Система автоматического регулирования температуры в зоне спекания вращающейся печи

Система автоматического регулирования температуры в зоне спекания вращающейся печи

Федеральное агентство по образованию

Белгородский государственный технологический университет

имени В. Г. Шухова

Кафедра электротехники и автоматики

Контрольная работа

по дисциплине:

«Системы управления химикотехнологическими процессами»

на тему: «Система автоматического регулирования температуры в зоне спекания вращающейся печи»

Белгород 2007

Задание №1

Раздел 1

Объектом управления (ОУ) вращающейся печи является процесс регулирования разряжения в горячей головке вращающейся печи.

Автоматизация вращающейся печи направлена на оптимизацию ее работы. Оптимальная работа вращающейся печи является самым важным фактором, влияющим на качество получаемого клинкера и экономию энергоресурсов.

При оптимизации режима работы вращающейся печи решаются следующие основные задачи:

максимальное использование тепла горения топлива на обжиг клинкера;

точное соблюдение технологических параметров вращающейся печи с целью получения клинкера высокого качества;

предотвращение пылевыделения из печи с целью обеспечить более экологически чистую среду вокруг предприятия;

увеличение службы работы всех механизмов и теплообменных устройств.

Классификация переменных величин характеризующих работу объекта:

разрежение в горячей головке вращающейся печи;

расход дымовых газов;

Раздел 2

Дано уравнение движения ОУ:

где Y(t) - расход дымовых газов;

X(t) - разрежение в горячей головке вращающейся печи;

tоу - постоянная времени объекта управления, tоу = 13 с;

t - время запаздывания, t = 0 с;

Kоу - коэффициент передачи объекта управления, Kоу = 15 Па/%;

Определяем передаточную функцию:

Учитывая, что необходимо определить переходную характеристику объекта управления, считаем, что выходная величина это единичная функция Y(t)=1(t).

Преобразуем это условие по Лапласу и получим:

Подставим начальные условия в предыдущее уравнение:

Корни характеристического уравнения (tоуp+1)p =0; p1=0; p2=-1/tоу

Применим формулу Хевисайда:

Подставляем значения и строим зависимость:

Определим импульсную характеристику:

Подставляем значения и строим зависимость:

Определим КЧХ:

Так как p=jw, то W(p)= W(jw)= U(w)+jV(w).

Подставляем значения и строим зависимость:

Определим АЧХ:

Подставляем значения и строим зависимость:

Из графика видно, что полоса пропускания лежит в области низких частот.

Определим ФЧХ:

Подставляем значения и строим зависимость:

Раздел 1

Построение и описание функциональной схемы автоматизации ОУ в соответствии со стандартом (рис 1):

PY, GY - преобразователь разряжения, перемещения;

GE - датчик перемещения;

PI, CI - вторичные приборы;

PC, GC - регуляторы разряжения, перемещения, причем GC - внутренний контур регулирования, необходим для формирования пропорционально-интегрального закона регулирования регулятора PC; PC - внешний регулирующий контур.

H - задатчики, входящие в состав регулятора;

HS - коммутирующий элемент;

SA - тумблер;

SB - кнопочный переключатель;

NS - усилитель мощности (магнитный пускатель).

М1 - исполнительный механизм;

М2 - электропривод дымососа;

ПК - пылеосадительная камера;

Ф - электрофильтр;

ВП - вращающаяся печь;

К1 - клапан воздушный регулирующий;

ГГ - горячая головка печи;

Х - печной холодильник.

Построение блок-схемы автоматизации ОУ в соответствии со стандартом (рис 2):

ДР - датчик разряжения;

ЭР - электронный регулятор (локальный контроллер);

УМ1 - усилитель мощности;

ИМ1 - исполнительный механизм;

КС1 - контроллер среднего уровня (телеметрии);

ПУ1 - пульт управления оператора. На мониторе оператора выводятся все контролируемые параметры в автоматическом режиме: состояния оборудования и технологических параметров.

ЭП1 - электропривод дымососа.

Система автоматизации работает следующим образом.

Датчик разряжения через отборное устройство измеряет величину разряжения в горячей головке печи. Выходной сигнал датчика 1а подается на регулятор 1в, на вход которого поступает сигнал задатчика 1г. При равенстве нулю алгебраической суммы этих сигналов выходной сигнал регулятора отсутствует. В противном случае регулятор 1в вырабатывает сигнал рассогласования, который в электронных блоках регулятора усиливается до заданной величины и преобразуется в соответствии с пропорционально-интегральным законом регулирования.

