1.3 Анализ внешних и внутренних возмущающих воздействий на объект автоматизации.

При анализе объекта автоматизации надо учитывать внешние и внутренние возмущающие воздействия.

Внешние возмущающие воздействия проникают в объект управления извне с изменением входных параметров, некоторых выходных параметров, а также параметров в среде, окружающей аппарат.

Основные внешние возмущающие воздействия процесса сушки являются изменение расхода, начальной влажности и дисперсного состава частиц твердого материала, а также изменение расхода и начальной температуры сушильного агента – теплоносителя.

Внутренние возмущающие воздействия возникают в самом объекте автоматизации. В данном случае к ним относятся застревание материала, коррозия трубопровода, подающего воздух и топливные газы, коррозия лопастей внутри сушильного аппарата, износ футеровки.

1.4 Выбор параметров регулирования и каналов внесения регулирующих воздействий (с указанием моста установки регулирующих органов с исполнительными механизмами).

Вследствие большого запаздывания в объекте качественное регулирование возможно лишь с помощью многоконтурных систем.

В данном случае подачей топливного газа на установку управляет каскадная система регулирования температуры воздуха в барабане (стабилизирующий регулятор) с коррекцией по влажности воздуха на выходе из сушилки (корректирующий регулятор).

Для повышения чувствительности АСР температуры воздуха измерительный преобразователь (термопару) устанавливают в пределах первой трети барабана, так как вначале аппарата температура теплоносителя изменяется более интенсивно, чем в его конце. При этом уменьшается запаздывание объекта. Термопару монтируют непосредственно на поверхности барабана, а ее свободные концы подсоединяют к передающему преобразователю через специальное токосъемное устройство с подвижными контактами. При необходимости компенсации изменения нагрузки установки по расходу влажного материала можно предусмотреть дополнительный контур регулирования по возмущению этой величины.

Полнота сгорания топливного газа обеспечивается АСР соотношения расходов топливного газа и первичного воздуха, управляющей подачей первичного воздуха в топку. При изменении теплотворной способности топлива целесообразно корректировать это соотношение по содержанию кислорода в топочных газах.

Нагрузку сушилки по влажному материалу стабилизируют с помощью АСР расхода, в которую входит измеритель массы, автоматический регулятор, вторичный прибор со станцией управления и ленточный дозатор с регулируемой скоростью передвижения ленты (выступает в качестве регулирующего органа).

При уменьшении количества твердого материала на ленте относительно заданного значения регулятор вырабатывает сигнал, ускоряющий ее движение, и наоборот. В результате обеспечивается постоянство расхода твердого материала в сушильный барабан.

Нагрузка объекта по сушильному агенту (воздуху) поддерживается на постоянном значении регулятором разрежения воздуха в смесительной камере воздействующим на клапан, установленный на линии отвода воздуха после циклона. При постоянном гидравлическом сопротивлении барабана и отсутствии подсоса воздуха из атмосферы система регулирования разрежения обеспечивает постоянство скорости прохождения сушильного агента вдоль барабана. Оптимальное значение скорости устанавливают с учетом того, что с ее увеличением, возрастает скорость сушки твердого материала и одновременно увеличиваются потери тепла с отработанным воздухом.

Основным регулируемым параметром процесса является остаточная влажность твердого материала. Но вследствие отсутствия надежных измерительных преобразователей остаточной влажности твердого материала при автоматизации процесса в качестве регулируемых величин используют температуру или влажность сушильного агента.

Регулирующим органам в системе управления на барабанах с газообразным топливом является поворотная заслонка.

Система автоматического регулирования процесса сушки состоит из двух регуляторов: регулятора температуры в смесительной камере и двухконтурного регулятора загрузки. Первый контур осуществляет позиционное регулирование загрузки материала по температуре на первом метре от горячего конца, второй – автоматическое изменение задания на температуру внутри барабана по температуре выходящего из барабана материала.

Обоснование для выбора показателя эффективности.

Материальный баланс по твердой фазе.

Уравнение динамики:

(1),

где h_м - высота слоя материала в барабане;

S_апп - сечение аппарата;

_м - плотность материала;

W_м^са - количество влаги, удаляемой в процессе сушки из материала в единицу времени, кг/с.

Уравнение статики:

 (2).

На основании (1) и (2) можно принять:

.

В типовой схеме автоматизации стабилизируют G_вм и G_см, что обеспечивает также стабилизацию h_м

Материальный баланс по газовой фазе.

Уравнение динамики:

 (3),

Где М_са^б - мольная масса сушильного агента в барабане,кг/моль;

Р_са^б - разрежение в барабане, Па;

_са^б - температура в барабане (по газовой фазе), К,

V_са^б - объем газовой фазы в барабане, м³.

Уравнение статики:

 (4).

На основании (7) и (8) можно считать:

.

Предпочтительным управляющим воздействием является G_са^вых.

Тепловой баланс в сушильном барабане.

Уравнение динамики:

 (5).

Уравнение статики при  :

 (6).

В выражениях (5) и (6) принимаем: ;

r - удельная теплота испарения влаги , дж/кг.

На основании (5) и (6) можно принять:

 (7),

Где

 (8).

Материальный баланс по количеству влаги в материале.

Уравнение динамики:

 (9),

Уравнение статики  :

 (10).

Из выражений (9) и (10) следует, что:

 (11),

где W_м^са - определяется уравнением массопередачи.

Материальный баланс по количеству влаги в сушильном агенте.

Уравнение динамики:

 (12).

Уравнение статики  :

 (13).

Из выражений (12) и (13) следует, что:

 (14).

Материальный баланс по общему количеству влаги в процессе сушки.

Уравнение динамики:

 (15),

где  .

Уравнение статики  :

 (16).

На основании выражений (15) и (16) можно считать:

 (17).

При анализе топки мы получили:

 (18).

Из всех возможных управляющих воздействий, перечисленных в выражениях (17) и (18), для регулирования конечной влажности материала наиболее информативным является расход топлива G_т.

Статические характеристики.

В основу схемы регулирования положен ряд экспериментальных зависимостей:

А) статическая характеристика, определяющая зависимость между количеством сырого материала и его влажностью при режиме, обеспечивающем постоянную влажность материала на выходе

Б) статическая характеристика, определяющая зависимость температуры на первом метре внутри барабана от изменения количества поступающего сырого материала

В) статическая характеристика, определяющая зависимость между температурой материала на выходе и его влажностью