Автоматизація Вельца печі для переробки цинкових Кекова

Завдання на курсовий проект

Найменування об'єкта регулювання - Вельца піч для переробки цинкових Кекова.

U - кут переміщення заслінки на трубопроводі витяжного вентилятора,%

y - розрідження газів на вході в котел-утилізатор, мм.в.ст.

У таблиці 1 представлена ​​безрозмірна крива розгону

Таблиця 1 - Безрозмірна крива розгону

t б	0	1	2	3	4	5	6
Δy б	0	0,01	0,07	0,25	0,43	0,58	0,70
t б	7	8	9	10	11	12	13
Δy б	0,78	0,84	0,88	0,91	0,94	0,96	0,97
t б	14	15	16	17	18	19
Δy б	0,98	0,985	0,99	1	1	1

Масштаб часу М _t = 2,4 хв, масштаб для регульованої змінної М _y = 4,3

Приладовий складу системи регулювання:

- Диференціальний манометр для дистанційної передачі сигналу тиску - за місцем;

- Перетворювач сигналу від диференціального манометра - на щиті;

- Показує і самописний прилад - на щиті;

- Регулятор імпульсний - на щиті;

- Перемикач «ручне управління - автоматичне управління», що включається після регулятора - на щиті;

- Пускач безконтактний реверсивний для включення виконавчого механізму - на щиті;

- Виконавчий механізм приводу заслінки - поруч із заслінкою.

Зміст

Введення

1. Побудова кривої розгону

2. Визначення передатної функції методом площ

3. Обчислення налаштувань регуляторів і дослідження статистичних властивостей системи регулювання

4. Дослідження стійкості системи регулювання

5. Визначення передатної функції замкнутої системи регулювання

6. Визначення якості регулювання

7. Функціональна схема системи регулювання

8. Призначення елементів системи та її робота. Принцип дії вимірювального перетворення

Висновки

Список літератури

Введення

Основним завданням будь-якого процесу управління є вироблення і реалізація таких рішень, які за даних умов забезпечують найбільш ефективне досягнення поставленої мети.

Процеси управління здійснюються над об'єктами управління (ОУ), під якими розуміються частини технологічного процесу або агрегату, цілком технологічні процеси, агрегати, ма шини, цехи, виробничі підприємства, колективи людей.

Перебіг всякого технологічного процесу характеризується сукупністю фізичних величин, на які накладаються певні умови. Процесом управління називається сукупність ність операцій, необхідних для пуску, зупинки ОУ, а також для підтримки і зміни в необхідному напрямку величин, що характеризують технологічний процес. Метою управління технологічними процесами може бути підтримка постійного значення фізичної величини із заданою точністю в встановивши шемся і перехідному режимах, зміна величини за визначеною наперед заданою програмою.

Якщо управління здійснюється безпосередньо людиною, то таке управління називають ручним; якщо ж управління здійснюється без безпосередньої участі людини, то його називають автоматичним. Автоматичне керування здійснюється з по міццю автоматично діючих керуючих пристроїв. Об'єкт управління та керуючі пристрою становлять автомати тичні систему управління (АСУ) . У найбільш простих випадках (підтримання постійного значення параметра, зміна параметра але жорсткої програмі) процес управління називають регулюван ням, керуючі пристрої - автоматичними регуляторами, або просто регуляторами, а автоматичні системи управління - автоматичними системами регулювання (АСР).

1 Побудова кривої розгону

Кривий розгону називають процес зміни в часі вихідної змінної, викликаний ступінчастим вхідним впливом. Крива розгону служить для визначення динамічних властивостей об'єкту.

Запізнення об'єкта виражається в тому, що його вихідна величина починає змінюватися не відразу після нанесення обурення, а тільки через деякий проміжок часу, званим часом запізнювання.

Під постійною часу об'єкта розуміється час, протягом якого вихідна величина досягла б свого нового сталого значення, якщо б вона змінювалася з постійною швидкістю, рівної швидкості її зміни в початковий момент часу.

Коефіцієнт передачі об'єкта є зміна вихідної величини об'єкта при переході з початкового в нове усталене стан, віднесене до зміни збурення на вході [1].

