Виділення об’єкта моделювання

Котлоагрегат як об’єкт регулювання теплового навантаження можна представити у вигляді двух послідовно з’єднаних елементів: топки і випарювальної ділянки котла. Економайзерну та пароперегрівну ділянки котла умовно відносять до випарювальної ділянки.

Рисунок 3.3 Параметрична схема об’єкта.

Позначення повної параметричної схеми:

Fb - витрата палива;

Q - теплосприйняття топки;

Dr - кількість генеруємої пари;

Dк - кількість споживаної пари;

Fd - навантаження споживача;

Pb - тиск в барабані;

Рм - тиск в магістралі;

Математична модель для буде мати вигляд:

Числові значення постійних часу та коефіцієнтів передач наведені в структурній схемі.

Номінальні значення змінювання вхідних параметрів наведені в таблиці:

Таблиця 3.7

№ п/п	Назва змінної	Номінальне значення	Можливі форми	Зміни амплітуди
1	Витрата газу Fb	1 кг/с	стрибок	0,2
2	Витрата пари Fd	9,7 кг/с	стрибок	1,9

Для дослідження математичної моделі використовується програмний пакет MatLab.

Використовуючи складену структурну схему, для отримання перехідних процесів подаємо на кожен вхід по черзі стрибкоподібні збурення величиною 20% від номінального значення. Значення ї приведені в таблиці 3.7.

Рисунок 3.4 Структурна схема АСР

На першому етапі роботи аналізуємо можливість використання одноконтурної замкнутої автоматизованої системи регулювання, як найпростішої в галузі. Для стабілізації теплового навантаження в якості регулятора обираємо ПІ-регулятор.

Для того, щоб наблизити модель АСР до реальної системи, вводимо в неї обмеження (типу насичення) на зміну управляючої дії. А також так як математична модель була отримана стохастичним шляхом, необхідно моделювати інерційність датчиків.

Визначення оптимальних настройок регуляторів здійснюємо за допомогою методу Циглера-Нікольса. Спочатку перетворюємо ПІ-регулятор в П-регулятор, відключивши І-складову. Зміною коефіцієнта передачі регулятора К_р виводимо систему на межу стійкості і визначаємо значення К_р критичне. За співвідношеннями К_р^опт = 0,35К_р^кр , Т_і^опт = 1,25 Т_і^кр визначаємо оптимальні настройки регуляторів.

Для контуру регулювання К_р^кр = 8,6 , Т_і^кр = 85с.

Тоді К_р^опт =0,35·8,6=3,01 , Т_і^опт = 85·1.25 = 106,25с.

З отриманих графіків перехідних процесів (аркуш 6 графічної частини) можна зробити висновок, що регулятор розраховано правильно оскільки як при збільшенні так і при зменшенні на 20% настройок регулятора інтегрально квадратичний критерій якості збільшується.

3.10 Розрахунок та вибір виконуючих механізмів та регулюючих органів

В даному дипломному проекті запропонована система автоматизації, яка реалізована на основі електричних виконавчих механізмів типу МEО.

Механізми електричні одно оборотні постійної швидкості МЭО призначені для переміщення регулюючих органів в системах автоматичного регулювання технологічними процесами у відповідності з командними сигналами автоматичних регулюючих і пристроїв управління.

Принцип роботи механізмів полягає в перетворені електричного сигналу, який поступає від регулюючого або управляючого пристрою у обертальне переміщення вихідного валу.

Основні функції:

• автоматичне дистанційне переміщення робочого органу;

• автоматична чи дистанційна зупинка робочого органу арматури у будь-якому проміжному положенні;

• ручне переміщення робочого органу арматури;

• формування інформаційного сигналу про кінцеве і проміжне положення робочого органу арматури і динаміки його переміщення.

Основні параметри:

• номінальний обертальний момент на вихідному валі в N.m(ньютон х метр);

• номінальне значення повного ходу вихідного органу в оборотах;

• номінальне значення часу повного ходу вихідного валу в секундах;

Необхідний обертальний момент забезпечується підбором потужності електродвигуна механізму, передавального співвідношення редуктора і його коефіцієнта корисної дії. Величина обертального моменту визначає габаритні розміри і масу механізму.

Виконавчий механізм повинен задовольняти певним вимогам:

• він має забезпечувати швидкість регулювання, яка визначена динамікою системи;

• повинен забезпечити лінійність ходової характеристики, тобто залежність між переміщенням вихідного елементу і потужністю командного сигналу;

• він повинен задовольняти вимогам експлуатації, економічним показникам;

• забезпечувати певну масу і певні габарити.

Виходячи із даних вимог використаємо виконавчі механізми з наступними технічними характеристиками:

1. МЭО-100/25-0,25-380В-У

• номінальний обертальний момент на вихідному валу 100 Н∙м;

• номінальний час повного ходу валу 25 с;

• номінальний повний хід вихідного валу 0,25 об.;

• споживана потужність 60 В∙А.

Регулюючий орган – це блок виконавчого пристрою, який діє на витрату речовини, тим самим змінюючи вихідну регулюючу величину. Кожен регулюючий орган повинен відповідати наступним вимогам:

• вид регулюючого органу визначається хімічною речовиною, яка проходить через нього;

• регулюючий орган повинен надійно працювати в широкому діапазоні температур;

Розрахуємо регулюючий орган (РО) подачі води на котел.

Вихідні дані розрахунку:

- витрата води G_max=35т/год;

- перепад тисків при максимальній витраті Р_ро=1,5МПа;

- температура води Т20=30С;

- густина =0,9982г/см³;

- абсолютний тиск перед РО Р₁=4,5МПа;

- абсолютний тиск водипри Т=30С Р_нп=1,0МПа;

• кінематична вязкість при Т=30С=0,01012см²/с;

• коефіцієнт запасу.

Розрахунок.

1. Визначаємо максимальну пропускну здатність РО:

К_мах=G_max== 35∙0,816=28,55т/год

2. Вибираємо регулюючий орган типу клапан з умовою пропускною здатністю К_yмах=28,55∙3=85,65 т/год

Вибираємо регулюючий орган: Д_у=200мм та К_y=100 т/год

3.Визначаємо число Рейнольдса:

Re_y=3540∙G_max/(∙Д_у)=3540∙35/(0,01012∙200)=61215,4

Так як Re_y>2000, тоді вплив вязкості на витрату не враховуємо і обраний РО перевіряємо на можливість кавітації.

4. Визначаємо коефіцієнт опору РО:

=25.4∙F_y²/K_y²=25.4∙(176,63) ²/360000=2,2

5. За кривою “Залежність коефіцієнта кавітації К_кавта К_{кав мах} від” визначаємо коефіцієнт кавітації:

К_кав=0.58

6. Визначаємо перепад тисків, при якому виникне кавітація:

Р_кав=К_кав∙(Р₁-Р_нп)=0,58∙(4,5-1.0)=2,03Мпа

7. Визначаємо максимальну пропускну здатність РО:

К_мах=3∙G_max=3∙35=73,63т/год

Так, як К_мах=73,63т/год менше ніж К_у=100т/год, тому обраний РО забезпечує задану максимальну витрату в умовах кавітації. Вибір РО за пропускною здатністю закінчено.

Інші регулюючі органи, які застосовані в системі автоматизації розраховуються аналогічно.