Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Разработка системы автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды

КурсоваяПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Поскольку в курсовом проекте разрабатывается система автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды, основными параметрами являются показатель кислотно-щелочного баланса и скорость вращения двигателя от которой непосредственно зависит подача аммиака. Приведем также значения технологических параметров процесса, не относящиеся к области ответственности проектируемой САР… Читать ещё >

Разработка системы автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Введение

Аммиачная обработка питательной воды применяется для предупреждения углекислотной коррозии элементов пароводяного тракта и поддержания рН в питательной воде в пределах 9,1 + 0,1.

На обессоливающей установк№ 2 теплоэнергоцентрали рабочий раствор аммиака подается в ручном режиме в трубопровод после насосов обессоленной воды.

Аммиак является летучей щелочью, быстро распределяется по всему пароводяному тракту, повышая значение рН питательной воды и не изменяя ее солесодержание.

Для поддержания в питательной воде рН необходима непрерывная подача аммиака в основной цикл. Так как отдельные элементы оборудования конденсатно-питательного тракта выполняются из медных сплавов, то создавая щелочную среду с помощью аммиака, необходимо соблюдать осторожность в отношении его дозирования. Увеличение концентрации приводит к усилению коррозии латунных трубок конденсаторов турбин и подогревателей низкого давления. Чем больше концентрация в воде кислорода и аммиака, тем быстрее протекает коррозия этих сплавов, содержание кислорода в турбинном конденсате должно быть не более 20 мкг/дм3, концентрация аммиака в питательной воде барабанных котлов не должна превышать 600 мкг/дм3.

Внедрение автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды позволит добиться протекания технологического процесса без нарушения его технологических параметров.

Таким образом, целью курсового проекта является разработка системы автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды.

Основными целями автоматизации являются:

? обеспечение точного регулирования кислотно-щелочного баланса воды в соответствии с уставкой, задаваемой оператором;

? внедрение программно настраиваемых алгоритмов пуска и останова насосов подачи аммиака с заданной скоростью;

? сокращение затрат на ремонт и замену оборудования связанного с нарушением кислотно-щелочного баланса за счет устранения нарушения параметров технологического процесса;

? развертывание системы сбора данных и диспетчерского управления регулированием кислотно-щелочного баланса с организацией передачи данных на диспетчерский пункт.

Для достижения цели курсового проекта в ходе курсового проекта требуется решить следующие задачи:

? сформулировать требования к выдерживаемым параметрам технологического процесса, оборудованию (средства измерения, контроллер, исполнительные устройства) и его монтажу;

? произвести расчет системы автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса воды подаваемой в котельный цех, включая параметры настройки регулятора и проанализировать показатели качества спроектированной системы на компьютерной модели.

1. Анализ объекта и обоснование необходимости разработки АСУТП

1.1 Описание объекта автоматизации

Аммиачная обработка питательной воды применяется для предупреждения углекислотной коррозии элементов пароводяного тракта и поддержания рН в питательной воде в пределах 9,1 + 0,1.

На ОУ-2 рабочий раствор аммиака подается автоматически в трубопровод ХОбВ после насосов обессоленной воды.

Аммиак является летучей щелочью, быстро распределяется по всему пароводяному тракту, повышая значение рН питательной воды и не изменяя ее солесодержание.

Свободная углекислота связывается с NH3 по следующей реакции:

NH3 + CO2 + H2O _ NH4HCO3 (бикарбонат)

2NH3 + CO2 + H2O (NH4)2 CO3 (карбонат) Когда вода, обработанная аммиаком, попадает в котел бикарбонат и карбонат аммония разлагаются на NH3, CO2, переходят из воды в пар и вместе с ним удаляются из котла, не накапливаясь в котловой воде. В перегретом паре и NH3 и СО2 существуют не взаимодействуя между собой. При охлаждении и конденсации пара происходит распределение аммиака и углекислоты между паровой и жидкой фазами.

Аммиак находится в жидкой фазе, в результате чего рН воды повышается. Независимо от того, в какую точку основного цикла начали вводить аммиак, вследствие его летучих свойств по истечении 1−2 часов он распространяется по всему пароводяному тракту. Благодаря этому углекислотная коррозия углеродистых сталей устраняется или скорость ее существенно снижается.

