Текст работы

Федеральное агентство по образованию
Белгородский государственный технологический университет
имени В. Г. Шухова
Кафедра электротехники и автоматики

Контрольная работа
по дисциплине:
«Системы управления химикотехнологическими процессами»
на тему: «Система автоматического регулирования температуры в зоне спекания вращающейся печи»

Белгород 2007
Задание №1

Раздел 1

Объектом управления (ОУ) вращающейся печи является процесс регулирования разряжения в горячей головке вращающейся печи.
Автоматизация вращающейся печи направлена на оптимизацию ее работы. Оптимальная работа вращающейся печи является самым важным фактором, влияющим на качество получаемого клинкера и экономию энергоресурсов.
При оптимизации режима работы вращающейся печи решаются следующие основные задачи:
максимальное использование тепла горения топлива на обжиг клинкера;
точное соблюдение технологических параметров вращающейся печи с целью получения клинкера высокого качества;
предотвращение пылевыделения из печи с целью обеспечить более экологически чистую среду вокруг предприятия;
увеличение службы работы всех механизмов и теплообменных устройств.
Классификация переменных величин характеризующих работу объекта:
разрежение в горячей головке вращающейся печи;
расход дымовых газов;

Раздел 2

Дано уравнение движения ОУ:




где Y(t) - расход дымовых газов;
X(t) - разрежение в горячей головке вращающейся печи;
tоу - постоянная времени объекта управления, tоу = 13 с;
t - время запаздывания, t = 0 с;
Kоу - коэффициент передачи объекта управления, Kоу = 15 Па/%;
Определяем передаточную функцию:




Учитывая, что необходимо определить переходную характеристику объекта управления, считаем, что выходная величина это единичная функция Y(t)=1(t).
Преобразуем это условие по Лапласу и получим:



Подставим начальные условия в предыдущее уравнение:



Корни характеристического уравнения (tоуp+1)p =0; p1=0; p2=-1/tоу
Применим формулу Хевисайда:







Подставляем значения и строим зависимость:





Определим импульсную характеристику:


Подставляем значения и строим зависимость:





Определим КЧХ:

Так как p=jw, то W(p)= W(jw)= U(w)+jV(w).



Подставляем значения и строим зависимость:




Определим АЧХ:



Подставляем значения и строим зависимость:




Из графика видно, что полоса пропускания лежит в области низких частот.
Определим ФЧХ:



Подставляем значения и строим зависимость:





Задание №2

Раздел 1

Построение и описание функциональной схемы автоматизации ОУ в соответствии со стандартом (рис 1):
PY, GY - преобразователь разряжения, перемещения;
GE - датчик перемещения;
PI, CI - вторичные приборы;
PC, GC - регуляторы разряжения, перемещения, причем GC - внутренний контур регулирования, необходим для формирования пропорционально-интегрального закона регулирования регулятора PC; PC - внешний регулирующий контур.
H - задатчики, входящие в состав регулятора;
HS - коммутирующий элемент;
SA - тумблер;
SB - кнопочный переключатель;
NS - усилитель мощности (магнитный пускатель).
М1 - исполнительный механизм;
М2 - электропривод дымососа;
ПК - пылеосадительная камера;
Ф - электрофильтр;
ВП - вращающаяся печь;
К1 - клапан воздушный регулирующий;
ГГ - горячая головка печи;
Х - печной холодильник.
Построение блок-схемы автоматизации ОУ в соответствии со стандартом (рис 2):
ДР - датчик разряжения;
ЭР - электронный регулятор (локальный контроллер);
УМ1 - усилитель мощности;
ИМ1 - исполнительный механизм;
КС1 - контроллер среднего уровня (телеметрии);
ПУ1 - пульт управления оператора. На мониторе оператора выводятся все контролируемые параметры в автоматическом режиме: состояния оборудования и технологических параметров.
ЭП1 - электропривод дымососа.
Система автоматизации работает следующим образом.
Датчик разряжения через отборное устройство измеряет величину разряжения в горячей головке печи. Выходной сигнал датчика 1а подается на регулятор 1в, на вход которого поступает сигнал задатчика 1г. При равенстве нулю алгебраической суммы этих сигналов выходной сигнал регулятора отсутствует. В противном случае регулятор 1в вырабатывает сигнал рассогласования, который в электронных блоках регулятора усиливается до заданной величины и преобразуется в соответствии с пропорционально-интегральным законом регулирования.
С выхода регулятора 1в сигнал подается на вход регулятора положения 2г, на вторые входы которого поступают сигналы с датчика положения 2а и задатчика 2д. При неравенстве нулю алгебраической суммы этих сигналов формируется сигнал рассогласования который подается на усилитель мощности 2е через ключ SA1, предназначенный для выбора режима управления «автоматический - ручной».
Усиленный по мощности сигнал с выхода усилителя 2е поступает на управляющую обмотку электрического исполнительного механизма М1, состоящего из размещенных в одном корпусе электродвигателя и редуктора.
Исполнительный механизм М1 перемещает поворотную заслонку К1, установленную на дымососе, что приводит к изменению проходного сечения дымососа и расхода удаляемых из печи отходящих газов. Изменение расхода отходящих газов происходит до тех пор, пока выходной сигнал регулятора 1в не станет равным нулю, то есть пока регулируемый параметр разряжение в горячей головке вращающейся печи не достигнет заданного значения.
Для контроля разряжения на щите пульта управления установлен вторичный прибор 1б с функциями показания, непосредственно связанный с датчиком разряжения. Также на пульте управления размещен дистанционный указатель положения 2в заслонки К1, связанный с датчиком положения 2а и размещенный в корпусе исполнительного механизма.
Кнопочный переключатель SB1 предназначен для дистанционного включения электродвигателя исполнительного механизма М1 в ручном режиме управления.
Контур стабилизации разрежения в горячей головке вращающейся печи обеспечивает нормальный режим горения и соответствующую скорость газов. Разряжение в горячей головке характеризует интенсивность теплообмена и пылевынос из печи, а также состояние газового тракта печного агрегата.

