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

12 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

20596. Ионно-сорбционная откачка 361.5 KB
  Этот способ удаления газа получил название ионной откачки. Максимальная удельная геометрическая быстрота ионной откачки может быть определена по формуле: где μ коэффициент внедрения ионов удельная частота бомбардировки плотность ионного тока q электрический заряд; n молекулярная концентрация газа. Сорбционная активность этих пленок используется для хемосорбционной откачки. Поглощение инертных газов пленками практически не происходит что требует для их удаления применения вспомогательных средств откачки наиболее удобными...
20597. Электрические явления в вакууме 272.5 KB
  Вид элемента системы Вязкостный режим Молекулярный режим Круглое отверстие диаметром dм Отверстие произвольной формы площадью Ам2 Трубопровод диаметром d длиной l Трубопровод прямоугольного сечения авм Трубопровод с равносторонним треугольным сечением асторона м Трубопровод эллиптического сечения абольшая в малая оси м Труборовод диаметром d с коаксиально расположенным стержнем диаметром dг м а в 1 2 5 10 100   23 37 47 50 53 53  11 12 13 14 Электрические явления в вакууме Прохождение электрического тока...
20598. Понятие о вакууме и давлении 368 KB
  Вакуумсостояние газа при котором его давление ниже атмосферного. Вакуум количественно измеряется абсолютным давлением газа. Свойства газа при низких давлениях изучаются физикой вакуума являющейся разделом молекулярнокинетической теории газов. Основные допущения используемые в физике вакуума можно сформулировать в следующем виде: газ состоит из отдельных молекул; существует постоянное распределение молекул газа по скоростям т.
20599. Основы кодирования речевых сигналов 376.5 KB
  Существующие алгоритмы сжатия информации можно разделить на две большие группы: 1 алгоритмы сжатия без потерь: алгоритм ЛемпеляЗива LempelZiv LZ; RLE Run Length Encoding; кодирование Хаффмена Huffman Encoding; 2 алгоритмы сжатия с потерями: JPEG Joint Photographic Expert Group; MJPEG; MPEG Motion Picture Expert Group. MPEG ориентирован на обработку видео. Возникновение стандартов MPEG Активная разработка методов и стандартов сжатия видеоданных началась с появлением цифровых видеосистем. Но когда речь идет о...
20600. Речевые кодеки абонентских терминалов СПРС и ПСС 480.5 KB
  Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи DTX. DTX управляется детектором активности речи VAD который обеспечивает обнаружение и выделение интервалов передачи речи с шумом и шума без речи даже в тех случаях когда уровень шума соизмерим с уровнем речи. В состав системы DTX входит также устройство формирования комфортного шума который включается и прослушивается в паузах речи когда передатчик отключен.
20601. Оценка качества передачи речевых сигналов 75.5 KB
  Обычно к параметрическим вокодерным относят системы требующие скорости передачи меньшие 16 кбит с. Обычно для обеспечения меньшей скорости передачи требуется применение более сложных алгоритмов т.1 Метод кодирования Скорость передачи кбит с Стандарт Современные приложения ИКМ 64 МСЭТ G.
20602. Модемы систем подвижной связи 649.5 KB
  Однако объем передачи данных по таким сетям имеет тенденцию к быстрому увеличению.3 DQPSK n 4 Требуемое отношения сигнал шум дБ 9 16 Скорость преобразования речи Кбит с 13 65 8 Алгоритм преобразования речи RPE LTP VSELP Типовой радиус соты км 0535 0520 Технологическое преимущество цифровой сотовой связи позволяет увеличивать емкость сетей снижать стоимость и повышать надежность передачи данных. К таким решениям можно отнести: построение сетей GSM на принципах модели открытых систем и интеллектуальных сетей; применение эффективных...
20603. Понятие о защите информации от несанкционированного доступа 109 KB
  Говорить о безопасности сотовой связи в общем нельзя. Если бы не было необходимости в идентификации то он получил бы вместе с аппаратом и доступ к счету жертвы у оператора связи. Принцип работы A3 известен только операторам связи а также разработчикам и производителям всевозможного сотового оборудования. Шифрование данных У любого стандарта сотовой связи есть один большой недостаток.
20604. Перспективы развития СПРС и ПСС – переход к системам 3-го поколения 236.5 KB
  Перспективы развития СПРС и ПСС – переход к системам 3го поколения Прошло немногим более двух десятилетий с момента появления первых мобильных телефонов но мобильная связь уже подверглась существенным изменениям. Cистемы первого поколения основанные на аналоговом принципе использовались исключительно для телефонной связи и лишь впоследствии обзавелись некоторыми базовыми сервисами. Cистемы второго поколения включая стандарт GSM предоставляют улучшенное качество передачи и защиту сигнала дополнительные сервисы низкоскоростную...