Схема автоматического регулирования котельной установки

Так как целью регулирования является поддержание постоянной величины на выходе системы при любых воздействиях на систему, то проследить величину ошибки на выходе такой системы не представляется возможным. В этом случае точность системы при использовании того или иного закона регулирования можно вычислить, если принять за выходную величину сигнал с выхода объекта.
Передаточная функция такой замкнутой системы по ошибке выражается формулой (2.6):
, (2.6)
где Wор(s) − передаточная функция разомкнутой системы «объект-регулятор».
Таким образом, следует формула (2.7):
. (2.7)
Подставив в формулу (3.6) выражение передаточной функции (2.7), получим формулу (2.8):
. (2.8)
Используя (2.8) в выражении (2.5), получим значение установившейся статической ошибки по положению (формула (2.9)):
. (2.9)
Таким образом, данная система имеет ненулевую ошибку по положению. Следовательно, использование в регуляторе П-закона регулирования является недопустимым.
В случае ПИ закона регулирования передаточная функция регулятора будет выражаться формулой (2.10) (для упрощения расчетов примем общий коэффициент усиления):
, (2.10)
где Tиз − постоянная времени изодрома (механическое, электрическое или гидравлическое устройство, обеспечивающее гибкую обратную связь в автоматических регуляторах).

Передаточная функция замкнутой системы запишется в виде формулы (2.11):
, (2.11)
где ;
;
;
;
.
По критерию Гурвица замкнутая система с передаточной функцией (2.11) является устойчивой, т.к. ее порядок меньше трех и коэффициенты b2, b1 и b0 положительны.
Передаточная функция разомкнутой системы с выходом на объекте будет выражаться формулой (2.12):
. (2.12)
Подставив в формулу (3.6) выражение (3.12), получаем передаточную функцию замкнутой системы по ошибке, выраженную формулой (3.13):
, (2.13)
Подставив полученное выражение (2.13) в формулу (2.5) при постоянном входном сигнале получим значение ошибки по положению:

Ошибка по скорости вычисляется подстановкой в (2.5) :

Как видно из приведенных расчетов, система с регулятором, работающим в ПИ-режиме, является абсолютно точной по положению и имеет конечную ошибку по скорости, т.е. она удовлетворяет предъявленным требованиям.
Передаточная функция ПИД-регулятора имеет вид (формула (2.14)):
, (2.14)
где Tд – постоянная времени дифференциирования.
Передаточная функция замкнутой системы выражается формулой (2.15):
, (2.15)
где ;
;
;
;
;
;
.


Анализируя полученное выражение (2.15), нужно заметить, что система с регулятором в ПИД-режиме может стать неустойчивой, если не будет соблюдено условие b2b1>b3b0 (по критерию устойчивости Гурвица).
Передаточная функция разомкнутой системы с выходом на объекте будет определяться формулой (2.16):
. (2.16)
Подставив полученное выражение (2.16) в формулу (2.6), получим передаточную функцию замкнутой системы по ошибке:

(2.17)
Ошибка по положению для данной системы вычисляется подстановкой (2.17) в формулу (2.5) при постоянном входном сигнале:

Ошибка по скорости:
Таким образом, система с регулятором, работающим в ПИД-режиме, имеет такую же точность, как система с ПИ-регулятором. Оптимальным вариантом регулятора расхода воды является регулятор, работающий в ПИД-режиме.

2.7 Выбор передаточных функций для каждого элемента системы
2.7.1 Передаточная функция объекта регулирования

Объект регулирования является система подачи газа в котел. Регулирующий орган входит в объект регулирования. Регулирующим органом является клапан газа.
Регулирующий орган (РО) – это устройство, позволяющее изменять величину (направление) потока энергии или вещества в соответствии с требованиями технологии регулируемого процесса. Наиболее распространены РО расходного типа, т.е. органы, изменяющие величину потока вещества или его расхода.
Передаточная функция определяется формулой (2.18):
, (2.18)
где kро − коэффициент передачи;
Tро − время выхода на новый режим.
Примем коэффициент передачи равный 1.

2.7.2 Передаточная функция регулирующего элемента

Регулирующим элементом является микропроцессорный контроллер Микроконт-Р2.
Передаточная функция определяется формулой (2.19):
, (2.19)
где kр – коэффициент пропорциональности;
– постоянная времени интегрирования;
– постоянная времени дифференцирования.
Это ПИД-регулятор с коэффициентом передачи kрэ (1,5).