Для поддержания в питательной воде рН необходима непрерывная подача аммиака в основной цикл. Так как отдельные элементы оборудования конденсатно-питательного тракта выполняются из медных сплавов, то создавая щелочную среду с помощью аммиака, необходимо соблюдать осторожность в отношении его дозирования. Увеличение концентрации приводит к усилению коррозии латунных трубок конденсаторов турбин и подогревателей низкого давления. Чем больше концентрация в воде кислорода и аммиака, тем быстрее протекает коррозия этих сплавов, содержание кислорода в турбинном конденсате должно быть не более 20 мкг/дм3, концентрация аммиака в питательной воде барабанных котлов не должна превышать 600 мкг/дм3. Технологическая схема дозирования аммиака представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.1- Технологическая схема дозирования аммиака Из бака крепкого аммиака (БКА) нужное количество, насосом перекачки аммиака (НПА), перекачивается в любой из баков рабочего раствора аммиака (БРРА), затем разбавляется химически обессоленной водой до концентрации 0,1% - 1,0%, перемешивается циркуляционным насосом аммиака (ЦНА) и циркулирует от ОУ-2 до НДА № 1,2,3, находящихся в КТЦ под ПЭН № 12 и НДА № 4 под ПЭН № 15.

В аварийных случаях, раствор аммиака может дозироваться в трубопроводы ХОБВ № 1,2,3, в здании ОУ-2, насосамидозаторами НДА № 4а или НДА № 5а.

В данный момент времени процесс регулирования кислотно-щелочного баланса воды происходит с непосредственным участием работников химического цеха ТЭЦ. Лаборанты берут пробу воды из отборочных ячеек, производят измерение в воде показателя кислотно-щелочного баланса и по полученным данным принимают решение о пуске-останове насосов дозаторов аммиака.

1.2 Варианты совершенствования технологического процесса Наибольшее влияние на технологический процесс теплоэнергостанции окзывает кислотно-щелочной баланс питательной воды. Не соблюдение установленного регламентом показателя кислотно-щелочного баланса может привести к нарушению технологического процесса, а также к материальным затратам на востановление оборудования.

Кроме того, поддержание показателя кислотно-щелочного баланса связано с расходом аммиака, что является одной из значимых статей затрат для данного производства и потому нуждается в эффективном регулировании.

Таким образом, одним из вариантов совершенствования технологического процесса, рассматриваемым в данном курсовом проекте, является внедрение автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды подаваемой в котельный цех теплоэнергоцентрали для дальнейшего производственного процесса.

Внедрение автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды позволит реализовать регламентированный технологический процесс.

Для выполнения указанной разработки в рамках курсового проекта предлагается:

? установить в проточную ячейку pH-метр с проточным датчиком с унифицированным выходным сигналом и обеспечить прием данных от него;

? для защиты датчика от возможного повышения давления, контролируемой среды, установить фильтродросселирующее устройство;

? произвести включение/выключение насосов дозаторов№ 1,2,3,4,5 в автоматическом режиме;

? организовать дистанционное задание оператором уставки по кислотно-щелочному балансу в питательной воде;

? обеспечить мониторинг и автоматическое регулирование кислотно-щелочного баланса по ПИД-закону в соответствии с уставкой путем изменения расхода аммиака;

? реализовать удаленное автоматическое управление запорной арматурой на трубопроводах подачи аммиака;

? обеспечить мониторинг технологических параметров и управление процессом средствами системы диспетчерского управления и контроля на основе SCADA.

1.3 Техническое задание на разработку АСУТП

1.3.1 Цели автоматизации и требования к функциям, выполняемым системой

Таким образом, целью курсового проекта является разработка системы автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды.

Основными целями автоматизации являются:

? обеспечение точного регулирования кислотно-щелочного баланса воды в соответствии с уставкой, задаваемой оператором;

? внедрение программно настраиваемых алгоритмов включения и выключения насосов дозаторов с заданной скоростью;

? сокращение затрат на ремонт оборудования за счёт устранения нарушения кислотно-щелочного баланса воды;

? развертывание системы сбора данных и диспетчерского управления насосами дозаторами аммиака в части регулирования кислотно-щелочного баланса с организацией передачи данных на диспетчерский пункт.

