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;

оу — постоянная времени объекта управления, оу = 13 с;

— время запаздывания, = 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 (оуp+1)p =0; p1=0; p2=-1/оу 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:

Задание № 2

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 1 В, на вход которого поступает сигнал задатчика 1 г. При равенстве нулю алгебраической суммы этих сигналов выходной сигнал регулятора отсутствует. В противном случае регулятор 1 В вырабатывает сигнал рассогласования, который в электронных блоках регулятора усиливается до заданной величины и преобразуется в соответствии с пропорционально-интегральным законом регулирования.

С выхода регулятора 1 В сигнал подается на вход регулятора положения 2 г, 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 1 В 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 2 В 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.

Б1 — регулятор разряжения, формирует пропорционально-интегральный закон регулирования;

f (t) — регулирующая величина ОУ.

f (t)=fзад-fдат (t)

f (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.

1 Параметры ОУ: Kоу=15 Па/%, оу=13 с; =0 с.

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

Imin= 4 мА; Imax= 20 мА; Pmin= 40 Па; Pmax= 6300 Па; дат= 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: