Автоматизация технологических процессов основных химических производств
статики (2) и приведения подобных членов):
[pic] (3).
Уравнение динамики с безразмерными переменными:
[pic] (4).
Нормализованное уравнение динамики объекта во временной области без учета
транспортного запаздывания:
[pic]
(7).
Уравнение динамики по каналу управления [pic] во временной области с учетом
транспортного запаздывания:
[pic]
(8).
Передаточная функция объекта по каналу управления [pic]:
[pic]
(10),
где:
[pic];
[pic]
(11),
где Vтруб - объем трубопровода от Р.О. до входа в аппарат.
Анализ уравнения динамики
на основе материального баланса по всему веществу.
Уравнение динамики:
[pic]
(1)
Начальные условия для вывода передаточной функции по каналу управления GБ –
hсм :
[pic];
[pic];
[pic];
[pic].
Уравнение статики:
[pic]
(2).
Уравнение динамики в приращениях:
(после подстановки начальных условий в выражение (1), вычитания уравнения
статики (2) и приведения подобных членов):
[pic]
(3).
Уравнение динамики с безразмерными переменными:
[pic]
(4).
Нормализованное уравнение динамики объекта во временной области
[pic]
(7).
Уравнение динамики по каналу управления [pic] во временной области с учетом
транспортного запаздывания:
[pic]
(8).
Передаточная функция объекта по каналу управления [pic]:
[pic]
(10),
где:
[pic];
[pic]
(11),
где Vтруб - объем трубопровода от Р.О. до входа в аппарат.
Анализ статической характеристики объекта.
Уравнение статики на основе материального баланса по целевому компоненту:
[pic]
(1).
Из уравнения (1) выразим [pic] в явном виде:
[pic]
(2).
Анализ выражения (2) показывает, что:
. Статическая характеристика линейна по каналам: [pic];
. Статическая характеристика нелинейна по каналам [pic].
Линеаризованное представление статической характеристики на основе
стабилизации соотношения расходов: [pic] (или [pic]):
[pic] (3).
Линеаризованное представление статической характеристики через разложение в
ряд Тейлора:
[pic] (4).
Обозначим:
[pic]
Линеаризованное представление приращения выходной переменной через
приращения всех возможных входных переменных:
[pic]
(5).
Типовая схема автоматизации процесса перемешивания.
[pic]
Рис.7.1.
Типовое решение автоматизации.
1. Регулирование.
. Регулирование концентрации Ссм по подаче реагента GА - как показателя
эффективности процесса перемешивания с целью получения
гомогенизированного раствора.
. Регулирование уровня в аппарате hсм по подаче реагента GБ - для
обеспечения материального баланса по жидкой фазе.
2. Контроль.
. расходы - GА, GБ, Gсм ;
. концентрация - Ссм ;
. уровень - hсм.
3. Сигнализация.
. существенные отклонения Ссм и hсм от задания;
. резкое падение расходов исходных реагентов GА( или GБ(, при этом
формируется сигнал «В схему защиты».
4. Система защиты.
По сигналу «В схему защиты» - отключаются магистрали подачи исходных
реагентов GА , GБ и отбора смеси Gсм.
Материалы к лекции №3
Типовая схема процесса перемещения. Трубопровод как объект управления
Типовая схема процесса перемещения жидкости.
1.Объект управления - схема, приведенная на рис.1.
[pic]
Рис.1.
Из емкости 1 насосом 2 по трубопроводу 3 жидкость перекачивается в
емкость 4.
2. Показатель эффективности процесса - расход Q.
3. Цель управления процессом Q=Qзд.
4. Анализ типовой схемы как объекта управления:
Основные элементы, подлежащие анализу - трубопровод 3 и насос 2.
Основные параметры трубопровода как объекта управления.
. внутренний диаметр d:
[pic],
где Q –расход, м^3/с, v - скорость потока, м/с.
. Скорость потока v = 0.5 – 2.5м/с.
. Гидравлическое сопротивление трубопровода:
(pгс = (pск + (pтр + (pмс
o потери давления на сообщение потоку скорости:
[pic]
o потери давления на преодоление трения потока о стенки трубопровода:
[pic]
где ( = f(Re,l) - коэффициент трения.
o потери давления на преодоление местных сопротивлений:
(pмс = ((мс*(pск,
где (мс - коэффициент местного сопротивления.
. Сопротивление, затрачиваемое на подъем жидкости на высоту h:
(pпод = (*g*h
. Дополнительное сопротивление:
(pдоп = p2 – p1
. Полное сопротивление:
[pic]
. Мощность ,которую необходимо затратить на перекачивание:
N = (pобщ*Q/(10^3*(),
(= (н*(п*(д,:
где (- полный к.п.д., насоса; (н - к.п.д. насоса; (п - к.п.д.
