2. Построение и описание структурной схемы аср расхода газа в трубопроводе.

Любой проект автоматизации технологического процесса начинается с разработки структурной схемы. Структурная схема регулирования представляет собой набор отдельных функциональных элементов, выполненных в виде прямоугольников.

При разработке структурной схемы автоматического регулирования решаются следующие вопросы:

• выбор способа регулирования, при этом выбирается регулируемая величина и регулируемое воздействие;

• выбор задающих и корректирующих воздействий для данной системы;

• выбор комплекса технических средств, на базе которого будет реализована данная система;

• выбор необходимых средств для преобразования измерительных, задающих, управляющих и корректирующих сигналов.

Структурная схема АСР расхода газа в трубопроводе представлена на рисунке 2.

рисунок 2

Расход газа измеряется с помощью сужающего устройства (,,,,,), которая преобразует расход в перепад давления . Перепад давления поступает на датчик разности давления (,,,,,),с выходным унифицированным сигналом, так как F=c , то необходимо установить блок извлечения квадратного корня (,,,,,,). Далее сигнал поступает на вторичный прибор(,,,,,,). Вторичный прибор показывает и регистрирует действительное значение расхода газа в трубопроводе. Сигнал действительного значения расхода подается суммирующую часть регулятора (,,,,,). На суммирующую часть помимо действительного значения подается заданное значение расхода, которое устанавливается с помощью задающего устройства (,,,,,,,). Действительное и заданное значения сравниваются, и выявляется сигнал рассогласования «Е». Этот сигнал поступает на вход регулирующего блока (,,,,,), который формирует управляющее воздействие «у» в виде сигнала 24 вольт с .

В системе регулирования предусмотрен блок ручного управления (6), работающий в двух режимах: А – автоматическое регулирование, Р – ручное управление. Для ручного управления предусмотрены кнопки (7): Б – больше, М – меньше.

Напряжение 24 вольт преобразуется с помощью пускателя (,,,) до величины 220 вольт для привода исполнительного механизма (,,,,,). Исполнительный механизм механически сочленен с регулирующим органом (,,,,,,,,,), установленным в трубопроводе смешанного газа. Положение регулирующего органа контролирует указатель положения (,,,,).

3. Расчёт и выбор оборудования для реализации автоматической системы регулирования расхода газа в трубопроводе:

3.1 Расчёт и выбор закона регулирования и регулятора.

Качество работы системы регулирования в первую очередь зависит от правильного выбора регулятора и его настройки для конкретного объекта регулирования. Объект регулирования характеризуется определёнными статическими и динамическими свойствами, от которых зависти выбор регулятора и другого оборудования системы регулирования:

- ёмкость объекта – это способность объекта накапливать и удерживать определённое количество энергии;

- самовыравнивание объекта – это способность объекта после нарушения равновесия приводить регулируемую величину к некоторому постоянному значению самостоятельно;

- запаздывание объекта – это свойство объекта изменять регулируемую величину не сразу с момента возмущения, а через некоторый промежуток времени.

Динамические свойства и параметры объектов регулирования определяются опытным путём с помощью искусственно снятых динамических характеристик. Наиболее просто снимается кривая разгона, которая получила наибольшее применение при настройке автоматических систем регулирования.

Кривая разгона – график изменения регулируемой величины во времени при подаче на вход объекта скачкообразного возмущения, равного 1 (1 процент входа регулирующего органа)

Исходные данные.

1. Динамическая характеристика.

рисунок 3 – Кривая разгона.

2. Входная величина – положение регулирующей заслонки в трубопроводе, % хода

xвх - % хода регулирующего органа

3. Выходная величина – расход газа или воздуха в трубопроводе, м³/ч

xвых - м³/ч

4. Вид датчика – диафрагма измерительная в комплекте с датчиком разности давления Метран 100 ДД

5. Максимальное возмущение – yв = 20 % хода регулирующего органа

6. Требования к качеству регулирования:

- допустимое динамическое отклонение x1доп=200 м³/ч;

- допустимое остаточное отклонение ∂ = 50 м³/ч;

- допустимое время регулирования tpдоп=20 с;

- Допустимое перерегулирование x2/x1 100=40%.

Определение свойств и параметров объекта регулирования.

Исходя из формы и временных параметров динамической характеристики определяются основные свойства объекта регулирования:

- вид объекта – статический;

- запаздывание – отрезок времени от момента введения возмущения до точки пересечения касательной с линией начального, установившегося значения регулируемой величины, τоб=0.27с;

- постоянная времени – отрезок времени, отсекаемый касательной от начального до конечного установившегося значения регулируемой величины, Тоб=0.7с;

- коэффициент передачи объекта – отношение величины изменения регулируемой величины в процессе самовыравнивания к величине регулирующего воздействия, Коб = 18м³/ч;

- степень инерционности – отношение запаздывания к постоянной времени, (τоб/Тоб)=0.27/0.7=0.38.

