Фафурин В.А., Терюшов И.Н. Автоматизация технологических процессов и производств

Подождите немного. Документ загружается.

специализированные устройства. В настоящее время задачи

сигнализации, защиты и блокировки, как правило, программируются и

реализуются на контролерах в виде систем противоаварийной защиты

(ПАЗ) и систем сигнализации [2].

Как уже говорилось выше, современные системы автоматизации

строятся как многоуровневые иерархические структуры, чаще всего,

двух- и трехуровневые, и задача выбора технических средств

автоматизации по п.3.5 и 4.2 должна быть рационально решена для

всех уровней управления.

На рис. 3.26 представлена типовая структура двухуровневой

системы автоматизации, представляющая собой схему соединений

(привязки) датчиков и исполнительных механизмов с ПТК первого

уровня (п.3.6) и схему связи средств автоматизации первого и второго

уровней управления между собой. В этой системе на первом уровне

представлены датчики, регулирующие органы, контроллер или группа

контроллеров, связанных между собой контроллерной сетью, и

автоматизированное рабочее место оператора- технолога (АРМОТ) с

функциональной клавиатурой, мышью и принтером. На втором

уровне располагаются рабочее место начальника смены и инженерная

станция.

Выбор всей этой совокупности технических средств далеко

непростая и неоднозначная задача, поскольку при этом надо

учитывать все свойства автоматизируемого объекта, удовлетворить

поставленным требованиям к системе контроля и управления, найти

некий рациональный компромисс между различными

противоречивыми критериями (информационной мощностью,

надежностью, открытостью, стоимостью и т.д.)

При выборе датчиков технологических параметров и вторичных

приборов должны быть учтены требования их современности,

надежности, точности работы и стоимости (фирмы Метран г.

Челябинск, Теплоприбор г. Рязань и др.) [7].

Регулирующие органы должны обладать требуемой расходной

характеристикой, надежностью, иметь заданную пропускную

способность и небольшие габариты (фирма «Камфлекс», г. Великий

Новгород, «Самсон», Италия и др.)

При выборе контроллеров необходимо учитывать их

информационную мощность (число каналов ввода/вывода аналоговой

и дискретной информации), надежность в работе, открытость, т.е.

аппаратную и программную совместимость с аналогичными

контроллерами отечественного и зарубежного производства,

стоимость (соотношение цена/качество).

ЭВМ, являются основой рабочих станций (АРМОТ, рабочее

место начальника смены, инженерная станция) должны обладать

требуемым быстродействием, необходимым объемом оперативной

памяти и винчестера и высокой надежностью в работе.

2. Исходные данные и порядок выполнения лабораторной

работы

Исходные данные

Вариант I

1. Схема ректификационной установки (рис. 3.36). Установка

состоит из колонны ректификации К. теплообменника подогрева

исходной смеси T-1, кипятильника Т-2, конденсатора Т-3 и флегмовой

емкости Е.

В колонне осуществляется разделение бинарной смеси.

Температуры кипения разделяемых компонентов существенно

различаются, вследствие чего колонна имеет небольшое число тарелок

и небольшую высоту. Запаздывания и инерционность по каналам

передачи возмущающих и управляющих воздействий относительно

невелики. Имеют место сильные внутренние перекрестные связи

между основными контролируемыми (регулируемыми) величинами

процесса - составами (температурами) дистиллята и кубового

продукта.

В паровом потоке, выходящем с верха ректификационной

колонны, содержатся неконденсируемые в условиях работы

теплообменника Т-3 компоненты в инертные газы. Они отводятся из

емкости орошения на сдувку (в топливную сеть).

Режим работа установки подвержен большим и частым

возмущениям: по расходу F и составу X

сырья; по давлению (рас-

ходу) греющего агента, подаваемого в теплообменник T-I и

кипятильник Т-2; по давлению (расходу) хладагента, подаваемого в

конденсатор Т-3.

Рис. 3.36. Схема ректификационной установки

2. Для выбора оптимальных структур АСР, управляющих

положениями регулирующих органов на линии подачи флегмы в

колонну К и линии подачи греющего агента в кипятильник Т-2

("ключевые" управления процессом ректификации) при действующих

на колонну возмущениях по расходу F и составу X

сырья, задаются

области допустимых управлений (ОДУ), построенные в плоскости уп-

равляющих воздействий процесса: расход дистиллята D - расход пара

V в кипятильник колонны. ОДУ построены для минимального,

номинального и максимального уровня возмущений (расходов F и

составов X

сырья) по математической модели статики процесса

ректификации с использованием моделирующих алгоритмов STAT

B05 и STAT B06, описанных в этом методическом пособии (смотри

лабораторную работу №2).

3. Заданы динамические параметры объекта: (постоянные вре-

мени Т; запаздывания τ; коэффициент передачи К

об

) по каналам:

а. «изменение положения регулирующего органа P01 - расход

сырья F» ( Х

Р1

F) ;

б. «изменение положения регулирующего органа P02 - расход

греющего агенте F

» ( Х

Р2

);

. «изменение положения регулирующего органа Р02 -

температура сырья θ

после T-1» ( Х

Р2

);

в. «изменение положения регулирующего органа Р03 - состав

дистиллята Х

» ( Х

Р3

);

г. «изменение положения регулирующего органа Р04 - давление

Р в колонне» ( Х

Р4

P);

д. «изменение положения регулирующего органа Р05 - уровень

в кубе колонны» ( X

Р5

L) ;

е. «изменение положения регулирующего органа Р02* -

температура сырья θ

после T-1» ( X

Р2*

) ;

ж. «изменение положения регулирующего органа Р04* -

давление P в колонне» ( X

Р4*

Р);

з. «изменение положения регулирующего органа Р06 -

температура в кубе колонны» ( X

Р6

);

. «изменение положения регулирующего органа РО6 -

температура θ

вверху колонны» ( X

Р6

);

и. «изменение положения регулирующего органа РОЗ -

температура θ

вверху колонны» ( X

Р3

);

. «изменение положения регулирующего органа РОЗ -

температура θ

низа колонны» ( X

Р3

);

4. Заданы величины действующих на объект возмущений,

выраженные в % хода регулирующего органа:

а. канал X

Р1

F (по расходу сырья F);

б. каналы X

Р2

, X

Р2

(по давления греющего

агента P

и его теплосодержанию q

);

в. канал X

Р3

(по составу сырья X

);

г. канал X

Р4

P (по давлению Р

хладагента, по-

даваемого в конденсатор Т-3);

д. канал X

Р5

L (по теплосодержанию q2 греющего агента,

подаваемого в кипятильник Т-2).

5. Заданы требования к качеству процесса регулирования

(динамическая ошибка Х

max

, время регулирования t

, степень зату-

хания переходных процессов ψ, статическая ошибка регулирования

Хcm).

Исходные данные по п. 3 (а - д), 4, 5 приведены в табл. 3.3, a по

пунктам 3 (е, ж, з, и) - в табл. 3.4 исходных данных.

Таблица 3.3

Динамические параметры объекта и требования к качеству процесса регулирования

Объект (канал

регулировани

я)

Динами

ческие

параме

тры

разме

рност

Варианты

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

ΔХ

Р1

→ ΔF

ΔХ

Р2

→ Δθ

ΔХ

Р2

→ ΔG

ΔХ

Р3

→ ΔX

ΔХ

Р4

→ ΔP

ΔХ

Р5

→ ΔL

мин

8,0

6,2

6,0

4,8

3,6

8,4

6,5

7,0

5,0

4,0

9,0

6,6

6,5

4,6

3,8

2,8

5,9

8,5

4,5

3,0

4,5

9,4

5,8

12,0

4,9

4,2

9,6

6,8

10,0

8,0

4,5

3,0

10,4

6,3

7,1

4,7

3,0

3,7

8,2

6,1

6,4

4,4

3,5

4,8

9,8

5,9

7,2

5,1

4,3

5,0

12,0

5,5

8,0

5,0

2,7

3,4

10,5

5,4

8,4

4,7

3,1

4,6

11,6

5,3

8,8

5,2

4,4

ΔХ

Р1

→ ΔF

ΔХ

Р2

→ Δθ

ΔХ

Р2

→ ΔG

ΔХ

Р3

→ ΔX

ΔХ

Р4

→ ΔP

ΔХ

Р5

→ ΔL

ОБ

ед.изм.рег.вел.% хода р. о.

