Процес випарювання

 

Сигналізації  підлягають:

• тиск ретурної пари  на вході в випарну установку;
• тиск ретурної пари ;
• витрата пари перед кожною установкою;
• концентрація розчину на виході з випарної установки;
• рівень у всіх корпусах випарної установки.

 
 
 

3. Розрахунок  системи автоматичного  регулювання.

3.1. Розрахунок параметрів математичної моделі об’єкта  регулювання.

Розрахуємо один з контурів автоматичного регулювання. Наприклад розглянемо контур регулювання рівня в випарних корпусах. Для знаходження передаточної функції об’єкта регулювання використаємо рівняння динаміки. Маємо:

Здійснимо перетворення Лапласа 

 

Отримаємо:

 

Отже  це інтегральна ланка

Параметри об’єкта:

 

ρ =0.6 (кг/м³) - густина ретурної пари;

S=15 (м³) – площа апарату;

Виконавчий  механізм буде мати передаточну функцію:

DQ=0.46 (кг/с) –витрата;

DІ=0…20 – керуючий сигнал

3.2. Вибір та обґрунтування параметрів перехідного  процесу.

    Оскільки  в контурі регулювання маємо дуже мале запізнення то з трьох типових перехідних процесів вибираємо один, а саме з 20% перерегулюванням. Даний перехідний процес забезпечить оптимальний час регулювання і необхідну точність. Оскільки передаточна функція об’єкта керування є ланкою без самовирівнювання то вибираємо ПІД-регулятор.

     

    V_тр – об’єм трубопроводу від РО до входу в апарат.

     

    d=0.04 м – діаметр трубопровода;

Наближено коефіцієнти передачі регулятора можна  розрахувати за залежностями Циглера-Нікольса:

 

 

                                

 

 

   3.5. Моделювання та оптимізація перехідного процесу.

    Для побудови перехідного процесу використаємо програму MatLab і середовище Simulink. У вікні складемо наступний замкнутий контур:

    

Рис. 3. Структурна схема контуру регулювання рівня.

    В результаті моделювання отримаємо  наступний перехідний процес:

    

Рис. 4. Перехідний процес в контурі регулювання рівня.

t_p= 20 (c ) – час регулювання;

 – перерегулювання;

              - усталена похибка

Оскільки пере регулювання в даному перехідному процесі складає 28% то потрібно провести оптимізацію, підключивши блок NCD 

    

Рис.5. Оптимізація контуру регулювання рівня.

Рис. 6. Оптимізований перехідний процес в контурі регулювання рівня.

Кp =33.2506

Кi =8.3283e-004

Кd = 38.4605

t_p= 10 (c ) – час регулювання;

σ =0 % – перерегулювання;

              -  усталена похибка

проведемо дослідження даної системи на робастність, для цього збільшимо К_об на 15%  в результаті отримаємо наступну перехідну характеристику:

Рис. 7. Перехідний процес в контурі регулювання рівня при збільшені К_об  на  15%.

Дана  система є робастною, тоюто показники  якості регулювання істотно не погіршуються при зміні параметрів об’єкта  регулювання. 

3.8. Розрахунок показників  надійності розрахованого  контура регулювання.

Під надійністю системи автоматичного регулювання  розуміють її властивість зберігати роботоздатний стан впродовж заданого проміжку часу або заданого напрацювання.проведемо розрахунок контура регулювання рівня продукту.При цьому припускаємо, що робота контура підкоряється експоненціальному закону розподілу, бо саме цим законом описується більшість технічних систем. Експоненціальний розподіл також застосовується для відновлювальних об’єктів з постійним потоком відмов. Цей розподіл також широко використовується для попередньої оцінки безвідмовності технічної системи яка розробляється.

    Ефективність  застосування ТЗА в більшості  випадків визначається їх надійністю. Зробимо розрахунок надійності розробленого контуру регулювання. Контур складається з 3 блоків: давача, регулятора і виконавчого механізму. Інтенсивність відмов для давача складає год^-1. Кількість відмов . Інтенсивність відмов для регулятора складає год^-1. Кількість відмов . Інтенсивність відмов для виконавчого механізму складає год^-1. Кількість відмов .

    Загальна  інтенсивність відмов для контура визначається за належністю:

     ;

    де  k=3 – число елементів у системі.

      год^-1.

    Середній  час наробітку до відмови:

     ;

      год.

    Розрахуємо  ймовірність безвідмовної роботи на проміжку часу 10000 год. Для експоненціального закону розподілу:

      

    де  t-заданий проміжок часу

    Отримаємо:

     .

    Отже  ймовірність безвідмовної роботи даного контуру напротязі часу 10000 год  складає 70%.