Автоматизация процесса подготовки шихты

Для поддержания необходимого разряжения в сушильном барабане песка используем комбинированную систему регулирования, компенсирующую изменение расхода воздуха, поступающего на сушку. Регулирующее воздействие - изменение количества отводимых дымовых газов. Данная система регулирования реализована следующим образом.

Преобразователь давления ВР1 измеряет разрежение в сушильном барабане и преобразует его в стандартный электрический сигнал постоянного тока. Сигнал с контактов 1 и 2 преобразователя поступает по соединительной линии на контакты 11 и 12 блока питания G3. Питание преобразователя осуществляется по этой же линии. Для включения такого режима контакты 4 и 5 преобразователя BP1 замкнуты перемычкой. Питание блока питания G3 поступает на контакты 1 и 2. Стандартный токовый сигнал в диапазоне 4-20 мА снимается с контактов 3 и 4 блока питания и поступает на контакты 19 и 20 модуля аналогового ввода А1.2.2 многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера. Сигнал текущего значения давления поступает на вход регулятора давления, реализованного программным путём в преобразователе-контроллере.

В этот регулятор также поступает сигнал с компенсатора возмущения, реализованного в контроллере программным путем. Как указано выше, в качестве возмущения выступает изменение расхода воздуха, поступающего на сушку

Информация о расходе воздуха, поступающего в сушильный барабан, поступает с контактов 1 и 2 измерительного преобразователя перепада давления B7N на контакты 15 и 16 блока питания G2. Питание преобразователя осуществляется по этой же линии. Для включения такого режима контакты 4 и 5 преобразователя B7N замкнуты перемычкой. Питание блока питания G2 поступает на контакты 1 и 2. Стандартный токовый сигнал в диапазоне 4-20 мА снимается с контактов 7 и 8 блока питания и поступает на контакты 17 и 18 модуля аналогового ввода А1.2.2 многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера. В преобразователе-контроллере программным путём реализован блок извлечения квадратного корня, который служит для линеаризации статической характеристики измерительного преобразователя перепада давления B7N.

Вырабатываемый регулятором давления сигнал управления через контакты 15, 16 и 17 модуля импульсного вывода A1.3.2 программируемого контроллера поступает на контакты 1, 2 и 3 магнитного пускателя КМ4 и далее на контакты 1, 2 и 3 электрического исполнительного механизма М4.

Для регулирования концентрации отходящих дымовых газов на выходе из сушильного барабана используем каскадную систему регулирования. Корректирующим (внешним) регулятором является регулятор концентрации отходящих дымовых газов, а стабилизирующим (внутренним) - регулятор соотношения “воздух/топливный газ”. В качестве регулирующего воздействия выбираем изменение расхода воздуха, поступающего на горение в сушильный барабан.

Информация о расходе газа, поступающего в сушильный барабан поступает с контактов 1 и 2 измерительного преобразователя перепада давления B5N на контакты 11 и 12 питания G2. Питание преобразователя осуществляется по этой же линии. Для включения такого режима контакты 4 и 5 преобразователя B5N замкнуты перемычкой. Питание блока питания G2 поступает на контакты 1 и 2. Стандартный токовый сигнал в диапазоне 4-20 мА снимается с контактов 3 и 4 блока питания и поступает на контакты 13 и 14 модуля аналогового ввода А1.2.2 многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера. В преобразователе-контроллере программным путём реализован блок извлечения квадратного корня, который служит для линеаризации статической характеристики измерительного преобразователя перепада давления B5N.

Информация о расходе воздуха, поступающего в сушильный барабан, поступает с контактов 1 и 2 измерительного преобразователя перепада давления B6N на контакты 13 и 14 блока питания G2. Питание преобразователя осуществляется по этой же линии. Для включения такого режима контакты 4 и 5 преобразователя B6N замкнуты перемычкой. Питание блока питания G2 поступает на контакты 1 и 2. Стандартный токовый сигнал в диапазоне 4-20 мА снимается с контактов 5 и 6 блока питания и поступает на контакты 15 и 16 модуля аналогового ввода А1.2.2 многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера. В преобразователе-контроллере программным путём реализован блок извлечения квадратного корня, который служит для линеаризации статической характеристики измерительного преобразователя перепада давления B6N.

Анализатор B3N измеряет концентрацию О2 в отходящих дымовых газах на выходе из сушильного барабана и преобразует его в унифицированный электрический сигнал постоянного тока в диапазоне 4-20 мА. Питание анализатора осуществляется через контакты 7 и 8 блока зажимов от сети переменного тока 220 В, 50 Гц. Сигнал с контактов 1 и 2 блока зажимов анализатора поступает по соединительной линии на контакты 17 и 18 модуля аналогового ввода A1.2.1 цифрового программируемого контроллера. Величина концентрации поступает в регулятор, реализованный в контроллере программным путем. Сюда же поступает сигнал с блоков корнеизвлечения.

Вырабатываемое регулятором концентрации воздействие через контакты 16, 17 и 18 модуля импульсного вывода A1.3.1 программируемого контроллера поступает на контакты 1, 2 и 3 магнитного пускателя КМ2 и далее на контакты 1, 2 и 3 электрического исполнительного механизма М2.

Для поддержания уровня песка в силосе на нужном значении используется одноконтурная система автоматического регулирования уровня, которая работает следующим образом. Измерительный преобразователь уровня B4N измеряет уровень в силосе и преобразует его в стандартный электрический сигнал постоянного тока, пропорциональный уровню песка. Сигнал с контактов 1 и 2 преобразователя поступает по соединительной линии на контакты 19 и 20 модуля аналогового ввода контроллера А1.2.1. Питание преобразователя осуществляется через контакты 4 и 5 блока зажимов от сети переменного тока 220 В, 50 Гц. Сигнал текущего значения уровня поступает на вход регулятора уровня, реализованного программным путём в преобразователе-контроллере. Вырабатываемое регулятором воздействие через контакты 18, 19, 20 модуля импульсного вывода А1.3.2 преобразователя-контроллера поступает на магнитный пускатель КМ5 и далее на контакты 1,2 и 3 исполнительного механизма.

Рассмотрим работу схемы автоматической блокировки.

Модуль дискетного ввода А1.4.2, питается от блока питания G1, который преобразует напряжение питающей сети 220В в стабилизированное напряжение 5 В. На модуль А1.4.2 поступают сигналы датчиков реле давления. Питание реле давления Р1.1, Р1.2, Р2.1, Р2.2, Р3.1, Р3.2 осуществляется от блока питания G5 через клеммы 1, 2. Сигнал о достижении давлением газа в трубопроводе минимального значения по соединительной линии с контакта Р1.1 двухпредельного реле давления поступает на модуль дискретного ввода А1.4.2 через клеммы 13, 14. При достижении давлением газа в трубопроводе максимального значения дискретный сигнал с рконтакта реле Р1.2 поступает на модуль ввода А1.4.2 на клеммы 13, 15.

Сигнал о достижении давлением воздуха, подаваемого на горение, предельного значения (максимального - через контакт реле Р2.1, минимального - через контакт реле Р2.2) поступает на модуль дискретного ввода А1.4.2 через клеммы 13, 16 и 13, 17 соответственно.

Сигнал о достижении давлением воздуха, подаваемого на сушку, предельного значения (максимального - через контакт реле Р3.1, минимального - через контакт реле Р3.2) поступает на модуль дискретного ввода А1.4.2 через клеммы 13, 18 и 13, 19 соответственно.

Сигнал о достижении давлением воздуха, подаваемого на горение, предельного значения (максимального - через контакт реле Р4.1, минимального - через контакт реле Р4.2) поступает на модуль дискретного ввода А1.4.2 через клеммы 13, 20 и 13, 21 соответственно.

Также на клеммы 13 и 14 модуля дискретного ввода А1.4.1 поступает релейный сигнал с клемм 9 и 10 датчика аварийного снижения скорости транспорте, питающегося напряжением 220 В, 50Гц; на клеммы 15 и 16 - сигнал с 9 и 10 клеммы датчика аврийного снижения скорости элеватора, питающегося напряжением 220 В, 50 Гц; на клеммы 17 и 18 модуля - сигнал с 1 и 2 клеммы измерительного преобразователя уровня, питающегося напряжением 220 В, 50 Гц; на клеммы 19 и 20 модуля - сигнал с клемм 1 и 2 датчика наличия пламени, питающегося напряжением 220 В, 50 Гц.

Модуль дискетного вывода А1.3.3, питается блоком питания G1, который преобразует напряжение питающей сети 220В в стабилизированное напряжение 5 В.

С модуля гальванически связанного дискретного вывода А1.3.3 через клеммы 13, 14, 15 дискретный сигнал поступает на клеммы 2, 3, 4 бесконтактного пускателя КМ6, питание которого осуществляется через клеммы 11, 12 напряжением 220 В, 50 Гц. С клемм 8, 9, 10 пускателя сигнал поступает на клеммы 1, 2, 3 исполнительного механизма М6, управляющего заслонкой бункера песка.

С модуля гальванически связанного дискретного вывода А1.3.3 через клеммы 16, 17, 18 дискретный сигнал поступает на клеммы 2, 3, 4 бесконтактного пускателя КМ7, питание которого осуществляется через клеммы 11, 12 напряжением 220 В, 50 Гц. С клемм 8, 9, 10 пускателя сигнал поступает на клеммы 1, 2, 3 исполнительного механизма М7, управляющего заслонкой силоса песка.

С модуля дискретного вывода А1.3.3 дискретный сигнал через клеммы 22, 23 подается на промежуточное реле напряжение KV1. В ручном режиме реле напряжения питается от блока питания G5 через клеммы 7и 8. При подаче напряжения на реле KV1, замыкаются его контакты KV1.1 и KV1.2 при этом срабатывает электромагнитный клапан YA1, управляющий отсекателем на линии подачи газа.

Для управления электродвигателями вентиляторов используются магнитные пускатели.

В схеме управления электродвигателями и электромагнитными клапанами используется ключ управления SA1 для выбора режима работы: ручного или автоматического. Если переключатель находится в положении 1 (ручное управление) пуск и остановка двигателя осуществляется с помощью кнопочного поста управления SB1. Пост управления имеет две кнопки SB1.1 - «Стоп» и SB1.2 - «Пуск». В ручном режиме пускатель КМ8 питается от блока питания G4 через клеммы 7 и 8. При нажатии на кнопку SB1.2 подается питание на магнитный пускатель КМ8, который, срабатывая, замыкает свой контакт КМ8.1. Таким образом, цепь пускателя остаётся замкнутой при отпускании кнопки SB1.2. Одновременно замыкаются и остальные контакты пускателя (КМ8.2, КМ8.3, КМ8.4) подавая трехфазное напряжение на двигатель М8. При нажатии на кнопку SB1.1 происходит разрыв цепи пускателя КМ8, размыкание контактов КМ8.1, КМ8.2, КМ8.3 и КМ8.4. Происходит остановка двигателя. Так как контакт КМ8.1 разомкнут, при отпускании кнопки SB1.1 питание на пускатель КМ8 не подается.

Управление электродвигателем М8 в автоматическом режиме осуществляется с помощью многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера через модуль дискретного вывода А1.3.3, при этом переключатель режимов SA1 находится в положении 2 (автоматическое управление).

Подача общего питания к электродвигателям вентиляторов, транспортеров, сушильного барабана, шнековых и вибропитателей от сети трехфазного переменного тока 380В 50Гц через общий автоматический выключатель QF1.

При возникновении коротких замыканий автоматический выключатель QF1 отсоединяет электродвигатели от сети. От перегрузок каждый электродвигатель защищён с помощью тепловых реле F1-F6. При перегрузках контакты реле F1.1 - F6.1 размыкают цепь магнитных пускателей КМ1-КМ6.

Питание многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера А1 осуществляется от сети переменного тока 220В 50 Гц через блок питания G1. Напряжение переменного тока 220В 50 Гц через автоматический выключатель SF1 подается на контакты 1 и 2 блока питания, с контактов 7 и 8 снимается пониженное напряжение постоянного тока 5В, которое подается на контакты 1 и 2 модулей ввода-вывода многоканального цифрового измерительного преобразователя-контроллера.

Принципиальная электрическая схема и спецификация использованных приборов и технических средств автоматизации приведены в документе ДП 210200.833.2005 Э3.1 и ДП 210200.833.2005 Э3.2.

3.4 Расчет АСР

Удовлетворительное качество регулирования в простейшей одноконтурной системе с использованием стандартных законов регулирования можно обеспечить лишь при благоприятных динамических характеристиках объекта. Однако большинству промышленных объектов свойственны значительное чистое запаздывание и большие постоянные времени. В таких случаях даже при оптимальных настройках регуляторов одноконтурные АСР характеризуются большими динамическими ошибками, низкой частотой регулирования и длительными переходными процессами. Для повышения качества регулирования необходим переход от одноконтурных АСР к более сложным системам, использующим дополнительные (корректирующие) импульсы по возмущениям пли вспомогательным выходным координатам. Такие системы кроме обычного стандартного регулятора содержат вспомогательные регулирующие устройства -- динамические компенсаторы или дополнительные регуляторы.

При условии, если имеется возможность автоматического измерения наиболее «сильного» возмущающего воздействия на ТОУ, то применяется комбинированная АСР, в которой действие контролируемого возмущения компенсируется специальным устройством с помощью регулятора, находящегося в контуре обратной связи. Таким образом регулирующее воздействие формируется на основании двух принципов регулирования: по отклонению регулируемой переменной от заданного значения и по возмущению. Компенсация возмущения осуществляется путем введения дополнительного управляющего воздействия либо на вход канала регулирования, либо непосредственно на вход регулятора.

3.4.1 Нахождение динамических характеристик объекта

Динамические характеристики объекта найдем методом Наслена, используя данные найденные по переходным характеристикам реального объекта:

а) При изменении положения регулирующего органа на 10%:

· значение координаты времени Т = 30 [c];

· значение транспортного запаздывания = 1 [c];

· количество точек ординаты d = 16;

· установившееся значение = 70 [].

б) При изменении влажности подаваемого в сушильный барабан песка на 15%:

· значение координаты времени Т = 30 [c];

· значение транспортного запаздывания = 1,5 [c];

· количество точек ординаты d = 16;

· установившееся значение = 73 [].

в) При изменении температуры поступающего в сушильный барабан песка на 15оС:

· значение координаты времени Т = 30 [c];

· значение транспортного запаздывания = 2 [c];

· количество точек ординаты d = 16;

· установившееся значение = 65 [].

Найдем передаточные функции методом Наслена используя переходные характеристики объекта по каналам управления и возмущения , : (1),

(2),

(3).

где - это передаточная функция изменения температуры сушки

при изменении положения регулирующего органа;

- это передаточная функция изменения температуры сушки

при изменении температуры поступающего песка;

- это передаточная функция изменения температуры сушки

при изменении влажности поступающего песка.

3.4.2 Расчет одноконтурной системы регулирования температуры в сушильном барабане

Для нахождения настроек регуляторов воспользуемся методом Циглера-Никольса. Этот метод базируется на критерии Найквиста, из которого можно написать условие нахождения системы на границе устойчивости:

 (4),

где - комплексный коэффициент усиления объекта,

- комплексный коэффициент усиления регулятора.

Суть метода заключается в том, что в регуляторе выключают интегральную и дифференциальную составляющие, т.е. С0 = 0 и С2 = 0. Меняя настройку П-регулятора, выводим систему на границу устойчивости, т.е. добиваемся, чтобы в замкнутой системе совершались незатухающие колебания.

Далее находим передаточную функцию объекта регулирования и представляем ее в показательной форме. И для нахождения критической частоты и критической настройки нужно решить систему уравнений:

(5)

где - АЧХ объекта регулирования и регулятора,

- ФЧХ объекта регулирования и регулятора соответственно.