Автоматизированная система должна обеспечивать выполнение следующих функций:

? автоматическую обработку, регистрацию и архивирование поступающих значений технологического параметра кислотно-щелочного баланса воды;

? автоматическое регулирование кислотно-щелочного баланса по ПИД-закону на основании заданной оператором процесса уставки или по программному задатчику за счет изменения расхода аммиака регулирующим клапаном с электроприводом;

? автоматический контроль состояния процесса? предупредительную сигнализацию при отклонении кислотно-щелочного баланса от номинального значения более чем на заданную величину;

? автоматическое управление запорной арматурой на линии подачи аммиака в соответствии с алгоритмом процесса;

? дистанционную передачу данных и команд (уставка по кислотно-щелочному балансу; данные команды управления электроприводом регулирующего клапана);

? представление информации о состоянии технологического процесса (индикация состояния насосов на трубопроводах подачи аммиака) и его параметрах (показатель кислотно-щелочного баланса воды) оператору диспетчерского пункта в удобном для восприятия и анализа виде на цветных графических операторских станциях в виде мнемосхемы процесса, анимации, графиков, гистограмм и др.

Для достижения цели курсового проекта в ходе курсового проекта требуется решить следующие задачи:

? сформулировать требования к выдерживаемым параметрам технологического процесса, оборудованию (средства измерения, контроллер, исполнительные устройства) и его монтажу;

? произвести расчет системы автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса воды, включая параметры настройки регулятора и проанализировать показатели качества спроектированной системы на компьютерной модели.

1.3.2 Требования к параметрам технологического процесса на рассматриваемом участке

Поскольку в курсовом проекте разрабатывается система автоматического регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды, основными параметрами являются показатель кислотно-щелочного баланса и скорость вращения двигателя от которой непосредственно зависит подача аммиака. Приведем также значения технологических параметров процесса, не относящиеся к области ответственности проектируемой САР, но важные для протекания процесса.

Параметры технологического процесса по приготовлению и дозированию аммиака в питательный тракт представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 — Параметры технологического процесса

Характеристика

Значение

Частота вращения, об/мин

— циркуляционного насоса аммиака

Мощность привода, кВт

— циркуляционного насоса аммиака

7,5

Производительность, м3/час

— циркуляционного насоса аммиака

Напор, м.в.ст.

— циркуляционного насоса аммиака

Производительность, л/час

— насос дозатор аммиака

1.3.3 Требования к технологическому оборудованию рассматриваемого участка

К основному технологическому оборудованию рассматриваемой установки относятся бак рабочего раствора аммиака, насос дозатор аммиака.

Требования к баку рабочего раствора аммиака представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 — Требования к баку рабочего раствора аммиака

Характеристика

Значение

Рабочая вместимость, м3

Материал корпуса

сталь 12Х18Н10Т

Таблица 1.3 — Требования к насосу дозатору аммиака

Характеристика

Значение

Исполнение по материалу проточной части

сталь20Х13

Исполнение

насос-дозатор

Напряжение питания, В

3ф., 380

Мощность двигателя, кВт

1,5

Подача номинальная, л/час

Напор, м

1.3.4 Требования к средствам измерения и информационным каналам разрабатываемой системы

Основным параметром технологического процесса в рассматриваемой части является кислотно-щелочной баланс питательной воды, который регулируется в пределах до 9,1±0,1.

«АТЛАНТ 2101» является универсальным промышленным прибором для измерения активности ионов водорода pH и окислительно-восстановительных потенциалов в воде и ее растворах, в том числе глубокого обессоливания. АТЛАНТ-2101 применяется для мониторинга водно-химического режима на технологическом оборудовании электростанций и других производств.

Требования к прибору измерителю кислотно-щелочного баланса типа «АТЛАНТ 2101» представлены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 — Требования к измерителю кислотно-щелочного баланса

Характеристика датчика

Значение

Тип среды

жидкость

Диапазон измерения:

— pH

— эдс

— температура

0,00−14,00

— 2500 до +2500 мВ От 0 до 100 єС

Абсолютная погрешность измерений:

— pH

— эдс

— температура

0,05

2мВ

0,3 єС

Параметры контролируемой среды:

— температура

— расход

От +1 до +60 єС

2−10 дм/час

Диапазон выходных токов (уст. оператором)

0 — 5 мА, 0 — 20 мА, 4 — 20 мА

Количество программируемых точек на шкале выходных токов

12 — начало и конец шкалы

Режимы работы реле уставок

выкл., более>, менее

Параметры окружающей среды:

— температура

— относительная влажность

от -10 до +50 °C

до 95% при +35 °C

Напряжение питания

от 187 до 242 В от 30,6 до 39,6 В частотой от 48 до 65 Гц

Потребляемая мощность

20 Вт

Интерфейс пользователя

иерархические меню на дисплее

Калибровки

Автоматическая и ручная

Подключения датчика с измерительным блоком осуществляется с помощью двух кабелей: коаксиального и медного четырёхпроводного, соединяющих разъёмы, с соответствующими разъёмами электронного блока.