2.7.3 Передаточная функция исполнительного механизма

Для приведения в действие РО, управляющего потоком газа, подаваемого в котел, необходимо подобрать исполнительный механизм (ИМ). Исполнительным механизмом является сервомотор.
Передаточная функция сервомотора выражается уравнением апериодического звена выражается формулой (3.20):
, (2.20)
где – постоянная времени сервомотора.
Апериодическим (инерционным) называют звено, в котором при подаче на вход ступенчатого сигнала выходная величина апериодически (по экспоненте) стремится к новому установившемуся значению.
Постоянная времени для данного сервомотора лежит в пределах от 0,5 до 1,77 с.

2.7.4 Передаточная функция измерительного элемента

Измерительным элементом является расходомер, измеряющий количество газа, попавшее далее на форсунки котла. Передаточная функция расходомера выражается уравнением апериодического звена (формула (2.21)):
, (2.21)
где Тиз – постоянная времени.
Постоянная времени для данного расходомера лежит в пределах от 2,5 до 30 с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Модернизация системы автоматизированного контроля параметров газовой котельной представляет собой сложный, трудоемкий и длительный процесс. В данной работе была модернизирована система автоматизированного контроля параметров газовой котельной, подробно описана и рассмотрена ее работа. Также был проведен анализ существующих видов автоматизированного контроля параметров газовой котельной. Подробно рассматривались их достоинства и недостатки. Мною была предложена одна из современных систем контроля параметров газовой котельной.
Для реализации этой работе были подобраны средства автоматизации. Разработка и внедрение системы автоматизированного контроля параметров газовой котельной позволило прийти к следующим результатам:
уменьшить количество рабочих за счет автоматизирования большей части функций и сбора и анализа информации при помощи ЭВМ;
увеличить качественные показатели, так как все технологические процессы идут в соответствии с технологическим регламентом, контролируются в автоматическом режиме, что позволило исключить влияние так называемого «человеческого фактора» на ход процесса термовакуумной обработки;
повысить экономические показатели производства.
Одним из главных факторов, определяющих целесообразность применения средств автоматизированного контроля параметров газовой котельной, является их технико-экономическая эффективность. Данная работа эффективна с точки зрения экономики, что видно по результатам расчета экономической части выпускной квалификационной работы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Бобков А.С. Охрана труда и экологическая безопасность в химической промышленности / А.С. Бобков. – М.: Химия, 1998. – 400 с.
Бушуев С.Д. Автоматика и автоматизация производственных процессов / С.Д. Бушуев, В.С. Михайлов. – М.: Высшая школа, 1990. – 232 с.
Двойнишников В.А. Конструкция и расчёт котлов и котельных установок / В.А. Двойнишников.– М.: Машиностроение, 1988. – 264 с.
Клюев А.С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов / А.С. Клюев.– М.: Энергия, 2004, – 464 с.
Павло, И.И. Котельные установки и тепловые сети / И.И. Павлов, М.Н. Фёдоров. – М.: Стройиздат, 1986. – 232 с.
Петелин Д.П. Автоматизация технологических процессов в текстильной промышленности / Д.П. Петелин. – М.: Лёгкая индустрия, 1980. – 320 с.
Прокофьев А.П. Экономика, организация и планирование в химической промышленности / А.П. Прокофьев. – М.: Химия, 1986. – 311 с.
Сергеев А.В. Справочное учебное пособие для персонала котельных / А.В. Сергеев. – СПБ.: ДЕАН, 2007. – 320 с.
Файерштейн Л. М. Справочник по автоматизации котельных / Л.М. Файерштейн, Л.С. Этинген, Гохбойм Г. Г. – М.: Энергия, 1999. – 344 с.
Шавров А.И. Автоматика / А.И. Шавров. – М.: Колос, 2000. – 259 с.
Щербаков В.С. Основы моделирования систем автоматического регулирования и электротехнических систем в среде MATLAB и SIMULINK / В.С. Щербаков, А.А. Руппель, В.А. Глушец. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2003. – 160 с.
Чекрыжов С. Автоматизация типовых процессов химических производств Учебное пособие. - Кохтла-Ярве: 2007. - 151 стр.
Иванова Г.В. Автоматизация технологических процессов основных химических производств СПб, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), 2003 г. - 134 с.
Рукин В.Л., Коробейникова У.Ю. Системы управления химико-технологическими процессами СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2010. - 136 с.
Дятлова Е.П., Сафонова М.Р. Проектирование автоматизированных систем управления технологическими процессами ЦБП
Ремизова О.А., Рудакова И.В. Системы управления химико-технологическими процессами
Лапшенков Г.И., Полоцкий Л. М - Автоматизация производственных процессов в химической промышленностиТехнические средства и лабораторные работы. - Изд. 3-е, перераб. и доп.— М.: Химия, 1988. - 288 с: ил. ISBN 5-7245-0007-8
Миронов В.М., Беляев В.М. Основы автоматизированного проектирования химических производств Учебное пособие для студентов очного и заочного обучения по специальности 170500 – «Машины и аппараты химических производств». – Томск, ТПУ, 2001. – 169 с.
Бельдеева Л.Н. Технологические измерения на предприятиях химической промышленности. В 2-х частях Учебное пособие /Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. -. Барнаул: изд-во АлтГТУ, 2002. - (73+76) с
ГОСТ 12.0003-74 " Опасные и вредные производственные факторы. Классификация "
ГОСТ 12.1.005-88 * «ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»
СНиП 2.08.02-89 «Общественные здания и сооружения»


