Мета впровадження автоматичних систем управління у виробництво. Елементи робочого процесу в парокотельній установці. Вибір структури моделі об"єкта регулювання та розрахунок її параметрів. Розрахунок параметрів настроювання автоматичних регуляторів.
При низкой оригинальности работы "Розрахунок та дослідження лінійної та каскадної системи автоматичного регулювання парокотельної установки на заданий запас стійкості", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Теоретичні основи технологічного процесу Визначення і аналіз факторів, що впливають на технологічний процес Вибір структури моделі та розрахунок її параметрівВ аналітичних методах процеси, що відбуваються в обєкті, аналізуються на основі законів збереження маси і енергії, а також із врахуванням конструктивних, режимних та інших особливостей обєкта складають диференціальні рівняння, які звязують між собою елементарні прирости вхідних і вихідних величин. Виходячи з характеру експериментальної кривої і приймаючи до уваги відомі взаємозалежності між функціями передачі і перехідними функціями вибирають передбачувану структуру моделі обєкта і відповідну до неї функцію передачі в загальному вигляді. Це значить, що, наприклад, деякій експериментально одержаній кривій розгону обєкта можна підпорядкувати декілька варіантів функцій передачі з різними параметрами (отже, і декілька варіантів структури обєкта), підібраних так, що перехідні функції для всіх варіантів приблизно збігаються з експериментальною кривою розгону. Виберемо структуру моделі обєкта і відповідну до неї функцію передачі у такому вигляді: Послідовне зєднання n аперіодичних ланок з однаковими сталими часу і послідовно зєднаною ланкою запізнення. Порівняємо експериментальне перехідну функцію з аналітично визначеною моделлю обєкта регулювання та знайдемо відносну похибку, для цього складемо наступну програму: clc;Визначимо показники якості в одноконтурній САР з ПІД-рерулятором: а.) при стрибкоподібній зміні положення РО на 14%: Максимальне динамічне відхилення Визначимо показники якості в каскадній САР: а.) при стрибкоподібній зміні положення РО на 14%: Максимальне динамічне відхилення Виконуючи курсову роботу з "Теорії автоматичного керування" я оволодів навиками знаходження математичної моделі обєкта регулювання, вибору структури і схеми системи автоматичного регулювання (САР) для конкретного технологічного обєкта, практично засвоїв методи параметричної оптимізації автоматичних регуляторів, моделювання систем автоматичного регулювання на компютерах, дослідження впливу властивостей обєкта регулювання і параметрів настроювання регулятора на показники якості перехідних процесів. Для ПІД-регулятора при стрибкоподібній зміні положення РО на 14% максимальне динамічне відхилення та час регулювання не відповідає даним вимогам. Такі системи дозволяють підвищити якість процесів регулювання: зменшити час регулювання, максимальне динамічне відхилення тощо.
Вывод
Вимоги до якості процесу регулювання: 1. Максимальне динамічне відхилення A<1=0.5%.>2. Допустима похибка регулювання ?=0,05%.
3. Час регулювання tp=200 c.
4. Ступінь коливальності m=0.32
Визначимо показники якості в одноконтурній САР з ПІД-рерулятором: а.) при стрибкоподібній зміні положення РО на 14%: Максимальне динамічне відхилення A1=1, 19%.
Час регулювання tp=800 c.
Коефіцієнт замикання
IMG_fa785061-dce0-4176-86c0-df645b9a46f1
Визначимо показники якості в каскадній САР: а.) при стрибкоподібній зміні положення РО на 14%: Максимальне динамічне відхилення A1=0.98%.
Час регулювання tp=400c. б.) при стрибкоподібній зміні вхідного сигналу ОР каналом збурення.
Максимальне динамічне відхилення A1=0.8%. в.) при стрибкоподібній зміні завдання.
Максимальне динамічне відхилення A1=1.7%.
Час регулювання tp=500 c. в.) за співвідношенням
Максимальне динамічне відхилення A1=0.7%.
Час регулювання tp=400 c.