Измерительный pH-электрод подключен к измерительной коробке с помощью коаксиального разъёма. Провода термокомпенсатора подключены к двум клеммам соединительной коробки. Электрод сравнения соединяется с клеммой коробки специальным проводом, имеющимся в комплекте гидравлического блока. Таким же проводом производится соединение заземляющего электрода с определённой клеммой блока.

Подключение измерительного блока pH-метра к контроллеру производится по двухпроводной схеме.

1.3.5 Требования к устройствам контроля и управления

Сформулируем требования к промышленному контроллеру, который предлагается использовать для управления процессом в части реализации САР кислотно-щелочного баланса питательной воды. Требования к промышленному контроллеру представлены в таблице 1.5.

Таблица 1.5 — Требования к промышленному контроллеру

Характеристика

Значение

Напряжение питания

200−240 В AC

Степень защиты от воздействия окружающей среды

IP20

Температурный режим эксплуатации, С

0…+40

Операционная система

mini OS-7, DOS или Windows CE

Число каналов ввода-вывода:

— аналоговые входы, шт.

— аналоговые выходы, шт.

— дискретные входы, шт.

— дискретные выходы, шт.

Диапазон сигналов по аналоговым каналам:

— аналоговые входы Типы дискретных входов Тип дискретных выходов Макс. выходной (коммутируемый) ток, не менее, мА Выходное напряжение, В

0…20 мА сухой контакт открытый коллектор

Время реакции по аналоговым каналам, мс, не более

Таблица 1.5 — продолжение

Необходимые поддерживаемые коммуникационные интерфейсы

1хEthernet

Необходимые поддерживаемые протоколы передачи данных

Modbus TCP (TCP/IP)

Поскольку контроллер устанавливается в шкаф в отапливаемом помещении, к его степени защиты от воздействия твердых частиц (пыли) и влаги, а также температурному диапазону эксплуатации не предъявляется решающих требований.

Поскольку на базе контроллера планируется развертывание системы диспетчерского управления на базе SCADA Trace Mode, требуется наличие в контроллере операционной системы Mini-OS7, DOS или Windows CE.

Для организации ввода-вывода данных потребуется один аналоговый вход (для подключения pH-метра) с унифицированным токовым сигналом 0…20 мА, два дискретных выхода для управления насосами дозаторами аммиака.

Обмен данными с АРМ оператора осуществляется по интерфейсу Ethernet и протоколу Modbus TCP (TCP/IP).

2. Расчет системы автоматического управления

2.1 Разработка структурной и функциональной схемы системы автоматизации

Регулирование кислотно-щелочного баланса питательной воды в трубопроводе теплоэнергоцентрали осуществляется изменением подачи аммиака в трубопровод, который в свою очередь зависит от работы насоса дозатора.

В состав системы регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды в трубопроводе входят: ПЧпреобразователь частоты, ЭДэлектродвигатель обеспечивающий работу насоса, Ннасос регулирующий подачу аммиака, Ттрубопровод.

Рассмотрим параметры процесса для конкретного технологического режима. Параметры приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Параметры технологического режима

Параметр

Значение

Показатель кислотно-щелочного баланса воды, pH

— максимальный (для данного режима)

— условно-номинальный (для данного режима)

— минимальный (для данного режима)

9,2

9,1

9,0

Время регулирования не более, с

Таким образом, функциональную схему объекта управления можно представить как показано на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 — Функциональная схема объекта управления

Выходным сигналом преобразователя частоты является напряжение подаваемое на электродвигатель, пропорциональное амплитуде управляющего сигнала (u): максимальному уровню управляющего сигнала 10 В (входное значение) соответствует напряжение (Gs) 380 В.

Выходной координатой электродвигателя, приводящего в движение насос (H), является фактическая угловая скорость (Gp).

Выходной координатой насоса является массовый расход (Gr) аммиака, пропорциональный угловой скорости вращения электродвигателя (Gp).

Выходной координатой трубопровода является кислотно-щелочной баланс питательной воды, зависящий от расхода аммиака подаваемого в трубопровод (Gr).

Поскольку преобразователь частоты представляет собой, по сути, вычислительное устройство, предназначенное для формирования подачи напряжения на электродвигатель в зависимости от входного сигнала управления, он может быть описан как апериодическое звено первого порядка с передаточной функцией вида W (пч)=.

