kontemirov

Вторая F в обозначении регулятора означает долю или часть от ведущего потока. Эта схема получила распространение для котлов работающих на топливе с постоянным составом.

2) АСР соотношения расходов по схеме ”парвоздух”.

Количество воздуха, расходуемого на сжигание ед-цы топлива, зависит от его состава, но оно остается неизменным на ед-цу теплоты, выделившейся в топке. Косвенным показателем выделившейся теплоты в топке явл-ся расход пара из котла, поэтому этот параметр используется в схеме ”парвоздух”. Т.к. расход пара из котла характеризует тепловыделение в топке лишь при постоянных нагрузках по топливу, то эта схема нашла применение для котлов работающих с редко изменяющейся нагрузкой.

Необходимость регулирования расхода возникает при автоматизации большинства систем ТГВ. САУ расходом, предназначенные для стабилизации возмущений по материальным потокам, являются неотъемлемой частью систем автоматизации систем ТГВ. Часто эти САУ являются внутренними контурами в каскадных системах управления другими параметрами. Для обеспечения заданного состава смесей, поддержания материального и теплового балансов в аппаратах и сооружениях ТГВ применяют системы регулирования соотношения расходов нескольких веществ.

САУ расходом имеют принципиальные особенности, не присущие САУ другими технологическими параметрами химико-технологических процессов. Первая особенность – малая инерционность ТОУ, который представляет собой участок трубопровода между первичным измерительным преобразователем расхода и регулирующим органом. После изменения положения регулирующего органа новое значение расхода устанавливаются за время не более нескольких секунд. Динамические характеристики САУ, в том числе быстродействие, определяется инерционностью измерительных устройств, регулятора и исполнительного устройства.

Вторая особенность проявляется в том, что сигнал, соответствующий измеренному значению расхода, всегда содержит помехи, уровень которых высок. Частично эти помехи представляют собой результат физических колебаний расхода, частота которых велика. Наличие высокочастотных составляющих в сигнале измерения расхода – результат пульсаций давления в трубопроводе, которые в свою очередь являются следствием работы насосов, компрессоров, колебаний расходов при дросселировании потока через сужающее устройство. Из-за этого, чтобы избежать усиления в системе случайных возмущений, в САУ расходом применяют регуляторы с малыми значениями коэффициентов статического преобразования.

В системах регулирования расхода применяют один из следующих способов направленного изменения расхода:

1)дросселирование потока вещества через регулирующий орган, устанавливаемый на трубопроводе (клапан, шибер, заслонка);

2)изменение напора в трубопроводе с помощью регулируемого источника энергии (на-

пример, изменением числа оборотов двигателя насоса или угла поворота лопастей вентилятора);

3)байпасирование, т. е. переброс избытка вещества из основного трубопровода в обводную линию.

Для транспортирования жидкостей по трубопроводам применяют центробежные и поршневые насосы. Цель управления данными объектами – обеспечение заданной производительности.

Регулирование расхода после центробежного насоса осуществляется регулирующим клапаном, устанавливаемым на нагнетательном трубопроводе (рис. 37–а). Устанавливать первичный измерительный преобразователь, например диафрагму, на линии всасывания центробежного насоса не рекомендуется: дросселирование потока через диафрагму может вызвать кавитацию в насосе, приводящую в его быстрому износу, снижению производительности и напора. Клапан на нагнетательной линии насоса может работать и от регуляторов других величин, если этого требует технология.

В случае применения объемных поршневых насосов давление, обуславливающее перемещение жидкости, создается при периодическом вытеснении из замкнутого объема возвратно-поступательно движущимся поршнем. Поршневые насосы приводятся в действие паровыми машинами или электродвигателями.

Для поршневого насоса с электроприводом применение дросселирование недопустимо, так как при работе регулятора клапан может закрыться полностью, что приведет к разрыву трубопровода (или к помпажу, если клапан установлен на всасе насоса). В этом случае для регулирования расхода используют байпасирование потока (рис. 37–б): часть жидкости

Регулирование соотношения расходов двух веществ осуществляют следующими способами:

1)с применением следящего управления для обеспечения постоянного заданного соотношения «ведущего» и «ведомого» расходов;

2)с регулированием коэффициента соотношения расходов по третьему параметру (например, температуре или уровню в аппарате).