Виконуючи курсову роботу з "Теорії автоматичного керування" я оволодів навиками знаходження математичної моделі обєкта регулювання, вибору структури і схеми системи автоматичного регулювання (САР) для конкретного технологічного обєкта, практично засвоїв методи параметричної оптимізації автоматичних регуляторів, моделювання систем автоматичного регулювання на компютерах, дослідження впливу властивостей обєкта регулювання і параметрів настроювання регулятора на показники якості перехідних процесів.
Я досліджував одноконтурну та каскадну лінійні системи автоматичного регулювання каналами керуючої та регулюючої дії. Обєктом регулювання була парокотельна установка, вихідною величиною якої була концентрація кисню кисню у димових газах. За кривою розгону ми отримали математичну модель ОР. Функція передачі в нас складається з послідовного зєднання трьох аперіодичних ланок та ланки запізнення. Точність апроксимації для нашого обєкту: зведена похибка дорівнює 3,58%.
Для одноконтурної САР я обрав ПІД-регулятор. Для ПІД-регулятора при стрибкоподібній зміні положення РО на 14% максимальне динамічне відхилення та час регулювання не відповідає даним вимогам. Отже, бачимо що можливості одноконтурних систем вже вичерпані. Тоді використаємо каскадну систему автоматичного регулювання. Вона застосовуються, звичайно для обєктів регулювання з великим запізненням, для обєктів з розподіленими параметрами для яких випереджаючу інформацію про вплив на значення регульованої величини можна отримати з проміжної точки, що має менше запізнення і швидше сприймає збурення. Такі системи дозволяють підвищити якість процесів регулювання: зменшити час регулювання, максимальне динамічне відхилення тощо. Функція передачі ОР залишається та ж сама що і в одно контурній системі. За основний регулятор візьмемо ПІ-регулятор. Бо для підтримання основного регульованого параметру на заданому значенні без статичної похибки закон регулювання основного регулятора мусить мати інтегральну складову. Від допоміжного регулятора вимагається в першу чергу швидкодія, тому ми беремо П-регулятор. Проведемо ітерації, які продовжуємо доти, доки параметри відповідно основного і допоміжного регуляторів не збігатимуться із заданою точністю. В нас вийшла одна ітерація. Отже, для каскадної САР при зміні вхідного сигналу ОР (step) максимальне динамічне відхилення та час регулювання відповідають вимогам до якості процесу регулювання. Цього ми і прагнули досягти.
Список литературы
1. Обгрунтування автоматизації
Автоматизація - це впровадження у виробництво технічних засобів, які управляють процесами без безпосередньої участі людини. Автоматизація приводить до поліпшення показників ефективності виробництва, поліпшення якості, збільшення кількості і зниження собівартості продукції, що випускається.
Високі темпи розвитку промисловості нерозривно повязані з проведенням автоматизації. Завдання, які вирішуються при автоматизації сучасних виробництв, досить складні і вимагають від фахівців знання не лише різних приладів, але і загальних принципів складання систем автоматичного управління.
Впровадження АСУ у виробництво забезпечує: скорочення втрат від браку і відходів, зменшення чисельності основних робітників, зниження капітальних витрат на будівництво будівель, збільшення міжремонтних термінів роботи устаткування. Завдяки автоматизації виробництва важка праця робітників замінюється на легшу, що значно збільшує продуктивність праці і зменшує трудомісткість.
При автоматизації людина звільняється від безпосередньої участі у виробництві, а функції управління виробничим процесом передаються автоматичним пристроям. парокотельна установка автоматичний регулятор
2. Опис технологічного процесу
Паровим котлом називається комплекс агрегатів, призначених для здобуття водяної пари. Цей комплекс складається з ряду теплообмінних пристроїв, звязаних між собою і призначених для передачі тепла від продуктів згорання палива до води і пари. Вихідним носієм енергії, наявність якого необхідна для утворення пари з води, служить паливо.
Основними елементами робочого процесу, здійснюваного в парокотельній установці, є: 1) процес горіння палива;
2) процес теплообміну між продуктами згорання або самим паливом, що горить, з водою;
3) процес паротворення, що складається з нагріву води, її випару і нагріву отриманої пари.
