Автоматическое регулирование кислотно-щелочного баланса питательной воды теплоэнергоцентрали

Проведём синтез регуляторов с подчиненным регулированием координат, и будем настраивать контуры регулирования на желаемый вид апериодического звена. При настройке на апериодическое звено перерегулирование должно отсутствовать.

Предварительно определим значения коэффициентов перегрузки, учитывая данные по номинальных и максимальным значениям выходных координат контуров, представленным в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Коэффициенты перегрузки и данные для их расчета

	Угловая скорость, рад/с	Расход аммиака, м3/ч	Показатель pH
Номинальное значение	314	65	9,1
Максимальное значение	314	100	9,2

 

 

Контур регулирования угловой скорости включает в себя частотный преобразователь и электродвигатель. Выходной координатой у этого контура является угловая скорость в рад/с.

Номинальное задающее напряжение равно (2.10)

       (2.10)

Произведём расчет регулятора для контура угловой скорости электродвигателя. Схема контура регулирования угловой скорости показана на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7 – Схема контура регулирования угловой скорости

Коэффициент обратной связи контура регулирования угловой скорости (2.11):

    (2.11)

Передаточная функция регулятора для контура регулирования угловой скорости равна отношению желаемой передаточной функции к исходной передаточной функции контура (2.12)

                          (2.12)

,                          (2.13)

где с.

    (2.14)

   (2.15)

   (2.16)

Исходя из формулы (2.12) находим передаточную функцию регулятора для этого контура регулирования (2.17)

    (2.17)

Производим расчёт замкнутого контура, по формуле (2.18)

=            (2.18) 

Проведённый опыт в приложении Siumulink пакета MatLab имеет вид (рисунок 2.8)

Рисунок 2.8- Переходный процесс по контуру регулирования угловой скорости

Рассчитаем регулятор для контура регулирования расхода аммиака. Данный контур включает в себя преобразователь частоты, электродвигатель, насос дозатор аммиака. Выходной координатой контура является расход аммиака.

Номинальное задающее напряжение равно (2.19)

       (2.19)

Схема контура регулирования расхода аммиака показана на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 – Схема контура регулирования расхода аммиака

Коэффициент обратной связи контура регулирования расхода аммиака равен (2.20):

    (2.20)

Передаточная функция регулятора для контура регулирования расхода аммиака равна отношению желаемой передаточной функции к исходной передаточной функции контура (2.21):

               (2.21)

,                (2.22)

где с.

     (2.23)

               (2.24)

                        (2.25)

                                           (2.26)

Применяя формулу (2.24) находим исходную передаточную функцию контура регулирования аммиака (2.27)

 (2.27)

Отсюда по формуле (2.21) находим передаточную функцию регулятора для контура регулирования расхода аммиака (2.28):                                                                                                          (2.28)

Проведённый опыт в приложении Siumulink пакета MatLab имеет вид (рисунок2.10)

Рисунок 2.10- График переходного процесса по контуру расхода аммиака

Рассчитаем регулятор для контура регулирования показателя кислотно-щелочного баланса питательной воды в трубопроводе. Данный контур включает в себя частотный преобразователь, электродвигатель, насос дозатор аммиака подающий аммиак в трубопровод. Выходной координатой контура является показатель кислотно-щелочного баланса воды.

Номинальное задающее напряжение равно (2.29)

       (2.29)

Схема контура регулирования показателя кислотно-щелочного баланса воды показана на рисунке 2.11.

Рисунок 2.11 – Схема контура регулирования показателя кислотно-щелочного баланса питательной воды в трубопроводе

Коэффициент обратной связи контура регулирования температуры смеси в рабочей емкости равен (2.30):

    (2.30)

Передаточная функция регулятора для контура регулирования показателя кислотно-щелочного баланса воды  в трубопроводе равна отношению желаемой передаточной функции к исходной передаточной функции контура (2.31):

                         (2.31)

,                (2.32)

где с. (2.33)

                                                                        (2.34)

                          (2.35)

                           (2.36)

Применяя формулу (2.35) находим исходную передаточную функцию контура регулирования показателя кислотно-щелочного баланса воды (2.37)                              (2.37)

Отсюда по формуле (2.31) находим передаточную функцию регулятора для контура регулирования показателя кислотно-щелочного баланса (2.38):

            (2.38)

Модель замкнутого контура регулирования показателя кислотно-щелочного баланса питательной воды в трубопроводе представлена на рисунке 2.12.