СНиП 2152-80 санитарно-гигиенические нормы допустимых уровней ионизации воздуха производственных и общественных помещений.
СНиП II - 4 - 79 “Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования ”
ГОСТ 12.2 032-78 «Рабочее место при выполнении работ сидя. Общие эргономические требования»
СанПиН 2.2.2.452.96 «Общие гигиенические требования к помещениям для эксплуатации ВДТ и ПЭВМ»
Правила устройства электрооборудования
ГОСТу12.1 004-76 «Пожарная безопасность. Общие требования»
ГОСТ 12.1 006-84 «Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля»
ГОСТ 12.1 019 – 79 «Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты»

Приложение . Листинг программы. Главный модуль.
unit Main;

interface

uses
SysUtils, WinTypes, WinProcs, Messages, Classes, Graphics, Controls,
Forms, Dialogs, StdCtrls, Buttons, ExtCtrls, Menus, DB, DBTables, Grids,
DBGrids, DBCtrls, IniFiles, Report, Placemnt, RXShell, RXClock, RXCtrls,
MPlayer {, QuickRep, Report};

type
TMainDialog = class(TForm)
MainMenu: TMainMenu;
N1: TMenuItem;
Models: TMenuItem;
N2: TMenuItem;
Rubbers: TMenuItem;
MainPanel: TPanel;
N3: TMenuItem;
ConfigMenu: TMenuItem;
Customs: TMenuItem;
Config: TTable;
ProbegQuery: TQuery;
DriversMenu: TMenuItem;
RejimMenu: TMenuItem;
ParkButton: TBitBtn;
NewListButton: TBitBtn;
OpenButton: TBitBtn;
CloseBtn: TBitBtn;
N4: TMenuItem;
ArxivMenu: TMenuItem;
OpenPLMenu: TMenuItem;
RecalcMenu: TMenuItem;
RecalcButton: TBitBtn;
DataSource: TDataSource;
N6: TMenuItem;
ADatabase: TDatabase;
DriversButton: TBitBtn;
ConfigSET_PROBEG: TFloatField;
ConfigSET_RASXOD: TFloatField;
ConfigPHONE: TStringField;
FindListButton: TMenuItem;
ZakrepItem: TMenuItem;
MedicalItem: TMenuItem;
Reports: TMenuItem;
GSMReports: TMenuItem;
RubberReport: TMenuItem;
TOReport: TMenuItem;
Report: TReport;
KartaItem: TMenuItem;
N5: TMenuItem;
N7: TMenuItem;
PricepItem: TMenuItem;
TO21: TMenuItem;
PrognozItem: TMenuItem;
PowerItem: TMenuItem;
PerronItem: TMenuItem;
N10: TMenuItem;
SpGSMItem: TMenuItem;
UserLabel: TLabel;
DriversItem: TMenuItem;
PassQuery: TQuery;
WorkNowQuery: TQuery;
LevelLabel: TLabel;
ConfigSIZEX: TFloatField;
ConfigSIZEY: TFloatField;
ConfigFontSize: TFloatField;
ConfigDeltaX: TFloatField;
ConfigDeltaY: TFloatField;
ConfigISBOLD: TStringField;
ConfigISARXIV: TStringField;
RecalcQuery: TQuery;
Label3: TLabel;
PasswordItem: TMenuItem;
MainClock: TRxClock;
AlarmItem: TMenuItem;
N8: TMenuItem;
AlTable: TTable;
AlarmBox: TCheckBox;
AlarmRxLabel: TRxLabel;
PLTable: TTable;
N9: TMenuItem;
mnInfo: TMenuItem;
mnAbout: TMenuItem;
QryIsPListClosed: TQuery;
BtnMehanizator: TBitBtn;
N11: TMenuItem;
mnPlan: TMenuItem;
N12: TMenuItem;
mnStatist: TMenuItem;
PassQueryNew: TQuery;
Label1: TLabel;
mnTO1_300: TMenuItem;
mnTO2_300: TMenuItem;
mn_Rep_Prava: TMenuItem;
QrySrokPerron: TQuery;
mnPowerType: TMenuItem;
mnPwManufacture: TMenuItem;
BtnParkAKB: TBitBtn;
BtnNewJurnalRec: TBitBtn;
StaticText1: TStaticText;
mnTO3: TMenuItem;
mnTO3_50: TMenuItem;
{++++++++++++++++++++}
procedure RegistrationInSystem;
{--------------------}