IMG_1fcf9796-9182-4dae-abc8-6903d05fa388
Рис.1 Схема парокотельної установки
Під час роботи в агрегатах утворюються два, що взаємодіють один з одним, потоки: потік робочого тіла і потік теплоносія, що утворюється в печі. В результаті цієї взаємодії на виході з обєкта є пара заданого тиску і температури.
Одне із основних завдань, що виникає при експлуатації котельного агрегату, є забезпечення рівності між вироблюваною і споживаною енергією.
Горіння палива є суцільним фізико-хімічним процесом. Хімічна сторона горіння є процесом окислення його горючих елементів киснем, який проходить при певній температурі і супроводжується виділенням тепла. Інтенсивність горіння, а так само економічність і стійкість процесу горіння палива залежать від способу підведення і розподілу повітря між частками палива. Умовно прийнято процес згорання палива ділити на три стадії: запалення, горіння і допалювання. Ці стадії в основному протікають послідовно в часі, частково накладаються одна на одну.
Розрахунок процесу горіння зазвичай зводиться до визначення кількості повітря в м3, необхідного для згорання одиниці маси або обєму палива, кількості і складу теплового балансу і визначення температури горіння.
Значення тепловіддачі полягає в теплопередачі теплової енергії, що виділяється при спалюванні палива, воді, з якої необхідно отримати пару, або пару, якщо необхідно підвищити його температуру вище за температуру насичення. Процес теплообміну в котлі йде через водогазонепроникні теплопровідні стінки, що називаються поверхнею нагріву. Поверхні нагріву виконуються у вигляді труб. Усередині труб відбувається безперервна циркуляція води, а зовні вони омиваються гарячими пічними газами або сприймають теплову енергію випромінюванням.
Таким чином в котлоагрегаті мають місце всі види теплопередачі: теплопровідність, конвекція і випромінювання.
Кількість тепла, яка передається через одиницю площі нагріву за одиницю часу носить назву теплової напруги поверхні нагріву. Величина напруги обмежена, по-перше, властивостями матеріалу поверхні нагріву, по-друге, максимально можливою інтенсивністю теплопередачі від гарячого теплоносія до поверхні, від поверхні нагріву до холодного теплоносія.
Утворення пари в котлоагрегатах протікає з певною послідовністю. Вже в екранних трубах починається утворення пари. Цей процес протікає при великій температурі і тиску. Явище випарювання полягає в тому, що окремі молекули рідини, що знаходяться в її поверхні і володіють високими швидкостями, а отже, і більшою в порівнянні з іншими молекулами кінетичною енергією, долаючи силові дії сусідніх молекул, що створює поверхневе натягнення, вилітають в довколишній простір. Із збільшенням температури інтенсивність випару зростає.
Процес зворотний паротворенню називають конденсацією. Рідину, що утворюється при конденсації називають конденсатом. Вона використовується для охолоджування поверхонь металу в пароперегрівачах.
Пара, що утворюється в котлоагрегаті, розділяється на пар насичений і перегрітий. Насичена пара у свою чергу ділиться на сухий і вологий пар. Оскільки на теплоелектростанціях потрібна перегріта пара, то для його перегріву встановлюється пароперегрівач. Отримана перегріта пара при температурі Т=540 К і тиску Р=100 атм йде на технологічні потреби.
3. Теоретичні основи технологічного процесу
Основні складові теплового балансу
Більша частина тепла, яка вноситься в котельний агрегат, сприймається поверхнями нагріву і передається робочому тілу. За рахунок цього тепла здійснюється нагрівання води, її випаровування і перегрів пари. Це і буде корисно використане тепло. Решта тепла (6-10% в сучасних потужних теплових агрегатах) не використовується у вигляді різних втрат. Розподіл корисного тепла і окремі втрати добре видно із теплового балансу. Загальний вигляд рівняння теплового балансу:
IMG_b3154c6d-6ed4-4205-9dac-124ea9c0143f , де
IMG_605b26ab-e483-4678-a67a-2ae13ce00a58
- розраховане тепло на 1 кг робочого тіла, КДЖ/кг;
Q1 - корисно використовуване тепло, КДЖ/кг;
Q2 - втрати тепла з вихідними газами, КДЖ/кг;
Q3 - втрати тепла від хімічної неповноти горіння, КДЖ/кг;
Q4 - втрати тепла від механічного недопалу, КДЖ/кг;
Q5 - втрати тепла від зовнішнього охолодження (в навколишнє середовище), КДЖ/кг;
Q6 - втрати з фізичним теплом шлаків, КДЖ/кг.