Одноконтурные следящие схемы регулирования соотношения расходов (рис. ) используются в случае произвольного изменения «ведущего» расхода. Такие схемы осуществляют регулирование вида:

,

где k – заданное постоянное значение соотношения; – измеряемый расход

ведущего потока 1; – регулируемый расход ведомого потока 2. Варианты реализации закона регулирования различаются способом определения величины управляющего воздействия на регулирующий клапан. Для схемы на рис. 39–а управляющее воздействие определяется как функция отклонения реального значения соотношения расходов от заданного значения k (при аппаратной реализации регулятора задается органами настройки; при программной – задается программно):

.

Для схемы на рис. 39–б управляющее воздействие определяется как функция отклонения регулируемого расхода от расчетного значения, обеспечивающего заданную величину соотношения k (задается вычислительным преобразователем):

.

При необходимости обеспечить заданную производительность процесса реализуют двухконтурную схему, с дополнительным регулированием «ведущего» расхода (см., например, контур регулирования, состоящий из ТСА 1.1–1.2 на рис. 40).

При реализации управления соотношением расходов с обеспечением заданной производительности по третьему параметру коэффициент соотношения является переменным и устанавливается внешним регулятором в зависимости от третьего параметра (например, температуры в аппарате). Трехконтурная САУ такого типа, показанная на рис. 40–а, осуществляет регулирование вида:

,

где – значение температуры в аппарате (параметр, определяющий величину коэффициента соотношения расходов k); – регулируемый для обеспечения

заданной производительности расход ведущего потока 1; – регулируемый расход ведомого потока 2.

Особенность настройки каскадной САУ (см. рис. 40–а) заключается в том, что на задание внутреннему регулятору устанавливается ограничение вида:

,

где kн и kв – нижнее и верхнее значение соотношения расходов. Если входной сигнал

внешнего регулятора выходит за пределы , то задание внутреннему регулятору не меняется, а остается на предельно допустимом нижнем или верхнем значении (рис. 40–б) [1, 15, 16].

15)то же самое

16) Рисунок 1 - Технологическая схема объекта регулирования

Система регулирования уровня жидкости в емкости включает в себя объект регулирования 1, датчик уровня 2, микроконтроллер с датчиком 3, предварительный усилитель 4, усилитель 5, исполнительный механизм 6. Технологические параметры объекта управления представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Технологические параметры объекта управления

Мах. уровень в емкости6м.Диаметр емкости4м.Время регулирования60сПеререгулирование18%

Ручное управление процессом требует постоянного внимания со стороны технологического персонала, что уменьшает комфорт в обслуживании и отнимает достаточно много времени.

Таким образом, необходима система автоматического регулирования, обеспечивающая поддержание уровня в заданных пределах при действии возмущающих воздействий.

Выходным параметром объекта управления является уровень воды в емкости. Управляющим воздействием является количество расхода проходящего через исполнительный механизм.

2. Разработка структурной схемы системы регулирования

.1Выбор элементов системы регулирования

Используем классическую систему управления с обратной связью. Для обеспечения работы такой системы необходимо измерять регулируемый параметр, сравнить его с заданным значением, определить величину ошибки и ее знак; рассчитать по выбранному алгоритму управления управляющее воздействие; подать управляющее воздействие через исполнительный механизм на объект управления.

Для разрабатываемой системы необходимы следующие элементы:

датчик уровня;

регулятор с датчиком, элементом сравнения и алгоритмом управления;

предварительный усилитель;

усилитель мощности для обеспечения согласования с исполнительным механизмом;

.1.1 Выбор датчика уровня

Чувствительный элемент - датчик преобразует измеряемую величину в величину, удобную для дистанционной передачи и дальнейшего использования. Основными характеристиками датчиков являются чувствительность и инерционность.

Чувствительность датчика определяется зависимостью изменения выходной величины датчика от входной, инерционность - постоянной времени и запаздыванием, т.е. динамическими свойствами.

