпульсная система автоматического регулирования температуры в нагревательном мнеке, а также ее модификации, которые имеют следующие недостатки: наличие статических ошибок регулирования в конце переходного процесса при отработке внутренних возмущений и возмущений расходом перегретого пара; большие отклонения уровня при резких и значительных изменениях нагрузки, что зачастую приводит к разгрузке или останову сушильной группы или энергоблока [4]. Для устранения указанных недостатков ранее были разработаны инвариантные системы автоматического регулирования питания барабанного котла. Первый вариант инвариантной системы автоматического регулирования с выделением эквивалентного внешнего возмущения отличается от типовой тем, что структуру стабилизирующего регулятора выбирают на базе передаточной функции оптимального регулятора, а структуру и параметры динамической настройки корректирующего устройства с учетом эквивалентного объекта регулирования, включающего внутренний контур стабилизирующего регулятора. Во втором варианте предложена передаточная функция устройства компенсации эквивалентного внешнего возмущения, представленная в виде последовательно соединенных типовых звеньев: реального дифференциатора и звена быстрого реагирования. Для уменьшения максимальной величины регулирующего воздействия в этой схеме на выходе устройства компенсации эквивалентного внешнего возмущения дополнительно установлен ограничитель. Инвариантные системы автоматического регулирования устраняют статические ошибки регулирования при всех воздействиях и позволяют существенно улучшить качество поддержания уровня при переменных режимах. Для оценки экономической эффективности внедрения инновационной системы автоматического регулирования уровня воды в барабане как системы предложена методика, которая позволяет рассчитать основные составляющие экономического эффекта от ее внедрения: повышение надежности (безотказности) работы котла; увеличение экономичности котла за счет существенного уменьшения времени отработки воздействий по сравнению с типовой системой автоматического регулирования и долговечности ее работы.ВыводыВ результате проведённой работы была рассмотрена техническая реализация САУдавления пара в сушильной группе. Был использован контроллер Ремиконт Р-130. Все выбранные ТС обеспечивают достаточные точность, быстродействие и надёжность. С помощью контроллера реализуется индикация параметров процесса на операторской станции, а также возможность изменения с неё настроек регулятора и задания системы. Ремиконт Р-130 позволяет осуществлять сигнализацию предельного положения РО. Система автоматического регулирования была успешно усовершенствована, её экономические показатели в значительной мере повысились.Список используемой литературыАлександров В.Г. Вопросы проектирования паровых котлов средней и малой производительности. М.-Л., Госэнергоиздат, 1990.Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий. Учебник для вузов, 3-е издание, перераб.-М.: Энергоатомиздат, 1988. – 528 с.Воронов А.А. и др. Основы теории автоматического регулирования и управления. Учебное пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 1977.Клаассен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. – М.: Постмаркет, 2000.ОАО «ЗЭиМ» Контроллер микропроцессорный Ремиконт Р-130 комплект документации.– Чебоксары.Аким, Э.Л. Обработка бумаги [Текст] / Э.Л. Аким – М: ЛП, 1972. 232 с.Аким, Э.Л. Синтетические полимеры в бумажной промышленности [Текст] / Э.Л. Аким – М: ЛП, 1986. 248 с. Бондарев, А.Л. Производство бумаги и картона с покрытием [Текст] / А.Л. Бондарев – М: ЛП, 1985. 192 с. Вураско, А.В. Технология получения, обработки и переработки бумаги и картона [Текст]: уч. пособие / А.В. Вураско. Екатеринбург: УГЛ- ТУ, 2001. 281 с. Сушкова, Н.Д. Бумажные мешки. Производство, применение, свойства мешочной бумаги и мешков [Текст] / Н.Д. Сушкова – М. Лесная промышленность, 1974 г. 168 с. Технология целлюлозно-бумажного производства. В 3 т. Т. II. Производство бумаги и картона. Ч. 1, 2. Технология производства и обработки бумаги и картона. – СПб.: Политехника, 2005. – 423 с.