Автоматизацияя технических процессов. Улучшение качества регулирования

• Название: Улучшение качества регулирования
• Дата: 21.09.2022
• Размер: 6.17 Mb.
• Имя файла: Автоматизацияя технических процессов.pdf
• Тип: Документы; #689625
• страница: 6 из 7

Рисунок 29. Внешний вид многооборотного привода AUMA NORM
SAR
Технические характеристики многооборотного привода AUMA NORM
SAR приведены в таблице № 19 .
Таблица № 19

Технические характеристики многооборотного привода
Технические характеристики
Значение
Режим работы повторно-кратковременный
Крутящий момент (Нм)
15 - 1000
Скорость вращения (об/мин.)
4 - 45
Электродвигатель
3-х фазный, тип IM B9
Питание (B)
380 - 400 В, 50 Гц
Класс защиты
IP 67

78
7 Разработка схемы внешних проводок
Схема внешней проводки приведена в приложении Е. Первичные и внещитовые приборы включают в себя:
– датчик перепада давления Rosemount 3051, расположенный на
Сепарационной и массообменной части абсорбера С-2801-2
– датчик расхода Micro Motion, расположенный на технологической нитке подача тега в абсорбера С-2801-2
– датчик температуры Rosemount 248, расположенный в сепарационной части абсорбера С-2801-2;
– датчик температуры
Rosemount
248, расположенный в массообменной части абсорбера С-2801-2;
– датчик избыточного давления Rosemount 2088, расположенный в сепарационной части абсорбера С-2801-2;
– датчик избыточного давления Rosemount 2088, в массообменной части абсорбера С-2801-2;
– клапан с электроприводом типа КМРО, расположенный перед входом тега в абсорбера С-2801-2;
Датчик избыточного давления работает следующим образом. Давление, воздействующее на стальную мембрану, передается на первичный преобразователь через силиконовое масло. Затем электрический сигнал из первичного преобразователя подается в электронный преобразователь, осуществляющий преобразование сигнала в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 4…20 мА .
Датчик перепада давления работает следующим образом. Датчик имеет сенсор на базе емкостной ячейки. Под воздействием давления мембрана, расположенная между пластинами конденсатора, прогибается и в результате изменяется электрическая емкость ячеек, образованных сенсорной мембраной и пластинами конденсатора. Генерируемый электрический сигнал

79 передается на электронный преобразователь, осуществляющий преобразование сигнала в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 4…20 мА .
Датчик температуры работает следующим образом. Медный чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика микропроцессорный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 4…20 мА .
Клапан с электроприводом работает следующим образом. С двух датчиков давления подается на модуль ввода ПЛК унифицированный сигнал постоянного тока 4…20 мА, контроллер обрабатывает этот сигнал и с модуля вывода ПЛК формируется унифицированный сигнал постоянного тока 4…20 мА. Унифицированный сигнал поступает на клапан с микропроцессорным преобразователем и формируется процент открытия клапана.
Для передачи сигналов от аналоговых датчиков на щит КИПиА используются по три провода постоянного тока, а для клапана с электроприводом – два провода переменного тока. В качестве кабеля используется кабель типа КВВГ и силовой кабель АВБШв нг. КВВГ – кабель с медными токопроводящими жилами с пластмассовой изоляцией в пластмассовой оболочке, с защитным покровом и предназначен для неподвижного присоединения к электрическим приборам, аппаратам и распределительным устройствам номинальным переменным напряжением до
660 В частотой до 100 Гц или постоянным напряжением до 1000 В при температуре окружающей среды от -50°С до +50°С. Медные токопроводящие жилы кабелей КВВГ выполнены однопроволочными. Изолированные жилы скручены. Кабель прокладывается в трубе диаметром 20 мм. АВБШв нг - силовой кабель, токопроводящая жила которого выполнена из алюминия.
Изоляция кабеля выполнена из (ПВХ) пластиката. Тип защитного покрова
БбШв, то есть броня из двух стальных лент накладывается с перекрытием по спирали таким образом, чтобы верхняя лента перекрывала зазоры между

80 витками нижней ленты. Защитный шланг кабеля выпрессованный из (ПВХ) пластиката пониженной горючести.

81
8 Разработка алгоритмов управления
В автоматизированной системе управления на разных уровнях управления используются различные алгоритмы:
– алгоритмы пуска (запуска)/останова технологического оборудования
(релейные пусковые схемы);
– алгоритмы автоматического регулирования технологическими параметрами технологического оборудования (управление положением рабочего органа, регулирование расхода, уровня и т. п.);
– алгоритмы управления сбором измерительных сигналов (алгоритмы в виде универсальных логически завершенных программных блоков, помещаемых в ППЗУ контроллеров);
– алгоритмы централизованного управления АСУ ТП и др.
В выпускной квалификационной работе разработаны следующие алгоритмы АСУ ТП:
– алгоритм защиты при достижении минимального значения уровня в верхней части абсорбера С-2801-2;
– алгоритм защиты при достижении минимального значения уровня в нижней части абсорбера С-2801-2;
– алгоритм автоматического регулирования технологическим параметром.
Разрабатываемые алгоритмы ПЛК описывают работу универсальных логически завершенных программных блоков (процессов), разработанных для создания прикладного программного обеспечения.
При представлении алгоритмов используются схемы, составленные по правилам ГОСТ 19.002-80 .

82
8.1 Алгоритм защиты при достижении минимального значения
уровня в верхней части абсорбера С-2801-2.
Автоматическое закрытие клапана BOVM28002(Кл31) при уровне в верхней части абсорбера менее 300 мм. Уровень измеряется датчиком поз.49201LS2811112врисунок 29.
Рисунок 30. Алгоритм защиты при достижении минимального значения уровня в верхней части абсорбера С-2801-2.
8.2 Алгоритм защиты при достижении минимального значения
уровня в нижней части абсорбера С-2801-2.
Автоматическое закрытие клапана BOVM28009(Кл31) при уровне в нижней части абсорбера менее 250 мм. Уровень измеряется датчиком поз.49201LS2811122врисунок 31.

83
Рисунок 31. Алгоритм защиты при достижении минимального значения уровня в нижней части абсорбера С-2801-2

84
8.3 Алгоритм автоматического регулирования технологическим
параметром
В процессе подготовки газа на линии перед входом в абсорбера необходимо поддерживать, давления и температуру. Поэтому в качестве регулируемого параметра технологического процесса выбираем клапан на линии перед входом в абсорбер. В качестве алгоритма регулирования используется алгоритм ПИД-регулирования, который позволяет обеспечить хорошее качество регулирования, достаточно малое время выхода на режим и невысокую чувствительность к внешним возмущениям.
Структурная схема автоматического регулирования перепада давления и температуры приведена на рисунке 31.
Рисунок 32. Структурная схема автоматического регулирования перепада давления
Данная схема состоит из следующих основных элементов: входное давление, ПИД-регулятор, регулирующий орган, объект управления, возмущение.
Определим передаточные функции основных элементов структурной схемы регулирования. Объектом управления является участок трубопровода между точкой измерения давления и регулирующим органом. Длина этого участка определяется правилами установки датчика и регулирующих органов и составляет 1,5 метра. Динамика объекта управления W(p), выраженная как отношение «расход вещества через клапан» (объемный расход жидкости после клапана) к «расходу вещества через расходомер» (измеряемый объемный расход жидкости) приближенно описывается апериодическим

85 звеном первого порядка с чистым запаздыванием. Воспользовавшись типовой передаточной функцией трубопровода для схемы управления насосом дросселированием потока на линии нагнетания передаточная функция участка регулируемого объемного расхода жидкости трубопровода будет:
W(p) =
)
(
)
(
đ
Q
p
Q
k
=
0
- р
1
e
1
Тp


,
T =
Q
Lfc
2 2
,
Q
Lf


0
, с =
2
Q
f
p


,
2 4
d
f


, где Q
k
(p) – объемный расход жидкости после клапана
Q(p) – измеряемый объемный расход жидкости;
– плотность жидкости;
L – длина участка трубопровода между точкой измерения и точкой регулирования; d – диаметр трубы; f – площадь сечения трубы;
– перепад давления на трубопроводе;
– запаздывание;
T – постоянная времени.
Характеристики объекта управления приведены в таблице № 20.