С выхода регулятора 1в сигнал подается на вход регулятора положения 2г, на вторые входы которого поступают сигналы с датчика положения 2а и задатчика 2д. При неравенстве нулю алгебраической суммы этих сигналов формируется сигнал рассогласования который подается на усилитель мощности 2е через ключ SA1, предназначенный для выбора режима управления «автоматический - ручной».

Усиленный по мощности сигнал с выхода усилителя 2е поступает на управляющую обмотку электрического исполнительного механизма М1, состоящего из размещенных в одном корпусе электродвигателя и редуктора.

Исполнительный механизм М1 перемещает поворотную заслонку К1, установленную на дымососе, что приводит к изменению проходного сечения дымососа и расхода удаляемых из печи отходящих газов. Изменение расхода отходящих газов происходит до тех пор, пока выходной сигнал регулятора 1в не станет равным нулю, то есть пока регулируемый параметр разряжение в горячей головке вращающейся печи не достигнет заданного значения.

Для контроля разряжения на щите пульта управления установлен вторичный прибор 1б с функциями показания, непосредственно связанный с датчиком разряжения. Также на пульте управления размещен дистанционный указатель положения 2в заслонки К1, связанный с датчиком положения 2а и размещенный в корпусе исполнительного механизма.

Кнопочный переключатель SB1 предназначен для дистанционного включения электродвигателя исполнительного механизма М1 в ручном режиме управления.

Контур стабилизации разрежения в горячей головке вращающейся печи обеспечивает нормальный режим горения и соответствующую скорость газов. Разряжение в горячей головке характеризует интенсивность теплообмена и пылевынос из печи, а также состояние газового тракта печного агрегата.

Раздел 2

Подбор приборов для системы автоматического контроля.

Обычно разряжение в горячей головке печи составляет 1,23…1,72 кПа.

Для представленной схемы выбираем датчик разряжения фирмы «Метран», который имеет чувствительный элемент, выполненный по технологии КНС (кремний на сапфире).

Техническая характеристика датчика Метран-100-ДВ-1430-02

печь вращающийся регулятор отборный

Подбор вторичных приборов.

На верхнем уровне АСДУ находится диспетчерский пульт управления (ДПУ). Этот уровень предназначен для наблюдения, регулирования, получения информации, документации данных по процессам, протекающим в ОУ. Здесь происходит взаимодействие оператора с различными процессами с помощью интерфейса «человек-машина». Этот уровень реализован с помощью специального программного обеспечения.

Параметры объекта управления выводятся на мониторе ДПУ.

Задание №3

Раздел 1

Обобщенная функциональная схема с учетом применения аналогового регулятора.

(t) - регулирующая величина ОУ.

Df(t)=fзад-fдат(t)

Df(t) - отклонение регулируемой величины от заданной;

fзад - задающая величина, формируется задатчиком;

fдат(t) - выходной сигнал датчика.

Б2 - регулятор положения, это внутренний контур СА, необходимый для формирования регулятором Б1 заданного закона регулирования.

Обобщенная функциональная схема на базе технологического контроллера.

ТК - технологический контроллер.

Раздел 2

Определение параметров ОУ с учетом датчика технологического параметра и построение переходной характеристики.

Параметры ОУ: Kоу=15 Па/%, tоу=13 с; t=0 с.

Параметры датчика: датчик для измерения разряжения Метран-100-ДВ

Imin= 4 мА; Imax= 20 мА; Pmin= 40 Па; Pmax= 6300 Па; tдат= 5 с.

Найдем Kдат:

Строим переходную характеристику ОУ с учетом параметра датчика ТП.

ОУ:

Датчик Д1:

Определяем передаточную функцию:

Пересчитаем передаточную функцию при последовательном соединении:

Учитывая, что переходная характеристика этой системы это реакция элемента (элементов) системы на единичную функцию, то тогда:

;

Определяем корни характеристического уравнения:

Учитывая, что корни простые и один корень равен нулю, то можно применить формулу Хевисайда:

Подставим значения:

Построим график передаточной функции: