48615

Локальные системы автоматики

Курсовая

Информатика, кибернетика и программирование

Описание объекта автоматизации Система регулирования температуры пара Исходные данные Выбор типового датчика и нормирующего измерительного прибора для системы регулирования Определение оптимального закона регулирования Определение требуемой ПФ устройства ввода возмущения в компенсирующий канал...

Русский

2013-12-12

3.67 MB

11 чел.

- 1 -

Содержание.

Стр.

  1.  Введение  ………………………………………………………………………………  2
  2.  Описание объекта автоматизации  …………………………………………………… 2
  3.  Система регулирования температуры пара  …………………………………………  4
  4.  Исходные данные   ……………………………………………………………………   5
  5.  Выбор типового датчика и нормирующего измерительного прибора для системы регулирования  ………………………………………………………………………………………  5
  6.  Определение оптимального закона регулирования  …………………………………  6
  7.  Определение требуемой ПФ устройства ввода возмущения в компенсирующий канал  …………………………………………………………………………..…………  9
  8.  Выбор регулятора ……………………………………………………………………… 9
  9.  Выбор исполнительного устройства ……………….………………………………    11
  10.  Общая схема системы регулирования  ………………………………………………  12
  11.  Заключение…………………………………………………………………………….   12
  12.  Библиографический список  ….……………………………………………………..    13


- 2 -

  1.  Введение.

Автоматизация производственных процессов является одним из решающих факторов повышения производительности общественного труда,[6] интенсификации производства, повышения его эффективности. Автоматизация производства предполагает широкое использование приборов, выпускаемых отечественной промышленностью. В соответствии с мероприятиями Государственного комитета СССР по стандартам с целью унификации средств измерительной техники, приборов и средств автоматизации в стране разработан и освоен серийный выпуск Государственной системы приборов - ГСП. Постоянно совершенствуются технические характеристики приборов и расширяется их номенклатура.

Курсовой проект по курсу "Локальные системы автоматики" посвящен синтезу локальной системы регулирования технологического параметра объекта, включающему в себя выбор необходимого закона регулирования регулятора и разработку системы в целом на базе приборов ГСП. В качестве объекта автоматизации предложен паровой барабанный котел, вырабатывающий пар для турбины тепловой электрической станции (ТЭС), отличающийся многообразием регулируемых технологических параметров, что позволило сочетать в задании различные по характеру регулируемой величины автоматические системы с единым объектом автоматизации.

Основой для выполнения курсового проекта является конспект лекций по "Локальным системам автоматики", однако, только широкое использование научно-технической и справочной литературы, приведенной в библиографическом списке, даст возможность более обоснованно и полно выполнить необходимые теоретические и схемные разработки.

2. Описание объекта автоматизации.

Пар для турбин тепловых электрических станций вырабатывается паровыми котлами, которые  подразделяют на барабанные и прямоточные. Рассмотрим процесс производства пара в барабанных котлах. Технологическая схема барабанного котла показана на рис. 1. [6]

Пар в котлах, используемый для вращения турбин электрических генераторов, получается за счет передачи теплоты от сжигаемого топлива рабочему телу - воде, в результате чего она нагревается до кипения и испаряется. Затем происходит перегрев пара до установленных технологических параметров. Эти стадии преобразования воды в перегретый пар проходят в поверхностях нагрева, которые подразделяют на подогревательные, испарительные и  перегревательные. Система подъемных 3 и опускных 2 труб с барабаном 4 и коллекторами образует циркуляционный контур. Барабан 4 котла является элементом контура, где совершается парообразование.

Топливо и воздух поступают в камеры сгорания через особые горелочные устройства, конструкция которых зависит от "вида сжигаемого топлива. Теплота от горячих газов через систему многочисленных теплообменников отбирается питательной водой и идет на парообразование и нагрев пара до заданных параметров. Далее газы по газоходам направляются и дымососу 12 и выбрасываются в атмосферу. В газоходах устанавливают теплообменники: пароперегреватели 5 и 7, экономайзеры 9 для подогрева питательной воды и воздухоподогреватели 13. Таким образом, возрастают процент использования теплоты  органического топлива, а следовательно, и кпд котла.

Для правильной оценки свойств котлов как объектов управления рассмотрим особенности их работы. В барабанном котле (рис. 1) отклонение параметров от заданных может происходить как при изменении нагрузки котла за счет изменения подачи пара на турбины генераторов, так и под воздействием других факторов. Увеличение нагрузки котла приводит к снижению давления в барабане 1 и паропроводах. Для восстановления давления необходимо увеличить подачу топлива,

- 3 -

а значит, и воздуха, т. е. поддерживать оптимальное соотношение топливо-воздух. При этом изменяется тепловой режим, как по газо-воздушному тракту, так и по пароводяному.

рис .1. Принципиальная схема барабанного котла и его основные технологические параметры:

1 - топка; 2 - опускные трубы; 3 - подъемные трубы циркуляционного контура; 4 - барабан; 5 , 7 - пароперегреватели; 6 - пароохладитель; 8 - главная паровая задвижка; 9 - водяной экономайзер; 10 - регулировочный питательный клапан; 11 - дутьевой вентилятор; 12 - дымосос; 13 - воздухоподогреватель; Вт , Qв - расход топлива и воздуха; Dпр , Dвпр , Dпв - расход воды на продувку и впрыск, питательной воды; Hб , Рб , Dб - уровень , давление и расход пара в барабане; Рпп , Dпп , tпп -давление , расход , температура перегретого пара; Qг - количество уходящих газов; Qт - тепловая нагрузка; О2 - содержание кислорода в уходящих газах; Sт - разряжение в верхней части топки.

Такт образом, поддержание нагрузки связано с регулированием давления пара, где регулирующим воздействием является изменение подачи топлива. Котел должен иметь регулятор тепловой нагрузки. Для обеспечения минимума потерь при сжигании топлива необходим также регулятор экономичности горения, поддерживающий заданное соотношение топливо-воздух изменением потока воздуха от дутьевого вентилятора. Подача питательной воды должна соответствовать расходу вырабатываемого пара. Промежуточным звеном между паром и водой служит барабан. Заданный уровень воды в барабане котла определяет не только это соответствие, но и его безаварийную работу, поэтому уровень "Нб" следует регулировать, воздействуя на  регулировочный питательный клапан. Продукты сгорания в виде топочных газов выводятся через дымовую трубу, при этом в котле должна поддерживаться определенная степень разрежения "Sт" в верхней части топки, что предохраняет от выброса продуктов сгорания в помещение. Топочные газы отсасываются дымососами. Оставшиеся после парообразования соли выводят из барабана непрерывной продувкой через продувочный клапан. Для повышения надежности и долговечности

- 4 -

турбин, обеспечения экономичной работы тепловой установки необходимо также поддержание в заданных пределах температуры перегретого пара.

3. Система регулирования температуры пара.

При работе паровых котлов важным параметром является  температура перегретого пара.[6] Поддержание ее в заданных пределах обеспечивает экономичную работу тепловой установки, повышает надежность и долговечность работы турбины. При резком снижении температуры перегрева пара возрастает его влажность, при повышении температуры возникают недопустимые тепловые расширения, поэтому отклонения температуры пара от номинальных значений не должны превышать ±1 % в стационарных режимах. Диапазон нагрузок для каждого котла определяется его конструктивными особенностями.

На статистические характеристики пароперегревателей влияют: характер распределения теплоты между паро-генерирующими и перегревательными поверхностями котла, шлакование и загрязнение поверхностей нагрева, изменение температуры питательной воды, избыток воздуха, влажность топлива и т.д. На динамические свойства пароперегревателей наибольшее влияние оказывают: изменения температуры или влажности пара на их входе, температурный режим котла и расход пара через котел. Особенностью динамических характеристик пароперегревателей является значительное запаздывание изменения температуры пара на выходе из них после возмущения, что связано с большой площадью и значительной длиной труб пароперегревателей.

рис.2. Схема регулирования температуры перегретого пара:

1 - барабан; 2,3- первая и вторая ступени пароперегревателя; 4 - регулирующий орган; 5 - задатчик; 6, 7- датчики температуры; 8 - пароохладитель; Qт - тепловой поток; РТ - регулятор температуры

На рис. 2 показана схема регулирования температуры перегретого пара. Участком регулирования температуры перегрева пара является часть поверхности пароперегревателя от места ввода охлаждающего агента до выходного коллектора, в котором поддерживается заданная температура. В современных котлах наиболее распространен способ регулирования с помощью

- 5 -

впрыскивающих пароохладителей, через которые в паропровод поступает охлаждающий агент - собственный конденсат котла или химически очищенная вода.

На вход регулятора температуры РТ поступают основной сигнал от датчика температуры перегретого пара tпп, сигнал задатчика 5, а также дополнительный сигнал от измерителя возмущения, которое в данном случае определяется отклонением температуры tпр пара на

выходе первой ступени пароперегревателя или непосредственно перед впрыскивающим пароохладителем. Управляющее воздействие, вырабатываемое регулятором, действует на

регулирующий клапан впрыска 4 пароохладителя 8, понижая температуру пара за счет теплоты, отбираемой на испарение охлаждающей воды, впрыскиваемой в паропровод.  

Передаточная функция объекта регулирования может быть записана по каналам  распространения регулирующего воздействия Х и возмущения tпр как

где Ко, Ков - коэффициенты передачи объекта по соответствующим каналам; о - запаздывание в объекте; Т1, Т2 - постоянные времени.

4. Исходные данные.

Задание 3, вариант 2.

Вид регулятора – пневматический.

  1.  Выбор типового датчика и нормирующего измерительного прибора для системы регулирования.

Датчиком температуры для нашей системы будет служить манометрический термометр газовый в пневматическом исполнении ТДГ-П.[2] Учитывая тот факт, что нам нужно поддерживать температуру перегретого пара Т=200 Со с 1% точностью, а доступный класс приборов не обеспечивает должного запаса по диапазону измерения 50%, то по согласованию с заказчиком уменьшим требования по точности поддержания температуры до 1.5%. Тогда подойдет прибор со следующими характеристиками: Класс точности 1.5%; предел  измерения температуры 100 – 300Со; длина дистанционного капилляра 2.5 м; длина погружения термоблока 400 мм; длина термоблока 250 мм; диаметр 20 мм; инерционность 4 с. В манометрический термометр ТДГ-П уже встроен преобразователь ПП1 со следующими характеристиками: подводимое питание 1.4 кгс/см2; выходной сигнал давления 0.2 – 1 кгс/см2 расход воздуха 0.18 м3/ч; инерционность 2 с.

- 6 -

Упрощенная схема преобразователя приведена на Рис.3, где: 1,2 – рычаги; 3 – пружина корректора нуля; 4 – подвижная опора; 5 – сопло; 6 – сильфон обратной связи; 7 – пневмореле; 8 – заслонка.   При расчетах, в связи с малой постоянной времени датчика и преобразователя по сравнению с инерционностью объекта управления, этими постоянными времени можно пренебречь.  

6. Определение оптимального закона регулирования.

Для одноконтурной системы, включающей в себя только объект и регулятор, построим переходные процессы системы по управляющему и возмущающему воздействиям с помощью программы RR3_4 .

Из предположения, что запаздывание в объекте не велико и система будет иметь высокую предельную точность регулирования, можем перейти к использованию приближенной формулы для расчета струкруры оптимального регулятора.[6]

ПФ объекта по каналу регулирования без учёта запаздывания запишется в виде:

где Woo – передаточная функция объекта управления по каналу регулирования без запаздывания; WP – ПФ регулятора.

Построим переходную характеристику замкнутого контура системы, по задающему воздействию и по возмущению.


- 7 -

По графикам переходных процессов в замкнутом контуре видно, что колебательность в этих процессах слишком велика и не соответствует заданной отсюда следует необходимость оптимизировать параметры регулятора. Для этого представим ПФ регулятора так: WP(р)=C0+C1/p. Оптимизацию параметров регулятора проведем по методу метода расширенной АФХ. Принцип метода расширенной АФХ заключается в построении  зависимости С1 от С0, где С1=Кр/Тиз, а С0=Кр при условии равенства степени колебательности заданной величине. При этом получается область настроек параметров регулятора, из которых выбираем то значение для которого максимально отношение Кр/Тиз.  Этим параметрам соответствует максимальное подавление возмущающего воздействия.  На основе этих данных найдем истинные значения параметров регулятора.

- 8 -

Ниже приведены графики переходных процессов с использованием оптимальных настроек регулятора.

- 9 -

7.  Определение требуемой ПФ устройства ввода возмущения в компенсирующий канал.

 Требуемую ПФ, дополнительного устройства ввода возмущения на вход регулятора, будем искать из условия полной  компенсации влияния данного возмущения на регулируемую величину.

рис.4.

 

В соответствии с рис.4. для полной компенсации возмущения должно выполнятся [1]

Wов(р)=-Wк(p)*Wр(p)*Wо(p) . Выражая из этой формулы Wк(p) получаем выражение для ПФ компенсирующего устройства с учетом коэффициента передачи датчика:

 

8.  Выбор регулятора.   

Приборы системы СТАРТ (автоматические регуляторы завода «Тизприбор») построены на универсальных элементах промышленной пневмоавтоматики. В целях получения наибольшей стабильности регулирования, минимального времени переходного процесса и уменьшения запаздывания расстояния от датчика до регулятора и от регулятора до исполнительного механизма должны быть минимальными (5-10 м). Вторичные самопишущие или показывающие приборы с встроенными в них задатчиками могут устанавливаться на расстоянии до 250-300 м от регулятора.

 Питание приборов сухим, очищенным от пыли и масла воздухом давлением 140 ±14 кПа через стабилизатор давления и фильтр воздуха. Граничные значения рабочего диапазона изменения

- 10 -

аналоговых сигналов составляют 20 кПа (нижнее) и 100 кПа (верхнее). Дискретные сигналы «0» и «1» соответствуют давлению от 0 до 10 кПа («0») и от 110 кПа до значения давления питания («1»). Приборы предназначены для работы при температуре окружающего воздуха 5-50 0 и относительной влажности до 80 %.

В качестве регулятора для нашей системы выберем регулятор системы СТАРТ типа ПР3.31 реализующий ПИ – закон регулирования. Принципиальная схема его приведена на Рис.5 [1],[4],[5]

Он состоит из следующих элементов: 1- пятимембрамный элемент сравнения; 2,7 – отключающие реле; 4 – пневмоемкость; 5 – повторитель; 8 - усилитель мощности; 17 – переключатель каналов; 3,6,9,10,12,13,14,15,16 – дроссели.

Преобразованная структурная схема регулятора представлена на Рис.6.

- 11-

где

При этом передаточная функция регулятора будет получена в виде:

Записав ее через проводимости дросселей, получим:

При этом:

Где V – объем пневмоемкости 4, см3;  R – универсальная газовая постоянная, R=2930 см/К; - абсолютная температура воздуха К; 3 – проводимость дросселя 3 см2/с. Из этого следует, что данный регулятор формирует ПИ – закон регулирования с независимой настройкой пропорциональной и интегральной части. Особенность данного регулятора в том, что расчетное Тиз в Кр раз больше чем Ти.

Настройка звена коеффициета усиления регулятора, ведется с помощью дросселя 16 при полностью открытом дросселе 13 или дросселя 13 при полностью открытом дросселе 16.

Пределы изменения КР от 1/30 до 50. Настройка Ти осуществляется с помощью дросселя 3 и Ти может изменяться от 0.05 до 100 мин. (при закрытом дросселе 3.)

 

9. Выбор  исполнительного механизма.

Исполнительный механизм выбираем из условия обеспечения перестановочного уси

лия на регулирующий орган 50 кгс при полном ходе штока, равном 2 см.

В качестве исполнительного механизма выберем ИМ типа МИМППХ-320-25-10-П, с параметрами:[7] ход рабочего органа 25 мм; максимальное развиваемое усилие 900 кгс.

Мембранно-пружинный исполнительный механизм (МИМ) имеет одну рабочую полость, образуемую мембраной и крышкой (верхней или нижней). У этих механизмов шток совершает возвратно-поступательное движение. Перестановочное усилие в одном направлении создаётся за счёт давления сжатого воздуха в рабочей полости на мембрану в противоположном, за счёт усилия сжатой пружины. В зависимости от направления движения выходного звена исполнительные механизмы бывают прямого (ППХ) и обратного (ОПХ) действия. В механизмах прямого действия

при повышении давления воздуха в рабочей полости свободный конец штока отдаляется от плоскости заделки мембраны. В механизмах обратного действия повышение давления в рабочей полости вызывает приближение свободного конца штока к плоскости заделки мембра-

ны. Варианты исполнения позволяют реализовать 2 требуемых вида действия исполнительного устройства нормально открытое (НО) и нормально закрытое (НЗ). Совместно с МИМ будем использовать позиционер П-1, который позволяет повысить точность работы ИМ до 1-1.5%. Т.е. до уровня необходимого для корректной работы проектируемой системы.

- 12-

10. Общая схема системы регулирования.

Информация о температуре пара поступает через термометр манометрический (ТМ) и нормирующий преобразователь (ПН) на вход регулятора, в виде отклонения от заданной температуры. Далее регулятор в соответствии с законом управления выдает сигнал давления на исполнительный механизм, управляющий объектом.

Канал по возмущению компенсируется  вводом возмущения в управляющую цепь, через передаточную функцию компенсатора Wk(р).

11. Заключение.

 Разработанная в данном курсовом проекте локальная система регулирования температуры перегретого пара отвечает всем требованиям задания. Спроектированная система рассчитана на функционирование при t от 5 до 50 0 С и влажности не более 80 %. При проектировании использовались только элементы  производимые отечественной промышленностью.