передачи;
(д - к.п.д. двигателя.
Схема трубопровода как объекта управления
для типовой схемы процесса перемещения жидкости.
[pic]
Рис.1.
Математическое описание статики объекта.
1. Материальный баланс для трубопровода (рис.1) на основании условия
неразрывности струи:
Sa*va = Sb*vb
(1)
Из (1) получим :
va = Sb*vb/ Sa
(1б).
Обозначим Sb / Sa = m
(1в).
2. Энергетический баланс - уравнение Бернулли:
[pic] (2)
Подставим в (2) выражение для скорости потока в сечении «а» на основании
(1б):
[pic] (3)
Подставим в (3) вместо vb его выражение из соотношения для объемного
расхода в сечении «b»:
Qb = vb*Sb;
откуда
vb =Qb / Sb:
[pic] (4)
Преобразуем выражение (4) с учетом (1в) к виду:
[pic] (5)
Решим выражение (5) относительно Qb:
[pic] (6)
Линеаризованные выражения мат. модели статики
на основании разложения в ряд Тейлора:
1.Через приращения и частные производные:
[pic]
2.Через приращения и коэффициенты усиления:
[pic]
Информационная схема объекта управления.
[pic]
Рис.2.
. Хро - возможное регулирующее воздействие;
. Рa , ha , Pb , hb - возможные контролируемые возмущающие воздействия;
. Z - возможные неконтролируемые возмущающие воздействия.
Математическое описание динамики объекта.
. Структурная схема объекта.
[pic]
Рис.3
. Уравнение динамики:
[pic]
(1).
. Уравнение статики:
[pic]
(2).
. Уравнение динамики во временной области на основе метода
безразмерных переменных:
[pic] (3).
. Уравнение динамики с учетом запаздывания:
[pic] (5).
. Передаточная функция для выражения (5) будет иметь вид:
[pic]
(6),
где
[pic][pic].
Материалы к лекции №4
Автоматизация центробежных насосов
Основные показатели работы насосов
. Производительность, или подача, Q (м3/ceк) - объем жидкости, подаваемой
насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени.
. Напор Н (м) - удельная энергия, сообщаемая насосом единице веса
перекачиваемой жидкости.
[pic]
(1)
где чл.1 - высота подъема жидкости в насосе;
чл.2 - разность пьезометрических напоров;
чл.3 - разность динамических напоров.
. Полезная мощность Nn - это мощность, затрачиваемая насосом на сообщение
жидкости энергии:
[pic]
(2).
. Мощность на валу насоса Ne – это отношение полезной мощности Nn к к.п.д.
насоса:
[pic]
(3).
. Коэффициент полезного действия насоса ?н
[pic]
(4).
где ?v = Q/QТ - объемный к.п.д.;
[pic] - гидравлический к.п.д.
?мех - механический к. п. д.
. Основная цель управления насосами - обеспечить эффективную работу насоса
на сеть.
. Насосы как объекты управления классифицируются по принципу действия на:
. центробежные;
. поршневые.
Схема центробежного насоса.
[pic]
1. - корпус;
2. - рабочее колесо;
3. - привод насоса;
4. - линия всасывания;
5. – патрубок нагнетания.
Рис.1.
. Принцип действия центробежных насосов - основан на создании
центробежных полей давления при вращении рабочего колеса в жидкости.
. Работа схемы.
- В корпусе 1 вращается рабочее колесо 2 от привода 3.
- При этом залитая в корпус жидкость также вращается и возникает
центробежное поле давлений
- с максимальным давлением на периферии (давление Р5)и минимальным
давлением по оси потока (давление Р4) т.е. создается Р4 tпред;
давления - P < Pпред;
расходы - Q < Qмин (наличие потоков масла и охлаждающей жидкости).
4. Система защиты.
По сигналам «В схему защиты» - отключается действующий насос и включается
резервный.
Материалы к лекции №5
Автоматизация поршневых компрессоров
Вид теоретической индикаторной диаграммы
поршневого компрессора.
[pic]
Рис.3.1.
Схема Пз-регулирования подачи поршневого компрессора
[pic]
Рис.5.1
Схема регулирования подачи поршневого компрессора
путем изменения частоты вращения привода компрессора.
[pic]
ПКУ - поршневая компрессорная установка.
Рис.5.2.
Схема регулирования подачи поршневого компрессора
путем дросселирования потока на линии всасывания.
[pic]
Рис.5.3.
Схема регулирования подачи поршневого компрессора
путем отжима клапанов.
[pic]
Рис.5.4.