Раздел 2

Подбор приборов для системы автоматического контроля.
Обычно разряжение в горячей головке печи составляет 1,23…1,72 кПа.
Для представленной схемы выбираем датчик разряжения фирмы «Метран», который имеет чувствительный элемент, выполненный по технологии КНС (кремний на сапфире).

Техническая характеристика датчика Метран-100-ДВ-1430-02

Измеряемые среды	жидкости, пар, газ, в т.ч. газообразный кислород и кислородосодержащие газовые смеси; пищевые продукты
Диапазоны измеряемых давлений	0,04…6,3 кПа
Основная погрешность измерений	до 0,1% от диапазона
Выходной сигнал	цифровой (RS-485, HART), аналоговый
Ток выходного сигнала	от 4 до 20 мА
Постоянная времени	5,0 с
Диапазон перенастроек пределов измерений	до 25:1
Устойчивость к атмосферному воздействию	от 84,0 до 106,7 кПа
Степень защиты от воздействия пыли и воды	IP65
Межповерочный интервал	3 года
Гарантийный срок эксплуатации	3 года

печь вращающийся регулятор отборный
Подбор вторичных приборов.
На верхнем уровне АСДУ находится диспетчерский пульт управления (ДПУ). Этот уровень предназначен для наблюдения, регулирования, получения информации, документации данных по процессам, протекающим в ОУ. Здесь происходит взаимодействие оператора с различными процессами с помощью интерфейса «человек-машина». Этот уровень реализован с помощью специального программного обеспечения.
Параметры объекта управления выводятся на мониторе ДПУ.
Задание №3

Раздел 1

Обобщенная функциональная схема с учетом применения аналогового регулятора.



Б1 - регулятор разряжения, формирует пропорционально-интегральный закон регулирования;


(t) - регулирующая величина ОУ.
Df(t)=fзад-fдат(t)
Df(t) - отклонение регулируемой величины от заданной;
fзад - задающая величина, формируется задатчиком;
fдат(t) - выходной сигнал датчика.
Б2 - регулятор положения, это внутренний контур СА, необходимый для формирования регулятором Б1 заданного закона регулирования.

Обобщенная функциональная схема на базе технологического контроллера.


ТК - технологический контроллер.

Раздел 2

Определение параметров ОУ с учетом датчика технологического параметра и построение переходной характеристики.
Параметры ОУ: Kоу=15 Па/%, tоу=13 с; t=0 с.
Параметры датчика: датчик для измерения разряжения Метран-100-ДВ
Imin= 4 мА; Imax= 20 мА; Pmin= 40 Па; Pmax= 6300 Па; tдат= 5 с.
Найдем Kдат:






Строим переходную характеристику ОУ с учетом параметра датчика ТП.

ОУ:
Датчик Д1:



Определяем передаточную функцию:




Пересчитаем передаточную функцию при последовательном соединении:



Учитывая, что переходная характеристика этой системы это реакция элемента (элементов) системы на единичную функцию, то тогда:



;

Определяем корни характеристического уравнения:


Учитывая, что корни простые и один корень равен нулю, то можно применить формулу Хевисайда:










Подставим значения:



Построим график передаточной функции: