Вступ Поняття про автоматику та автоматизацію. Автомат

Скачати 1.05 Mb.

Назва	Вступ Поняття про автоматику та автоматизацію. Автомат
Сторінка	8/9
Дата	04.04.2013
Розмір	1.05 Mb.
Тип	Документи

bibl.com.ua > Фізика > Документи

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Методи регулювання рівня та закони регулювання автоматичних

регуляторів в САР рівня.

В залежності від заданої точності регулювання рівня застосовують:

а) позиційне регулювання, при якому рівень в апараті підтримується в заданих межах L_Н  L  L_В, де L_Н, L_В - задані нижнє і верхнє значення рівня. Позиційні системи регулювання застосовуються в збірниках рідин, в проміжних ємностях. При досягненні граничного значення рівня переходить автоматичне переключення потоку на запасну ємність.

Рис. Приклад схеми позиційного регулювання рівня: 1 – насос; 2 – апарат; 3 – давач рівня; 4 – регулятор рівня; 5, 6 – регулюючі клапани

б) неперервне регулювання забезпечує стабілізацію рівня на заданому значенні L = L₀.

Вибір законів регулювання в САР рівня залежить від заданих показників якості регулювання.

Рівень рідини схильний до коливань при наявності зовнішніх збурень. В промислових апаратах рівень рідини, як правило, коливається в амплітудою, яка в деяких випадках може досягати 20-30% від номінального значення рівня. В більшості випадків контури регулювання рівня швидкодіючі, бо період коливань складає декілька секунд. Введення Д-складової в закон регулювання недоцільно, бо це приводить до збільшення амплітуди коливань.

В неперервних системах регулювання можуть застосовуватись П-регулятори, якщо за умовами роботи ТОК допустима статична похибка регулювання і збурення, що діють на ТОК, не мають постійної складової. Теоретично САР рівня з П-регулятором є стійкою при будь-яких збуреннях і коефіцієнтах передачі регулятора. Для зменшення статичної похибки регулювання необхідно збільшувати коефіцієнт передачі регулятора. Для реальних ТОК під оптимальним значенням коефіцієнта передачі П-регулятора приймають таке, при якому ще відсутній коливний перехідний процес. Для забезпечення стійкості контуру достатньо встановити невеликий діапазон пропорційності регулятора.

ПІ-регулятори застосовуються в ТОК, де рівень впливає не тільки на гідродинамічну рівновагу в об’єкті, а й на теплові процеси. Так, наприклад, в парових теплообмінниках, рівень конденсату визначає поверхню теплообміну. Вимоги до точності регулювання рівня в таких апаратах є достатньо високі.

При відсутності фазових перетворень в апараті рівень у ньому регулюють одним із трьох способів:

а) зміною витрати рідини на вході в апарат (регулювання на „притоці”);

б) зміною витрати рідини на виході з апарату (регулювання на „стоці”);

в) регулюванням співвідношення витрат на вході в апарат і на виході із нього з корекцією за рівнем (каскадна САР); відключення коректуючого контуру може призвести до нагромадження похибки при регулюванні рівня, так як внаслідок неминучих похибок в настройці регулятора співвідношення витрат на вході і виході апарату не будуть точно рівні між собою і внаслідок цього рівень буде постійно зростати (спадати)

Рис. Схеми неперервного регулювання рівня: а) регулювання „на притоку”; б) регулювання „на стоку”; в) каскадна САР; 1 – регулятор рівня; 2 – РО; 3, 4 – давачі витрати; 5 – регулятор співвідношення

У випадку коли гідродинамічні процеси в апараті супроводжуються фазовими перетвореннями, рівень можна регулювати шляхом зміни подачі теплоносія (або холодагенту). В таких апаратах рівень взаємопов’язаний із іншими параметрами (наприклад, тиском) тому вибір способу регулювання рівня в кожному випадку повинен виконуватися з врахуванням решти контурів регулювання.

Рис. Регулювання рівня у випарнику: 1 – випарник; 2 – регулятор рівня; 3 – РО

Регулювання рівня в апаратах з киплячим (зрідженим рос. псевдоожижженый) шаром
Рис. Регулювання рівня киплячого шару

а) шляхом відводу зернистого матеріалу;

б) зміною витрати газу; 1 – апарат з киплячим шаром; 2 – регулятор рівня; 3 – регулюючий орган
Нормальна робота апаратів КШ можлива лише при визначеній висоті КШ (рівня матеріалу). Стійке підтримання рівня киплячого шару можливе в достатньо вузький межах зміни відношення витрати газу і маси шару. При значних коливаннях витрати газу (або витрати зернистого матеріалу) наступає режим виносу шару або його осідання. Тому до точності регулювання рівня киплячого шару ставлять достатньо високі вимоги. В якості регулюючих дій використовують витрату зернистого матеріалу на вході або на виході апарату чи витрату газу на зрідження шару.
3.4. Регулювання температури.

Температура є основною вихідною величиною при регулюванні різноманітних теплових процесів в теплообмінниках, реакторах, печах, ректифікаційних колонах, випарних установках, тощо. Динамічні характеристики об’єктів в системах регулювання температури залежать від фізико-хімічних параметрів процесу і конструкції апарата.

Системи регулювання температури забезпечують підтримання теплових балансів в апаратах.

Загальними особливостями САР температури є значна інерційність теплових процесів, а також промислових первинних вимірювальних перетворювачів температури.

Основні принципи регулювання розглянемо на прикладі реактора. Показником ефективності роботи теплообмінних апаратів є температура продукту, а метою керування - підтримання цієї температури на певному заданому значенні.

Більшість об’єктів температури належать до об’єктів із розподіленими параметрами. Для спрощень розглянемо об’єкт із зосередженими параметрами – реактор періодичної дії, який охолоджується рідиною, що циркулює з постійною витратою через оболонку (рис.). регулятор змінює кількість холодної води, що подається в оболонку оболонки; при цьому змінюється кількість тепла, що відводиться від реактора. Розглядуваний об’єкт характеризується такими тепловими ємностями: речовини у реакторі; стінок реактора; рідини, що подається в оболонку давача температури, а також запізненням, яке виникає внаслідок циркуляції охолоджуючої рідини. Так, як тепло, яке виділяється у реакторі відводиться через його стінки охолоджуючою водою, то реагуючі речовини, стінки реактора і охолоджуюча вода з точки зору їх ємнісних властивостей впливають одна на одну.

Визначення постійних часу. Постійні часу об’єкта регулювання можна знайти з рівняння теплового балансу системи в невстановленому режимі для кожної поверхні теплообміну.

Складемо рівняння теплового балансу для внутрішньої поверхні стінки реактора, приймаючи, що швидкість виділення тепла в реакторі постійна. Тепло, яке виділяється в результаті реакції, витрачається на нагрівання поверхні стінки реактора і на підвищення температури речовини.

Рівняння теплового балансу має вигляд:

( 4.1 )

де Q - кількість тепла, що виділяється; k₁ - коефіцієнт тепловіддачі від речовини до стінки реактора; A - поверхня теплообміну; T - температура реагуючих речовин в реакторі; T₁ - температура внутрішньої стінки реактора; W₁ - маса реагуючих речовин; C₁ - питома теплоємність реагуючих речовин.

Приведемо попереднє рівняння до звичайного вигляду:

( 4.2 )

Коефіцієнт біля першої похідної в рівнянні ( 2 ) є постійна часу:

( 4.3 )

Тобто, передача тепла від реагуючих речовин до внутрішньої поверхні стінки реактора відбувається з постійною часу t₁ і коефіцієнтом передачі, який у встановленому режимі є рівним одиниці. Якщо величина k₁A невідома, то ії можна замінити виразом Q/(T-T₁). Тоді t₁ можна визначити з рівняння:

( 4.4 )

Передача тепла від внутрішньої поверхні стінки реактора до зовнішньої відбувається з постійною часу:

(4.5 )

де W₂ - маса стінок реактора; С₂ - питома теплоємність матеріалу стінки; k₂ - коефіцієнт теплопровідності матеріалу стінки; l - товщина стінки; Т₂ - температура зовнішньої поверхні стінки.

Тепло від зовнішньої поверхні стінки передається охолоджувальній рідині з постійною часу:

(4.6 )

де W₂ - маса рідини в охолоджувальній сорочці; С₃ - питома теплоємність рідини в охолоджувальній сорочці; k₃ - коефіцієнт тепловіддачі від стінок реактора до охолоджувальної рідини; Тc - середня температура охолоджувального середовища.

Аналогічно розраховується і постійна часу давача, але для більшості давачів є вже наперед визначені інерційності.

Ще необхідно врахувати запізнення ( транспортне або технологічне) яке є властивим для більшості теплових об’єктів. Наприклад, в об’єкті, який розглядається, час чистого запізнення можна визначити як відношення об’єму сорочки до швидкості циркуляції рідини в ній:

( 4.7 )

Визначення коефіцієнта передачі об’єкта. Вхідною величиною реактора є середня температура охолоджувального середовища, а вихідною - температура в реакторі. Останню регулюють зміною витрати охолоджувального середовища, для цього необхідно зв’язати цю витрату з температурою охолоджувального середовища. Тому до потоку циркулюючого охолоджувального середовища, витрата якого F - Fw при температурі Тc₂, додають свіжий холодоносій, витрата і температура якого відповідно дорівнює Fw і Тw. При цьому утворюється суміш рідини, яка повертається в сорочку реактора з витратою F і температурою Тc₁.

Для того, щоб зв’язати витрату охолоджувального середовища з ії температурою, записуємо рівняння теплового балансу потоків при їх змішуванні:

( 4.8 )

звідки

( 4.9 )

або, якщо представити праву частину цього рівняння через теплове навантаження:

(4.10 )

Приймаючи, що середня температура охолоджуючого середовища Т_С дорівнює середньо арифметичному значенню температур рідин, що входять і виходять, знайдемо значення Т_С2:

( 4.11 )

звідси з врахуванням рівняння ( 9 ):

(4.12 )

Розв’язуючи останнє рівняння відносно Т_С, отримаємо:

(4.13 )

Коефіцієнт передачі об’єкта, який є відношенням зміни середньої температури циркулюючого охолоджуючого середовища до зміни витрати свіжого холодоносія, визначається шляхом диференціювання останнього рівняння:

(4.14 )

Ця залежність має нелінійний характер. Для часткової компенсації цієї нелінійності, для зміни витрати теплоносія, використовують клапан з логарифмічною характеристикою.

На основі характеристик теплового об’єкта, які приведені вище, можна зробити наступні висновки:

визначити постійні часу теплового об’єкта дуже важко у зв’язку з взаємодією ємностей між собою;
наявність елементів з розподіленими параметрами ускладнює розрахунок контуру регулювання;

теплові об’єкти мають як мінімум одну нелінійність; властивості цих об’єктів слід визначати в кожному конкретному випадку

Оцінимо сталі часу,

для реактора, який містить

=18000 кг речовини з

=0,8 ккал/(кг ^°С). У результаті реакції виділяється 5000 ккал/хв тепла при 93 ^°С і температурі стінки 76,5 ^°С. Тоді

=48 с.

Якщо

=3600 кг, а

=0,15 ккал/(кг ^°С) і температурний градієнт

=5,5 ^°С, то

=0,6 хв.

Якщо

=2270 кг,

=60 ^°С, то

=4,1 хв. Стала часу

давача температури приймається 0,5 хв.

Виходячи зі швидкості циркуляції рідини в оболонці

=1135 кг/хв, визначимо час чистого запізнення:

=2 хв.

Якщо б усі його інерційні елементи були елементами чистого запізнення, то і в цьому випадку період коливань контура регулювання не перевищував би 29 хв. Проте слід врахувати те, що інерція процесу, зумовлена перемішуванням реакційної маси не враховувалася. При розрахунку сталої часу процесу змішування реакційної маси було прийнято , що остання знаходиться у стані ідеального змішування. Насправді, неможливо за безмежно малий проміжок часу реалізувати перенос рідини і тепла до стінок реактора тепло передається як шляхом конвекції, так і за допомогою теплопровідності, причому останній спосіб діяв би у випадку нерухомої рідини. При аналізі цього обєкту необхідно враховувати наявність як мінімум трьох теплових ємностей, які взаємодіють між собою, а наявність теплових опорів між ними приводить до виникнення технологічного часу запізнення, що значно погіршує перехідний процес у контурі. Крім того,

залежить від

у реакторі, що зумовлює нелінійність процесу.
3.5. Регулювання складу продукту.

При раціональній організації масообмінних процесів (абсорбція, екстракція, ректифікація, адсорбція, сушка); теплових процесів (випарювання, кристалізація); та реакційних процесів (нейтралізація, синтез, заміщення і т.д.) основним параметром оптимізації є показники якості продукції до яких відносять: концентрацію, густину, склад, рН, вологість і інші.

Вимірювання показників якості в більшості випадків є дуже складною технічною задачею, так як на фізичний перетворювач (сенсор) крім контрольної величини впливає цілий ряд інших факторів, так званих неінформативних параметрів які значно спотворюють результат вимірювання, а багато показників взагалі не контролюються через відсутності відповідної апаратури

Регулювання складу продукту. Регулювання технологічних процесів доцільно реалізувати по складу продукту, який залежить від витрати реагуючих речовин, а це зумовлює запізнення у контурі. На роботу такого контуру впливає також інерційність процесу аналізу складу, та неідеальне перемішування компонентів. Об’єкти регулювання складу, як правило, бувають дуже складними і вимагають детального вивчення динамічних характеристик і взаємовпливів у роботі. Як правило, при регулюванні процесів масообміну вимагається декілька контурів регулювання, кількість яких залежить від вихідних параметрів об’єкту.

б뀋。

Розглянемо роботу цього контуру на прикладі змішувача двох компонентів. Технологічна схема змішувача приведена на рис. 3.3.
Схема регулювання складу суміші двох продуктів, приведена на рисунку, використовується для підтримки постійного складу розчину на виході з апарату шляхом зміни витрати концентрату, який подається в апарат. При відсутності хімічної реакції розчин заданого складу утворюється в результаті змішування двох рідин в резервуарі. Цей резервуар був би одноємнісним об’єктом, якщо б відбувалося ідеальне перемішування, що практично неможливо. Відповідно, є деяке запізнення, яке обумовлено кінцевою швидкістю переносу частинок рідини в змішувачі від впускного отвору до випускного.

Якщо рідина в резервуарі, який показаний на рисунку, зовсім не змішується, то вона досягає вихідного отвору через відрізок часу V/F. В даному випадку час чистого запізнення = V/F, а постійна часу T=0. При ідеальному змішуванні =0, а T= V/F. В дійсності має місце проміжний випадок.

Характеристика роботи змішувача визначається продуктивністю циркуляційного насосу, який забирає рідину знизу і нагнітає її у верхню частину. При цьому циркулюючий потік має постійну витрату Fa. В цьому випадку час перебування частинок рідини в резервуарі, тобто час запізнення змішувача, рівний

Повноту змішування рідин оцінюють відношенням циркулюючого висхідного потоку рідини до спадного потоку в резервуарі Fa/(Fa+F). Тоді під постійною часу резервуару можна розуміти частину ємності, в якій маса повністю перемішана (ідеальне перемішування):

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Схожі:

Вступ Поняття про автоматику та автоматизацію. Автомат Автомат в перекладі з грецької самодіючий пристрій (машина, апарат, прилад, пристосування), сукупність технічних засобів, що дозволяє...	Уроку Вступ. Узагальнення знань, отриманих учнями на уроках трудового навчання у початковій школі про професії. Поняття про технологію....
1. Поняття і зміст трудового договору Вступ	Тема: Вступ. Загальні поняття товарознавства продовольчих товарів ...
Вступ. Загальна характеристика розвитку культури та літератури XIX... Поглиблене поняття про мистецтво та його види, художню літературу як словесний вид мистецтва	1. Поняття і елементи позову. Форма і зміст позовної заяви ст. 5 Вступ ст. 3
МОЛОДІЖНІ СУБКУЛЬТУРИ ТА ЇХНІЙ ВПЛИВ НА СТАНОВЛЕННЯ ОСОБИСТОСТІ СТАРШОКЛАСНИКІВ... РОЗДІЛ ЗАГАЛЬНЕ ПОНЯТТЯ ПРО МОЛОДІЖНІ СУБКУЛЬТУРИ ТА ЇХ ВПЛИВ НА СУЧАСНИЙ СВІТ	ПЛАН ВСТУП ПОНЯТТЯ І ВИДИ ОБСТАВИН, ЯКІ ВИКЛЮЧАЮТЬ СУСПІЛЬНУ НЕБЕЗПЕЧНІСТЬ... Кримінальне право, визначаючи поняття злочину (ст. 11 КК України), вказує передусім на найважливіші його ознаки – суспільну небезпечність...
УРОК №1 Відомості про автоматизацію, комп'ютеризацію технологічних процесів, застосування промислових роботів. Повторення правил безпечної...	5. Базові поняття програмування (5 год.) Поняття програми як автоматизованої системи. Складові програми: дані, логіка, інтерфейс. Поняття об’єкта у програмуванні. Атрибути...

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання