Регулирование охлаждения кристаллизатора УНРС

Кристаллизатор является водоохлаждаемым объектом. На вход системы охлаждения поступает вода с температурой Т₀ и расходом Q. Пройдя через систему охлаждения, вода приобретает температуру Т_В. Задача системы регулирования состоит в том, чтобы обеспечить такое количество воды, которое не дало бы нагреться кристаллизатору до температур, недопустимых по технологическим ограничениям. При этом температура воды на выходе не должна быть больше 70-80 ⁰С, так как закипание воды недопустимо. Оптимальный перепад температуры воды на входе и выходе DТ примерно 10-15 ⁰С.

Статическая характеристика объекта, связывающая расход воды Q и перепад температур DТ= Т_В- Т₀ представлена на рисунке.

Анализ характеристика показывает, что расход воды меньший чем Q_min недопустим, так как температура на выходе будет слишком высокой и Q_min следует считать минимальным (нерегулируемым) расходом, который должен обеспечивается в любом случае. Для того, чтобы обеспечить безопасную работу, расход увеличивается за счет регулируемой составляющей Q_p=Q-Q_min, снижающей выходную температуру воды и, соответственно перепад DТ.

Динамическая характеристика (переходная) приведена ниже.

Обработка данных показала, что объект представляет собой звено второго порядка с запаздыванием.

При этом , так как теплоемкость меди (стенки кристаллизатора) много меньше теплоемкости воды. Без большой ошибки можно аппроксимировать объект инерционным звеном с запаздыванием.

Время запаздывания составляет примерно 5÷6 сек., постоянная около 20÷30 сек. Среднее значение k определяется по формуле:

Коэффициент k имеет отрица-тельный знак.

Вода в кристаллизатор подается под давлением. Среднее давление около 8 атм. (8 кг/см²). Расход воды около 300 м³/час (80 лит. в сек).

Задача системы регулирования заключается в подаче такого количества воды, которое обеспечивало бы оптимальный температурный режим кристаллизатора и перепад температуры воды в диапазоне 10-15 ⁰С.

При разработке системы регулирования и её структурной схемы использовался следующий подход. Общее количество воды представляется суммой двух составляющих: Q_min – минимальное количество воды, при котором перепад температуры воды максимален и равен 50-60 ⁰С (при температуре на входе 10-30 ⁰С это соответствует 60-90 ⁰С на выходе) и Q_p – регулируемая добавка, снижающая этот перепад до оптимальных 10-15 ⁰С. Чем больше Q_p, тем меньше перепад температур и тем больше уменьшение перепада относительно максимального. Пусть Т₀- температура воды на входе, Т_в – температура на выходе при минимальном Q_min, Т_вр – температура воды на выходе, соответствующая регулируемому дополнительному расходу Q_p.

Представим объект в АСР в виде двух звеньев, одно из которых отражает динамику, а второе - статическую характеристику, связывающую величину снижения температуры от максимальной и дополнительному расходу Q_p.

Эта характеристика получена из зависимости D ,приведенной выше. Точные данные должны определяться на конкретном объекте экспериментально. Пусть при Q=Q_min=0.5Q_max=40 л/c (Q_p=0) перепад составляет 60⁰С,D . Тогда при повышении расхода до Q=Q_max=80 л/c, то есть Q_p=40 л/с перепад составит 10⁰С, т.е. D

Структурная схема выглядит следующим образом.

Здесь: К_и=Q_p/U_p=40/10=4, T_u=1c,

W_др=K_др/T_дрp+1; К_др=10/40=0.25; Т_др=0,5, ,

По модели можно рассчитать регуляторы и проверить работоспособность системы.

а) Расчет контура расхода воды

;

;

К_др ;

Т_u=T_др=0.5; Т=3

;

(файл KR_OX.SA) (mc_piras.sa)

б) Расчет контура температуры

Передаточная функция внутреннего контура

(усредненный коэффициент объекта)

(mc_rt.sa)

(krist_oxl.sa)

Модель АСР в программе «Анализ систем 3.1» представлена на рисунке. Результаты приведены ниже. Принято значение T₀ = 20 °C, DT₃ = 15 °C, то есть T_В = 35 °C.При возмущении по DT на 10 °C и последующем возмущении по давлению воды на 2 атм. система обеспечивает стабилизацию по температуре на заданном уровне.

Структура модели АСР температуры кристаллизатора

Результаты расчета по модели

1 - температура воды на выходе кристаллизатора (°C), 2 - расход воды (л/с)

Литература

1. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 1975.

2. Шестаков В.М., Егоров В.Н.Современные методы расчета динамики замкнутых САУ электроприводами: Учебное пособие. - Л.: СЗПИ, 1982.

3. Мочалин В.Н., Кученков Е.Д., Туркин В.В., Ильенок А.В. Автоматизация типовых технологических процессов и промустановок: Учебное пособие. - Вологда: ВПИ, 1986.

4. Мочалин В.Н., Кученков Е.Д., Туркин В.В., Урусов В.П. Проектирование и исследование САУ с применением ЭВМ: Методические указания. - Вологда: ВПИ, 1988.

5. Корн Г., Корн Т.Справочник по математике для научных работников и инженеров. - М.: Наука, 1984.

6. Гарнов В.К., Рабинович В.Б., Вишневецкий Л.М. Унифицированные системы управления электроприводом в металлургии. - М.: Металлургия, 1977.

7. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода. - М.: Энергия, 1979.

8. Ананьев В.П. Синтез и наладка квазиоптимальных систем подчиненного регулирования и управления в металлургии. - М.: ЦИПК ЧМ, 1984.

9. Бычков В.П. Электропривод и автоматизация металлургического производства. - М.: Высшая школа, 1977.

Содержание

Дата добавления: 2014-12-24