Схема регулирования подачи поршневого компрессора
путем перевода компрессора на холостой ход.
[pic]
Рис.5.5.
Схема регулирования подачи 2х-ступенчатого компрессора
с воздействием на ИМ каждой ступени.
[pic]
Рис.6.1.
Схема регулирования подачи 2х-ступенчатого компрессора
с воздействием на ИМ первой ступени.
[pic]
Рис.6.2.
Схема трехступенчатого компрессора.
[pic]
Рис.4.1.
Теоретическая индикаторная диаграмма
трехступенчатого сжатия.
[pic]
Рис.4.2.
Схема регулирования подачи 4х-ступенчатого компрессора с включением
технологического оборудования после 2-ой и 4-ой ступеней.
[pic]
I II III IV - ступени компримирования;
V - линия промежуточного отбора среднего давления Р2 в технологическую
схему;
VI - линия возврата газа из аппарата высокого давления.
Рис.6.3
Схема регулирования подачи 4х-ступенчатого компрессора с подключением
технологического оборудования на входе 1-ой ступени, после 2-ой и 4-ой
ступеней.
[pic]
I II III IV - ступени компримирования;
V - линия промежуточного отбора среднего давления Р2 в технологическую
схему;
VI - линия возврата газа из аппарата высокого давления.
VII - линия возврата газа из аппарата среднего давления.
Рис.6.4.
Структурная схема системы регулирования подачи
4-х ступенчатого компрессора для рис.6.3.
[pic]
Рис. 6.3б
Структурная схема системы регулирования подачи
4-х ступенчатого компрессора для рис.6.4.
[pic]
Рис.6.4б
Типовая схема автоматизации установки
с двухступенчатым поршневым компрессором.
[pic]
Обозначения на схеме:
1-1, 2-1 - цилиндры ступеней 1и 2; 1-2, 2-2 - масловлагоотделители;
1-3, 2-3 - холодильники.
Р - сигнализируемый и контролируемый параметр;
Р - контролируемый параметр.
Рис.7.1.
Типовое решение автоматизации установки
с двухступенчатым поршневым компрессором.
. Показателем эффективности процесса является подача компрессорной
установки.
. Регулирование подачи осуществляется по давлению в линии нагнетания.
1. Регулирование.
. В данной схеме используется метод регулирования подачи по давлению Р в
линии нагнетания на выходе компрессорной установки путем перевода
компрессора на холостой ход в результате открытия запорных клапанов РО1 и
РО2 на линиях байпаса 1 и 2 ступеней компрессора.
2. Контроль.
Контролю в любой компрессорной установке подлежат температура, давление,
уровень, потребляемая мощность.
. Контроль температуры:
- ( температура газа в линии нагнетания;
- ( газа на входе и выходе каждой ступени;
- (п смазки в различных точках подшипников;
- ( воды на входе и выходе холодильников;
- (обм обмоток электропривода.
. Контроль давления:
- Р газа на входе и выходе каждой ступени;
- Р воды на входе в холодильники;
- Р масла в магистрали (система смазки на схеме не показана);
. Давление обладает меньшей инерционностью, чем температура при изменении
технологических режимов, поэтому его используют для сигнализации,
блокировок и защиты.
. Контроль уровня:
- Н конденсата в масловлагоотделителях;
- Н масла в масляных баках (на схеме не показаны);
- Н воды в гидрозатворах и газгольдерах (не показаны).
. Контроль мощности:
- мощность, потребляемая приводом - Nпр ;
- контроль осуществляется измерительным устройством, установленным на
валу привода.
- Nпр определяет экономичность установки.
3. Сигнализация.
Сигнализации подлежат:
. существенные отклонения давления газа в линии нагнетания;
. повышение температуры и давления газа на входе и выходе каждой ступени -
( ^, Р ^;
. повышение температуры подшипников - (п ^;
. повышение температуры обмоток - (обм ^;
. понижение уровня Н ( во всех контролируемых точках;
. понижение давления воды на входе холодильников - Р (;
. понижение давления масла - Рм (;
. перегрузка привода Nпр ^ .
4. Система защиты.
. При существенном отклонении сигнализируемых параметров от заданных
значений ,
. когда в результате срабатывания блокировок и вмешательства обслуживающего
персонала не удается восстановить заданный технологический режим,
отключается действующий привод и включается резервный.
Материалы к лекции №6
Общая характеристика тепловых процессов
Фазовое равновесие теплоносителей.
. Правило фаз:
s=k-f+2
(1),
где s - число степеней свободы данной системы;
f - число фаз системы;
k - число компонентов системы.
. для трехфазной однокомпонентной системы:
Страницы: 1, 2, 3, 4
|