На практике стремятся к тому, чтобы постоянная времени датчика была намного меньше постоянной времени регулирования, т.е. чтобы датчики были малоинерционными, в противном случае характеристики датчика могут существенно влиять на устойчивость и качественные показатели системы управления. В нашей системе в качестве устройства, измеряющего уровень в емкости, применим датчик избыточного давления САПФИР- 22М-ДИ. Измерение уровня будет происходить путем измерения давления

гидростатического столба жидкости P = ?gH. Данный датчик служит в системах контроля и имеет стандартный выходной сигнал 0-5 мА и напряжение питания постоянным током 36В. Он выбран из-за небольшой стоимости и удобства эксплуатации (рисунок 2).

Рисунок 2 - Датчик САПФИР-22М-ДИ.

Данный датчик состоит из мембранного тензопреобразователя 3 размещенного внутри основания 9. Внутренняя полость 4 тензопреобразователя заполнена кремнийорганической жидкостью и отделена от измеряемой среды металлической гофрированной мембраной 6, приваренной по наружному контуру к основанию 9. Полость 10 сообщена с окружающей атмосферой. Измеряемое давление подается в камеру 7 фланца 5, который уплотнен прокладкой 8. Измеряемое давление воздействует на мембрану 6 и через жидкость воздействует на мембрану тензопреобразователя, вызывая ее прогиб и изменение сопротивления тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронный преобразователь 1.

.1.2 Выбор регулятора

Для нашей системы регулирования выберем пропорциональный регулятор.

Для разрабатываемой системы используем микроэлектронный П - регулятор на микроЭВМ АТ80С2051 фирмы Atmel, который может работать непосредственно с датчиком давления типа САПФИР-22М-ДИ. Входным сигналом регулятора является стандартный сигнал 0-5мА, а выходным напряжение 0-5В (см. рисунок 3).

Рисунок 3 - Схема сопряжения датчика САПФИР-22М-ДИ с микроконтроллером 80С2051.

Данный микроконтроллер отличается:

.Малым током потребления.

.Совместимостью со стандартным сигналом 0-5мА.

.Высокой надежностью,

.Защитой от помех,

.Невысокой стоимостью,

.1.3 Выбор исполнительного механизма

Исполнительный механизм предназначен для непосредственного воздействия на объект регулирования. Он должен обеспечить передачу управляющего воздействия на объект управления с возможно меньшими искажениями.

В качестве исполнительного механизма выберем: механизм электрический однооборотный, российского производства, выполненного специально для трубопроводной арматуры МЭОФ-40 (рисунок 4).

Рисунок 4 - механизм электрический однооборотный МЭОФ-40.

.1.4 Выбор усилителя

Мощность выходного каскада регулятора недостаточна для управления исполнительным механизмом. Поэтому для согласования сигналов по напряжению и мощности, необходимо ввести усилитель мощности. Выбираем усилитель ПБР-2М.

Рисунок 5 - Усилитель (внешний вид).

Данный элемент предназначен для управления электрическим исполнительным механизмом, с однофазным электродвигателем.

Параметры питания: однофазная сеть переменного тока 220В., частотой 50Гц.

Максимальный коммутируемый ток - 4А.

Быстродействие не более 25мс.

Полная потребляемая мощность не более 10 ВА.

Входное напряжение 24В.

.1.5 Выбор предварительного усилителя

Для согласования сигнала выходного каскада регулятора и усилителя используем предварительный усилитель фирмы Crydom (рисунок 7) типа D4825 на постоянное напряжение 0-24В и номинальный ток до 25А [2]. Входное управляющее напряжение составляет от 0 до 5 В при токе 1,6 мА.

Рисунок 6 - предварительный усилитель (внешний вид).

Критерием отбора данного усилителя является его высокая надежность, герметичность, и высокие эксплутационные характеристики.

.2 Функциональная схема системы регулирования

Функциональная схема автоматического регулирования уровня в емкости, включающей выбранные элементы, представлена на рисунке 7. Все элементы согласованы по типу сигналов, диапазонам их изменения и мощности.

Рисунок 7 - Функциональная схема системы регулирования

Микроконтроллер -регулятор,

У1 -предварительный усилитель,

У2 -усилитель,

Дв -двигатель,

ред -редуктор,

Кл -клапан,

ОР -объект регулирования,

Д -датчик,

М -мембрана,