Произведем расчет параметров передаточной функции преобразователя частоты. Коэффициент передачи (передаточную функцию) определим по формуле (2.1)

(2.1)

где Gs — заданное напряжение в вольтах, u — управляющий сигнал (напряжение);

Тпч= 0,0001 (величина обратная дискретизации преобразователя частоты).

Передаточную функцию электродвигателя, приводящего в движение насос, можно представить в виде апериодического звена второго порядка (2.2)

(2.2)

где коэффициент угловой скорости;

механическая постоянная времени элемента;

Tмэлектрическая постоянная времени.

Произведём расчёт параметров передаточной функции электродвигателя. Коэффициент передачи сигнала определим по формуле (2.3):

(2.3)

где G — угловая скорость, Gs — напряжение питания.

Постоянные времени электродвигателя определим как Тм=0,6;Тэ=0,0004.

Тогда передаточная функция электродвигателя, приводящего в движение насос (2.4)

(2.4)

Передаточную функцию насоса представим как апериодическое звено второго порядка с передаточной функцией вида (2.5):

(2.5)

где e-ts — коэффициент передачи объекта, tпостоянная времени объекта.

Рассчитаем параметры передаточной функции насоса. Коэффициент передачи определим по формуле (2.6)

(2.6)

где Gr — угловая скорость электродвигателя, а Gp — расход аммиака.

Постоянную времени насоса определим как t =.

Тогда передаточная функция насоса, подающего аммиак в трубопровод будет иметь вид (2.7)

(2.7)

Передаточную функцию трубопровода представим как апериодическое звено первого порядка с передаточной функцией вида (2.8):

(2.8)

Коэффициент передачи определим по формуле (2.9)

(2.9)

где pH — показатель кислотно-щелочного баланса воды, а Gr — изменение расхода аммиака в трубопровод.

Постоянную времени трубопровода T=20с определим как максимальное время выхода на установившееся значение, соответствующее заданию. В результате получим передаточную функцию трубопровода (2.10)

(2.10)

На основании функциональной схемы (рисунок 2.1) построим структурную схему (рисунок 2.2), содержащую все функциональные элементы системы регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды в трубопроводе.

Рисунок 2.2 — Структурная схема объекта управления На основании структурной схемы разработаем модель в приложении Siumulink пакета MatLab (рисунок 2.3) и произведем ее исследование.

Рисунок 2.3 — Модель разомкнутой системы в MatLab

Графики переходных процессов элементов системы показаны на рисунках 2.4−2.6.

щ, рад/с

t, c

Рисунок 2.4 — Переходный процесс по развитию двигателем угловой скорости

F, м3/ч

t, c

Рисунок 2.5 — Переходный процесс по расходу аммиака

H

t, c

Рисунок 2.6 — Переходный процесс по регулированию кислотно-щелочного баланса По графикам переходных процессов (рисунок 2.4−2.6) можно сделать вывод о том, что все параметры технологического процесса и полученная нами модель не эквивалентны объекту автоматизации и его технологическим режимам. В работе видны отклонения расхода аммиака, а соответственно и показателя кислотно-щелочного баланса питательной воды в трубопроводе, т. е. система нуждается в регуляторах, обеспечивающих стабилизацию технологических параметров в соответствии с заданием.

2.2 Описание методики и расчет параметров настройки регулятора

В состав системы регулирования входят три контура:

? контур регулирования развития угловой скорости электродвигателем;

? контур регулирования расхода аммиака;

? контур регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды в трубопроводе.

Как показывает практика построения систем автоматического регулирования, для систем, содержащих несколько контуров регулирования, целесообразно применение подчиненного регулирования координат.

Применение подчиненного регулирования координат в рассматриваемом случае позволит повысить надежность, системы, поскольку при разрыве внутреннего контура, например, вследствие обрыва кабель-трассы датчика, регулятор внешнего контура сыграет роль компенсатора и не позволит переходному процессу выйти из-под контроля. Кроме того, применение каскадного регулирования улучшает динамические показатели системы за счет превентивной отработки возмущений по развитию скорости электродвигателем, не допуская влияния их на показатель кислотно-щелочного баланса.

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

9,1

Максимальное значение

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)

(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)

(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)

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.

Рисунок 2.10- График переходного процесса по контуру расхода аммиака 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)

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

Н

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.

аммиачный обработка вода

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.

Показать весь текст
Заполнить форму текущей работой