ОСНОВНЫЕ ОБЪЕКТЫ УПРАВЛЕНИЯ СТЕКОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Стекловаренные печи с газовым обогревом. На этих объектах управления, выделяют следующие параметры контроля и регулирования: а)температура в различных зонах стекловаренной печи; б)давление в стекловаренной печи; в)уровень стекломассы в стекловаренной печи; г)расход газа и воздуха, подаваемых к горелкам; д)концентрация кислорода в отходящих дымовых газах. Лер отжига с газовым и электрическим обогревом. Основными параметрами контроля и регулирования на этих объектах являются температуры в различных тепловых зонах: зоне нагрева, зоне выдержки, зоне медленного охлаждения. Печи моллирования и печи закалки. Основным параметром контроля и регулирования на этих объектах является температура в различных зонах печей.
Барабанные сушильные установки. Сушильная установка, как объект управления, характеризуется следующими параметрами контроля и регулирования: а) температурой в зоне сушки; б) относительной влажностью отходящего сушильного агента; в) расходом газа и воздуха, подаваемых в топку сушильной установки. Автоклав. К основным параметрам контроля и регулирования в автоклаве, как объекте управления, относятся следующие: а) температура в автоклаве, которая. изменяется по заданному закону (нагрев, выдержка, охлаждение); б) давление в автоклаве; в) время нагрева и выдержки.
ПРИМЕРЫ ТИПОВЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ НЕТЕПЛОВЫМИ ПРОЦЕССАМИ Регулирование расхода Объектом регулирования в данном случае является участок трубопровода, заключенный между регулирующим органом и первичным преобразователем расхода. Регулируемым параметром и управляющим воздействием является расход газа или жидкости, протекающих по трубопроводу. Данный объект относится к малоинерционным объектам управления. Постоянная времени этого объекта может быть рассчитана по уравнению:
где L длина трубопровода; F - объемный расход, м 3/с; удельный вес, кгс/м 3; g ускорение свободного падения 9, 8 м/с2; S - площадь сечения трубопровода, м 2; - потери давления на данном участке трубопровода, кгс/м 2. Таким образом, передаточная функция объекта управления соответствует апериодическому звену первого порядка и имеет вид: , где Ко коэффициент передачи объекта, который определяется расходной характеристикой регулирующего органа. Функциональная схема автоматической системы управления расходом (АСУ) представлена на рисунке 1.
Рис. 1 Функциональная схема АСУ расходом FE 1 -1 1 -5 FY 1 -2 Местный щит FIRK FC 1 -3 1 -4
В данной АСУ могут быть использованы следующие приборы системы «Старт» , соответственно по позициям: 1 1 первичный преобразователь расхода, например диафрагма нормальная камерная; 1 2 дифференциальный манометр со встроенным пневмосиловым преобразователем системы ГСП, например ДМПК 100; 1 3 вторичный пневматический прибор показывающий, реги стрирующий, со встроенной станцией управления, тип ПВ 10. 1 Э; 1 4 регулятор пневматический, тип ПР 3. 21; 1 5 регулирующий клапан с пневматическим мембранным при водом, тип ПРК. При регулировании расхода не рекомендуется применять регу ляторы с дифференциальной составляющей, в связи с тем, что в трубопроводах возникают пульсации скорости потока из за турбулентности и работы насосов.
Системы управления соотношением потоков На многих объектах химической технологии (реакторные процессы, стекловаренная печь и др. ) необходимо поддерживать заданное соотношение потоков, подаваемых в объекты. При этом, один поток будет ведущим, второй поток ведомым. Например, при регу лировании соотношения газ воздух, подаваемых к горелкам стек ловаренной печи, ведущим потоком будет газ, а ведомым воздух. Пример типовой функциональной схемы системы управления соотношением потоков представлен на рисунке 2.
Газ FE 1– 1 1 FE 1 -1 -2 1 8 FY 1 -2 -1 FY 1 -2 -2 1 1 Местный щит FIR 1 -3 Воздух 4 3 3 2 PC 1 -5 2 H 1 -4 HS 1 -6 4 NS 1 -7 SI 1 -9
В соответствии с по зициями, указанными на рисунке в схеме предлагаются следующие приборы и устройства: 1 1 1 диафрагма камерная, тип ДКС 50 АП; 1 1 2 диафрагма камерная ДК 6 225 АП; 1 2 1, 1 2 2 дифференциальный манометр мембранный ДМ 3583; 1 3 вторичный прибор показывающий и самопишущий с преобразователями ПФ 4, тип ВФСМ 24400, предел измерения 3, 2 102 нм 3/ч; . 1 4 задатчик ферродинамический с преобразователем ПФ 4 тип ДЗП 4; 1 5 регулирующий прибор РП 2 ПЗ; 1 6 блок управления БУ 21; 1 7 пускатель бесконтактный реверсивный, тип ПБР 2 3; 1 8 механизм электрический исполнительный, однооборотный тип МЭО 10/10; 1 9 дистанционный указатель положения ДУП М. Рекомендации по выбору закона регулирования в таких схемах такие же, как и при регулировании расхода.
