5.2 Определение параметров настройки САУ температуры
Считаем, что для условий управления контуром регулирования температурой газов на входе сушильного барабана достаточно применять пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор.
Передаточную функцию регулятора температуры ПИ-типа запишем в дискретной форме, принятой в блоке Discrete PID Controller [5]
где P и I – параметры регулятора, требующие определения.
Передаточная функция цифро-аналогового преобразователя (ЦАП)
Далее определим параметры ПИ регулятора разрежения и с помощью пакета MatLab и его приложения Simulink. Для этого из блоков Simulink соберем модель САУ температуры газов (рис. 5.2).
Рассмотрим назначение блоков в Simulink-модели (рис. 5.2).
Блок Step формирует сигнал задания на температуру газов – увеличение в момент времени 0 от 0 до значения (рис. 5.3).
Блок Discrete PID Controller – дискретный ПИ-регулятор, параметры которого требуют настройки. Настройку регулятора рассмотрим далее.
Блоки Transfer Fcn и Transport Delay соответствуют передаточной функции объекта управления
На рис. 5.4 приведены параметры блока Transfer Fcn.
На рис. 5.5 приведены параметры блока Transport Delay.
Блок Zero-Order Hold (экстраполятор нулевого порядка) обеспечивает переход от непрерывных переменных к дискретным переменным.
При моделировании установлен метод расчета с переменным шагом ode23s, время моделирования 400 с, остальные настройки параметров расчета при моделировании приведены на рис. 5.6.
Для настройки параметров ПИ-регулятора воспользуемся возможностями блок Discrete PID Controller. Для этого требуется открыть диалоговое окно блока Discrete PID Controller («ПИД-регулятор»), указать период дискретизации и нажать кнопку Tune («Настройка»). Откроется окно PID Tuner (рис. 5.7).
Интерфейс настройки Simulink Control Design линеаризует объект в текущей рабочей точке и строит линейную модель объекта с постоянными параметрами, с которой взаимодействует блок ПИ-регулятора в замкнутом контуре управления. Вычислительная задержка, связанная с дискретизацией сигнала, учитывается автоматически. Используя метод автоматической настройки, интерфейс Simulink Control Design вычисляет первоначальные коэффициенты усиления ПИ-регулятора. Этот метод не накладывает никаких ограничений на порядок объекта или постоянную времени, причем он работает в областях как непрерывного, так и дискретного времени.
Данный метод настройки параметров ПИ-регулятора использует интегральный квадратичный критерий оптимальности.
В результате вычисления параметров с помощью инструментов пакета MatLab были получены следующие значения: P=1,87812 и I=0,04076.
6. Исследование качества управления разработанной САУ температуры газов на входе сушильного барабана
Выполним исследование качества САУ температуры газов на входе сушильного барабана с помощью Simulink-модели (рис. 5.2).
На рис. 6.1 показана реакция замкнутой САУ температуры с настроенным ранее регулятором на единичный скачок задающего воздействия.
Как видно из рис. 6.1 – перерегулирование составляет 6,93%, а время завершения переходного процесса – 132 с.
Полученные при моделировании переходные процессы свидетельствуют о том, что разработанная САУ температуры газов удовлетворяет требованиям технологического процесса в сушильном барабане.
На рис. 6.2 показаны графики ЛАЧХ (Magnitude) и ЛФЧХ (Phase) для разомкнутого контура регулирования температуры газов.
Запас устойчивости САУ по модулю составляет 60°. Запас устойчивости САУ по фазе составляет . Замкнутая система устойчива.
7. Разработка функциональной схемы автоматизации температурного режима процесса сушки в сушильном барабане
Система автоматизации температурного режима сушильного агрегата АО «Апатит» включает в себя следующие САУ (рис. 7.1):
- расход первичного воздуха (поз. 1);
- расход вторичного воздуха (поз. 2);
- расход мазута в топку (поз. 3);
- разрежение в топке (поз. 4);
- температура в топке (поз. 5);
- температура газов перед сушильным барабаном (поз. 6);
- влажность концентрата (поз. 7).
Функция технологических защит. Функция должна обеспечивать автоматическое отключение оборудования при отклонении контролируемых параметров от граничных значений и возникновении аварийных ситуаций с выдачей аварийной световой и звуковой сигнализации (в том числе по месту). Действие функции прекращается при отсутствии условий, вызывающих срабатывание защиты и снятия (квитирования) аварии оперативным персоналом. Функция выполняется во всех режимах работы технологического оборудования.
Функция местного не сблокированного управления. Функция должна обеспечивать запуск и останов оборудования с выполнением функции контроля готовности для работы в период ремонта и наладки. Запуск и останов оборудования осуществляется с постов местного управления с обязательной предпусковой световой и звуковой сигнализацией. В режиме местного не сблокированного управления технологические блокировки со связанным оборудованием не задействованы, за исключением комплектного вспомогательного оборудования.
Функция автоматического сблокированного управления. Функция должна обеспечивать автоматический последовательный сблокированный запуск и останов оборудования. Запуск оборудования осуществляется с обязательной предпусковой световой и звуковой сигнализацией. Запуск и останов высоковольтного оборудования выполняется от индивидуальных элементов управления на мнемосхемах, с выполнением функции контроля готовности. Функция должна предотвращать запуск оборудования при проведении ремонтных работ.
