Автоматизация процесса подогрева воды на участке гашения извести цеха №38 АВИСМА филиал ОАО «Корпорации ВСМПО-АВИСМА»

 

Рисунок №2 Динамическая характеристика по основному каналу

Снятие второй кривой разгона. Изменим, положение регулирующего 

органа на трубопроводе природного газа – открыв на 5%. Расход природного газа до проведения эксперимента составлял 320 , а после возмущения 358 . Время эксперимента сек. Запаздывание сек.

Координаты динамической характеристики по внутреннему каналу

Таблица № 3

№ точки	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Время , с	0	1,25	2,5	3,75	5	6,25	7,5	8,75	10	11,25	12,5	13,75	15
Расход природного газа,	320	322,24	326,90	331,92	336,91	340,9	344,48	347,39	349,64	351,43	352,82	353,89	354,80
№ точки	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
Время , с	16,25	17,5	18,75	20	21,25	22,5	23,75	25	26,25	27,5	28,75	30
Расход природного газа,	355,59	356,10	356,58	356,86	357,14	357,31	357,48	357,59	357,66	357,69	357,76	358

 

Рисунок № 3 Динамическая характеристика по внутреннему каналу

Произведем обработку  кривой разгона основного канала.

Рассчитаем коэффициент передачи объекта  для статического (установившегося) режима:

,                               (1)

где - изменение выходной величины (температуры),

- начальное значение температуры  (˚С),

- конечное (установившееся) значение  температуры (˚С),

- номинальное (максимально возможное)  значение температуры,

- изменение степени открытия  РО единичным скачком на 5%,

- номинальная (максимальная) степень  открытия РО=100%.

Произведем линеаризацию, сглаживание по трем точкам и нормирование кривой разгона, используя программу «Идентификация объектов управления».

Координаты нормированной  динамической характеристики по основному каналу

Таблица № 4

Время , с		Время , с
0	0	650	0,947
50	0,126	700	0,96
100	0,254	750	0,97
150	0,397	800	0,979
200	0,515	850	0,984
250	0,617	900	0,986
300	0,701	950	0,989
350	0,766	1000	0,992
400	0,818	1050	0,994
450	0,857	1100	0,996
500	0,889	1150	0,998
550	0,914	1200	1
600	0,933

Рисунок № 4 Нормированная  кривая разгона по основному каналу

Для получения передаточной функции  по основному каналу используем программу «Идентификация объектов управления».

Передаточная функция основного  канала равна:

                                      (2)

Производим проверку аппроксимации  нормированной кривой разгона основного канала, для чего получаем аналитическое выражение переходного процесса по передаточной функции в программе «Калькулятор передаточных функций». Получим корни передаточной функции:

Корни аналитического выражения

-0,005-j0,000

-0,020-j0,000

Итераций 19

Аналитическое выражение  переходного процесса представляет собой следующее выражение:

                       (3)

По полученному выражению строим график кривой разгона  и сравниваем его с нормированной кривой разгона .

Рисунок № 5 Нормированная  кривая разгона  и рассчитанная по основному каналу.

Произведем обработку  экспериментальной кривой разгона внутреннего канала.

Рассчитаем коэффициент  передачи объекта  для статического (установившегося) режима:

,                               (4)

где - изменение выходной величины (расхода природного газа),

- начальное значение расхода  ( ),

- конечное (установившееся) значение  расхода ( ),

- номинальное (максимально возможное)  значение расхода,

- изменение входного сигнала  (степени открытия РО) единичным  скачком на 5%,

- номинальная (максимальная) степень  открытия РО=100%.

Произведем нормирование кривой разгона, используя программу «Идентификация объектов управления».

Координаты нормированной  динамической характеристики по внутреннему  каналу

Таблица № 5

Время , с		Время , с
0	0	16,25	0,936579
1,25	0,058947	17,5	0,95
2,5	0,181579	18,75	0,962632
3,75	0,313684	20	0,97
5	0,445	21,25	0,977368
6,25	0,55	22,5	0,981842
7,5	0,644211	23,75	0,986316
8,75	0,720789	25	0,989211
10	0,78	26,25	0,991053
11,25	0,827105	27,5	0,991842
12,5	0,863684	28,75	0,993684
13,75	0,891842	30	1
15	0,915789

 

Рисунок № 6 Нормированная  кривая разгона по внутреннему каналу

Найдем передаточную функцию внутреннего  канала Передаточная функция о канала равна:

                                                      (5)

Производим проверку аппроксимации нормированной кривой разгона основного канала, для чего получаем аналитическое выражение переходного процесса по передаточной функции в программе «Калькулятор передаточных функций». Получим корни передаточной функции:

Корни аналитического выражения

-0,206-j0,000

-0,488-j0,000

Итераций 11

Аналитическое выражение  переходного процесса представляет собой следующее выражение:

             (6)

По полученному выражению  строим график кривой разгона  и сравниваем его с нормированной кривой разгона .

Рисунок № 7 Нормированная  кривая разгона  и рассчитанная по внутреннему каналу.

Произведем расчет относительной  погрешности аппроксимации по основному и внутреннему каналу. Расчет будем производить по формуле:

                                                                 (7)

Данные по расчету  приведены в таблице № 6.

Сравнительный анализ по основному и внутреннему каналу

Таблица № 6

№  точки	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
По основному каналу, %	0	4,70	1,980	1,220	0,103	0,193	0,129	0,180	0,103	0,202	0,119	0,047	0,039
По внутреннему каналу, %	0	0,067	0,056	0,47	0,127	0,739	0,573	0,432	0,517	0,556	0,628	0,727	0,602
№ точки	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
По основному каналу, %	0,112	0,040	0,147	0,351	0,309	0,086	0,058	0,102	0,102	0,147	0,226	0,332
По внутреннему каналу, %	0,287	0,314	0,111	0,196	0,094	0,139	0,072	0,077	0,120	0,217	0,169	0,358

 

Максимальная ошибка аппроксимации по основному каналу: 4,7%, а по внутреннему 0,739%, то есть не превышают 5%, что свидетельствует о том, что полученные ранее передаточные функции достаточно точно отражают свойства объекта управления и могут быть использованы для дальнейших расчетов.

8. Обоснование  и выбор системы автоматизации  технологического процесса

Автоматическое регулирование температуры горячей воды  поступающей из аппарата погружного горения в аппарат известигасительный осуществляется изменением объемного расхода природного газа  для поддержания температуры в интервале от 50˚С до 70˚С. Это необходимо для того чтобы процесс гашения извести в аппарате известигасительном протекал в оптимальном режиме, т.е. без «самоторможения», т.к. растворимость Са(ОН)₂ в воде с повышением температуры снижается.

Для осуществления данной системы регулирования необходимо сконфигурировать  на контроллерах SIMATIC S7-300 каскадный контур регулирования температуры воды на выходе из аппарата погружного горения.

        Для системы автоматического  регулирования выбираем контроллеры SIMATIC S7-300. Выбор данного типа контроллера обусловлен его компактностью, многофункциональностью, универсальностью в плане решаемых задач.

Для регулирования температуры  будем использовать механизмы

 

9. Расчет одноконтурной  системы регулирования

Рисунок №8 Структурная схема одноконтурной системы автоматического регулирования

 – передаточная функция основного канала;

 – передаточная функция ведомого регулятора;

 – заданное значение температуры;

 –  выходная величина объекта регулирования (температура воды на выходе из АПГ);

 – управляющее воздействие, приложенное к подаче топлива.

Передаточная функция  по основному каналу:

                                                 (8)

С помощью программы «LINREGTV», используя метод Ротача В.Я., для ПИ-регулятора определяем оптимальные настройки по основному каналу.

В результате расчета  получили следующие данные для ПИ-регулятора:

1. коэффициент пропорциональности нормированный
2. коэффициент пропорциональности абсолютный

3. время изодрома
4. время дифференцирования
5. критическая частота