Выбор типа регулятора.

Тип регулятора (релейный, непрерывный или импульсный) ориентировочно выбирается по величине степени инерционности по таблице 1.

Степень инерционности (τоб/Тоб)	Тип регулятора
Меньше 0,2	Релейный регулятор
Меньше 1	Непрерывный регулятор
Больше 1	Импульсный регулятор

Так как 0,2< (τоб/Тоб)<1, то выбирается непрерывный регулятор.

Выбор типового переходного процесса регулирования.

Типовой процесс регулирования выбирается в зависимости от требований к устойчивости и точности поддержания регулируемой величины в переходном процессе.

Так как величина допустимого перерегулирования составляет 40%, то выбирается процесс с минимальной квадратичной площадью отклонения регулируемой величины.

Определение динамического коэффициента регулирования.

Динамический коэффициент регулирования Rд – величина, показывающая степень воздействия регулятора на объект регулирования, уменьшающая динамическое отклонение регулируемой величины.

Rд=x1доп/Коб*Yв

Rд=200/18*20=0,55

Выбор простейшего закона регулирования.

Простейший закон регулирования (П, И, ПИ, ПД, ПИД) определяется по номограмме Rд=f(τ/Т)об. Номограмма Rд=f(τ/Т)об представлена на рисунке 3.

1. И-регулятор;2- П-регулятор;3- ПИ-регулятор;4- ПИД-регулятор.

Рисунок 3 - Номограмма Rд = f(τ/Т)об.

По номограмме выбирается И - регулятор.

Определение времени переходного процесса для выбранного И - регулятора.

Необходимо проверить, обеспечит ли выбранный И - закон регулирования заданное допустимое время регулирования tpдоп. Для этого определяется относительное время регулирования tp/τоб. Относительное время регулирования определяется по номограмме tp/τоб=f(τ/Т)об. Номограмма tp/τоб=f(τ/Т)об представлена на рисунке (4).

1- И - регулятор;2- П - регулятор;3- ПИ - регулятор;4- ПИД - регулятор.

Рисунок (4). Номограмма tp/τоб=f(τ/Т)об

По номограмме tp/τоб=35. По этой величине определяется абсолютное время регулирования tp.

tp=(tp/τ)*τоб=35*0.27=9.45с

Полученное время регулирования tp. должно быть меньше допустимого tp.доп.

tp≤tpдоп

Так как tp≤tpдоп (9.45≤35), следовательно полученный И - регулятор обеспечит требуемую устойчивость переходного процесса.

Выбор конкретного типа регулятора.

После выбора закона регулирования необходимо выбрать тип регулятора.

Для регулирования технологических параметров применяются гидравлические, пневматические и электрические регуляторы. При выборе регулятора необходимо руководствоваться следующими их достоинствами и недостатками:

- гидравлические регуляторы надёжно работают в условиях вибрации, запылённости, загрязнённости, повышенной t°, имеют большую выходную мощность, просты в конструкции. Они не позволяют создавать сложные законы регулирования, сложные системы автоматизации, имеют ограниченное расстояние между регулятором и объектом;

- пневматические регуляторы могут обеспечить любой закон регулирования, создать систему любой сложности, достаточно надёжны и недороги. Основным достоинством пневматической аппаратуры является её взрыва- и пожаро - безопасность, возможность работать в условиях загазованной и загрязнённой среды. Однако они требуют сложного и дорогого оборудования для подготовки сухого и чистого сжатого воздуха для их питания, требуют абсолютной герметичности соединительных линий, допускают передачу управляющих сигналов на расстояние до 300 метров;

- электрические (электронные) регуляторы получили наибольшее применение. Они могут передавать сигналы практически на неограниченное расстояние, имеют широкую номенклатуру измерительных, регулирующих и исполнительных устройств, позволяют создавать сложные современные системы управления и регулирования. В составе с вычислительными машинами на базе электрических средств можно создать автоматизированные системы управления технологическими процессами. Электрические регуляторы могут работать с естественными сигналами от датчиков или с датчиками унифицированных сигналов постоянного тока или напряжения.

Современные системы регулирования и управления строятся на базе микропроцессорных средств автоматизации, в которых заданная система управления программируется путём использования алгоритмов управления. К таким микропроцессорным устройствам относятся контроллеры общепромышленного применения.

В курсовом проекте выбирается электрический регулятор.