Реферати

Реферат: Автоматизація процесу отримання диоксида титана

Інвестиційний проект складського комплексу. Маркетингове дослідження ринку складської нерухомості. План, календарний графік і кошторисний розрахунок будівництва складського комплексу. Оцінка ринкової вартості складу. Графік доходів і витрат по проекті. Облік ризиків і невизначеності, керування ними.

Основні тенденції розвитку військово-політичної обстановки у світі до 2015 р.. Військово-політична обстановка у світі в цілому характеризується нестабільністю. На її формування істотний вплив роблять: прагнення США установити або усталити своє панування в ряді регіонів.

Стратегія виходу України з кризи і забезпечення стійкого економічного росту країни. Стратегії виходу України із сучасної економічної кризи. Пріоритетні напрямки стимулювання і побудова структури послекризисной національної економіки. Фінансування плану дій. Визначення напрямків кредитування і добір проектів.

Застосування цветотерапії. Сутність і значення цветотерапії, історія розвитку. Вплив кожного кольору оптичного спектра на психоемоційний і фізіологічний стан людини. Стандартний набір квітів тесту М. Люшера. Енергоинформационние малюнки і музикоцветотерапия.

Задача складання оптимального графіка ремонту інструмента. Побудова й обґрунтування математичної моделі рішення задачі по складанню оптимального графіка ремонту інструмента. Використання табличного симплекса-методу, методу штучна перемінних і перевірка вірогідності результату. Алгоритм рішення задачі.

ЗМІСТ

Анотація

1. Вступ. ..

2. Технологія виробництва:

2.1 Опис технологічного процесу. ..

2.2 Техніко-економічне обгрунтування схеми автоматизації, що проектується.

..

2.2.1 Обгрунтування вибору параметрів, належних

контролю і регулюванню. ..

3. Побудова математичної моделі і оптимізація

технологічного процесу:

3.1 Вибір критеріїв оптимальності. ..

3.2 Формалізація технологічного процесу. ..

3.3 Блок схема алгоритму рішення. ..

3.4 Постановка задачі оптимального управління. ..

3.5 Вибір методу пошуку екстремума. ..

3.6 Опис і блок-схема алгоритму пробних кроків.

4. Опис нестандартних коштів автоматизації. ..

5. Експериментальна частина:

5.1 Планування і підготовка експерименту. ..

5.2 Проведення експерименту. ..

6. Розрахункова частина:

6.1 Апроксимація перехідних процесів. ..

6.2 Перевірка апроксимації перехідних процесів. .

6.3 Розрахунок оптимальних настройок регулятора для

одноконтурной АСР. ..

6.4 Розрахунок оптимальних настройок регулятора для

каскадної АСР. ..

6.5 Розрахунок настройок регулятора комбінованої АСР.

6.6 Моделювання перехідних процесів. ..

6.7 Аналіз якості перехідних процесів в

різних АСР. ..

6.8 Реалізація АСР. ..

7. Опис монтажу коштів автоматизації:

7.1 Загальні відомості до монтажу первинних

перетворювачів. ..

7.2 Монтаж перетворювачів. ..

7.3 Монтаж виконавчих механізмів. ..

7.4 Порядок установки і монтажу Реміконта Р-130. ..

8. Охорона труда і техніка безпеки:

8.1 Охорона труда в Росії. ..

8.2 Властивості і речовин, що отримуються, що використовуються. ..

8.3 Класифікація виробництва. ..

8.4 Санітарно-технічні заходи. ..

8.5 Заходи щодо техніки безпеки. ..

8.6 Протипожежні заходи. ..

8.7 Розрахунок молниезащити цеху. ..

9. Розрахунок техніко-економічних показників

виробництва. ..

9.1 Вибір і обгрунтування дефективної стадії і мета

автоматизації на рівні стадії. ..

9.2 Оцінка фактичних і бажаних результатів. ..

9.3 Розрахунок виробничої потужності. ..

9.4 Розрахунок інвестиції на автоматизацію. ..

9.5 Розрахунок зміни поточних витрат. ..

9.6 Визначення терміну окупності. ..

10. Список літератури, що використовується. ..

ОХОРОНА ТРУДА І ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ

Охорона туди в Росії:

Турбота про створення безпечних і здорових умов труда завжди знаходилася і знаходиться в центрі уваги і уряду і профспілок.

У статті 42 Конституції Російської Федерації закріплене невід'ємне право російських громадян на охорону здоров'я, а в статті 21 записано: “ Держава піклується про поліпшення умов і охорону труда, його наукової організації, про скорочення, а в подальшому витисненні важкого фізичного труда на основі комплексної механізації і автоматизації виробничих процесів у всіх галузях народного господарства.”

Охорона труда розглядається як одна з найважливіших соціально-економічних, санітарно-гігієнічних і економічних підприємств, направлених на забезпечення безпечних і здорових умов труда.

Можливість створення безпечних і здорових умов труда закладена в широкому використанні досягнень науки і техніки. Крім того, розроблені і введені в дію численні правила техніки безпеки, санітарії, норми і правил, дотримання яких забезпечують безпека труда. Відповідальність за стан охорони труда несе адміністрація підприємств, організацій, установ.

У забезпеченні здорових і безпечних умов труда безпосередню участь приймають самі трудящі і профспілки. Адміністрація підприємств зобов'язана забезпечувати належне технічне оснащення всіх робочих місць і створювати на них умови роботи, відповідні правилам охорони труда, техніці безпеки, санітарним нормам.

Нові можливості для поліпшення умов і охорони труда на виробництві представляє Закон Російської Федерації про трудові колективи і підвищення їх ролі в управлінні підприємствами, установами, організаціями. У ньому чітко визначені повноваження трудових колективів в розв'язанні цих питань.

У відповідності зі ст. 105 Основ і ст. 249 КЗоТ Посадові особи, винні в порушенні законодавства про труд і правил охорони труда, в невиконанні зобов'язань, включених в колективний договір і угоди з охорони труда, або у воспрепядствії діяльності професійних союзів, несуть відповідальність в порядку, встановленим Російським законодавством. Посадові особи за вказані порушення притягуються до дисциплінарної, адміністративної, карної відповідальності (ст. 249 КЗоТ).

Властивості і речовин, що отримуються, що використовуються:

У процесі фільтрації води від домішок “Ca” і “ Мg” в фільтрах використовуються наступні речовини, це:

- хімічно чиста сірчана кислота, вмісна біля 98% H2SO4

- їдкий натр NaOH, біла непрозора, дуже гігроскопічна речовина.

ПДК шкідливих речовин в повітрі робочої зони:

Найменування

ПДК мг/м 3

Клас небезпеки

Н 2 SO 4

1

2

NaOH

0,5

2

Реагенти підвозять до цеху в цистернах, а потім перекачують насосами у відповідні ємності. У зв'язку з цим в цеху проводяться наступні заходи щодо техніки безпеки.

Заходи щодо техніки безпеки:

Концентрована сірчана кислота, розчини їдкого натра Зберігаються в стальних ємностях, які мають чіткі написи з назвою реагенту. Ці ємності повідомляються з атмосферою за допомогою воздушников і мають покажчики рівня і переливні труби. Злив кислоти і лугу із залізничних цистерн проводиться через верхній розвантажувальний пристрій за допомогою вакуумних насосів.

Також повинні виконаються і наступні вимоги до обладнання, т. е. всі гарячі частини обладнання, трубопроводи, дотик до яких може викликати опіки, повинні мати теплову ізоляцію. Трубопроводи агресивних серед повинні бути герметичні. Елементи обладнання, арматура і прилади, що вимагають періодичного огляду, необхідно розташовувати в місцях, зручних для обслуговування. Всі пускові пристрої і арматура пронумерована і мають написи відповідно до технологічної схеми.

Робочий персонал, обслуговуючий дане виробництво забезпечується спецодягом (костюм, черевики, чоботи, рукавиці, захисна каска, мило). Крім того на робочому місці повинні бути присутній індивідуальні кошти захисту, це захисний фартух, противогаз марки В, БКФ.

При попаданні кислоти на одяг її необхідно змити рясним струменем води, нейтралізувати 2-3% розчином соди і знов промити. При попаданні лугу на одяг або на тіло потрібно промити водою, нейтралізувати 1% розчином оцтової кислоти і знов промити водою.

Запропонований в даному дипломному проекті процес нейтралізації кислих стоків обслуговується електрослюсарями цеху АСУ. Вони стежать за ходом автоматизації даного технологічного процесу, а також ними здійснюється наладка і ремонт обладнання, технологічних захистів, сигналізації і контрольно-вимірювальних приладів. Тому потрібно звертати увагу на правила техніки безпеки при роботі під напруженням до 1000V в щитових установках КиП.

Для забезпечення електробезпека застосовує наступні технічні способи і кошти: захисне заземлення, зануление, захисне відключення, ізоляція токоведущих частин, захисні пристрої, блокування, знаки безпеки, попереджувальні плакати, елекрозащитние засобу.

При роботі в діючих електроустановках користуються основними і додатковими захисними коштами. Основними є ізолюючі захисні кошти, здатні надійно витримувати робоче напруження електроустановки. Це оперативні штанги, токоизмерительние кліщі, діелектричні рукавички, інструмент з ізолюючими ручками і покажчики напруження.

Додатковими є ізолюючі захисні кошти, не розраховані на напруження електроустановки і що самостійно не забезпечують безпеку персоналу. Тому ці кошти застосовують разом з основними у вигляді додаткової міри захисту. До них відносяться діелектричні галоші, коврики, а також ізолюючі підставки.

Всі прилади, апарати і пристосування, вживані як захисні кошти, повинні бути тільки заводського виконання, виконані і перевірені відповідно до діючих нормативно-технічних документів.

Для забезпечення безпеки робіт в діючих електроустановках виконують цілий комплекс організаційних заходів:

- організують інструктаж і навчання безпечним методам труда, перевірку знань правил техніки безпеки і інструкцій; допуск до проведення робіт оформляється заповненням відповідного вбрання; роботи повинні проводиться під контролем відповідальної особи.

Технічні заходи повинні передбачати:

- відключення установки від джерела напруження, зняття запобіжників і інші заходи, що забезпечує неможливість помилкової подачі напруження до місця роботи;

- установку знаків безпеки і обгороджування частин, що залишаються під напруженням токоведущих, робочих місць і інш.

Забороняється наступати на обірвані, що звішуються або лежачих на землі, підлозі проводу. При небезпеці виникнення нещасного випадку необхідно вжити заходів по його попередженню:

- зупинити механізм, зняти напруження, захистити небезпечну зону, вивісити попереджувальні плакати. При виникненні нещасного випадку потрібно негайно приступити до надання потерпілого першої лікарської допомоги, повідомити про нещасний випадок керівництву і викликати швидку медичну допомогу.

Потрібно дотримувати правила особистої гігієни:

- не зберігати одяг на робочому місці

- не одягатися і не роздягатися на робочому місці

- не приймати їжу на робочому місці.

Протипожежні заходи:

Всі приміщення і будівлі по взривопожарной і пожежної небезпеки поділяються на 5 категорій: А, Би, В, Г, Д. Помещеніє химводоочистки відноситься до категорії “ Д”, т. е. це приміщення в якому звертаються негорючі речовини і матеріали в холодному стані.

Всяку пожежу легше усього ліквідувати в його початковій стадії, вживши заходів до локалізації вогнища, щоб запобігти збільшенню площі горіння. Успіх швидкої локалізації і ліквідації пожежі в його початковій стадії залежить від використання відповідних огнетушащих коштів, наявність коштів пожежного зв'язку і сигналізації для виклику пожежної допомоги. Крім того кожний працюючий повинен уміти користуватися первинними коштами пожежогасіння і приводити в дію автоматичні і ручні огнетушащие установки.

З метою ліквідації вогнищ пожежі в цеху використовуються наступні кошти пожежогасіння:

- внутрішній пожежний кран. Він забезпечується рукавом, діаметр якого 50мм, довжина 20м. У приміщенні є два пожежних крани

- вогнегасники хімічні пінні типу ОХП-10

- в щитовой КУП використовуються порошковие огнетушптели типу ОПУ-2 (2шт.) і пісок.

З метою своєчасного сповіщення про виникнення пожежі діє система пожежного зв'язку і сповіщення. У цьому випадку це телефонний зв'язок. На телефонному апараті закріплена табличка з вказівкою номера телефону для виклику пожежної охорони.

Розрахунок молниезащити цеху:

Молниезащита - це комплекс захисних пристроїв, призначених для забезпечення безпеки людей, збереження будівель і споруд, обладнання і матеріалів від ударів блискавки.

Вибір захисту залежить від призначення будівлі або споруди, інтенсивності грозової діяльності в районі, що розглядається і очікуваного числа поразок об'єкта блискавкою в рік.

Будівлі захищаються від прямих ударів блискавки громовідводами. Громовідводи складаються з молниеприемников і заземлителей. Вони можуть бути отдельностоящими або встановлюватися безпосередньо на будівлі або споруді. По типу молниеприемника їх поділяють на стержневі, тросові і комбінованих. У залежності від числа діючих на одній споруді громовідводів, їх поділяють на одиночні, двійчасті і багаторазових. У даному розділі розрахований одиночний стержневий громовідвід, що має зону захисту у вигляді конуса.

h h0

hxRx

R0

Найбільша висота h громовідводу не повинна перевищувати 150м. Співвідношення розмірів зони захисту типу “ БИ” наступне:

- h0= 0.92h

- R0= 1.5h

- Rx= 1.5[h - (hx/0.92)]

При відомій висоті об'єкта, що захищається - hx(вона рівна 10 метрам) розраховується радіус зони захисту на цій висоті Rxпо закону подібності трикутників:

підставляючи в дане вирази відповідні значення отримаємо:

виходить, що Rx= 16м. Тоді повна висота молниеприемника для зони “ БИ” буде рівна:

h = (Rx+ 1.63hx)/1.5 = (16 + 1.63*10)/15 = 21.5(м)

Т. до. повна довжина будівлі рівна 70 метрам, то отже на даху будівлі будуть розташовуватися два громовідводи.

Класифікація виробництва

Виробництво цеху ХВО-2 не пов'язано із застосуванням обладнання, працюючого під тиском, і застосуванням вибухонебезпечних речовин. у виробництві застосовуються сірчана кислота і їдкий натр. При роботі з ними необхідно ретельно оберігати шкіру особи, рук, т. до. головним чином ці речовини наносять опіки.

Міра вогнестійкості корпусу цеху 3 класу.

Наїменов.

відділення цеху

ХВО-2

Категорія

вибухонебезпеки виробництва

Класс-я приміщень і

зовнішніх установок

по електробезопасн.

(ПЕУ-76)

Категорія

суміші

Кл-я помещ.

за правилами

пристрою

елктроустан

Група взри

небезпеки

сумішей за

правилами з

готовл. взри

возащ. обору

дования.

Отд. розвантаження

Д

непожаро-вибухонебезпечно

-

-

Промплощадка ТЕЦ-2 розміщується з ветреной сторони по відношенню до селитебной частини міста. Місто знаходиться на відстані 4 км. від підприємства, хоч по санітарних нормах СН 245-71 min санітарно-захисна зона повинна бути на відстані 1000м. від селитебной частини міста. Санітарно-захисну зону або її частини не можна використати для розширення території підприємства. Для обмеження поширення пожежі по території підприємства необхідно дотримувати певні відстані між будівлями. За основу прийнята міра вогнестійкості будівель і категорія виробництва по взривопожарной і пожежної небезпеки. Для будівлі 3-їй міри вогнестійкості відстань необхідно дотримувати до 12, 15, 18 метрів. Мінімальна відстань від будівель і споруд до відкритих складів, а також між самими складами приймається в межах 6-42 метрів.

Санітарно-технічні заходи

Т. до. в процесі роботи цеху ніяких викидів шкідливих речовин не відбувається, тому використовується природна вентиляція. Повітря переміщається під впливом природних чинників: теплового натиску або дії вітру.

Побутові приміщення розташовані в приміщенні цеху химводоочистки на 2,3 поверхах. На 2-ом поверсі розташована гардеробная для чоловічого персоналу, на 3-м для жіночого. У каждойгардеробной є по одній уборной, з одним унітазом, є місце для сушки волосся. Передбачені шафи для чистого і брудного одягу. У нижньої і верхньої частиотделений шафи є отвори для провітрювання. Шафи розставлені на відстані між лицьовими сторонами 1.4 метра. У кожній гардеробной є душова. Душова обладнана кабінами з 2-х сторін. Вони відділяються перегородками, висотою 2 метра.

1. ВВЕДЕННЯ

Відоме, що введення в екслуатацию систем управління сучасними складними технологічними процесами, як правило, займають відносно багато часу, вимагаючи для свого виконання спеціальних бригад кваліфікованого пусково-налагоджувального персоналу. І незважаючи на це, як свідчить досвід, в більшості випадків прийняті в експлуатацію системи управління виявляються настроєними далеко не оптимальним образом, що спричиняє за собою відповідні (звичайно приховані, оскільки вони спеціально не реєструються) економічні втрати, а також скоротити терміни введення систем управління в дію.

У процесі експлуатації водоподготовительной знесолювати установки ХВО-2 (химводоочистка) виникає необхідність в скиданні стічних вод, що утворюються внаслідок регенерационних циклів водород-катионитових і анионитових фільтрів, що досягають по кількості до 50% від продуктивності ВПУ

(водоподготовительной установки). Внаслідок регенерацій Н-катіонітових фільтрів розчином сірчаної кислоти утворяться кислі стоки з “ рН” нижче за 6.5, а при регенерації анионитових фільтрів розчином їдкого натра утворяться лужні стоки (рН=8.5).

По природоохранним нормах стічні води повинні задовольняти вимогам нейтральної Середи, т. е. відповідати рН=6.5-8.5. Процес нейтралізації стічних вод до заданих величин не простій, що вимагає значних витрат. Для задоволення таких жорстких вимог на ХВО-2 виконана схема вузла нейтралізації стічних вод з автоматизованою системою управління технологічним процесом (АСУ ТП).

9. РОЗРАХУНОК ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ ВИРОБНИЦТВА.

З метою зменшення витрат на сировині, з технологічних параметрів як об'єкти автоматизації вибираємо ведучі (малюнок 9.1)

Fc Fг. п.

Вг. п.

Wc Wc1

мал. 9.1 Вибір ведучих параметрів.

де:

Fc-витрата сировини (луги)

Wc-процентний вміст лугу в розчині

Вг. п.-вихід лужних стоків

Fг. п.-витрата лужних стоків

Wc1-процентний вміст лугу в розчині

В раніше існуючій схемі подачі лужних стоків на регенерацію фільтрів (потім весь відпрацьований луг йде на нейтралізацію) передбачалося ручне відкриття засувки РЩ з мерников лугу NaOН (малюнок 9.2). Міра відкриття клапана лугу оператором визначається

довільно і залежить від його досвіду і практичних навиків ведіння даного технологічного процесу.

Вода

NaOH NaOH

ежектор конц.NaOH=3%

на

регенерацію

РЩ

QIR

РЕМИКОНТ Р-130

ПЕВМ

рис9.2. Схема подачі лужних стоків на регенерацію.

Концентрація лугу в мерниках становить 40-50%. Згідно з технологічним регламентом

процентний вміст лугу в розчині на виході стадії дозування повинна становити 3-4%. Практика показала, що при ручному управлінні втримати таку концентрацію водного розчину лугу досить складно. Відкривши клапан на деякій відмітці, оператору необхідний час для аналізу і його проведення. За цей час можлива перевитрата лугу. Процес швидкоплинний, сплески лугу можливі за частку секунди.

Пропонується схема автоматичного регулювання концентрації водного розчину лугу, яка включає в себе:

1.-регулюючий клапан подачі лугу РЩ;

2.-регулятор на базі Реміконт Р-130;

3.-концентрометр для виміру концентрації лугу у водному розчині на виході стадії дозування;

4.-компьютер.

Вода подається на ежектор з постійною витратою 30т/ч (технологічний регламент). через засувку. На виході едектора встановлений концентрометр лугу. З нього сигнал поступає в ремиконт. Регулятор видає сигнал на клапан РЩ. Оператор відстежує хід процесу і має можливість вручну управляти виконавчим механізмом з клавіатури. Т. е. процес дозування лугу буде повністю автоматизований.

9.1 Вибір і обгрунтування дефективної стадії і мета автоматизації на рівні стадії.

АБВ хід пр-сса

направл.

исследов.

Вихідним показником стадії дозування є процентний вміст NaOH в розчині (3-4%). При ручному управлінні процентний зміст лугу становить 10-12%, це говорить про те що йде перевитрата лугу. Результативним показником стадії дозування, таким чином, є результативними показниками виробництва. Досягнення цієї мети їсть розв'язання проблем процентного вмісту, що регламентується NaOH в розчині.

9.2. Оцінка фактичних і бажаних результатів.

Результати дослідження представлені у вигляді таблиці 9.2.1., в якій зіставимо бажаний і фактичний рівень показників.

Таблиця 9.2.1.

Показники якості продукту у відповідності з ТУ

ед.

изм.

Рівень (величина) показників

%

по

ГОСТ

фактично

після

автоматизації

за рік

в тому числі по кварталах

за

рік

в тому числі по кварталах

1

2

3

4

1

2

3

4

%-зміст лугу

NaOH у водному розчині

%

3-4

10

7

10

12

8

3

3

4

3

3

%

12

2

1 2 3 4 квартали

9.3 Розрахунок виробничої потужності.

Проводимо розрахунок виробничої потужності по приготуванню водного розчину лугу цеху химводоочистки на БТЕЦ-2. Виробництво приготування є періодичним виробництвом, т. до. весь приготований розчин використовується по мірі проходження регенерацій

фільтрів. По журналу обліку операторів кількість регенерацій в місяць дорівнює 25 і тривалість однієї регенерації становить 2 години.

де:

Е-кількість апаратів

Т-ефективний фонд робочого часу

Q-продуктивність апарату

t-час одного циклу

Т = Ткал.- Тппр.= 8760 - 528 = 8232(ч)

Ткав.= 8760(ч)

Тппр.= Т1+Т2= 240 + 288 = 528(ч)

Т1-зупинка на капітальний ремонт

Т2-технічне обслуговування

(т/рік)

9.4 Розрахунок інвестицій на автоматизацію

Капітальні витрати на впровадження САР, що проектується складають:

- витрати на придбання САР

- витрати на транспортування

- витрати на заготівельно складські витрати

- витрати на запчастині

- витрати на монтаж

Кошторисна вартість САР визначається на основі специфікації по діючих прейскурантах.

Таблиця 9.4.1.

Найменування

обладнання

Кількість

Вартість

(млн. крб.)

Сума

(млн. крб.)

1. Реміконт Р-130

4

7

28

2. Комп'ютер

1

5.5

5.5

3. Концентрометр

3

1.3

3.9

4. Електрична

засувка

8

1.5

12

5. Ісполнітельн.

механізм (МЕО)

4

2

8

6. Обладнання

КУП

10

2.5

25

Разом

82.4

Транспортування

5%

4.12

Заготівельно-складські

1%

0.824

Запчастини

4%

3.3

Витрати на

монтаж

10%

8.24

Разом витрат

98.88

Вживані прилади КИПіА здаються на склад по залишковій вартості Для подальшої експлуатації на виробництві. Тоді загальна величина капітальних витрат, необхідних для впровадження запропонованої системи складе:

Кавт.= Кпріоб.+ Кмонт.+ Ктранс.+ Кзп.+Ксклад.-Кл.

= 82.4+8.24+4.12+3.3+0.824-25=73.88(млн. крб.)

9.5 Розрахунок зміни поточних витрат

Проводячи заміну застарілої системи контролю на нову відбувається зміна витрат на сировині (луг). З журналу обліку операторів слідує, що економія лугу на регенерацію в місяць становить 1.3 тонни. Таким чином річна економія складає:

ЕNaOH= 1.3*12 = 15.6(т)

Вартість однієї тонни лугу рівна 0.14 млн. крб. Отже річний економічний ефект у вартісному вираженні складе:

Е = 0.14*15.6 = 2.18(млн/рік)

Удорожающие чинники:

- експлуатація і зміст обладнання становить 6% від загальної суми капітальних вкладень:

С1= Кпріоб.*6%/100% = 98.88*6/100 = 5.9328(млн. руб)

- амортизація обладнання:

Na = 15% - норма амортизації для приладів і коштів автоматизації:

С2= Кпріоб.*15%/100% = 98.88*15/100 = 14.832(млн. руб)

чинник, що Здешевлює:

- зниження собівартості за рахунок економії лугу:

С3= (Р1)*Ц*В

Р1, Р2-витрата NaOH до і після автоматизації;

Ц - ціна однієї тонни лугу;

У - річний обсяг виробництва.

По журналу обліку витрата NaOH до автоматизації становила Р1=3.08т., а після Р2=3.08-1.3=1.78т. Тоді:

С3=(1000-534)*0.14*9549=622976.76(млн. крб. в рік)

Базові калькуляції до і після автоматизації зведемо в таблицю 9.5.1.

Таблиця 9.5.1.

Базова калькуляція до автоматизації

план за звітний період 9549т/рік.

Найменування

статей витрати

ед.

изм.

Витрата на одиницю

виробітку

к-ть ціна сума

млн. р. млн. р.

Витрата на весь

виробіток

сума

млн. р.

1

2

3

4

5

6

Висхідні

матеріали:

- NaOH

- вода

т.

т.

1000

9000

0.14

0.000447

140

4.02

1336860

38386.98

Енергетичні

витрати: ст-ть ел.

енергії за перекачку води

т. кВтч

4000

0.000238

0.952

9090.648

Фонд оплати

труда

540.2

5158369.8

Обладнання

КУП, амортизація

3.75

35808.75

Разом

688.922

6578516.178

Продовження таблиці 9.5.1.

Базова калькуляція після автоматизації

план за звітний період 9549т/рік.

1

2

3

4

5

6

Висхідні

матеріали:

- NaOH

- вода

т.

т.

534

9000

0.14

0.000447

74.76

4.02

713883.24

38386.98

Енергетичні

витрати: ст-ть ел.

енергії за

перекачку води

т. кВч

4000

0.000238

0.952

9090,648

Фонд оплати труда

540.2

5158369.8

Обладнання

АСР, амортизація

8.61

82216,89

Разом

628.542

6001947.558

Визначення собівартості продукції після впровадження АСР:

1.-на весь випуск продукції

Спр.= Сдо-Собщ.

Сдо-собівартість до автоматизації

Спр.= 6578516.178-6001947 = 576568.7(млн. р.)

9.6 Визначення терміну окупності

Струм.= Кавт./Собщ.= 73.88/576568.7 = 0.00013(року)

Річний ефект розраховуємо по наступній формулі:

Е =Зупр.- Е*Кавт.=576568.7-0.2*73.88 =576553.93(млн. крб.)

Отриманий річний ефект і невеликий термін окупності показує, що даний проект є доцільним і може бути впроваджений у виробництво.

Техніко-економічні показники проекту

Найменування

показників

ед.

изм.

До автоматизації

Після

автоматизації

Відхилення

Виробнича потужність апарату (ежектор)

т/ч

2.32

2.32

Виробнича

потужність

т/м.

9549

9549

Капітальні витрати на автоматизацію

млн.

крб.

73.88

Собівартість одиниці продукції

млн.

крб.

688.922

628.542

- 60.38

Собівартість всього випуску

млн.

крб.

6578516.178

6001947.558

- 576568.62

Чисельність працюючих в цеху

чол.

30

30

Виработка

тис.

крб.

318.3

318.3

Економічний

ефект

млн.

крб.

576553.93

Термін окупності

років

0.00013

5. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА.

5.1. Планування і підготовка експерименту.

Одним з найважливіших параметрів, належних обов'язковому автоматичному регулюванню, є “ рН” лужних стоків на виході бака донейтрализатора. Автоматичне регулювання процесу нейтралізації повинно забезпечити підтримка в заданих межах рН-середи. По природоохранним нормах стічні води повинні задовольняти вимогам нейтральної Середи, т. е. відповідати рН=6.5-8.5.

Значне перевищення або навпаки заниження встановлених норм спричиняє за собою додаткові штрафи, які виплачуються підприємством як за шкідливі викиди.

Для визначення динамічних властивостей об'єктів скористаємося методом експериментального визначення динамічних характеристик об'єктів, оскільки, в порівнянні з аналітичними методами, вони найбільш достовірні і більш доступні для обслуговуючого персоналу.

Основними причинами зміни рН стічних вод є: зміна витрати лужних стоків,

що подаються на нейтралізацію кислих стоків, а також концентрація лужних стоків. Підтримка постійного рівня рН здійснюється шляхом зміни витрати лугу на нейтралізацію, впливаючи тим самим на регулюючий клапан.

Використовуючи теоретичні і практичні знання про об'єкт, можна передбачити як поведе себе об'єкт в динаміці.

Схема для проведення експерименту приведена на малюнку 5.1.

З схеми видно, що при проведенні експерименту необхідно зняти наступні перехідні характеристики об'єкта:

- по зміні рН при обуренні витратою лугу (надалі - основний канал);

- по зміні рН при обуренні концентрацією лугу (надалі - канал зовнішнього обурення);

- а так само характеристику «положення клапана - витрата лугу (надалі - внутрішній канал).

У цей час для контролю зміни рН встановлені промислові рН-метри з чутливим елементом ДПГ-4М-3.

А для вимірювання концентрації лугу використовуються прилади типу КНЧ-2-8. Датчики і прилади

сполучаються з микропроцессорним контроллером типу “ РЕМИКОНТ Р-130”, який встановлений в центральній щитовой цехи химводоподготовки. Використовуючи програмне забезпечення контроллера і встановленого в цеху комп'ютера ми можемо знімати свідчення в цифровому вигляді з екрана комп'ютера з необхідною дискретностью оновлення свідчень за часом.

Конц.NaOH=3-4%

Подача усредн. Клапан подачі

стоків усредн. стоків рН

Блок ручного Датчик Датчик

управління витрати рН-метр

РЕМИКОНТ Р-130

мал. 5.1 Схема проведення експерименту

5.2. Проведення експерименту.

При визначенні перехідного процесу по основному каналу стрибок подаємо переміщенням клапана на магістралі подачі усереднених стоків на 10 % (з 20 до 30 %) по шкалі дистанційного покажчика положення клапана (БРУ-2), заздалегідь відключивши всі регулятори і добившись стабілізації параметрів. Зміна параметра рН стічних вод буде бути вихідною величиною об'єкта. Дискретность часу - 1 секунда. Значення часу і величини рН на виході об'єкта приведені в таблиці 5.2.1.

Таблиця 5.2.1

Час,

з.

Значен.

рН

Час,

з.

Значен.,

рН.

Час,

з.

Значен.,

рН.

Час,

з.

Значен.,

рН.

0

2.05

12

7.37

24

11.05

36

11.9

1

2.05

13

7.81

25

11.25

37

11.9

2

2.05

14

8.26

26

11.37

38

11.95

3

2.1

15

8.8

27

11.46

39

11.95

4

2.5

16

9.15

28

11.5

40

12.01

5

2.95

17

9.47

29

11.6

41

12.01

6

3.5

18

9.9

30

11.65

42

12.02

7

4.0

19

10.14

31

11.69

43

12.03

8

4.9

20

10.35

32

11.77

44

12.03

9

5.56

21

10.55

33

11.81

45

12.05

10

6.07

22

10.8

34

11.85

46

12.05

11

6.85

23

10.97

35

11.89

47

12.05

По значеннях таблиці будуємо криву зміни рН в об'єкті внаслідок обурення витратою лужних стоків (малюнок 5.2.1).

Криву розгону по внутрішньому каналу знімаємо аналогічно описаному вище образом. Стрибок подаємо зміною положення клапана на 10% (з 20% до 30%). Зміна витрати лугу буде бути вихідною величиною об'єкта. Отримані дані зведені в таблицю 5.2.2. На малюнку 5.2.2. приведений графік, побудований за даними таблиці 5.2.2.

мал. 5.2.1. Графік кривий розгону по основному каналу.

Таблиця 5.2.2.

Час

t, з.

Витрата

м 3 /ч

0

2

1

2,05

2

2,1

3

2,15

4

2,20

5

2,3

6

2,7

7

3,0

8

3,2

9

3,3

10

3,6

11

3,75

12

3,9

мал. 5.2.2. Графік кривий розгону по внутрішньому каналу

Криву розгону об'єкта по каналу зовнішнього обурення знімаємо таким чином. Обуренням буде бути луг, концентрація їдкого натра (NaOH) в якої 3-4%. Вихідною величиною буде бути величина рН стічних вод на виході об'єкта. Фіксування свідчень починається відразу після зміни концентрації лугу. Дискретность часу - 1 секунда. Значення точок кривої розгону приведені в таблиці 5.2.3. За даними таблиці будуємо графік перехідного процесу по каналу зовнішнього обурення (малюнок 5.2.3).

Таблиця 5.2.3

Час

t, з

Величина

рН

Час

t, з

Величина

рН

Час

t, з

Величина рН

0

3,95

15

8,4

30

12,0

1

4,05

16

8,8

31

12,1

2

4,1

17

9

32

12,2

3

4,2

18

9,3

33

12,4

4

4,6

19

9,6

34

12,5

5

5

20

9,9

35

12,6

6

5,3

21

10,1

36

12,65

7

5,6

22

10,4

37

12,65

8

5,9

23

10,7

38

12,7

9

6,37

24

10,9

39

12,7

10

6,7

25

11,0

40

12,7

11

7

26

11,3

41

12,7

12

7,3

27

11,5

42

12,7

13

7,7

28

11,65

43

12,7

14

8,05

29

11,8

44

12,7

мал. 5.2.3. Графік кривий розгону по каналу зовнішнього обурення

Далі можна перейти до розрахункової частини проекту, використовуючи отриманий матеріал як висхідний матеріал для розрахунків.

7. ОПИС МОНТАЖУ КОШТІВ АВТОМАТИЗАЦІЇ.

7.1 Загальні вимоги до монтажу первинних перетворювачів.

Чутливі елементи первинних перетворювачів працюють в найбільш важких умовах, оскільки знаходяться в безпосередньому контакті з середою, що вимірюється. Тому при їх монтажі необхідно врахувати наступні вимоги:

при виборі місця установки врахувати достатню освітленість, зручність в обслуговуванні;

температура навколишнього середовища повинна бути в межах +5...+50°З;

при установці в місцях з підвищеною агресивністю середи необхідна установка спеціальних шаф з герметизацией і підведенням чистого повітря для вентиляції.

7.1.1 Монтаж рН-метрів.

Датчики рН-метра являють собою два скляних електроди, вимірювальний і допоміжний, заповнений розчином KCl. Корпус погружного виконання має дві труби, закріплені на фланце, призначеному для кріплення корпусу до горловини технологічної ємності. Внизу труби сполучаються за допомогою двох скоб, на яких укріплений кожух для захисту електродів від механічних пошкоджень.

Для передачі сигналу від електродів до перетворювача служить розподільна коробка, що складається з коробки затисків і з'єднувальної коробки, сполученої між собою за допомогою кабельної вставки і високоомного роз'єм. До роз'єм підводиться кабель типу РК75-4-12. Кабель вимірювального електрода через затиск сполучається з центральною жилою кабеля, а кабель допоміжного електрода через затиск з екраном.

7.1.2 Монтаж первинних перетворювачів рівня.

У якості уровнемера використовується дифманометр типу “ Сапфір”. До початку робіт по установці повинні бути змонтовані імпульсні лінії. У цьому випадку імпульсна трубка буде одна, яка буде повідомлятися з плюсовою камерою дифманометра, мінусова сполучається з навколишнім середовищем. При монтажі необхідно стежити за тим, щоб гайки з'єднувачів і штуцеров були затягнуті по різьбленню до кінця; у відповідності зі схемою з'єднань були виконані приєднання жил кабелів до комутаційних затисків з'єднувальних коробок і приладів; трубні і електричні проводки мали відповідну маркіровку і були надійно закріплені.

7.2 Монтаж перетворювачів.

Монтаж виготовляється в панельних щитах і на стативах відповідно до вимог документів і монтажно-експлуатаційних інструкцій. Прилади розташовуються так, щоб їх розташування було зручне для спостереження, обслуговування, монтажу і ремонту.

Уніфіковані перетворювачі рівня, з електричним виходом монтуються на горизонтальній площині, заздалегідь розміщуються в ряд на стативах. Умови експлуатації відповідають приведеним в паспортних даних.

Зовнішні з'єднання вимірювальних і силових ланцюгів вводяться через окремі отвори за допомогою роз'єм, які знаходяться зовні задньої стінки повторних приладів.

Всі прилади “ Сапфір-22” монтуються на стативах всередині виробничих приміщень.

7.3 Монтаж виконавчих механізмів.

Виконавчі механізми (механізм виконавчий електричний однооборотний МЕО-630/25-0.25до-84) встановлюються безпосередньо на трубопроводах. З'єднувальні коробки, вмісні кабеля, по яких приходять керуючі сигнали і живлення, встановлюються на стативах.

7.4 Порядок установки і монтажу Реміконт Р-130.

При експлуатації Р-130 повинні заземляться відповідно до вимог діючих “ Правил пристрою електроустановок”. Заземлення блоків, що становлять комплект Р-130, здійснюється через болти заземлення проводом не менше за 1,5 кв. Мм.

На клемниках “220 У” блоку живлення БП-1 встановлюється захисна кришка.

Блок контроллера БК-1 розрахований на утоплений монтаж на вертикальній панелі щита або пульта управління. Всі інші блоки, вхідні в комплект розраховані на навісний монтаж.

Ремиконти повинні встановлюватися в закритому пожаро- і вибухобезпечний приміщенні. У приміщеннях повинні поддерживатся наступні умови:

температура навколишнього повітря 1...50°З;

відносна вогкість повітря 30...80 %;

атмосферний тиск 84...106,7 кПа;

захист від впливу зовнішніх магнітних полів з напруженістю більше за 400 А/м;

відсутність вібрації місць кріплення Р-130 з частотою вище за 25 Гц і з амплітудою більше за 0,1 мм;

навколишнє середовище не повинне містити агресивних пар і газів.

Кабельні зв'язки, що з'єднують Реміконти з датчиками і виконавчими механізмами, підключаються до них через роз'єм і клемние колодки згідно з проектом автоматизації. Прокладка кабелів і джгутів повинна відповідати вимогам діючих ПУЕ.

Не допускається об'єднувати в одному кабелі ланцюга, по яких передаються вхідні аналогові і сильноточние вихідні дискретні сигнали. Екранувати кабельні мережі не потрібно, це залежить від довжини зв'язків і від рівня перешкод в зоні прокладки кабельних мереж.

Мережеве напруження подається на блок живлення Реміконта БП-1 через зовнішній силовий щит, на якому є автоматичні вимикачі.

Параметри живлення - однофазна мережа змінного струму напруженням 220(240) В і частотою 50 Гц.

АНОТАЦІЯ

У даному дипломному проекті проведена наступна дослідницька робота: вивчена технологічна схема виробництва, спланований і проведений експеримент, зроблений розрахунок одноконтурной, каскадна і каскадно-комбінована АСР, проведений аналіз якості перехідних процесів, визначений оптимальний критерій управління технологічним процесом.

Розроблені і спроектовані схеми: функціональна, принципова електрична схема, схема зовнішніх з'єднань, схема сигналізації, план розташування коштів автоматизації і проводок, загальний вигляд операторської, схема щитів, пультів.

Також зроблений розрахунок економічних показників, приведена порівняльна таблиця і розрахований економічний ефект.

У розділі “ охорона труда” зроблений розрахунок молниезащити цеху химводоочистки (ХВО-2) і приведені заходи щодо техніки безпеки даного виробництва.

4. ОПИС НЕСТАНДАРТНИХ КОШТІВ АВТОМАТИЗАЦІЇ.