Якщо всі складові розділити на
IMG_9b10aaf9-c758-4e7e-a458-1b01911a99f7 і помножити на 100, то отримаємо: q1 q2 q3 q4 q5 q6 = 100%
ККД котельного агрегата знаходиться як відношення корисно використаного тепла до розрахованого і ще називається брутто:
IMG_25f3319c-97d2-4440-9962-5852c68419ce
Для сучасних потужних агрегатів
IMG_9c24966d-7de1-4bb5-b72e-2a2ec51ef087 =88-92% (а для котлів малої потужності 75-80%).
ККД не враховує скільки йде енергії на власні потреби (на привід живильних насосів, вентиляторів, димососів, обдувку), тому і називається брутто.
ККД з врахуванням витрат електроенергії і тепла на власні потреби називається ККД нетто:
IMG_857b65e3-a608-45d2-8e31-97794f6a1190 ,
IMG_81a453e3-1b8f-4fcb-b0cc-1654d35ccde8 ,% - сумарні втрати енергії на привід допоміжних механізмів. ККД брутто може бути порахований за прямим чи оберненим балансом.
Розрахунок ККД по прямому балансі здійснюється за допомогою вже відомої нам формули:
IMG_ea12ac0b-80e7-45ee-a2ab-566d3db4710a
Для її використання необхідні відомості про всі величини, яі характеризують тепло, що підводиться і те, що корисно використовується у котельному агрегаті.
Метод оберненого балансу зводиться до визначення суми всіх втрат тепла, які мають місце при роботі котла.
Найчастіше здійснюють прямий і обернений баланси одночасно, потім порівнюючи отримані ККД.
Визначення і аналіз факторів, що впливають на технологічний процес
Однією із основних задач, що виникають при експлуатації агрегату, являється забезпечення рівності між спожитою і виробленою енергією з урахуванням втрат. В свою чергу процеси перетворення і передачі енергії в печі однозначно повязані з кількістю речовини в потоках робочого тіла і теплоносія.
Відповідно, задача регулювання технологічного процесу зводиться в основному до підтримування матеріального і енергетичного балансу. При наявності матеріального і теплового балансу топковий агрегат працює в постійному (стаціонарному) режимі. Стаціонарний режим характеризується сталістю в часі тиску, температури, витрат і інших показників роботи печі.
Перехідні режими виникають при різноманітних порушеннях стаціонарного режиму. В цьому випадку матеріальний і енергетичний баланс порушуються. Зміні режиму може відбутися в результаті різних зовнішніх і внутрішніх збурюючи впливів.
До зовнішніх збурюючи впливів, наприклад, відносять: зміна навантаження споживача, зміна тиску і температури теплоносія. Найбільш суттєвими внутрішніми збурюючими впливами являється зміна якості чи кількості спалюваного палива, зміна тяго-нагнітального режиму.
При зміні режиму змінюються всі або деякі показників роботи печі. При цьому на топковий агрегат необхідно подати такі керуючі впливи, щоб в найменш короткий термін відновити в ній матеріальний і тепловий баланс. Керування роботою топкового агрегату при порушенні режиму його роботи зводиться до примусового впливу на регулюючі органи з допомогою засобів автоматизації.
Крім виконання умов, що забезпечують надійність, необхідно також організувати найбільш економічну роботу топкового агрегату. На економічність і вивід продуктів згорання.
Основними параметрами топки є: · Паропродуктивність;
· Температура теплоносія.1. Полоцкий Л.М., Лапшенков Г.И. Основы автоматики и автоматизации производственных процессов в химической промышленности. - М.: Химия, 1982. - 320 с.
2. Плетнев Г.П. Автоматическое регулирование и защита теплоэнергетических установок электрических станций. - М.: Энергия, 1970. - 208 с.
3. Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов и АСУП в химической промышленности. - М.: Химия, 1978. - 376 с.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