- 13 -

12. Библиографический список.

1. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования: Справочное пособие

/ А. С. Клюев, А. Т. Лебедев, С. Л. Клюев,  А. Г. Товарнов; Под ред. А. С. Клюева. М.: Энергоатомиздат, 1989. 368 с.

2. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник /Под ред. В. В. Черенкова. Л.: Машиностроение, 1937. 847 с.

3. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы / Под ред. Б. Д. Кошарского. Л.: Машиностроение, 1976. 485 с.

4. Степашкин А.И., Алпатов Б. А. Проектирование и надежность систем автоматики и телемеханики: Учебное пособие. Рязань, 1984. 80 с.

5. Степашкин А. И. Проектирование и надежность систем автоматики и телемеханики: Учебное пособие. Рязань, 1986. 72 с.

  1.  Степашкин А. И. Локальные системы автоматики: Задание на курсовой проект.
  2.  Штейнберг Ш.Е и др. Промышленные автоматические регуляторы: Под ред. Стефани Е. П. М., «Энергия»,1973.

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

74166. Состав пород раннего палеозоя платформ и складчатых областей 3.29 KB
  Состав пород раннего палеозоя платформ и складчатых областей. В начале раннего палеозоя платформы северного полушария испытывали опускания и на больших площадях были покрыты морскими водами. Опускания сменились медленными поднятиями которые в конце раннего палеозоя привели к почти полному осушению всех древних платформ....
74167. ОРГАНИЧЕСКИЙ МИР ПОЗДНЕГО ПАЛЕОЗОЯ 137.98 KB
  Численность многих групп морских животных уменьшилась плеченогие мшанки морские ежи офиуры аммоноидии наутилусы остракоды губки фораминиферы как и их разнообразие вплоть до полного вымирания целых классов трилобиты эвриптериды бластоидеи палеозойские группы морских лилий тетракораллы. В этот период вымерло 96 всех морских видов и 70 наземных видов позвоночных.
74168. Органический мир мезозоя 12.01 KB
  Органический мир мезозоя В мезозое вымирают гигантские папоротники древесные хвощи плауны. В юрском периоде вымирают семенные папоротники и появляются первые покрытосеменные растения тогда представленные только древесными формами постепенно распространившиеся на все материки. Вымирают растительноядные за ними хищные динозавры. В морях вымирают многие формы беспозвоночных и морские ящеры.
74169. Суть Теории Большого Взрыва 13.4 KB
  Суть Теории Большого Взрыва Теория Большого взрыва строится на том что материя и энергия из которых состоит все сущее но Вселенной ранее находились в сингулярном состоянии т. Изначально теория Большого взрыва носила название динамическая эволюционирующая модель. На данный момент теория Большого взрыва разработана настолько хорошо что ученые берутся описать процессы которые начали происходить во Вселенной через 10 43 с после Большого взрыва. Существует несколько доказательств теории Большого взрыва одним из которых является реликтовое...
74171. Области байкальской складчатости (образованы в среднем и позднем протерозое) 11.61 KB
  Области байкальской складчатости образованы в среднем и позднем протерозое: БайкалоЕнисейская СевероТаймырская ТиманоПечорская БайкалоЕнисейская складчатая область объединяет с востока на запад Байкальскую ВосточноСаянскую и Енисейскую области складчатости. На востоке граничит с Алданским щитом на северозападе с ЗападноСибирской платформой. СевероТаймырская складчатая область включает север полуострова Таймыр и острова Северная Земля. ТиманоПечорская складчатая область включает крайний северовосток европейской России.
74172. Эпигерцинские платформы (плиты) РФ и сопредельных территорий (название, расположение) 1.14 MB
  С юга Туранская плита ограничена молодыми горными сооружениями Копет-Дага и альпийским предгорным прогибом, а с юго-востока - глыбово-складчатыми структурами эпиплатформенного подвижного пояса Средней Азии.
74173. Состав и строение пород карбона Подмосковья Восточно-Европейской платформ 3.47 KB
  Нижний отдел представлен загипсованными глинами турнейского яруса с маломощными прослоями бурых углей и известняков затем песками песчаниками и глинами визейского возраста с отдельными пластами известняка а также пластами бурого угля и наконец карбонатными породами известняками и доломитами и глинами намюрского яруса общей мощностью до 100 м на севере области и до 250 м на юге. Средний отдел карбона слагают в Подмосковье осадки московского яруса представленные также карбонатноглинистой толщей и подразделяющиеся на четыре горизонта....