Зняття кривої розгону передбачає нанесення на об'єкт ступеневої обурення шляхом енергійного зміни ступеня відкриття прохідного перерізу регулюючого органу, при цьому відзначають величину і момент нанесення обурення. Зміни вихідний величини реєструють до тих пір, поки об'єкт не прийме стале значення.

Крива розгону відрізняється від перехідної характеристики тим, що амплітуда «стрибка» може бути довільною, у той час як перехідна характеристика є реакція об'єкта управління на одиничний стрибок з керуючої змінної [2].

Крива розгону виходить перерахунком безрозмірною кривої розгону за формулами

t = M _t ^. T _б

Δ y = M _y ^. Δy _б

де t - реальний час,

t _б - безрозмірне час,

M _t - масштаб часу,

M _y - масштаб регульованої змінної,

Δ y - зміна регульованої змінної в натуральних одиницях,

Δ y _б - зміна регульованої змінної в безрозмірному вигляді

Розрахуємо криву розгону (таблиця 2)

Таблиця 2 - перерахувати крива розгону

t, хв	0	2,4	4,8	7,2	9,6	12	14,4
Δy, мм.в.ст.	0	0,043	0,301	1,075	1,849	2,494	3,01
t, хв	16,8	19,2	21,6	24	26,4	28,8	31,2
Δy, мм.в.ст.	3,354	3,612	3,784	3,913	4,042	1,128	4,171
t, хв	33,6	36	38,4	40,8	43,2	45,6
Δy, мм.в.ст.	4,214	4,2355	4,257	4,3	4,3	4,3

Крива розгону представлена ​​на малюнку 1.

Визначимо параметри апроксимації кривої розгону. Дотична стосується кривої розгону в точці А _1, що відповідає максимальній крутизні.

Згідно ілюстрації 1 коефіцієнт передачі дорівнює

До _об = Δ y _вуст / Δ U

До _про = 4,3 / 8 = 0,54 мм.в.ст. /%

де Δ y _вуст - усталене значення вихідної змінної,

Δ U - зміна вхідної змінної.

Передавальна функція даної апроксимації буде мати вигляд

де К _об - коефіцієнт передачі об'єкта,

Т _об - постійна часу (Т _об = 18 - 4 = 14 хв),

τ _про - час запізнювання, (τ _про = 4 хв),

S - мінлива Лапласа.

2 Визначення передатної функції методом площ

Передавальна функція другого порядку може бути представлена ​​в наступному вигляді

Коефіцієнти а ₁ і а ₂ обчислюються за формулами

а ₁ = F ₁ = Δ t {Σ [1 - Δ y _б (Δ ^t. i)] - 0,5},

де n - кількість інтервалів розбиття кривої розгону (n = 19),

Δt - інтервал розбивки (Δt = М _t = 2,4 хв),

Δy _б ^(t. I) - значення безрозмірною кривої розгону в i-й момент часу.

Тоді

а ₁ = F ₁ = 2,4 {(1-0) + (1 - 0,1) + (1 - 0,07) + (1 - 0,25) + (1 - 0,43) + (1 - 0,58) + (1 - 0,7) + (1 - 0,78) + (1 - 0,84) + (1 - 0,88) + (1 - 0,91) + (1 - 0 , 94)

+ (1 - 0,96) + (1 - 0,97) + (1 - 0,98) + (1 - 0,985) + (1 - 0,99) - 0,5} =

= ^2,4. 5,225 = 12,54 хв

хв ²

Передавальна функція другого порядку буде мати вигляд

Визначення передатної функції методом площ є більш складним у порівнянні з визначенням по кривій розгону. Однак передавальна функція другого порядку має більш точне уявлення.

3 Обчислення налаштувань регуляторів і дослідження статичних властивостей системи регулювання

Автоматичний пристрій, що забезпечує підтримку вихідних величин об'єкта поблизу необхідних значень, називають автоматичним регулятором.

Регулятор реалізує закон регулювання. Структурна схема системи регулювання представлена ​​на малюнку 2.

Рисунок 2 - Структурна схема системи регулювання

Метою регулювання є виконання умови ε = y ₃ - y = 0

Основні закони регулювання:

1) релейний (р-закон)

0, якщо ε ≤ 0

U = 1, якщо ε> 0

де 1 - включено, 0 - вимкнено

Перевага: простота реалізації, недолік: низька якість регулювання.