Функция ремонтного режима. Функция должна предотвращать местный и дистанционный запуск оборудования при проведении ремонтных работ.
Функция контроля готовности оборудования к пуску. Функция должна осуществлять контроль параметров, обеспечивающих штатный запуск технологического оборудования, с выдачей разрешающего сигнала и необходимой сигнализацией.
Функция автоматического регулирования. Функция должна обеспечивать автоматическое регулирование заданных параметров технологического процесса:
- выполнение алгоритмов стабилизации расхода кека на сушку;
- выполнение алгоритмов регулирования разрежения в топке сушильного барабана;
- выполнение алгоритмов регулирования расхода мазута в топку сушильного барабана;
- выполнение алгоритмов регулирования расхода первичного воздуха в топке сушильного барабана;
- выполнение алгоритмов регулирования расхода вторичного воздуха в топке сушильного барабана;
- выполнение алгоритмов регулирования расхода воды на орошение скруббера;
- выполнение алгоритмов стабилизации влажности концентрата.
8.Разработка функциональной схемы САУ температуры газов на входе сушильного барабана.
САУ разрежения входит в систему автоматизации сушильного агрегата.
Температура газов перед сушильным барабаном при сжигании мазута выбирается не выше 1200°С, так как при более высокой температуре начнется разрушение кирпичной кладки топки, выполненной из огнеупоров. Такие ситуации возможны, поскольку при больших нагрузках кека на сушильный барабан, свыше 140 т/ч, контур стабилизации влажности апатитового концентрата пытаясь удержать параметр в регламентных границах, увеличивает задание регулятору расхода мазута до максимального значения, поднимая тем самым температуру в топке до критической отметки. Так же температура не должна быть меньше 1100°С, в противном случае начнется образование сажи (образование сажи может стать причиной «сажевого пожара» в газоходе при остановке сушильного барабана) и температура отходящих газов может снизиться ниже точки росы, в этом случае будет происходить конденсация водяных паров, а как следствие разрушение газохода сернокислотной коррозией и преждевременный выход его из эксплуатации.
Таким образом, для сохранения температуры газов перед сушильным барабаном в пределах 1100 – 1200°С необходимо постоянно следить за регулировкой подачи воздуха в топку, затем, чтобы она точно соответствовала подаче топлива и коэффициент избытка воздуха был минимальным (α=2-2,2).
Заключение
В данной работе выполнена разработка системы автоматизации температурного режима процесса сушки апатито-нефелиногового концентрата, а именно САУ температуры газов на входе сушильного барабана в условиях АО «Апатит».
Составлены функциональные схемы системы автоматизации, системы автоматического управления.
Для САУ температуры газов на входе сушильного барабана найдены оптимальные настройки регулятора.
Полученные результаты могут использоваться при модернизации системы автоматизации в условиях предприятия АО «Апатит».
Список использованных источников
1.Суриков В.Н., Буйлов Г.П. Автоматизация технологических процессов и производств.: учебно-методическое пособие / ГОУВПО СПбГТУРП. –СПб., 2011. Часть 1. -77 с.
2.Буйлов Г.П. Автоматизация оборудования целлюлозно-бумажного производства: учебное пособие по дипломному проектированию. -2-е изд., испр. — / СПбГТУРП. – СПб., 2013. – 167 с.
3.Буйлов Г.П., Доронин В.А., Серебряков Н.П. Автоматика и автоматизация производственных процессов целлюлозно-бумажных производств: учебное пособие для вузов. – М.: Экология, 1995. –320 с.
4.Буйлов Г.П. Математические модели пропитки и пропарки щепы в производстве ВПВВ и их использование для управления и оптимизации / СПбГТУРП. – СПб., 2013. – 70 с.: ил. 23
5.Дьяконов, В.П. MATLAB 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 в математике и моделировании: полное руководство пользователя / В.П. Дьяконов. — М. : СОЛОН-ПРЕСС, 2008. — 566 с. : ил. — Библиогр. в кн. — ISBN 5-93455-177-9 ; То же [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=271895 – Данные на 03.06.2016 г.
6.Сайт ГК «Новые технологии»- http://mtn.nt-rt.ru
7.Сайт Руководство по эксплуатации – Режим доступа: http://www2.emersonprocess.com/siteadmincenter/PM%20Metran%20Documents/Catalog/Metran/%D0%9C%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD-280-280-%D0%95%D1%85.pdf
8.Сайт АБС ЗЭиМ Автоматизация (Чебоксары). Руководство по эксплуатации– Режим доступа: http://www.zeim.ru/production/docs/re/53.pdf
9.Сайт ООО «Эмикон»-http://www.emicon.ru/FrontTopic/id650
10.Сайт ООО «Эмикон»-http://www.emicon.ru/FrontTopic/id651
11.Сайт ООО «Эмикон»-http://www.emicon.ru/FrontTopic/id652
12.Сайт ООО «Эмикон»-http://www.emicon.ru/FrontTopic/id653
13.Сайт ООО «Эмикон»-http://www.emicon.ru/FrontTopic/id802
14.Белоусов В.Н.,Смородин С.Н.,Смирнова О.С. Топливо и теория горения: учебно-методическое пособие / СПбГТУРП-СПб.,2011.Часть 2.