Регулирование давления Во многих химико технологических процессах на объектах необ ходимо поддерживать давление на заданном уровне. Например, в химических реакторах давление влияет на скорость химической реакции. В стекловаренных печах необходимо поддерживать давление несколько выше атмосферного, чтобы исключить подсос холодного воздуха в ванную печь. На рисунке представлена типовая функциональная схема АСУ давлением на примере стекловаренной печи. Регулируют давление в стекловаренной печи изменением расхода дымовых газов, который определяется положением шибера на дымоходной трубе. Объектом управления в этом случае является газовое пространство. Математическое описание представляет собой дифференциальное уравнение первого порядка, а постоянная времени рассчитывается по уравнению ,
где V - объем газового пространства печи, м 3; P 3 ад заданное значение давления в газовом пространстве печи, н/м 2; F - расход дымовых газов, необходимый для поддержания заданного давления, м 3/с; R - универсальная газовая постоянная, равная 287 м 7(с2 трад); Т температура газового пространства печи, К.
Рис. 3 Функциональная схема АСУ давлением дымоход Стекловаренная печь 3 7 дымоход PY 3 -1 Местный щит PIRT 3 -2 PC 3 -4 H 3 -3 HS 3 -5 NS 3 -6 SI 3 -8
Согласно показанным на рисунке позициям рекомендуется ис пользовать следующие приборы: 3 1 манометр дифференциальный колокольный, предел измерений ± 5 кгс/м 2, тип. ДКО 3702; 3 2 вторичный прибор показывающий, самопишущий с преоб разователями ПФ 4, тип ВФСМ 24000; 3 3 задатчик ферродинамический с преобразователем ПФ 4, тип ДЗП 4; 3 4 регулирующий прибор РП 2 ПЗ (реализует П , ПИД законы); О 3 5 блок управления БУ 21; 3 6 пускатель бесконтактный реверсивный ПБР 2 3; 3 7 механизм электрический, исполнительный, однооборотный, тип МЭО 25/63 0, 25; 3 8 дистанционный указатель положения ДУП М
Типовая функциональная схема АСУ уровнем стекломассы Стекловаренная печь должна давать хорошо проваренную, осветленную, термически и химически однородную стекломассу. Кроме этого, она также должна обладать стабильной произво дительностью. В этом случае поддержание уровня стекломассы имеет немаловажное значение. Функциональная схема регулирования уровня стекломассы представлена на рисунке 4.
Рис. 4 Функциональная схема АСУ уровнем стекломассы 7 7 2 LE 7 -1 1 2 2 1 NS 7 -6 -1 LIRY 7 -2 LC 7 -3 HS 7 -4 NS 7 -6 -2 HS 7 -5 -1 HS 7 -5 -2
В соответствии с позициями, обозначенными на рисунке, рекомендуется использовать следующие приборы: 7 1 датчик электроконтактного уровнемера УРК 2, тип АУ 28 01; 7 2 вторичный прибор, показывающий, самопишущий, тип КСД 3, со встроенным задатчиком. Преобразует информацию о величине уровня стекломассы; HL 3 сигнальная арматура АС 220; 7 3 электронный блок (регулятор) уровнемера УРК 2, тип АУ 28 02; 7 4. 7 5 1. 7 5 2 универсальный переключатель ПКУ 12; 7 6 1, 7 6 2 магнитный пускатель ПМЕ 211; 7 7 1, 7 7 2 электродвигатели загрузчиков шихты
ПРИМЕРЫ ТИПОВЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ АСУ ПРОЦЕССАМИ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ Передача энергии в многочисленных и разнообразных техноло гических процессах (от сгорания топлива, от электронагревателей, от движущегося по трубопроводу теплоносителя) подчиняется одному и тому же закону сохранения энергии. В некоторых процессах, например в процессе теплообмена, энергия передается от одного вещества к другому без ее превращения. В других процессах передача энергии сопровождается превращением ее из одной формы в другую, например: в химических реакторах, в стекловаренных печах, насосах, компрессорах и др.
Типовые функциональные схемы АСУ объектами с электрообогревом В стекольной промышленности к таким объектам относятся: электрические стекловаренные печи; леры отжига с электрическим обогревом; печи моллирования и закалки; автоклав; электрокалориферы. Основной регулируемой переменной в перечисленных выше объектах управления является температура в тепловых зонах, управляющим воздействием электрическая мощность подведенной энергии. В соответствии с этим для управления тепловым режимом термообработки стеклоизделий (отжиг, закалка, нагрев) могут быть использованы приведенные типовые функциональные схемы.
Для регулирования температуры в этих агрегатах часто приме няются релейные регуляторы и регуляторы непрерывного и диск ретного действия. Выбор того или иного регулятора с соответ ствующим законом регулирования обусловлен требованиями техно логического регламента. На рис. 5 приведена типовая функциональная схема АСУ с двухпозиционным регулятором для регулирования температуры в одной из тепловых зон лера отжига.
Рис. 5 Функциональная схема АСУ температурой в тепловой зоне с двухпозиционным регулятором Зона печи отжига TE 1 -1 2 1 1 Местный щит TIRC 1 -2 NS 1 -5 HS 1 -3 H 1 -4 2 NS 1 -6
В этой схеме в соответствии с позициями могут применяться следующие приборы: 1 1 первичный преобразователь температуры (термопара); 1 2 электронный автоматический потенциометр КСП 3 со встро енным двухпозиционным регулирующим устройством; 1 3 переключатель рода работы; 1 4 электрическая кнопка управления, тип КЕ 012; 1 5 вторичное реле; 1 6 магнитный пускатель. Схема работает следующим образом. Если текущая температура в зоне меньше или больше заданного значения, регулирующее уст ройство (поз. 1 2) вырабатывает управляющее воздействие, направ ленное на работу магнитного пускателя, который включает или вык лючает цепь подачи электроэнергии на электронагреватели.
Переходный процесс в такой системе регулирования является колебательным. Амплитуда автоколебаний регулируемой переменной относительно заданного значения не должна превышать требуемую точность регулирования. Для более точного поддержания температуры в объекте может быть использован регулятор непрерывного действия или диск ретного (импульсного) действия. В качестве законов регулирования рекомендуется применять пропорционально интегральный или пропорционально интегрально дифференциальный законы. На рис. 6 приведен пример функциональной схемы АСУ температурой в одной из зон лера отжига с использованием высокоточного регулятора температуры ВРТ 3.
Рис. 6 Функциональная схема АСУ температурой с использованием регулятора ВРТ 3 Зона лера отжига TE 1 -1 2 1 1 2 Местный щит TIR 1 -2 TY 1 -3 TC 1 -5 TH 1 -4 HS 1 -6 NS 1 -7
В качестве приборов, применяемых в этой схеме, могут быть следующие (согласно позициям): 1 1 первичный преобразователь температуры (термопара); 1 2 электронный автоматический потенциометр; 1 3 вторичный преобразователь температуры в унифицирован ный токовый сигнал, тип И 102; 1 4 ручной задатчик температуры, тип ЗД 50; 1 5 регулятор температуры Р 111; 1 6 переключатель рода работы; 1 7 терристорный усилитель мощности У 252.
Типовые функциональные схемы АСУ объектами с газовым обогревом К объектам управления с газовым обогревом в стекольных производствах можно отнести: барабанную сушильную установку, пресс, стекловаренную печь, лер отжига и др. При горении газообразного или жидкого топлива температура продуктов горения повышается до температуры сгорания, опреде ляемой потенциальной энергией топлива. Количество тепла Q, выде лившееся при сгорании определенного количества топлива FТ (кг/с) с удельной теплотой сгорания q. T равно Q = FT q T , ( 1) Это количество тепла должно быть равно количеству тепла, необходимому для повышения температуры потоков топлива FT и воздуха FB до температуры горения Т, т. е. , ( 2) где ст и с. В средние удельные теплоемкости топлива и воздуха; - начальные температуры топлива и воздуха.
Для обеспечения полного сгорания топлива выбирают опреде ленное отношение. Ктв подаваемых количеств воздуха и топлива. Учитывая, что Ктв = FВ / FT, из уравнений 1 и 2 находят тем пературу горения. Т по уравнению: Это уравнение справедливо лишь для условий сгорания топлива с теоретически необходимым количеством воздуха. В промышленных условиях топки и печи обычно работают с избытком воздуха, поэтому максимально возможная температура горения Т не достигается.
Следует отметить, что при регулировании температуры горения путем изменения расхода топлива необходимо предусмотреть меры предосторожности, определяемые правилами техники безопасности. При недостатке воздуха в пространстве горения может образоваться взрывоопасная смесь, поэтому необходимо обеспечить такие условия процесса горения, при которых расход подаваемого топлива никогда не превышал бы максимально допустимого для данных конкретных условий (соответственно расходу воздуха). Заданные значения расходов топлива и воздуха обычно устанавливаются вручную. В ряде случаев, когда температура в зоне горения меньше или больше заданной величины, расход топлива корректируется автоматически – сигналом, пропорциональным текущей температуре в объекте управления.
Типовая функциональная АСУ соотношением топливо воздух с коррекцией по температуре на объекте приведена на рисунке 7. АСУ построена по двухкаскадной схеме регулирования: внут ренний, быстродействующий контур регулирует заданное соот ношение топливо воздух путем изменения расхода воздуха ( рис. 5. 4, поз. 1 1 1, 1 1 2, 1 2 1, 1 2 2, 1 3 1, 1 3 2, 1 6, 1 7, 1 4 2, 1 5 2, 1 8 2, 1 9 2, 1 11 2); внешний контур регулирует температуру на объекте пу тем изменения расхода газа ( рис. 5. 4, поз. 2 1, 2 2, 2 3, 2 4, 2 5, 1 5 1, 1 8 1, 1 9 1, 1 11 1). В соответствии с этим основной регулируемой переменной является температура, вспомогательной регулируемой переменной соотношение топливо воздух.
Схема работает следующим образом. При изменении температуры на объекте управления сигнал с датчика температуры ( поз. 2 1, 2 2) поступает на регулятор температуры (поз. 2 4), где сравнивается с сигналом задатчика температуры ( поз. 2 3). Управляющее воздей ствие регулятора температуры в виде корректирующего сигнала поступает на регулятор расхода газа (поз. 1 5 1), изменяя заданный первоначально расход газа. Управляющее воздействие регулятора расхода газа поступает на исполнительный механизм регулирующего органа (поз. 1 11 1), который изменяет расход газа, подаваемый к горелкам. При этом температура на объекте управления будет приближаться к заданному значению. С изменением расхода газа вступает в действие внутренний контур регулирования. Сигналы с датчиков расхода газа ( поз. 1 1 1, 1 2 1, 1 3 1) и расхода воздуха (поз. 1 1 2, 1 2 2) поступают на суммирующий прибор (поз. 1 3 2), с выхода которого сигнал подается на регулятор соотношения (поз. 1 5 2), где сравнивается с заданным значением.
С выхода регулятора соотношения управляющее воздействие поступает на исполнительный механизм регулирующего органа (поз. 1 11 2), который изменяет расход воздуха так, чтобы выполнялось заданное соотношение топливо воздух, устанавливаемое задатчиком (поз. 1 4 2).
Рис. 7 Функциональная схема АСУ соотношением топливо воздух с коррекцией по температуре
Типовая функциональная схема АСУ автоклавом Автоклав в стекольной промышленности предназначен для полу чения триплекса. Технологический режим получения изделий из триплекса проводится в несколько этапов. На первом этапе температура в автоклаве поднимается по линейному закону до заданной температуры выдержки. На втором этапе в автоклаве поднимается давление до 15 ати и изделие выдерживается при постоянной температуре. На третьем этапе давление в автоклаве устанавливается равное атмосферному, а температура в автоклаве снижается за счет охлаждающей жидкости, подаваемой в теплообменник, установленный внутри автоклава. Для реализации такого технологического алгоритма работы применяется програм мная автоматическая система управления, представленная на рис. 8.
Схема включает в себя два контура регулирования. Первый контур представляет собой замкнутую систему автоматического регулиро вания температуры по заданной программе (поз. 1 1 1 8). Второй контур разомкнутая система регулирования, которая вступает в действие от сигнала, пропорционального температуре выдержки на втором этапе технологического режима. Второй контур управляет работой отсечных клапанов, установленных на линиях подачи и сброса давления (поз. 2 5, 2 7) и на линии подачи охлаждающей жидкости (поз. 2 9). Электропривод вентилятора (ЭП) включается в работу одновременно с включением АСУ автоклавом.
Рис. 8 Типовая функциональная схема АСУ автоклавом
Скачать презентацию ОСНОВНЫЕ ОБЪЕКТЫ УПРАВЛЕНИЯ СТЕКОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Стекловаренные печи с
СУ_ФС.ppt