2) пропорційний (п-закон)

U = К ^_П. Ε

де К _П - коефіцієнт передачі регулятора.

Переваги: ​​простота реалізації, високу швидкодію, недоліки: ненульова ε, низька якість регулювання.

3) Інтегральний (І-закон)

,

де Т _І - стала інтегрування.

Переваги: ​​відсутність помилки в усталеному режимі, недоліки: низька швидкодія і схильність до автоколебаниям.

4) Пропорційно-інтегральний (ПІ-закон)

Володіє перевагами П-і І-регуляторів. Недолік: складність.

Визначимо До _П для П-регулятора за формулою

Для ПІ-регулятора

Т _І = ^0,6. Т _ПРО = ^0,6. 14 = 8,4 хв

Для визначення статичної помилки системи регулювання потрібно зобразити цю систему, яка містить регулятор До _П і об'ектк _О (малюнок 3).

Рисунок 3 - Структурна схема замкнутої системи регулювання

Коефіцієнт передачі послідовного з'єднання ланок дорівнює

До ₁ = К ^_П. До _ПРО

Коефіцієнт передачі зворотного зв'язку До ₂ = 1

Коефіцієнт передачі замкнутої системи в статиці

Приймаючи величину зміни завдання y _З = 1, знаходимо стале значення

y _вуст = ^1. 0,51 = 0,51

Тоді статична помилка дорівнює

Для зменшення статичної помилки і збереження інших показників якості регулювання необхідно застосовувати інші закони регулювання (наприклад І-або ПІ-закон).

4 Дослідження стійкості системи регулювання

Під стійкістю розуміють властивість системи самостійно повертатися до рівноважного стану після зняття обурення, нарушевшего її рівновагу.

Стійкість лінійної системи визначається характером його вільного руху, що описується однорідним диференціальним рівнянням

При речових коренях рішення має вигляд

y (t) = c ₁ ^. E ^P1t + c ₂ ^. E ^P2t + ... + c _n ^. E ^Pnt,

де c _n - постійна інтегрування

p _n - корені характеристичного рівняння

a ^_n. p _n + a _{n ^-1.} p ^{n -1} + ... + a ₀ = ₀

Для стійкої роботи системи необхідно, щоб P _i <0

Рішення характеристичного рівняння складно, тому розроблені інші критерії стійкості.

Частотним критерієм Найквіста визначають стійкість замкнутої системи по поведінці відповідної їй розімкнутої системи.

Якщо в розімкнутому стані система стійка і її амплітудно-фазова характеристика (АФХ) при зміні частоти W від нуля до нескінченності не охоплює на комплексній площині точку з координатами (-1; 0), то система в замкнутому стані буде стійка. АФХ охоплює точку, якщо точка лежить всередині контуру, утвореного характеристиками і відрізками дійсної осі, що з'єднує точки нуль і нескінченність.

Виконаємо дослідження системи на стійкість. Визначимо АФХ розімкнутої системи з П-регулятором. Для отримання передавальної функції наведемо малюнок 4.

Рисунок 4 - Функціональна схема розімкнутої системи регулювання

Передавальна функція розімкнутої системи буде мати вигляд

W _РАЗ (S) = W _P ^(S). W _О (S)

Виконуючи заміну W _Р = К _П, W _О (S) = j w отримаємо

Позбуваючись удаваності в знаменнику, отримаємо АФХ в алгебраїчній формі

Підставляючи в отримане вираження чисельні значення, отримаємо АФХ для дослідження стійкості

Для дослідження стійкості потрібно побудувати годограф АФХ, для чого виконаємо обчислення R (w) і Im (w) для різних w. Результати обчислень зведемо в таблицю 3.