{ Private declarations }
public
{ Public declarations }
SetProbeg: Real;
SetRasxod: Real;
IdTask: Real;
IdUser: Real;
IdLevel: Real;
IdGroup: Real;
WorkNow: Real;
Dolgnost, FIO, NaUser: String;
FirstStart: Boolean;
{ aReport : TQuickReport;}
end;

const
Ver = '1.00.09';
VerDate = '01.03.2011';

var
MainDialog: TMainDialog;
STPass,STUser: String;
CurDate: TDate;

implementation

{$R *.DFM}
uses ShellApi, Park, Tp_Car, NewCar, Rubber, NPList, PLBro, Custom, Config, Mess,
NRejim, SpDriver, Zakrep, Period, Prognoz, SpGSM,
Password, CPasswForm, UMessage, Alarm, Title, frmInfo, Statist, Tp_AKB,
PW_MANUF, Park_AKB, NJurnal, NJurnal2;

procedure TMainDialog.ParkButtonClick(Sender: TObject);
begin
if IdLevel = 4 then begin
ParkDialog.CurrentButton.Enabled := false;
ParkDialog.NewCarButton.Enabled := false;
ParkDialog.DelCarButton.Enabled := false;
end;
ParkDialog.ShowModal;
end;

procedure TMainDialog.GuideButtonClick(Sender: TObject);
begin
TypeCarDialog.ShowModal;
end;

procedure TMainDialog.BitBtn4Click(Sender: TObject);
begin
NewCarForm.ShowModal;
end;

procedure TMainDialog.ModelsClick(Sender: TObject);
begin
TypeCarDialog.ShowModal;
end;

procedure TMainDialog.FormCreate(Sender: TObject);
begin
FirstStart := True; {Первый запуск программы}

ClientWidth := CloseBtn.Left + CloseBtn.Width;
ClientHeight := CloseBtn.Top + CloseBtn.Height;
MainPanel.Align := alClient;

{ position the form at the top of display }

Left := 3;
Top := 3;

ADatabase.Connected := True;
// PassQueryNew.Open;
// Label3.Caption := PassQueryNew.FieldByName('EXECUTOR').AsString;
// PassQueryNew.Close;

Config.Open;
CustomForm.tbCustom.Open;
TypeRubberForm.TypeRubber.Open;
RejimForm.Rejim.Open;
SpGSMDlg.GSMTable.Open;

SetProbeg := Config.FieldByName('SET_PROBEG').asFloat;
SetRasxod := Config.FieldByName('SET_RASXOD').asFloat;
end;

procedure TMainDialog.RubbersClick(Sender: TObject);
begin
TypeRubberForm.ShowModal;
end;

procedure TMainDialog.NewListButtonClick(Sender: TObject);
var Str, strPlistNum, strPlistDate: String;
IsPListClosed, NeedRemont: Integer;
SrokPerron: Real;
begin
IsPListClosed := 0;
FrmNewJurnalRec2.CreateCodeCar := '**-';
str := InputBox('Новая запись в журнал выездов',
'Укажите гаражный номер механизма', '');
if str <> '' then begin
with QrySrokPerron do begin
Params[0].AsString := Str;
Prepare;
Open;
SrokPerron := Int(FieldByName('SROK_PERRON').AsFloat);
if eof then begin
ShowMessage('Гаражного номера ' + Str + #13 + 'не существует');
IsPListClosed := -1;
end;
Close;
UnPrepare;
end;
if IsPListClosed = -1 then exit;
{ if pos('6', str) = 1 then begin
SrokPerron := 999;
NewPListForm.CreateCodeCar := '66-'
end; }