Для більш оптимального управління вузлом нейтралізації, а саме виконавчими механізмами (насосами, засувками), які використовуються в даній технологічній схемі реалізована на ремиконте Р-130-73 схема логічного управління виконавчими механізмами. Інформаційні сигнали знімаються з блоков-концевиков виконавчих механізмів, поступають в ремиконт, де вони обробляються і використовуються в даній технологічній схемі.

Дана програма запускається оператором з 2-х ключів управління, що мають по два положення “ ручне” і “ автомат”. Програма розбита на вісім етапів.

ЕТАП 1.- Запуск програми і визначення усреднителя лужних стоків, з якого буде подаватися луг на нейтралізацію.

Допустимо, що процес ведеться з усреднителя лужних стоків №1 (в подальшому УЩС-1).

Крок 1: визначає в якому положенні знаходиться ключ управління (в автоматичному або ручному). Якщо в ручному, то на 01 вході алгоблока ЕТП (34)

присутній логічний “0”, програма знаходиться в стані очікування. Якщо ключ знаходиться в положенні “ автомат”, те логічна “1” поступає на 01 вхід алгоблока ЕТП (34), відбувається спрацювання першого кроку цього алгоблока і програма переходить до виконання другого кроку.

Крок 2: - відповідає за перехід програми на етап-2 (етап контролю рівня Середи в УЩС-1)

Крок 3: - відповідає за перехід програми на етап-4 (етап контролю рівня Середи в УЩС-2).

Крок 4: - проводить обнулення першого етапу

Крок 5: - повертає програму на початок першого етапу.

ЕТАП 2.- Контроль рівня середи в УЩС-1

Для виконання даного етапу використовуються два сигнали: аналоговий, який йде з перетворювача “ Сапфір БПС-24П” (поз.5-3 див. ПФС), відображаючий рівень в баку і дискретний сигнал від аварійного датчика рівня типу “ РОС” (поз.7-3 див. ПФС). Т. е. міра заповнення бака контролюється двома параметрами.

Крок 1: - відповідає за подальший перехід програми на третій етап. Т. е. при наявності логічної “1” на 01 вході алгоблока ЕТП (35) говорить про те, що рівень в баку в нормі. Якщо ж на вході логічний “0”, те програма переходить до виконання другого кроку.

Крок 2: - зупиняє виконання всього ходу програми і видає на монітор комп'ютера повідомлення, що рівень в УЩС-1 низький і що потрібно перенести хід роботи на УЩС-2.

Крок 3: - це тимчасова витримка.

Крок 4: - обнулення усього другого етапу.

Крок 5: - повертає всю програму до етапу першого.

ЕТАП 3.- Підготовка магістралі подачі лужних стоків з УЩС-1.

Крок 1: - проводить перехід програми на етап 6. Т. е. при наявності логічного “0” на 01 вході алгоблока ЕТП (36) програма переходить на шостий етап, Якщо логічна “1”, те програма переходить до виконання другого кроку.

Крок 2: - контролює положення засувки 2ЩС і видає керуючий сигнал на її переміщення. У цьому випадку необхідно закрити цю засувку. Керуюча “1” з виходу 06 алгоблока ЕТП (36) поступає на вхід тригера. Внаслідок чого тригер видає керуючий імпульс на дискретний вихід ремиконта, до якого підключена пускова апаратура управління засувкою.

Крок 3: - контролює закриття засувки і вичікує 30 секунд до її повного закриття. Як тільки логічна “1” з'явилася на 07 вході алгоблока ЕТП (36), то на виході 07 з'явився

керуючий сигнал, який поверне тригер в початковий стан, т. е. зніме керуючий сигнал на його виході.

Аналогічним способом виконуються подальші кроки, т. е. йде підготовка магістралі для подачі лугу. Закриваються засувки 4ЩС, 7Д, 9Н. І навпаки відкриваються засувки 1ЩС, 8Д.

Крок 14: - зупиняє програму і переводить її в стан “ очікування”, поки не буде зібрана вся магістраль.

Крок 15: - обнулення третього етапу.

Крок 16: - перехід програми на третій етап.

4 і 5-е етапи, це етапи контролю рівня середи і підготовки магістралі подачі лужних стоків якщо в роботі знаходиться УЩС-2. Етапи виконуються аналогічним шляхом, описаним вище.

ЕТАП 6.- Включення насосів 1НУЩ.

Крок 1: - продовжує контроль стану магістралі, т. е. якщо на 01 вході алгоблока ЕТП (39) логічна “1”, те програма переходить до виконання другого кроку і це говорить про те, що магістраль зібрана.

Крок 2: - контролює наявність кислих стоків на 1-ой рівні вузла нейтралізації, рН середи не повинна перевищувати 6.5.

Крок 3,4: - управляють пусковою апаратурою насоса.

Крок 5: - обнулення етапу.

Крок 6: - перехід до сьомого етапу.

Крок 7: - додаткове обнулення шостого етапу.

ЕТАП 7.- Відключення насосів.

Крок 1: - здійснює контроль за станом магістралі, рівнем середи в УЩС, величиною рН на першому рівні. При появі логічної “1” на 01 вході алгоблока ЕТП (40) крок виконується. Це говорить про те, що сталося якесь технологічне порушення, або змінився рівень в УЩС (став низьким), або збільшилася величина рН лужних стоків на першому рівні. З 05 виходу цього алгоблока логічна “1” поступає на тригер відключення насосів.

Крок 2: - отримує підтвердження на відключення насосів і обнуляє тригер.

Крок 3: - обнуляє етап 7.

Крок 4: - здійснює перехід програми на восьмий етап.

ЕТАП 8.- Закриття засувок 1ЩС, 2ЩС і додаткове обнулення програми.

Крок 1: - контролює роботу насоса. Якщо насос вимикається, то на 01 вході алгоблока ЕТП (43)

з'являється логічна “1” і отже програма переходить на другий крок.

Крок 2,3: - контролюють положення засувки 2ЩС і її переміщення. Аналогічно виконуються кроки 4 і 5, але вони контролюють засувку 1ЩС.

Останні кроки даного етапу проводять обнулення всіх етапів запропонованої програми.

3. ПОБУДОВА МАТЕМАТИЧНОЇ МОДЕЛІ І ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ.

3.1 Вибір критеріїв оптимальності.

Як було описано вище, кінцевим результатом процесу нейтралізації є стічні води, рН яких повинна задовольняти вимогам нейтральної Середи. По мірі проходження процесу рН стоків може змінюватися. Це залежить від якості реагентів, вступаючих в процес перемішування, а також їх витрати.

На основі цього можна зробити висновок, що головними критеріями оптимальності даного технологічного процесу будуть бути концентрація і витрата реагуючих компонентів (розчину їдкого натра і сірчаної кислоти).

3.2 Формалізація технологічного процесу.

Отримання нейтральної середи відбувається внаслідок хімічної реакції:

Вхідною змінною є початкова концентрація кислих стоків і відповідно їх рН. Також вхідною величиною є лужні стоки, а саме розглядається концентрація лугу і рН. Вихідною змінною є рН нейтральної середи на виході процесу нейтралізації.

Хімічну реакцію, що протікає в процесі нейтралізації можна описати наступним стехиометрическим рівнянням:

А вираження, що визначає швидкість реакції, може бути записане так:

R - швидкість реакції в об'ємі V;

СА, СВ- концентрації потоків, вступаючих в реакцію;

k- константа швидкості реакції.

Оскільки пропонується ідеальне перемішування, склад потоку, що відбирається такий же, що і в проточній ємності. Зміну об'єму рідини в ємності знаходять з рівняння загального матеріального балансу:

Q1- об'ємна витрата речовини на вході;

Q2- об'ємна витрата речовини на виході;

V - об'єм системи.

Для введення реакції в основну модель системи будемо розглядати швидкість реакції як вихід для балансів по компонентах А і В і як вхід для балансів по компонентах З і D. Уравненія матеріальних балансів запишеться таким чином:

[швидкість накопичення]=[притока]-[стік]

Іншими словами зміна кількості речовини, що акумулюється у внутрішньому об'ємі апарату за деякий час, цю зміну потоку речовини на вході і на виході системи.

Для зручності обчислень запишемо, що вхідні потокиQCAиQCBетоIВХ., а вихідні потоки етоIВИХ.. Зміна кількості веществаVCзапишем як М. Тогда зміна концентрації в апараті, об'ємом V, буде дорівнювати:

Зміна кількості речовини це ніщо інакше як зміна концентрації цієї речовини. Тоді дане вираження можна перетворити до вигляду:;

З=З(t)-З(0)

Відношення об'ємної витрати Q до об'єму системи V, це:

- середній час перебування частинок в апараті.

Звідси можна перейти до виведення диференціального процесу перемішування.

Вирішуючи рівняння даної запропонованої моделі (модель ідеального перемішування), ми можемо взнати як поведе себе вся система, якщо на вхід системи попадуть одиничний стрибок або одиничний імпульс.

Отже рішення рівняння моделі:

перейдемо до операторської форми записи;

СВХ.(S)CBX.(t); СВИХ.(S)СВИХ.(t)

тоді диференціальне рівняння моделі запишеться таким чином:

вийшла апериодическое ланка 1-го порядку, де Т=. Запишемо остаточне вираження:

1.- Допустимо, що на вхід системи подали одиничний стрибок, т. е.

Fкрив.- це крива відгуку системи на одиничний стрибок.

2.- Допустимо, що на вхід системи подали одиничний імпульс, т. е.

Свх.(S)=1; Свх.(t)=(t), тоді

На малюнку 3.2.1. відображені криві відгуку системи на одиничний стрибок і на одиничний імпульс.

СВХСВИХ..

1(t) 1 FKP.

t t

СВХ. СВИХ.

(t) 1/

t t

мал. 3.2.1. Криві відгуку моделі на одиничний стрибок і одиничний імпульс.

3.3 Блок-схема алгоритму рішення

Введення початкових даних

Q1, Q2, CA, CB, CC, CD.

Розрахунок об'єму системи

Q1CA1, Q2, R Матеріал. баланс по комп. А

Q1CB1, Q2, R Матеріал. баланс по комп. У

CA2, CB2Уравнение кінетики

Q2, R Матеріал. баланс по комп. З

Q2, R Матеріал. баланс по комп.D

Виведення розрахунку

СС, СD.

Висновок:

Вигляд моделі ідеального перемішування показує, що це модель із зосередженими параметрами, оскільки основна змінна, а в цьому випадку це концентрація, змінюється тільки у часі.

3.4 Постановка задачі оптимального управління

Оптимізація роботи моделі ідеального перемішування, що пропонується може бути досягнута за рахунок оптимізації режимних параметрів. Очевидно існує деяке оптимальне співвідношення концентрації лугу, що подається на вхід об'єкта, і вихідним параметром рН стічних вод.

Поставлену задачу вирішимо найпростішим методом, що полягає в переборі варіантів. У результаті отримуємо залежність рН=f(СNaOH).

З,%

12

9

6

3

рН

2 4 6 8 10 12 14

АВТ. АВТ. РУЧ.

Дана крива побудована на основі дослідження проходження процесу нейтралізації. Процес вівся на автоматичному, а потім на ручному управлінні. При автоматичному режимі концентрація лугу підтримувалася на рівні 3-4%, а отже рН на виході об'єкта не перевищувала технологічних обмежень. При ручному управлінні сталося збільшення концентрації, т. до. оператор на стадії дозування лугу процесу нейтралізації проводив відкриття засувки вручну тим самим викликавши перевитрату лугу, а отже збільшення її концентрації у водному розчині. рН на виході об'єкта зростає і виходить за рамки технологічних обмежень.

Інакшими словами як критерій оптимізації приймемо концентрацію лугу у водному розчині.

3.5 Вибір методу пошуку екстремума

Для відшукання критерію оптимальності скористаємося методом пробних кроків. Пошук методом пробних кроків полягає в наступному. З точки, що характеризує стан об'єкта в даний момент часу, робляться пробні кроки у всі сторони. У кожній з точок, що знову отримуються обчислюються значення критерію оптимальності. Серед них вибирається мінімальне значення, координати якого запам'ятовуються. Ця точка служить початкової для вибору наступного кроку в напрямі оптимуму.

Якщо при черговому аналізі пробних кроків не отримано критерію оптимальності, то крок меншає наполовину і знову робляться пробні кроки в зворотному напрямі.

Коли величина кроку стане менше необхідній точності досягнення оптимуму, процес пошуку закінчується.

3.6 Опис блок-схеми алгоритму пробних кроків

Х - змінна;

Z - поточне значення критерію оптимальності;

Н і В-нижня і верхня межа області зміни Х;

Т - необхідна точність рішення задачі;

Ш - початкова величина пробного кроку;

П - параметр в рівнянні поверхні;

М - максимальне значення Z;

Р, З - осередки для зберігання значень Значення функції Z привласнюються М і Р (оператори 1-4). Потім робиться крок у бік зростання Х і порівняння Z зі значенням в початковій точці (оператори 5-9). Далі виконується крок назад по осі Х і проводиться порівняння Z з максимальним значенням М (оператори 10-14). Оператор 15 проводить друк Х, Z вибраної точки; 16 - аналізує чи були вдалі кроки серед пробних. Якщо вдалих кроків не було, то проводиться аналіз досягнутої точності рішення. Якщо точність відповідає заданої, то рахунок зупиняється, інакше відбувається зменшення кроку наполовину (оператори 19-20) і повторення циклу пробних кроків.

Блок-схема алгоритму пробних кроків:

1-2 Н, В, Х, Т, Ш, П

3 Ш= Ш До=Х

4 Z, М=Z, Р=М, З=М

5 Е=Х, Х=Х+Ш

так

6 Х У

12 Z

7 Z 13

Z М

так

8 Z М

14 М=Z, До=Х

9 М=Z, До=Х

1 5 Х, Z, Ш

10 Х=Е, Х=Х-Ш

так

16 Р М 19-20 Ш=Ш/2

11 Х Н

так

17 Ш Т

18 Зупинка

1. Ввідна частина.

Дослідно-промислова установка розташована у відділенні хлорування цеху № 32 ВАТ “ АВИСМА”.

Метод виробництва диоксида титана - хлоридний спосіб виробництва високотемпературним парофазним гидролизом тетрахлорида титана.

Організації розробники технологічного процесу - АТ Російський науково-дослідний і проектний інститут титана і магнію (АТ РИТМ) і ВАТА “ АВИСМА” - титано-магнієвий комбінат.

Організація-розробник проекту дослідно-промислової установки - проектно-конструкторський відділ ВАТ “ АВИСМА”.

2. Вступ.

Серед неорганічних пігментів найбільшим попитом користуються білі пігменти. У основному використовувалися свинцеві і цинкові білила, але вони надають шкідливий вплив на організм людини.

У цей час нарівні з використанням свинцевих і цинкових білив широке застосування отримали титанові білила. До 70 % диоксида титана (титанові білила), що випускається знаходить застосування в лакофарбній промисловості. Цей чинник пояснюється не тільки високими пігментними властивостями титанових білив (велика інтенсивність і криюча здатність, висока маслостойкость в порівнянні з іншими білими белилами), але і їх техніко-економічними перевагами, а також великими запасами початкової сировини.

Диоксид титана використовується в лакофарбній промисловості для виробництва матеріалів на основі різних пленкообразующих: епоксидних, алкидних, феноло- і мочевиноформальдегидних смол, а також застосовують у виробництві пластмас, гумових виробів, паперу, лінолеуму, штучних волокон і трохи в парфюмерії.

Мета дипломного проекту - автоматизація технологічного процесу отримання диоксида титана.

3. Технологія виробництва.

3.1 Опис технологічного процесу.

Обчищений у відділенні ректифікації тетрахлорид титана (ОТТ) насосом подається в дві витратні ємності (поз. 1), звідки через регулюючий пристрій прямує в куб-випарник (поз. 2), обладнаний погружними електронагревателями потужністю 120 кВт. З куба-випарника (поз. 2) пари ОТТ при температурі 136...140 З поступають в перегреватель (поз. 3), виконаний з полутруб, приварених до кожуха реактора парофазного гидролиза, де нагріваються до температури 200...250 З і прямують в центральну трубу коаксіальної форсунки (поз. 25) реактора (поз. 4).

Азот з газопроводу поступає в підігрівач (поз. 24), що представляє газоохолоджувану сорочку зведення реактора, де нагрівається до температури 100...250 З і прямує в зовнішню трубу коаксіальної форсунки (поз. 25) реактора (поз. 4) для запобігання заростанню сопла форсунки продуктами гидролиза тетрахлорида титана.

Повітря газодувкой з приміщення цеху нагнітається в підігрівач (поз. 6), представляючий воздухоохлаждаемую сорочку приварену до кожуха реактора (поз. 4) парофазного гидролиза (ПФГ), де нагріваються до температури 100...250 З і потім прямує в пальник (поз. 26) печі (поз. 5).

Природний газ з газопроводу подається в пальник печі під тиском 10...200 (1...20) мм вод. ст. ( МПа).

У печі (поз. 5) здійснюється спалення суміші природного газу і повітря. При цьому протікають реакції горіння углеводородов природного газу:

CH4+ 2 O2= CO2+2 H2O + 892 кДж

2 C2H6+7 O2= 4 CO2+ 6 H2O + 3123 кДж

C3H8+ 5 O2= 3 CO2+4 H2O + Q

Водяна пара з магістрального паропровода поступає в перегреватель, звідки з температурою 150...250 З подається в камеру горіння печі (поз. 5), де змішується з продуктами згоряння природного газу.

Парогазовая суміш (ПГС) з печі (поз. 5) з температурою 1300...1450 З прямує в реактор парофазного гидролиза (поз. 4).

У реакторі тетрахлорид титана при температурі 1100...1200 З взаємодіє з водою по реакції:

TiCl4(пара) + 2 H2O (пара) = TiO2(тв.) +4 HCl (газ) + Q

Пилепарогазовая суміш (ППГС) з реактора прямує в камеру попереднього охолоджування (поз. 7), де охлаждаться до 600...800 З при змішуванні з потоком повторного повітря, що нагнітається газодувкой з приміщення цеху. Подальше охолоджування ППГС до 250...350 З відбувається в двухтрубной пилеосадительной камері ПК-1 (поз. 8), стінки якої охлаждаться зовні водою.

Виділення з ППГС основної кількості диоксида титана відбувається в циклонах (поз. 9), звідки диоксид титана через шлюзові затвори (поз. 182,3) поступає в бункер (поз. 17). Для запобігання комкования “ сирця”, корозії і забивання апаратів-пиловловлювачів абгази після рукавного фільтра (поз. 10) повинні мати температуру вище за 150°С. Отходящиє гази після циклонів через рукавний фільтр (поз. 10) прямують в санскруббер (поз. 12), де промиваються водою (міра очищення досягає 99% і потім поступають на газоочистку № 2. Розрядження в системі створюється вентиляторами (поз. 11,13). Кислі стоки санскруббера (поз. 12) зливаються в кислотну каналізацію. Уловлений в рукавном фільтрі (поз. 10) продукт через шлюзовий затвор (поз. 184) прямує в бункер (поз. 17).

Диоксид титана з камери попереднього охолоджування (поз. 7) вивантажується шнеком (поз. 14), потім инжектором (поз. 151) через циклон-пиловловлювач (поз. 16) прямує в бункер (поз. 17). Диоксид титана з пилеосадительной камери ПК-1 (поз. 8) через шлюзовий затвор (поз. 181) инжектором (поз. 151) через циклон-пиловловлювач (поз. 16) прямує в бункер (поз. 17).

З бункера (поз. 17) через шлюзовий затвор (поз. 185) диоксид титана (рН водної суспензії 1...3,5) поступає в струйний насос-інжектор (поз. 153) і за допомогою потоку нагрітої водовоздушной суміші прямує в десорбер (поз. 19), представляючий собою піч “ киплячого шара”. Десорбція хлористого водня здійснюється в струмі паровоздушной суміші при температурі 500...700° 201,2), виконаних у вигляді кожухотрубних теплообмінників. Охолоджування матеріалу здійснюється повітрям, що нагнітається газодувкой (поз. 22) в межтрубное простір збірника-теплообмінника. Матеріал, що Охолоджується періодично вивантажується в тару (поз. 211,2). Запиленний кислий газ з десорбера “ КС” (поз. 19) і повітря із збірників (поз. 201,2) поступають на вхід рукавного фільтра (поз. 10).

У процесі десорбції з матеріалу, що обробляється в нижній частині десорбера “ КС” відділяються великі частинки продукту останні періодично вивантажуються в кюбель (поз. 23) і прямують на переробку в хлоратори спільно з титанової шихтой.

3.2. Режимні параметри технологічного процесу.

таб. 3.2

Найменування параметра

Одиниці вимірювання

Норма

1

2

3

4

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

Витрата тетрахлорида титана

Рівень в ємностях тетрахлорида титана

Температура TiCl 4 у випарнику

Температура пари TiCl 4 на вході в реактор

Витрата азоту (осушеного повітря) в реактор

Витрата водяної пари в реактор

Температура водяної пари на вході в печення

Витрату природного газу в пальник

Тиск природного газу на вході в пальник

Витрата первинного повітря (дутьевого)

Тиск повітря на вході в пальник

Температура ПГС на вході в реактор

Температура ППГС на виході з реактора

Витрата повторного повітря

Температура ППГС після камери попереднього охолоджування

Температура ППГС після пилеосадительной камери

Температура ППГС на виході з рукавного фільтра

Температура в десорбере

Витрату повітря в десорбер

Витрату води (пара) в десорбер

рН водній суспензії після десорбції

Розрядження ППГС на виході з другого циклону

Розрядження на виході з рукавного фільтра

рН водної суспензії диоксида титана “ сирця”

Зміст рутила в диоксиде титана

кг/ч

%

°З

°З

м 3 /ч

м 3 /ч

°З

м 3 /ч

мм вод. ст.

МПа

м 3 /ч

мм вод. ст.

МПа

°З

°З

мм вод. ст.

МПа

°З

°З

°З

°З

м 3 /ч

м 3 /ч

одиниці

мм вод. ст.

мм вод. ст.

одиниці

масс.%

800...1200

не більше за 80 об'єми

136...140

200...250

8...12

100...300

150...250

30...100

10...200

1...20

300...1500

9...180

0,9...18

1300...1450

1000...1200

500...1500

50...150

600...800

250...350

150...200

500...700

200...400

50...100

3...5

400...500

480...580

1...3,5

0...95

3.3. Характеристика основного технологічного обладнання.

Як основне технологічне обладнання використовуються:

1). Куб-випарник.

Куб-випарник призначений для нагріву і випаровування TiCl4, що подається через перегреватель в реактор парофазного гидролиза.

Технічна характеристика:

ємність - 1,5 м3;

робоча середа - тетрахлорид титана (рідина і пара);

температура робочої середи - 136...140°З;

робочий тиск - 13,3...46,5 (100...350) кПа (мм рт. ст.);

потужність нагрівників - 120 кВт;

число фаз - 3;

кількість кришок з нагрівниками - 1;

діаметр - 1208 мм;

довжина - 1508 мм;

висота - 1780 мм.

Куб-випарник складається з корпусу, кришок для кріплення нагрівників, нагрівальних елементів, уровнемерной колонки.

Корпус куба виконаний з сталі 1Х18Н10Т, із зовнішньої сторони поверхня теплоизолирована диатомовим цеглою, асбоцементной замазкою і стеклотканью. Для висновку і подачі пар в перегреватель апарат забезпечений паровим патрубком.

Нагрівники куба погружние, відкритого виконання з дроту Х20Н80 діаметром 7,5...8 мм, кріпляться на рамі кришки нагрівника. Кришки нагрівників герметично встановлюються на патрубках, виведення токоведущих нагрівників здійснене через провідників з уплотнительними кільцями.

Для контролю рівня куб обладнаний штуцерами для уровнемерного скла і уровнемерной колонки.

Прилади контролю споживаної потужності, її регулювання і відключення розташовані на щиті управління.

2). Піч.

Піч призначена для отримання нагрітою до температури 1300...1450°З парогазовой суміші, що перебуває, в основному, з азоту, вуглекислого газу і пар води, продуктів спалення суміші природного газу з повітрям. У камеру згоряння печі подається також водяна пара.

Технічна характеристика:

робоча середа - парогазовая суміш, вмісна Н2О, СО2, N2;

температура робочої середи - 1300...1450°З;

робоче розрядження - 1...2 (0,1...0,2) мм вод. ст. (МПа);

тип пальника - ГГВ-МГП-75;

кількість пальників - 1;

внутрішній діаметр камери згоряння - 0,72 м;

довжина камери згоряння - 2 м.

Піч складається з камери згоряння і пальника природного газу. Стальний кожух камери згоряння футерован листовим азбестом, шаром шамота- легковеса, завтовшки 114 мм і шаром шамота класу А, завтовшки 230 мм. З зовнішньої сторони печі до кришки прикріплена горелочная плита, на яку встановлюється пальник ГГВ-МГП-75. Піч забезпечена патрубками для введення води і висновку ПГС. Для контролю тиску (розрядження) і температури піч забезпечена патрубками для установки добірних пристроїв і термопар.

Пальник складається з корпусу, сопла, наконечника сопла і носика пальника. Повітря подається по патрубку на корпусі пальника, природний газ подається через патрубок сопла в центрі пальника.

3). Реактор.

Реактор призначений для парофазного гидролиза тетрахлорида титана взаємодією з парами води з отриманням диоксида титана і хлористого водня.

Технічна характеристика:

робоча середа - пилепаровая суміш, вмісна диоксид титана, HCl, CO2, H2O, азот і інш.;

температура робочої середи - 200...1450°З;

робоче розрядження - 5-10 (0,5...1) мм вод. ст. (МПа);

внутрішній діаметр реактора - 0,796 м;

довжина реактора - 7,1 м.

Реактор складається з стального кожуха, футерованного листовим азбестом, шамотом класу А, завтовшки 114 мм. Реактор забезпечений у верхній частині патрубком для введення ПГС з печі, знизу - патрубком для введення ППГС в камеру попереднього охолоджування і двухтрубной коаксіальною форсункою подачі пар TiCl4(по центральній трубі) і азоту (по зовнішній трубі), встановленою на зведенні.

На зведенні реактора змонтована газоохолоджувана стальна сорочка, в якій підігрівається азот, для введення і виведення сорочка забезпечена патрубками.

У верхній частині реактор обладнаний перегревателем тетрахлорида титана, виконаним з приварених до кожуха полутруб. Перегреватель TiCl4снабжен патрубками для входу і виходу перегрітих пар.

У середній частині реактор обладнаний підігрівачем повітря, виконаним у вигляді привареної до кожуха стальної сорочки. Підігрівач воздухаснабжен патрубками для входу і виходу.

4). Камера попереднього охолоджування.

Камера попереднього охолоджування призначена для часткового виділення диоксида титана і охолоджування пилепарогазовой суміші методом змішення з воздуходувкой повітрям, що нагнітається (використовується реконструйований титановий хлоратор).

Технічна характеристика:

робоча середа - пилепарогазовая суміш, вмісна диоксид титана, HCl, CO2, H2O, азот, і інш.;

температура робочої середи - 200...1450 З;

робочий тиск - 2,9 (300) кПа (мм вод. ст.);

висота - 10,98 м;

діаметр - 5,375 м.

Стальний кожух камера попереднього охолоджування футерован шамотом класу А, товщина футеровки верхньої внутрішньої циліндричної частини 345 мм, нижня 1035 мм. Подина камери попереднього охолоджування конічна, забезпечена патрубками для вивантаження диоксида титана за допомогою шнекового пристрою. Камера попереднього охолоджування забезпечена патрубками для введення (внизу) і виведення (вгорі) пилепарогазовой і п'ятьма патрубками для нагнітання повітря.

5). Пилеосадительная камера.

Пилеосадительная камера призначена для охолоджування пилепарогазовой суміші і часткового виділення (осадження) диоксида титана.

Технічна характеристика:

робоча середа - пилепарогазовая суміш, вмісна диоксид титана, HCl, CO2, H2O, азот, і інш.;

температура робочої середи - 200...800 З;

робочий тиск - 2,9 (300) кПа (мм вод. ст.);

діаметр стояка - 204 м;

висота - 7,35 м;

висота конічної частини - 3,95 м;

ширина конічної частини - 4,52 м.

Пилеосадительная камера складається з двох порожнистих циліндричних вертикальних стояків, об'єднаних в нижній частині загальним конусом, забезпечений двома патрубками для входу і виходу ППГС і патрубком вивантаження уловленого диоксида титана. Стальний корпус футерован всередині термо-кислототривкою керамічною плиткою, зовні охлаждаться водою.

6). Циклони.

Циклони призначені для виділення з ППГС диоксида титана.

Технічна характеристика:

робоча середа - пилепарогазовая суміш, вмісна диоксид титана, HCl, CO2, H2O, азот, і інш.;

температура робочої середи - 120...300 З;

робочий тиск - 5 (500) кПа (мм вод. ст.);

висота - 2,9 м;

діаметр - 0,63 м.

Циклонная установка складається з двох сполучених послідовно апаратів, виконаних з сплаву ВТ-1. Циклони теплоизолировани зовні шлаковою ізоляцією і покриті кожухом з листового алюмінію. Апарати забезпечені патрубками входу і виходу ППГС, патрубок вивантаження диоксида титана обладнаний шлюзовим затвором, патрубок виходу другого циклону сполучений з рукавним фільтром.

Для виключення комкования диоксида титана, забиття і корозії циклонів не допускається зниження температури внутрішньої поверхні нижче за 150 7). Рукавний фільтр.

Рукавний фільтр призначений для тонкого очищення ППГС після циклонів, десорбера і збірників диоксида титана.

Технічна характеристика:

тип - РФ-120;

робоча середа - пилепарогазовая суміш, вмісна диоксид титана, HCl, CO2, H2O, азот, і інш.;

температура робочої середи - 150...200 З;

розрядження - 4,8...5,8 (480...580) кПа (мм вод. ст.);

площа поверхні рукавів - 120 м2;

регенерація - посекционная зворотної отдувкой і струшуванням.

Рукавний фільтр виконаний з сталі марки 10Х18Н9Т, обігрівається електронагревателями або топочними газами, теплоизолирован зовні шлаковою ізоляцією і покритий кожухом з листового алюмінію. Апарат забезпечений патрубками введення і висновку ППГС. Зсередини апарат покритий азбестовою тканиною на рідкому склі з добавкою диоксида титана. Фільтруючий матеріал рукавів - сітка металева. Патрубок вивантаження диоксида титана обладнаний шлюзовим затвором, для виключення комкования диоксида титана, забиття і корозії апарату не допускається зниження температури внутрішньої поверхні нижче за 150 8). Десорбер.

Десорбер призначений для видалення НCl, адсорбованого частинками диоксида титана - “ сирця”, при взаємодії із зволоженим повітрям в умовах киплячого шара.

Технічна характеристика:

робоча середа - кислий (рН=3,5) диоксид титана “ сирець”, зволожене повітря або топочние гази від спалення природного газу.

температура робочої середи - 600...700 9). Скруббер санітарний.

(див. розділ “ Охорона труда”)

10). Збірник.

Збірник призначений для прийому, охолоджування повітрям і зберігання диоксида титана перед завантаженням в тару.

Технічна характеристика:

робоча середа - кислий диоксид титана, рН водної суспензії по ГОСТ 9808-84 становить 1...3,5;

температура робочої середи - 20...700 З;

витрата повітря - 12000 м3/ч;

площа поверхні теплообміну - 202 м2;

режим роботи - періодичний;

діаметр - 3660 м;

висота - 8700 м.

Збірник виконаний з сплаву ВТ-1 у вигляді кожухотрубного теплообмінника з воздухоохлаждаемой сорочкою на кожусі. У трубний простір завантажується матеріал, що охолоджується, в межтрубное простір подається охолоджуюче повітря. Збірник обладнаний патрубками завантаження і вивантаження матеріалу, входу і виходу повітря в сорочку і межтрубное простір.

3.4. Характеристика товарної продукції.

Марка товарного продукту в залежності від змісту диоксида титана і контрольованих показників визначається при випробуваннях і узгоджується з споживачем.

Диоксид титана являє собою білий порошок. Хімічна формула - TiO2. Насипна маса - 100...500 кг/м3. Густина диоксида титана в залежності від модифікації складає:

анатаз - 3840 кг/м3;

рутил - 4260 кг/м3.

Диоксид титана інертний і практично стійкий до взаємодії реагентів - розбавлених мінеральних кислот, сірководня, сірчастого газу, органічних кислот. Помітно розчиняється в розплавленій бурі і фосфатах.

При виробництві диоксида титана звичайно отримують продукт анатазной або рутильной структури. Обидві ці модифікації володіють однаковою кристаллографической структурою, але мають різні параметри кристалічної гратки, що і обумовлює відмінність їх властивостей.

Структурна зміна диоксида титана при нагріві має виключно важливе значення для її практичного використання. Температурний інтервал і швидкість перетворення залежить від способу отримання продукту і від вмісту в ньому домішок.

По фізико-хімічних властивостях диоксид титана повинен відповідати наступним вимогам:

Найменування показників

Норми для марки

ДТР-1 ДТР-2 ДТР-3 ДТР-4

Метод випробування

1. Масова частка диоксида титана, % не менше

за 2. Масова частка рутильной форми, % не менше

за 3. Разбеливающая здатність, усл. ед, не менше

за 4. Укривистость г/м 2, не більше

за 5. Білизна, усл. ед. не менше

за 6. Масова частка хлора-іона % не більше

за 95 93 97 95

95 не нормується

1500 - 1100 1000

40 40 40 40

94 91 96 94

0,5 1,0 0,5 1,0

По ГОСТ 9808-84 п.5.2

По ГОСТ 9808-84 п.5.3

По ГОСТ 9808-84 п.5.7

ГОСТ 9529-80 р.2

По ГОСТ 9808-84 п.5.8

ГОСТ 8784-75

По ГОСТ 9808-84 п.5.11

4. Основні рішення по автоматизації.

4.1. Обгрунтування вибору системи приладів.

Стійке і ефективне функціонування систем управління неможливе без точної первинної інформації про стан параметрів об'єкта регулювання. Проблема полягає в жорстких умовах експлуатації коштів автоматизації що безпосередньо контактують з сировиною і продуктами його переробки. Ці кошти випробовують вплив агресивною і абразивних серед, вібраційний навантаження, зазнають відкладення твердих нерозчинних залишків, а також схильні до впливу температури і вогкості навколишнього середовища.

Перехід до оптимізації виробництва, створенню і впровадженню автоматизованих систем управління з використанням обчислювальної техніки пред'являють підвищені вимоги до вживаних коштів автоматизації. Застосування автоматизованих систем управління неможливе без розвиненої бази контрольно-вимірювальних приладів, первинних перетворювачів, що здійснює зв'язок цих систем з об'єктами управління, а також без надійних виконавчих механізмів, реалізуючий керуючий вплив. Таким чином впровадження автоматизованих систем управління повинно супроводитися створенням довершених і надійних коштів автоматизації.

Відмітна особливість експлуатації апаратури автоматизації в металургійній промисловості є висока агресивність технологічної середи. Надійність роботи апаратури автоматизації знижує схильність середи до зашламлению, а також загрязненность технологічних апаратів і трубопроводів. Присутність твердої фази в рідких середовищах приводить до корозії чутливих елементів первинних перетворювачів і проточної частини регулюючих органів. Підвищена вогкість повітря, наявність в повітрі пар агресивних серед і пилу приводять до погіршення електричних характеристик ізоляційних матеріалів і сприяють посиленню корозії приладів.

Для вимірювання поточних параметрів технологічного процесу і перетворення їх в уніфіковані сигнали вибрані електричні контрольно-вимірювальні прилади системи ГСП.

Як первинні перетворювачі для вимірювання температури вибрані термопари ТПП (1400°З), ТХА (600°З) з різною довжиною монтажної частини. Як кошти для вимірювання витрати застосовуються прилади “ Сапфір-22М” з різними межами вимірювань. Даний вибір заснований на тому, що за своїми технічними і експлуатаційними характеристиками ці прилади є сучасними коштами вимірювання, заснованими на абсолютно новому принципі дії. Це позитивно позначається на підвищенні точності вимірювання різниці тиску і перетворення в уніфікований сигнал.

Перетворення виміряних значень поточних параметрів процесу в уніфіковані сигнали необхідне для узгодження приладів з контроллером. Крім того електричні контрольно-вимірювальні прилади мають більш високу чутливість, швидкодію і надійніше в експлуатації.

4.2. Вибір коштів управління.

Кожний технологічний процес вимагає таких приладів, які б в кращій мірі виконували функції, що покладаються на них. Цей чинник обумовлює широкий спектр автоматичних регулюючих пристроїв.

Всі регулятори класифікуються по різних ознаках. Цими ознаками можуть бути: вигляд енергії (електричний струм, стислий повітря, рідина), що використовується, закон регулювання, характер зв'язку між вхідною і вихідною величиною, виконання (приладове, апаратне, агрегатне).

Для реалізації даної автоматизованої системи управління серед найбільш відомих типів автоматичних регуляторів підходить микропроцессорний контроллер “ Реміконт Р-130”.

Ремиконт Р-130 (далі Реміконт) - це компактний, малоканальний, многофункциональний, микропроцессорний контроллер, призначений для автоматичного регулювання і логічного управління технологічними процесами.

Призначений для застосування в різних галузях промисловості.

Ремиконт ефективно вирішує як порівняно прості, так і складні задачі управління. Завдяки малоканальности він дозволяє, з одного боку, економічно управляти невеликим агрегатом і, з іншою - забезпечити високу живучість великих систем управління.

Ремиконт має три моделі - регулююче, логічне і безперервно-дискретне. Регулююча призначена для рішення задач автоматичного регулювання, логічна - для реалізації логічних програм крокового управління, безперервно-дискретна - для рішення змішаних задач регулювання і логіки.

Регулююча модель дозволяє вести локальне, каскадне, програмне, супервизорное, многосвязное регулювання. У цій моделі можливо вручну або автоматично включати, відключати, перемикати і реконфигурировать контури регулювання, причому всі ці задачі вирішуються незалежно від складності структури управління. У поєднанні з обробкою дискретних сигналів ця модель дозволяє виконувати також логічні перетворення сигналів і виробляти не тільки аналогові або імпульсних, але і дискретні команди управління.

Логічна модель формує логічну програму крокового управління з аналізом умов виконання кожного кроку, завданням контрольного часу на кожному кроці і умовним або безумовним переходом програми до заданого кроку. У поєднанні з обробкою аналогових сигналів ця модель дозволяє також виконувати різноманітні функціональні перетворення аналогових сигналів і виробляти не тільки дискретні, але і аналогові керуючі сигнали.

Безперервно-дискретна модель дозволяє виконувати різноманітні перетворення як аналогових, так і дискретних сигналів.

Всі моделі Реміконта містять кошти оперативного управління, розташовані на лицьовій панелі контроллера, що дозволяють вручну змінювати режими роботи, встановлювати завдання, управляти ходом виконання програми, вручну управляти виконавчими пристроями, контролювати сигнали і відобразити помилки.

Стандартні аналогові і дискретні датчики і виконавчі пристрої підключаються до Реміконту за допомогою індивідуальних кабельних зв'язків. Всередині контроллера сигнали обробляються в цифровій формі.

Ремиконти можуть об'єднаються в локальну керуючу мережу “ Транзит” кільцевої конфігурації, що не вимагають додаткових пристроїв. У одну мережу може включатися як однакові, так і різні моделі контроллерів.

Ремиконт простий в роботі. Для роботи з ним не треба бути програмістом. Процес програмування простий і береться у видобування з пам'яті контроллера потрібних алгоритмів, об'єднання їх в систему заданої конфігурації і встановлення необхідних настроювальних параметрів.

Ремиконт являє собою комплекс технічних засобів, до складу якого входить центральний микропроцессорний блок контроллера і ряд додаткових блоків. Центральний блок перетворює аналогову і дискретну інформацію в цифрову форму, веде обробку її і виробляє керуючі впливи. Додаткові блоки використовуються для попереднього посилення сигналів термопар і термометрів опору, формування дискретних вихідних сигналів на напруження 220 В, організації зовнішніх з'єднань і блокування.

5. Експериментальна частина.

5.1. Планування експерименту.

При дослідженні об'єкта регулювання особливу увагу приділяють визначенню динамічних і статичних характеристик. Методи визначення характеристик бувають активні, пасивні і аналітичні.

Для проведення експерименту вибирають основні параметри технологічного процесу

Одними з основних параметрів, належних автоматичному регулюванню, є рівень TiCl4в кубі-випарнику і кількість випарованого TiCl4, що відводиться з куба-випарника.

Автоматичне регулювання живлення куба-випарника повинно забезпечувати підтримка рівня TiCl4в заданих межах, а також збереженню співвідношення кількості TiCl4к, що подається випарованому TiCl4.

Оскільки куб-випарник є герметизованою ємністю для простоти розрахунків і зручності обчислень вважаємо, що кількість випарованого TiCl4при підтримці рівня в заданих умовах знаходиться в прямопропорциональной залежності від TiCl4, що подається. Або іншими словами, по витраті TiCl4можно, що подається судити про кількість випарованого TiCl4.

Досліджуючи об'єкт регулювання ми приходимо до висновку, що це об'єкт зі зв'язним регулюванням.

Схема зв'язного регулювання показана на малюнку 5.1.

n W1.1Qж

W1.2

N W2.2Нк

Малюнок 5.1. Схема досліджуваного об'єкта.

Qж - витрата TiCl4

Qг, що подається - витрата випарованого TiCl4

N - потужність нагрівників

Нк - рівень TiCl4в кубі-випарнику

5.2 Проведення експерименту.

Для отримання кривої розгону по каналу “ положення регулюючого клапана - витрата TiCl4” застосуємо активний експеримент.

Схема експерименту зображена на малюнку 5.2.1.

TiCl4

FE FE

40б 40а

NS

40в

куб - випарник

Реміконт Р-130

Малюнок 5.2.1. Схема проведення експерименту по каналу “ положення

регулюючого клапана - витрата TiCl4”

Встановлене обладнання складається з:

приладу для вимірювання витрати РВК (поз.40а);

клапана регулюючого 1-7НЗ з мембранним пневмоприводом МІМ ППХ-250-25-05 В-П (поз.40в);

Ремиконта Р-130 сполученого з ПЕВМ.

З панелі управління Реміконта подаємо 10 % стрибок по витраті TiCl4путем спільного натиснення кнопок “ РУ” і ““. На екрані монітора отримаємо динамічну характеристику. Зафіксуємо значення цієї характеристики.

У результаті отримуємо криву розгону по каналу “ положення регулюючого клапана - витрата TiCl4”. Заміряємо час перехідного процесу в розімкненій системі, воно становило 10 сік. з дискретностью 0,5 сік. Значення часу і величини витрати приведені в таблиці 5.2.1.

По значеннях таблиці будуємо криву розгону по каналу “ положення регулюючого клапана - витрата TiCl4, що подається ”.

Графік кривий розгону зображена на малюнку 5.2.2.

Таблиця 5.2.1. Значення кривої розгону по каналу “ положення регулюючого клапана - витрата TiCl4, що подається ”.

Час

t, з

Витрата TiCl 4

м 3 /ч

Час

t, з

Витрата TiCl 4

м 3 /ч

0,0

500

5,5

585

0,5

505

6,0

590

1,0

514

6,5

592

1,5

521

7,0

594

2,0

535

7,5

595

2,5

545

8,0

596

3,0

555

8,5

597

3,5

565

9,0

598

4,0

570

9,5

599

4,5

575

10,0

600

5,0

580

мал. 5.2.2. Графік кривий розгону по каналу “ положення регулюючого клапана - витрата TiCl4”.

Дві інші криві розгону обчислюємо аналітично, знаючи математичну залежність між початковими даними.

Для цього схему об'єкта дослідження, зображену на малюнку 5.1 розглянемо більш детально. Схема зображена на малюнку 5.2.3.

X1QжQж

W1

X2Qисп. Нк

НИМ W2W3

Малюнок 5.2.3. Схема об'єкта дослідження.

де:

Х1- положення регулюючого клапана;

Х2- потужність електронагревателей;

Qж- кількість TiCl4, що підводиться;

Qисп.- кількість випарованого TiCl4;

Нк- рівень в кубі-випарнику.

Як видно з схеми необхідно розрахувати криву розгону по каналу “ потужність електронагревателей - кількість випарованого TiCl4” і криву по каналу “ різниця кількостей і випарованого TiCl4-, що подається рівень в кубі-випарнику”.

Розраховуємо криву розгону по каналу “ потужність електронагревателей - кількість випарованого TiCl4” (Х2- Qисп.).

Запишемо рівняння теплового балансу в диференціальній формі, в яке входять необхідні змінні.

mзdT + K(Tk. - Тo.c.)dt = Ndt

Поділимо обидві частини рівняння на Доdt. Отримаємо наступне:

(1)

де:

m - маса подаваемогоTiCl4(кг);

з - теплоємність TiCl4(Дж/До с);

Тk - температура в кубі-випарнику (ДО);

Те. з. - температура навколишнього середовища (ДО);

N - потужність електронагревателей (кВт);

До - коефіцієнт тепловіддачі (Дж/До с).

Знаючи конструктивні розміри куба-випарника виробляємо необхідні розрахунки:

Vк= 1,5 м3m =Vк= 17301,5 = 2595 (кг),

де:

Vк- об'єм куба-випарника;

 - густина TiCl4.

До=96923,25 Дж/До із з = 747 Дж/До з

Отримані дані підставимо в рівняння (1).

Отримаємо диференціальне рівняння вигляду:

Рішенням даного диференціального рівняння є функція:,

де Т = 20,1420 з.

Підставляючи час отримуємо криву розгону по каналу “ потужність електронагревателей - кількість випарованого TiCl4”.

Отримані дані приведені в таблиці 5.2.2. За даними з таблиці 5.2.2. будуємо графік кривий розгону по каналу “ потужність електронагревателей - кількість випарованого TiCl4”, приведений на малюнку 5.2..4.

Таблиця 5.2.2. Значення кривої розгону по каналу “ потужність електронагревателей - кількість випарованого TiCl4”.

Час

t, з

Значення

функції

Час

t, з

Значення

функції

0

0,00

35

0,83

5

0,22

40

0,86

10

0,39

45

0,89

15

0,53

50

0,92

20

0.63

55

0,94

25

0,71

60

0,95

30

0,78

65

0,96

Малюнок 5.2.4. Графік кривий розгону по каналу “ потужність електронагревателей - кількість випарованого TiCl4”.

Розраховуємо криву розгону по каналу “ різниця кількостей і випарованого TiCl4-, що подається рівень в кубі-випарнику”.

Запишемо рівняння зміни рівня в кубі-випарнику в диференціальній формі:

F= Qж- Qисп.,

де:

F - площа дзеркала випаровування (м2);

- швидкість зміни рівня (м/з).

Площу дзеркала випаровування F розраховуємо математично, знаючи конструктивні розміри куба-випарника. Розрахунок ведеться при заданому рівні 90 мм.

Довжина куба-випарника - 1,508 м. Ширину дзеркала випаровування при заданому рівні 90 мм розраховуємо геометрично. Схема розрахунку приведена на малюнку 5.2.5.

би

Нк куба

Малюнок 5.2.5. Схема розрахунку ширини площі дзеркала випаровування.

З розрахунку виходить, що вона рівна 0,86 м. Отже площа дзеркала випаровування рівна:

F = l би = 1,5080,86 = 1,75 м2.

Підставляємо отримані дані в диференціальне рівняння зміни рівня, при цьому беремо зміну кількості TiCl4равним 100 м3/ч.

1,75= 100

Отримуємо диференціальне рівняння вигляду = 57,14.

Рішенням даного диференціального рівняння є функція вигляду:

Н = 57,14t.

Підставляючи час отримуємо криву розгону по каналу “ різниця кількостей і випарованого TiCl4-, що подається рівень в кубі-випарнику”.

Отримані дані приведені в таблиці 5.2.3. За даними з таблиці 5.2.3. будуємо графік кривий розгону по каналу “ різниця кількостей і випарованого TiCl4-, що подається рівень в кубі-випарнику”, приведений на малюнку 5.2.6.

Таблиця 5.2.3. Значення кривої розгону по каналу “ різниця кількостей і випарованого TiCl4-, що подається рівень в кубі-випарнику”.

Час

t, з

Значення

функції

Час

t, з

Значення

функції

0,00

0,00

1,25

71,42

0,25

14,29

1,50

85,71

0,50

28,57

1,75

100,00

0,75

42,86

2,00

114,28

1,00

57,14

2,10

119,90

Малюнок 5.2.6. Графік кривий розгону по каналу “ різниця кількостей і випарованого TiCl4-, що подається рівень в кубі-випарнику”.

6. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

6.1. Апроксимація перехідних процесів.

6.1.1. Апроксимація кривої перехідного процесу об'єкта по каналу “ положення регулюючого органу - витрата TiCl4”

Визначення передавальної функції об'єкта по основному каналу проводимо по кривій розгону, отриманій в розділі 5.2 проекту.

Значення точок кривої приведені в таблиці 5.2.1, а графік функції - на малюнку 5.2.2.

З графіка перехідного процесу видно, що цей об'єкт володіє властивістю самовиравнивания, тому розрахунок передавальної функції будемо проводити в програмі Linreg.

Перед введенням точок кривої перехідного процесу в програму, функції необхідно привести до безрозмірного вигляду.

Це легко зробити в програмі ідентифікації об'єктів управління, використовуючи команду "нормувати".

Значення нормованої кривої приведені в таблиці 6.1.1,

Графік нормованої кривої - на малюнку 6.1.1.

Таблиця 6.1.1. Значення нормованої кривої по каналу “ положення регулюючого органу - витрата TiCl4”

Час

t, з

Значення функції

Час

t, з

Значення функції

0,0

0,0000

5,5

0,8477

0,5

0,0695

6,0

0,8874

1,0

0,1490

6,5

0,9161

1,5

0,2395

7,0

0,9360

2,0

0,3444

7,5

0,9492

2,5

0,4492

8,0

0,9603

3,0

0,5475

8,5

0,9702

3,5

0,6302

9,0

0,9801

4,0

0,6965

9,5

0,9901

4,5

0,7515

10,0

1,0000

5,0

0,8013

мал. 6.1.1. Графік нормованої кривої по каналу каналу “ положення регулюючого клапана - витрата TiCl4”.

Після розрахунку передавальної функції в Linreg отримуємо:

Коефіцієнт передачі об'єкта по каналу каналу “ положення регулюючого органу - витрата TiCl4” складає:

Кпер.= (Хmax.- Х0)/ w,

де:

Хmax.- максимальне значення вихідної величини, витрата TiCl4;

Х0- початкове значення вихідної величини, витрата TiCl4;

w - величина зовнішнього обурення, w = 10 %.

Кпер.= (600 - 500) / 10 = 10

6.1.2. Апроксимація перехідного процесу об'єкта по каналу “ потужність електронагревателей - кількість випарованого TiCl4”.

.

Апроксимацію перехідного процесу по каналу “ потужність електронагревателей - кількість випарованого TiCl4” проводимо в тій же послідовності, проведеній при апроксимації перехідного процесу по каналу “ положення регулюючого органу - витрата TiCl4”. Це пов'язано з тим, що даний об'єкт як і попередній має властивість самовиравнивания.

Значення нормованої кривої приведені в таблиці 6.1.2.

Графік нормованої кривої зображений на малюнку 6.1.2.

Таблиця 6.1.2. Значення нормованої кривої по каналу “ потужність електронагревателей - кількість випарованого TiCl4”.

Час

t, з

Значення

функції

Час

t, з

Значення

функції

0

0,0000

35

0,8564

5

0,2049

40

0,8949

10

0,3905

45

0,9264

15

0,5342

50

0,9545

20

0,6462

55

0,9755

25

0,7338

60

0,9895

30

0,8039

65

1,0000

мал. 6.1.2 Графік нормованої кривої по каналу каналу “ потужність електронагревателей - кількість випарованого TiCl4”.

Передавальна функція кривої розгону зображеної на малюнку 6.1.2. має вигляд:

Коефіцієнт передачі об'єкта по каналу “ потужність електронагревателей - кількість випарованого TiCl4” складає:

Кпер.= (Хmax- X0)/ w

Кпер.= (0,96 - 0)/ 10 = 0.096

6.1.3. Апроксимація перехідного процесу по каналу “ різниця кількостей і випарованого TiCl4-, що подається рівень в кубі-випарнику”.

Апроксимацію перехідного процесу по каналу “ різниця кількостей і випарованого TiCl4-, що подається рівень в кубі-випарнику” провести немає необхідності, оскільки крива розгону по каналу “ різниця кількостей і випарованого TiCl4-, що подається рівень в кубі-випарнику” являє собою інтегральну пряму (малюнок 5.2.6. розділу 5.2.).

6.2. Перевірка апроксимації перехідних процесів.

6.2.1. Перевірка апроксимації перехідного процесу по каналу “ положення регулюючого органу - витрата TiCl4”.