Таблиця 3 - Розрахунок АФХ розімкнутої системи

w, хв	R (w)	Im (w)	w, хв	R (w)	Im (w)
0	1,05	0	0,10

	0,28	-0,69
0, 01	1,04	-0,12	0,11	0,19	-0,68
0,02	1,00	-0,25	0,12	0,11	-0,65
0,03	0,95	-0,36	0,13	0,05	-0,61
0,04	0,88	-0,46	0,14	-0,01	-0,57
0,05	0,79	-0,55	0,15	-0,05	-0,52
0,06	0,69	-0,61	0,20	-0,15	-0,34
0,07	0,59	-0,66	0,30	-0,14	-0,14
0,08	0,48	-0,69	0,40	-0,10	-0,06
0,09	0,38	-0,70	0,50	-0,07	-0,03

За результатами розрахунків будуємо годограф (малюнок 5). З малюнка видно, що система в замкнутому стані буде стійка.

5 Визначення передавальної функції замкнутої системи регулювання

Будь-яку систему автоматичного регулювання можна представити у вигляді сукупності різних ланок, з'єднаних між собою тим чи іншим чином. На малюнку 6 представлена ​​схема послідовного з'єднання ланок

Малюнок 6 - Структурна схема послідовного з'єднання ланок

На малюнку 7 приведена схема паралельного з'єднання ланок

Малюнок 7 - Структурна схема паралельного з'єднання ланок

Структурна схема зворотного зв'язку наведена на рисунку 8.

Рисунок 8 - Структурна схема зворотного зв'язку

Використовуючи правило структурних перетворень, знайдемо передавальну функцію замкненої системи регулювання, представленої на малюнку 3.

Передавальна функція пропорційного ланки має вигляд

W _Р = К _П,

де К _П - коефіцієнт передачі регулятора.

Передавальна функція коливального ланки має вигляд

Передавальна функція зворотного зв'язку W ₂ = 1

Тоді передатна функція замкнутої системи буде мати вигляд

Після підстановки чисельних значень отримаємо

6 Визначення якості регулювання

Якість перехідного процесу кількісно оцінюється наступними показниками

1 Статична помилка регулювання є неузгодженість між сталому значенням регульованої величини після перехідного процесу і її заданим значенням

δ _{ст абс} = (y _З - y ^_УСТ). 100%

де y _З - величина ступеневої зміни завдання,

y _УСТ - усталене значення регульованої змінної

2 Динамічна помилка регулювання є максимальне відхилення регульованої змінної в перехідному процесі від її заданого значення

де y _MAX - максимальне значення регульованої змінної після ступеневої зміни завдання.

3 Час регулювання є відрізок, протягом якого регульована величина досягає нового сталого значення з деякої, заздалегідь установленою точністю, ± Δ.

Обчислимо і побудуємо перехідну функцію замкнутої системи регулювання з П-регулятором і графічно визначимо показники якості.

Перехідна функція для системи з передавальної функцією виду

Обчислюється за формулою

де α = ^0,5. (b ₁ / b ₂₎

Слід врахувати, що φ _0, β t + φ ₀ - кути в радіанах.

Формули застосовні, якщо виконується рівність

0 ≤ 0,61 <1 → нерівність виконується

α = ^0,5. (6,12 / 25,37) = 0,12

Тоді

Обчислимо значення h (t) в залежності від часу (таблиця 4).

Таблиця 4 - Розрахунок значень h (t) в залежності від часу

t, хв	h (t)
0	0
5	0,10
10	0,31
15	0,44
20	0,49
25	0,53
30	0,528
35	0,52
40	0,50
45	0,51
50	0,51

Перехідна функція зображена на малюнку 9.

Статична помилка дорівнює

Динамічна помилка дорівнює

Час регулювання t _Р = 16,5 хв

7 Функціональна схема системи регулювання

Рисунок 10 - Функціональна схема автоматизації

Таблиця 5 - Перелік приладів для функціональної схеми

8 Призначення елементів системи та її робота. Принцип дії вимірювального перетворювача

Процес вельцеванія здійснюється в трубчастих обертових печах. Піч являє собою сталевий барабан, розташований під кутом 3-5 ⁰ до горизонту для того, щоб шихта могла пересуватися при обертанні барабана від верхнього кінця до нижнього. Швидкість обертання барабана 1-2 об / хв. По всій довжині піч футром вогнетривким цеглою.

Піч спирається на котки, при цьому зазвичай її ставлять на три опори. Одна з опор поєднується з приводом печі від електродвигуна через редуктор і вінцеву шестерню, укріплену на барабані печі. У нижнього розвантажувального кінця печі розміщують топкові пристрої - мазутні або газові пальники.