with QryIsPListClosed do begin
Params[0].AsString := Str;
// Params[1].AsString := Str;
Prepare;
Open;
IsPListClosed := FieldByName('CLOSE').AsInteger;
strPlistNum := FieldByName('ID_PAGE').AsString;
strPlistDate := FieldByName('FD_START').AsString;
NeedRemont := FieldByName('NEED_REMONT').AsInteger;
if eof then begin
IsPListClosed := 1;
NeedRemont := 0;
end;
Close;
UnPrepare;
end; {with QryIsPListClosed do}
if IsPListClosed = 0 then begin
ShowMessage('У гаражного номера ' + Str
+ #13 + 'есть незакрытый маршрутный лист № ' + strPlistNum
+ #13 + 'за ' + strPlistDate);
NewPListForm.ModalResult := mrCancel;
// if NewPListForm.CloseQuery then NewPListForm.Close
// else ShowMessage('Form is not Closable');
// Exit;
end else begin
{ if SrokPerron <= 0 then begin
if (MessageDlg( ' У гаражного номера ' + Str
+ #13 + ' !!! ЗАКОНЧИЛСЯ !!!'
+ #13 + 'срок действия пропуска на перрон !!!'
+ #13 + '!^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^!'
+ #13 + 'Если уверены в необходимости выписать ПЛ'
+ #13 + 'нажмите YES, чтобы отказаться - NO'
, mtError, [mbYes, mbNo], 0) = mrYes) then begin
NewPListForm.CreateCodeCar := 'XX-'
end else exit;
end;
if SrokPerron = 1 then begin
ShowMessage('У гаражного номера ' + Str
+ #13 + 'ЗАВТРА ЗАКОНЧИТСЯ срок действия'
+ #13 + 'пропуска на перрон !!!!!!!!!!!!!!!!!');
end;
if (SrokPerron > 1) and (SrokPerron <= 7) then begin
ShowMessage('У гаражного номера ' + Str
+ #13 + 'до окончания срока действия'
+ #13 + 'пропуска на перрон'
+ #13 + 'ОСТАЛОСЬ МЕНЬШЕ НЕДЕЛИ');
end;
if (SrokPerron > 7) and (SrokPerron <= 30) then begin
ShowMessage('У гаражного номера ' + Str
+ #13 + 'до окончания срока действия'
+ #13 + 'пропуска на перрон'
+ #13 + 'осталось меньше МЕСЯЦА');
end; }
if NeedRemont = 1 then ShowMessage('Гаражный номер ' + Str
+ #13 + 'был возвращен в технически неисправном состоянии.'
+ #13 + 'Маршрутный лист № ' + strPlistNum + ' за ' + strPlistDate);

FrmNewJurnalRec2.IdCarForNewPList := str;
FrmNewJurnalRec2.CarNumer := 0;
FrmNewJurnalRec2.OldPage := 0;
// NewPListForm.PriNumer := 0;
FrmNewJurnalRec2.IdRejim := 1;
FrmNewJurnalRec2.IdCustom := 1;
FrmNewJurnalRec2.NewList;
end;
end;
end;

procedure TMainDialog.BtnNewJurnalRecClick(Sender: TObject);
var Str, strPlistNum, strPlistDate: String;
IsPListClosed: Integer;
SrokPerron: Real;
begin
IsPListClosed := 0;
FrmNewJurnalRec2.CreateCodeCar := '**-';
str := InputBox('Новая запись в журнал выездов', 'Укажите гаражный номер механизма', '');
if str <> '' then begin
with QrySrokPerron do begin
Params[0].AsString := Str;
Prepare;
Open;
SrokPerron := Int(FieldByName('SROK_PERRON').AsFloat);
if eof then begin
ShowMessage('Гаражного номера ' + Str + #13 + 'не существует');
IsPListClosed := -1;
end;
Close;
UnPrepare;
end;
if IsPListClosed = -1 then exit;

with QryIsPListClosed do begin
Params[0].AsString := Str;
Prepare;
Open;
IsPListClosed := FieldByName('CLOSE').AsInteger;
strPlistNum := FieldByName('ID_PAGE').AsString;
strPlistDate := FieldByName('FD_START').AsString;
if eof then IsPListClosed := 1;
Close;
UnPrepare;
end; {with QryIsPListClosed do}
if IsPListClosed = 0 then begin
ShowMessage('У гаражного номера ' + Str
+ #13 + 'есть незакрытый маршрутный лист № ' + strPlistNum
+ #13 + 'за ' + strPlistDate);