3,9

0,40

0,80

0,01

16,0

4,0

0,48

0,60

0,012

0,10

32,0

3,8

0,44

0,70

0,011

0,07

20,0

3,9

0,40

0,80

0,01

0,08

30,0

4,2

0,43

0,85

0,012

0,07

30,0

4,1

0,50

0,82

0,01

0,10

50,0

4,3

0,58

0,80

0,012

0,08

27,0

3,9

0,42

0,78

0,014

0,047

23,4

4,4

0,50

0,81

0,01

0,05

29,2

4,1

0,47

0,78

0,011

0,05

18,0

3,7

0,60

0,83

0,014

0,08

24,0

4,05

0,48

0,80

0,012

0,075

35,0

ΔХ

Р1

→ ΔF

ΔХ

Р2

→ Δθ

ΔХ

Р2

→ ΔG

ΔХ

Р3

→ ΔX

ΔХ

Р4

→ ΔP

мин

2,0

4,6

1,5

2,9

1,9

2,1

4,8

2,0

3,0

1,8

2,3

4,9

1,8

2,8

1,5

2,5

4,3

2,3

2,7

1,8

2,4

4,2

3,0

2,9

1,9

2,5

5,0

2,5

3,1

2,0

2,6

4,7

2,0

2,8

2,7

2,1

4,5

1,9

2,6

2,1

2,5

4,4

2,1

3,0

2,0

ΔХ

Р5

→ ΔL мин 1,8 2,2 1,3 2,4 2,6 1,2 1,6 2,5 2,7

Продолжение таблицы 3.3

ΔХ

Р1

→ ΔF

ΔХ

Р2

→ Δθ

ΔХ

Р2

→ ΔG

ΔХ

Р3

→ ΔX

ΔХ

Р4

→ ΔP

ΔХ

Р5

→ ΔL

% хода р. о.

ΔХ

Р1

→ ΔF

ΔХ

Р2

→ Δθ

ΔХ

Р2

→ ΔG

ΔХ

Р3

→ ΔX

ΔХ

Р4

→ ΔP

ΔХ

Р5

→ ΔL

max

/ч

м.доли

кгс/см

мм

5,0

8,0

0,05

0,8

250

6,0

0,06

0,7

300

5,5

7,0

0,055

0,6

320

6,0

7,8

0,05

0,75

400

5,6

8,2

0,06

0,5

500

5,2

7,9

0,05

0,9

450

6,1

8,3

0,06

1,0

340

5,4

8,0

0,07

0,85

350

5,3

8,1

0,05

0,50

420

5,7

8,4

0,055

0,80

200

6,2

7,9

0,07

0,94

360

6,0

7,6

0,06

0,65

400

ΔХ

Р1

→ ΔF

ΔХ

Р2

→ Δθ

ΔХ

Р2

→ ΔG

ΔХ

Р3

→ ΔX

ΔХ

Р4

→ ΔP

ΔХ

Р5

→ ΔL

мин

ΔХ

Р1

→ ΔF

ΔХ

Р2

→ Δθ

ΔХ

Р2

→ ΔG

ΔХ

Р3

→ ΔX

ΔХ

Р4

→ ΔP

ΔХ

Р5

→ ΔL

0,75

Окончание таблицы 3.3

ΔХ

Р1

→ ΔF

ΔХ

Р2

→ Δθ

ΔХ

Р2

→ ΔG

ΔХ

Р3

→ ΔX

ΔХ

Р4

→ ΔP

ΔХ

Р5

→ ΔL

сm

/ч

м.доли

кгс/см

мм

3,8

2,6

3,0

2,9

3,2

3,4

3,1

2,9

4,2

2,8

4,0

3,6

Таблица 3.4

Объект (канал

регулировани

я)

Динами

ческие

параме

тры

разме

рност

Варианты

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

ΔХ

Р2

→ Δθ

ΔХ

Р4

→ ΔP

мин

3,4

1,6

2,8

1,4

2,6

1,9

3,2

1,8

2,4

1,3

2,7

1,5

3,1

1,2

3,3

1,8

2,2

2,0

2,8

1,0

2,9

1,6

2,0

2,1

ΔХ

Р2

→ Δθ

ΔХ

Р4

→ ΔP

ΔХ

Р6

→ Δθ

ΔХ

Р6

→ Δθ

ΔХ

Р3

→ Δθ

ΔХ

Р3

→ Δθ

ОБ

ед.изм.рег.вел.% хода р. о.

0,58

0,15

0,60

0,10

0,64

0,075

0,80

0,08

0,86

0,09

0,75

0,15

0,82

0,14

0,76

0,10

0,94

0,08

0,76

0,10

0,90

0,16

0,80

0,10

0,70

0,50

0,80

0,40

0,80

0,60

0,90

0,50

0,80

0,40

0,70

0,50

0,80

0,60

0,90

0,70

0,90

0,80

0,70

0,60

0,80

0,50

0,80

0,60

0,90

0,80

0,90

0,70

0,90

0,80

0,70

0,90

0,40

0,80

0,75

0,70

0,50

0,60

0,40

0,85

0,55

0,70

0,50

0,85

0,70

0,90

0,65

ΔХ

Р2

→ Δθ

ΔХ

Р4

→ ΔP

мин

1,5

0,38

1,4

0,33

1,2

0,44

1,7

0,40

1,4

0,30

1,3

0,35

1,5

0,27

1,6

0,41

1,0

0,46

1,3

0,25

1,5

0,40

1,0

0,50