Шихту подають у верхній завантажувальний кінець печі через водоохолоджувальну трубу. Пересуваючись при обертанні печі, шихта вступає в контакт з гарячими газами, що йдуть протитечією, втрачає вологу і нагрівається. У кінці верхньої зони печі шихта запалюється й надходить у зону сублімації. У міру просування до розвантажувального кінця печі шихта все більш збіднюється цинком і свинцем.

У процесі особлива увага приділяється контролю і регулювання розрядження газів на вході в котел-утилізатор за допомогою переміщення заслінки на трубопроводі витяжного вентилятора [3].

У системах автоматичного керування для вимірювання поточних значень величин хіміко-технологічних процесів використовуються різні вимірювальні пристрої. Засіб вимірювання, призначений для вироблення сигналу вимірювальної інформації у формі, доступній для безпосереднього сприйняття спостерігачем, називають вимірювальним приладом. Засіб вимірювання, що виробляє сигнал, у формі, зручній для передачі, подальшого перетворення, але не дозволяє спостерігачеві здійснити безпосереднє сприйняття, називають вимірювальним перетворювачем. Первинний вимірювальний перетворювач - той, до якого підведена вимірна величина, що передає вимірювальний перетворювач - той, який призначений для дистанційної передачі сигналу вимірювальної інформації.

У курсовому проекті первинним вимірювальним перетворювачем є диференціальний манометр для дистанційної передачі сигналу тиску.

Під абсолютним тиском розуміють повний тиск газу на його стінки. При Р _АБС <Р _АТМ різниця між ними називається розрядженням

Р _h = Р _АТМ - Р _АБС

Принцип дії диференціального манометра заснований на вимірюванні різниці двох тисків. У курсовому проекті встановлюємо рідинний дифманометр. У цьому приладі вимірюється розрядження врівноважується гідростатичним тиском стовпа робочої рідини, у якості якої застосовуються ртуть, вода, спирт і ін

На малюнку 11 показано принципова схема U-образного дифманометра.

Малюнок 11 - Принципова схема U-образного дифманометра

Вхідний величиною є перепад тиску, вихідний - зміна рівня робочої рідини в U-подібній трубці.

Проміжним вимірювальним перетворювачем називається елемент вимірювального пристрою, що займає в вимірювальної ланцюга місце після первинного перетворювача. Основне призначення проміжного перетворювача - перетворення вихідного сигналу первинного перетворювача у форму, зручну для подальшого перетворення в сигнал вимірювальної інформації для дистанційної передачі.

Показує і самописний прилад призначений для автоматичного перетворення і документальної запису на паперовій стрічці за допомогою олівця результатів вимірювання фізичної величини (тиску), що характеризує технологічний процес.

Пристрій, за допомогою якого в системах регулювання забезпечується автоматична підтримка технологічної величини близько заданого значення, називають автоматичним регулятором. Імпульсний регулятор відноситься до регулятором перервної дії, у яких безперервному зміни вхідної величини відповідає переривчасте зміна регулюючого впливу [2].

Пускач безконтактний реверсивний є підсилювачем сигналу управління і призначений для включення виконавчого механізму.

Виконавчий механізм призначений для управління регулюючим органом (заслінкою) [4].

Висновки

Система автоматизації Вельца печі є стійкою, отже, вона може виконувати приписані їй функції. У системі досить швидко встановлюється рівновага. Негативним показником є велика статична помилка регулювання.

Список літератури

1 Каганов В.Ю., Блінов О.М., Бєлєнький А.М. Автоматизація управління металургійними процесами. - М.: Металургія, 1974 - 416 с.

2 Клюєв А.С., Глазов Б.В., Міндін М.Б. Техніка читання схем автоматичного управління і технологічного контролю. - М.: Енергія, 1977 - 296 с.

3 Полоцький Л.М., Лапшенков Г.І. Автоматизація хімічних виробництв. Теорія, розрахунок і проектування систем автоматизації. - М.: Хімія, 1982 - 296 с.

4 Снурніков А.П. Гідрометалургія цинку. - М.: Металургія, 1981 - 384 с.