Для П-регулятора передаточная функция будет иметь вид: или в показательной форме , т.е. , а .

Тогда, для П-регулятора, система уравнений (5) примет вид:

(6)

И зная, что (7) и (8), найдем из второго уравнения системы (6) критическую частоту и подставив ее в 1-е уравнение системы найдем критическую настройку .

Мы нашли критическую настройку, при которой одноконтурная система, будет находиться на границе устойчивости, т.е. в ней будут происходить незатухающие колебания. Далее, для определения параметров регуляторов, используются эмпирические формулы. Для ПИ-регулятора оптимальные настройки принимают следующие значения:

(9), (10)

,

Переходный процесс в одноконтурной системе (рис.1) при данных настройках регулятора имеет следующий вид (рис. 2):

Рис.1. Одноконтурная система с ПИ-регулятором при подаче на вход 1(t).

Рис. 2. Переходной процесс в одноконтурной системе при подаче на вход 1(t).

Рис. 3. Переходной процесс в одноконтурной системе при подаче на вход возмущения.

3.4.3 Исследование одноконтурной системы на устойчивость

Для исследования системы на устойчивость воспользуемся критерием Найквиста.

Найдем передаточную функцию разомкнутой системы. Она будет равна произведению передаточных функций регулятора и объекта управления:

(11)

Т.к. в передаточной функции присутствует одно интегрирующее звено, то данная система - астатическая с астатизмом первого порядка . Сделаем замену . Поскольку при , т.е. годограф претерпевает разрыв, поэтому чтобы воспользоваться критерием Найквиста введем вспомогательный годограф, который образует замкнутый контур, т.е. интегрирующее звено заменим апериодическим:

(12)

При годограф будет растягиваться и точка на действительной оси . В результате годографы совпадут за исключением точки . В соответствии с этим сформулируем критерий Найквиста для астатических систем: для определения устойчивости замкнутой системы годограф разомкнутой системы с астатизмом любого порядка добавляют дугой бесконечно большого радиуса до действительной положительной полуоси, а далее применяют первую или вторую формулировку критерия Найквиста, в зависимости от того устойчива или не устойчива разомкнутая система.

Корни характеристического уравнения разомкнутой системы отрицательны, значит разомкнутая система устойчива. Т.е. воспользуемся первой формулировкой критерия Найквиста, которая гласит: если разомкнутая система устойчива, то для устойчивости замкнутой системы необходимо и достаточно, чтобы годограф разомкнутой системы не обхватывал точку с координатой (-1 ; j0).

Годограф разомкнутой системы (рис.4) не обхватывает точку (-1 ; j0), значит замкнутая система устойчива. Запас устойчивости по амплитуде .

Рис.4. Годограф разомкнутой системы.

3.4.4 Расчет комбинированной АСР

При анализе сушильного барабана песка как объекта управления было выявлено наиболее сильно влияющее на режим его работы внешнее возмущение, которое можно измерить. Это - изменение температуры и влажности песка, поступающего на сушку. В этом случае целесообразно построение комбинированной АСР. Такая система позволяет максимально ослабить влияние контролируемого возмущения на регулируемую величину с помощью компенсатора, оставляя на долю регулятора с обратной связью отработку величины задания не полностью скомпенсированного измеряемого возмущения, а также тех возмущений, действующих на объект, которые измерить не удаётся.

Регулятор температуры будет получать ее текущее значение, учитывать текущее значение возмущения и воздействовать на регулирующий затвор на линии подачи газа с целью изменения его расхода. В качестве закона регулирования выбираем ПИ-закон, обеспечивающий астатическое регулирование достаточно высокого качества. Сигнал с устройства компенсации возмущения будем подавать на вход регулятора.

3.4.4.1 Определение рабочей частоты

Основой расчета комбинированных систем регулирования является принцип инвариантности. Который можно сформулировать следующим образом: отклонение выходной координаты ТОУ y(t) под действием возмущения x(t) должно быть тождественно равны нулю:

(13)

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8