Рисунок 2.12 – Модель замкнутого контура регулирования показателя pH

pH
		t, c

 

Рисунок 2.13 – График переходного процесса по контуру регулирования показателя pH

Для проверки работоспособности регулятора подадим возмущение, равное 1pH в момент времени 10 секунд.

График переходного процесса по контуру регулирования показателя кислотно-щелочного баланса питательной воды в трубопроводе представлен на рисунке 2.13. Из графика переходного процесса видно, что установившееся значение равно 9,1. Перерегулирование, как и следует при настройке на апериодическое звено, отсутствует. Как видно из графика, регулятор успешно отрабатывает возмущения.

Задача синтеза регулятора успешно решена.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта было осуществлено изучение технологического процесса регулирования показателя кислотно-щелочного баланса питательной воды подаваемой в котельный цех теплоэнергоцентрали. Проведенное исследование показало, что присутствует необходимость ручного регулирования кислотно-щелочного баланса в трубопроводе, что может приводить к отклонению его показателя от регламентных значений и поломку оборудования котельного цеха.

В связи с чем, было предложено разработать систему автоматического регулирования показателя кислотно-щелочного баланса питательной воды.

Для создания эффективной АСУТП в проекте были сформулированы требования к технологическому оборудованию,  а также средствам измерения и управления: измерительному pH-метру, управляющему контроллеру, электродвигателю, насосу дозатору аммиака.

Математической основой разработки АСУ явилось моделирование исходной системы и оценка показателей качества ее функционирования. Учитывая полученные результаты, в курсовом проекте был произведен синтез системы регулирования и произведен компьютерный эксперимент с моделью скорректированной системы, доказавший эффективность разработанной системы регулирования.

 

 

Список использованных источников

1. Федоров Ю.Н. Справочник  инженера  по  АСУТП: проектирование  и  разработка:  учебно-практическое пособие.-М.:Инфра-Инженерия, 2008.-928с.:ил.

2. Основы  автоматизации техпроцессов: учеб.пособие для вузов/ А.В.Щагин, В. И. Демкин, В.Ю.Кононов, А.Б.Кабанова.- М.:Выш.образование,2009.-163с.

3. Пескова С.А. Сети  и  телекоммуникации:  учеб. пособие для вузов/ С.А.Пескова, А. В.Кузин,А.Н.Волков.-4-е изд.,стер.-М.: Академия, 2009.-352с

4. Харазов В.Г. Интегрированные системы управления  технологическими  процессами:  учеб. пособие для вузов.-СПб.:Профессия, 2009.- 592с. :ил.

5. Бигус Г.А. Техническая  диагностика  опасных производственных объектов/Г.А.Бигус, Ю.Ф.Даниев.-М.:Наука,2010.-415с.

6. Кангин В.В.  Аппаратные и программные средства  систем управления: промышленные сети и контроллеры: учеб. пособие для  вузов/ В.В.Кангин,В.Н.Козлов.-М.:Бином. Лаборатория  знаний, 2010.-418с.:ил.

7. Молчанов А.Ю. Системное  программное обеспечение: учебник для вузов.-3-е изд.- СПб.:Питер,2010.-400с.:ил.

8. Шандров Б.В. Технические  средства  автоматизации: учебник  для вузов/Б.В.Шандров,А.Д.Чудаков.-2-е изд.,стер.-М. : Академия,2010.-368с.

9. Иванов А.А.  Автоматизация  технологических процессов  и производств:учеб. пособие для вузов.-М.:Форум,2011.-224 с.

10. Орлов С.А. Технологии разработки программного обеспечения: Разработка сложных программных систем: Учебник для вузов.- 3- е изд.-СПб.:Питер,2004.-527с.:ил.

11. Андреев Е.Б. Программные средства систем управления технологическими процессами в нефтяной и газовой промышленности:учеб. пособие для вузов/Е.Б.Андреев, В.Е.Попадько.-М.:ФГУП Издво "Нефть и газ" РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина.Ч.1.-2005.-268с.

12. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие/ А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев; Под ред. А.С. Клюева.-2-е изд., перераб. И доп.-М.: Энергоатомиздат, 1990.-464 с.: ил.

13. Андреев Е.Б. Технические  средства  систем  управления  технологическими  процессами  в нефтяной и газовой промышленности: учеб.пособие для вузов/Е. Б. Андреев,В.Е.Попадько.-М.:ФГУП Изд-во "Нефть и газ" РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина,2005.-270с.

14. Щагин А.В. Основы  автоматизации техпроцессов: учеб.пособие для вузов/А.В. Щагин, В. И. Демкин, В.Ю.Кононов,А.Б. Кабанова.- М.: Выш.образование,2009.- 163с.