86
Таблица № 20

Характеристики объекта управления
Наименование
Единица измерения Количество
Плотность газа кг/м
3 4
Объемный расход газа м
3
/ч
7000
Длина участка трубопровода м
1
Диаметр трубы мм
125
Перепад давления на трубопроводе кгс/см
3 25
Рабочее давление в трубопроводе
МПа
8
Рассчитаем передаточную функцию объекта управления:
012266
,
0 4
125
,
0 4
2 2






d
f
м
2
,
31
,
1 10 30 098
,
0 2
4 012266
,
0 3600 7000 2
4








p
f
Q
с

с,
22
,
0 3600 7000 31
,
1 012266
,
0 1
2 2
2 2







Q
Lfc
с
с,
0063
,
0 3600 7000 012266
,
0 1
0




Q
Lf

с,
p
p
e
p
e
Tp
p
W
0063
,
0 1
22
,
0 1
1 1
)
(
0









В процессе управления необходимо поддерживать перепад давления перед входом в абсорбер, давление перед клапаном составляет 8МПа. В качестве передаточной функции задания выступает константа равная 8.
Регулирующий орган, в нашем случае это запорно-регулирующий клапан с электроприводом постоянной частотой вращения выходного вала осуществляет перемещение регулирующего органа с постоянной скоростью.
Клапан с постоянной скоростью может находиться только в трех состояниях: перемещение регулирующего органа с постоянной скоростью S, неподвижность, перемещение регулирующего органа в обратную сторону с постоянной скоростью.

87
Статическая характеристика исполнительного механизма постоянной скорости является нелинейной. Такой исполнительный механизм может иметь достаточно близкие линейные характеристики.
Подадим на вход исполнительного механизма с постоянной частотой вращения импульсы напряжения Z
n с периодом следования T
пер и скважностью
пер
имп
T
t



, где T
пер
=

t имп
+

t пауз

период следования импульсов;

t имп

длительность импульсов;

t пауз

длительность пауз.
Средняя скорость перемещения регулирующего органа будет равна:
S
dt
d



; преобразовав формулу по Лапласу, получим:
p
S
W
ИМ

Коэффициент S в передаточной функции электропривода равен 0,005. Тогда передаточная функция электропривода будет иметь вид:
p
p
p
S
W
ИМ
1000 5
005
,
0



Если исполнительный механизм с пусковым устройством охватить обратной связью в виде усилительного звена с передаточной функцией
)
(
с
о
с
о
k
p
W

, то при релейно-импульсном регуляторе с ИМ постоянной скорости можно реализовать закон П

регулирования. Импульсный регулятор с ИМ постоянной скорости, приближенной реализует П

закон регулирования с коэффициентом передачи
1
с
о
p
k
k

[43]. Коэффициентом передачи k p
составляет 2.
Передаточная функция ПИД-регулятора имеет вид:
W
ПИД
(s) = K + К
i
/s + К
d s, где К = 0,1, К
i
= 0,00049 и К
d
= 0,0001 коэффициенты, которые были получены методом Циглера-Никольсона и подверглись небольшой корректировки [42].
Блок преобразователя мощности представляет собой устройство, преобразующее сигнал с ПИД-регулятора в сигнал с параметрами заданными

88 исполнительным устройством. Передаточная функция блока преобразователя мощности представляется в виде коэффициента
ПМ
k
, примерно равного 2.
Блок преобразователя давление в количество тепла представляет собой устройство, преобразующее давление в трубопроводе в количество тепла в трубопроводе. Передаточная функция блока преобразователя представляется в виде коэффициента
ПД
k
, примерно равного 16.
Рассмотрим процесс передачи тепла от газа к стенке трубопровода.
Количество теплоты, переданное от газа к стенке цилиндра, описывается по формуле:
)
(
1 1
1
c
Г
t
t
S
Q



, где
1
S
- площадь контакта внутренней поверхности гильзы с газами,
л
к








1
, где
л
к


,

конвективный и лучистый коэффициент теплопередачи соответственно,



эффективный коэффициент суммарной теплопередачи.
Физические явления распространения тепла, как известно, подчиняются основному дифференциальному уравнению теплопроводности
Фурье:
2 2
)
,
(
)
,
(
dx
x
t
d
a
d
x
dt




, где а – коэффициент температуропроводности материала (м
2
/с).
Задача с переменными граничными условиями, когда температура поверхности тела изменяется согласно заданному закону как функция времени, наиболее просто решается методом интегрального преобразования
Лапласа.
В результате преобразований было получено решение:

















2 1
2
max
2
cos
)
,
(
a
x
e
t
x
dt
a
x
f




Для любого заданного времени
)
(
const


распределение температуры по глубине тела происходит по закону косинуса с затухающей амплитудой

89
a
x
f
e
t
2
max


, или отношение амплитуд соответствующих температур до и после тепловоспринимающей стенки будет тогда равно:
a
x
e
A
2



Сформулируем задачу теплопроводности применительно к цилиндрической стенке трубы. Рассмотри полый цилиндр с внутренним и внешним радиусами.
Процесс теплопередачи описывается следующими уравнениями:









dr
dt
r
dr
t
d
a
d
dt
1 2
2

Используя преобразование Лапласа, получим передаточную функцию вида:
1 1
)
(


Tp
p
W
Коэффициент
T
в передаточной функции теплопередачи равен 200
[40].
Процесс регулирования давления и температуры осуществляется следующим образом. На объект управления в процессе его функционирования оказывают воздействия различные факторы, поэтому на объект управления действует возмущающие воздействие в виде отдачи тепла в атмосферу, которое должно суммироваться с выходным значением.
Итоговый перепад давления на выходе объекта управления измеряется датчиком давления. Далее измеренное значение давления преобразуется в токовый сигнал 4…20 мА и поступает на вход АЦП. Выходной сигнал с
АЦП масштабируется и поступает в программу ПЛК. Полученное таким образом значение перепада давления сравнивается с уставкой. В итоге вычисляется ошибка регулирования. Результат вычисления ошибки поступает на ПИД-регулятор, который в зависимости от значения ошибки формирует управляющее воздействие на объект управления. Управляющее воздействие ПИД-регулятора подается через блок преобразователя мощности

90 на регулирующий орган, а регулирующий орган в свою очередь, в зависимости от управляющего воздействия, оказывает воздействие на объект управления с целью уменьшения ошибки.
График переходного процесса САР по перепаду давления представлен на рисунке 33.
Рисунок 33. График переходного процесса САР по перепаду давления
Из рисунка 33 видно, что время переходного процесса составляется
400с. Система имеет небольшое перерегулирование равное 20%, что положительно влияет на износ исполнительных механизмов.
График переходного процесса САР по температуре представлен на рисунке 34.

91
Рисунок 34. График переходного процесса САР по температуре
Из рисунка 34 видно, что температура понизилась за счет давления с 8
МПа до 6 МПа. Соответственно перед входом в абсорбер нужно понижать температуру для более лучшей репарации.

92
9 Экранные формы системы DeltaV
В АСУ ТП, построенной на программно-техническом комплексе
DeltaV автоматизированное управление осуществляется оператором посредством экранных форм. Экранные формы разрабатываются в приложении DeltaV Operate. Выбранная среда разработки содержит все необходимое для полноценной визуализации и реализации задач управления.
9.1 Разработка дерева экранных форм
Дерево экранных форм приведено на рисунке 35 и представляет собой схему, наглядно отображающую возможные переходы между экранными формами.
Главное меню ПК1
Общие данные
Блок редуцирования