Перевірку апроксимації перехідних процесів проводимо з метою визначення точності апроксимації, шляхом отримання перехідного процесу "зворотним шляхом". Тобто - по отриманих в розділі 6.1 передавальних функціях отримуємо криву перехідного процесу і порівнюємо цю криву з початковою. У ідеальному випадку - обидві криві повинні співпасти.

Передавальна функція об'єкта по каналу “ положення регулюючого органу - витрата TiCl4” рівна:

Для визначення перехідного процесу скористаємося програмою Aproc - знаходження рівняння реакції системи на ступінчасте обурення методом Карсона-Хевисайда. Після введення в програму коефіцієнтів передавальної функції, отримаємо наступне математичне вираження реакції системи на одиничний ступінчастий вплив у(t):

у(t) = 1 + 3,39cos(4,46 - 0,15)(t)е-0,59t

Оформляємо таблицю 6.2.1, в якій:

1 стовпець - значення часу, з;

2 стовпець - значення початкової кривої розгону, приведеної до безрозмірної форми;

Хнорм.- значення точок нормованої кривої, приведених в таблиці 6.1.1;

3 стовпець - значення функції у(t);

4 стовпець - абсолютна погрішність А, обчислена по формулі:

А = Хнорм.(t) - у(t);

5 стовпець - абсолютне значення різниці квадратів Хнорм.(t) і у(t).

На малюнку 6.2.1 зображені початкова крива перехідного процесу і крива, отримана перетворенням передавальної функції об'єкта (за даними стовпців 1 - 3 таблиці 6.2.1).

У 6 стовпець записуємо середньоквадратичне відхилення для двох функцій, СКО = 0,007. Максимальна абсолютна погрішність становить 3,16 %.

Таблиця 6.2.1.

Час

t, з

Х нормир.

(t)

Y(t)

Абс. погрішність

А

Різниця квадратів

Х 2 норм. -Y 2 (t)

СКО

0,0

0,0000

0,0000

0,0000

0,0000

- 0,0502

0,5

0,0695

0,0379

0,0316

0,0183

1,0

0,1490

0,1253

0,0255

0,0065

1,5

0,2395

0,2344

0,0051

0,0024

2,0

0,3444

0,3479

- 0,0035

- 0,0024

2,5

0,4492

0,4560

- 0,0068

- 0,0062

3,0

0,5475

0,5537

- 0,0062

- 0,0068

3,5

0,6302

0,6389

- 0,0087

- 0,0110

4,0

0,6965

0,7112

- 0,0147

- 0,0207

4,5

0,7517

0,7713

- 0,0196

- 0,0299

5,0

0,8013

0,8206

- 0,0193

- 0,0313

5,5

0,8477

0,8603

- 0,0126

- 0,0215

6,0

0,8874

0,8921

- 0,0047

- 0,0084

6,5

0,9161

0,9172

- 0,0011

- 0,0020

7,0

0,9360

0,9369

- 0,0009

- 0,0017

7,5

0,9492

0,9522

- 0,0030

- 0,0057

8,0

0,9603

0,9640

- 0,0037

- 0,0071

8,5

0,9702

0,9731

- 0,0029

- 0,0056

9,0

0,9801

0,9800

0,0001

- 0,9410

9,5

0,9901

0,9852

0,0049

0,0195

10,0

1,0000

0,9881

0,0119

0,02370

рис 6.2.1. Перевірка апроксимації перехідного процесу по каналу “ положення регулюючого органу - витрата TiCl4”.

6.2.2. Перевірка апроксимації кривих перехідного процесу по каналу “ потужність електронагревателей - кількість випарованого TiCl4” і каналу “ різниця кількостей і випарованого TiCl4-, що подається рівень в кубі-випарнику”.

Перевірку апроксимації кривих перехідного процесу по каналу “ потужність електронагревателей - кількість випарованого TiCl4” і каналу “ різниця кількостей і випарованого TiCl4-, що подається рівень в кубі-випарнику” не проводимо, оскільки вони були отримані аналітично з математичної залежності.

9. Побудова математичної моделі і оптимізація технологічного процесу.

Вибір критерію оптимальності.

Приватною задачею питання автоматизації є оптимізація роботи куба-випарника, тому в задачі

6. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

6.1. Апроксимація перехідних процесів.

6.1.1. Апроксимація кривої перехідного процесу об'єкта по основному каналу.

Визначення передавальної функції об'єкта по основному каналу проводимо по кривій розгону, отриманій в розділі 5.2 проекту.

Значення точок кривої приведені в таблиці 5.2.1, а графік функції - на малюнку 5.2.1.

Оскільки досліджуваний об'єкт, як видно з графіка перехідного процесу, володіє властивістю самовиравнивания, - розрахунок передавальної функції будемо проводити в программеLinreg. Перед введенням точок кривої перехідного процесу в програму, функції необхідно привести до безрозмірного вигляду. Це легко зробити в програмі ідентифікації об'єктів управління, використовуючи команду "нормувати". Значення нормованої кривої приведені в таблиці 6.1.1, графік нормованої кривої - на малюнку 6.1.1.

Таблиця 6.1.1.

Час

t, з.

Значен.

функц.

Час

t, з.

Значен.

функц.

Час

t, з.

Значен.

функц.

Час

t, з.

Значен.

функц.

0

0

12

0,5293

24

0,904

36

0,9847

1

0

13

0,5763

25

0,9173

37

0,9867

2

0,0017

14

0,624

26

0,931

38

0,9883

3

0,0167

15

0,6687

27

0,9393

39

0,992

4

0,0467

16

0,709

28

0,947

40

0,994

5

0,0933

17

0,7457

29

0,9533

41

0,996

6

0,1433

18

0,7787

30

0,9597

42

0,9963

7

0,2083

19

0,808

31

0,9653

43

0,9967

8

0,277

20

0,8297

32

0,9707

44

0,9977

9

0,346

21

0,8517

33

0,976

45

1,000

10

0,411

22

0,8723

34

0,98

46

11

0,4713

23

0,889

35

0,983

47

мал. 6.1.1. Графік нормованої кривої по основному каналу

Після розрахунку передавальної функції вLinregполучаем:

Коефіцієнт передачі об'єкта по основному каналу складає:

Кв. до.= (Хmax.- Х0)/w, де

Хmax.- максимальне значення вихідної величини, рН;

Х0- початкове значення вихідної величини, рН;

w- величина зовнішнього обурення, w= 10 %.

Кв. до.= (12.05 - 2.05) / 10 = 1,0

6.1.2. Апроксимація перехідного процесу об'єкта по внутрішньому каналу.

Апроксимацію перехідного процесу по внутрішньому каналу проводимо в послідовності, проведеній при апроксимації перехідного процесу по основному каналу, оскільки обидва об'єкти мають властивість самовиравнивания.

Значення нормованої кривої приведені в таблиці 6.1.2. Графік нормованої кривої на малюнку 6.1.2.

Таблиця 6.1.2.

Час t, з

Значення функції

0

0,000

1

0.0256

2

0,0513

3

0,0798

4

0,1311

5

0,2194

6

0,3476

7

0,4786

8

0,5983

9

0,698

10

0,8006

11

0,8989

12

0,9993

13

1,000

Після розрахунку передавальної функції в Linreg отримуємо передавальну функцію наступного вигляду:

Коефіцієнт передачі по внутрішньому каналу складає:

Кпер.= (Хmax- X0)/ w

Кпер.= (3.9 - 2.05)/ 10 = 0.145

мал. 6.1.2 Графік нормованої кривої по внутрішньому каналу

6.1.3. Апроксимація перехідного процесу по каналу зовнішнього обурення.

Також аналогічно проводимо апроксимацію перехідного процесу по каналу зовнішнього обурення. Значення функції нормованої кривої заносяться в програму Linreg, після чого проводиться розрахунок передавальної функції об'єкта по каналу зовнішнього обурення. Значення функцій заносимо в таблицю 6.1.3. Графік нормованої кривої по каналу зовнішнього обурення на малюнку 6.1.3.

Таблиця 6.1.3.

Час

з.

Значен.

функц.

Час

з.

Значен.

функц.

Час

з.

Значен.

функц.

Час

з.

Значен.

функц.

0

0,001

10

0,3131

20

0,6762

30

0,9162

1

0,0095

11

0,3486

21

0,7067

31

0,9314

2

0,019

12

0,3867

22

0,7371

32

0,9467

3

0,04

13

0,4267

23

0,7676

33

0,9619

4

0,0743

14

0,4686

24

0,7905

34

0,9771

5

0,1162

15

0,5105

25

0,8133

35

0,9867

6

0,1543

16

0,5467

26

0,8362

36

0,9924

7

0,1886

17

0,581

27

0,861

37

0,9962

8

0,2293

18

0,6114

28

0,88

38

0,9981

9

0,2712

19

0,6457

29

0,899

39

1,000

Після проведення розрахунку передавальної функції отримуємо передавальну функцію наступного вигляду:

Коефіцієнт передачі в цьому випадку буде рівний:

Кпер.= (12,7-3,95)/8,75=1

мал. 6.1.3. Графік нормованої кривої по каналу зовнішнього обурення

6.2. Перевірка апроксимації перехідних процесів.

6.2.1. Перевірка апроксимації перехідного процесу по основному каналу.

Перевірку апроксимації перехідних процесів проводимо з метою визначення точності апроксимації, шляхом отримання перехідного процесу "зворотним шляхом". Тобто - по отриманих в розділі 6.1 передавальних функціях отримуємо криву перехідного процесу і порівнюємо цю криву з початковою. У ідеальному випадку - обидві криві повинні співпасти.

Передавальна функція об'єкта по основному каналу рівна:

Для визначення перехідного процесу скористаємося программойAproc- знаходження рівняння реакції системи на ступінчасте обурення методом Карсона-Хевисайда. Після введення в програму коефіцієнтів передавальної функції, отримаємо наступне математичне вираження

реакції системи на одиничне ступінчасте воздействиеу(t):

у(t) = 1 + 1.89 * Cos(4,15 - 0,07 * t) * exp(-0,11 * t).

Оформляємо таблицю 6.2.1, в якій:

1 стовпець - значення часу, з.

2 стовпець - значення початкової кривої розгону, приведеної до безрозмірної форми.

Хнорм.- значення точок нормованої кривої, приведених в таблиці 6.1.1

3 стовпець - значення функцииу(t)

4 стовпець - абсолютна погрішність А, обчислена по формулі:

А = Хнорм.(t) - у(t);

5 стовпець - абсолютне значення різниці квадратів Хнорм.(t) иу(t).

На малюнку 6.2.1 зображені початкова крива перехідного процесу і крива, отримана перетворенням передавальної функції об'єкта (за даними стовпців 1 - 3 таблиці 6.2.1).

У 6 стовпець записуємо середньоквадратичне відхилення для двох функцій, СКО = 0,007. Максимальна абсолютна погрішність становить 2,4%.

Таблиця 6.2.1.

Час

t, з

Х нормир. (t)

Y(t)

Абс. погрешн-ть

А

Раз-ть квадратів

Х 2 норм. -Y 2 (t)

СКО

0

0.000

0.000

0.000

0.000

0.007

1

0.000

0.0078

- 0.0078

0.000

2

0.0017

0.011

0.006

0.000

3

0.0167

0.027

0.014

0.0005

4

0.0467

0.059

- 0.0123

0.001

5

0.0933

0.101

- 0.0077

0.002

6

0.1433

0.165

- 0.0217

0.006

7

0.2083

0.233

- 0.0247

0.01

8

0.277

0.2988

- 0.0218

0.012

9

0.346

0.3517

- 0.0057

0.004

10

0.411

0.4039

0.01

0.005

11

0.4713

0.4548

0.019

0.01

12

0.5293

0.5038

0.02

0.02

13

0.5763

0.574

0.002

0.003

14

0.624

0.619

0.005

0.006

15

0.6687

0.666

0.002

0.004

16

0.709

0.7117

- 0.002

0.004

17

0.7457

0.745

0.0007

0.001

18

0.7787

0.7756

0.003

0.004

19

0.808

0.8036

0.005

0.007

20

0.8297

0.8289

0.0006

0.001

21

0.8517

0.8519

- 0.0002

0.0001

22

0.8723

0.8725

- 0.0002

0.0001

23

0.889

0.887

0.002

0.003

24

0.904

0.911

- 0.007

0.01

25

0.9173

0.920

- 0.003

0.005

26

0.931

0.934

- 0.003

0.005

27

0.9393

0.935

0.004

0.008

28

0.947

0.9463

0.001

0.001

29

0.9533

0.9562

- 0.002

0.005

30

0.9597

0.9648

- 0.005

0.01

31

0.9653

0.9723

- 0.007

0.01

32

0.9707

0.9787

- 0.008

0.01

33

0.976

0.9841

- 0.008

0.01

34

0.98

0.9887

- 0.008

0.01

35

0.983

0.9926

- 0.009

0.008

36

0.9847

0.9958

- 0.011

0.02

37

0.9867

0.9985

- 0.012

0.01

38

0.9883

1.0006

- 0.012

0.009

39

0.992

1.0023

- 0.01

0.01

40

0.994

1.0037

- 0.009

0.01

41

0.996

1.0047

- 0.008

0.009

42

0.9963

1.0054

- 0.009

0.01

43

0.9967

1.006

- 0.009

0.01

44

0.9977

1.0063

- 0.002

0.01

45

1.000

1.0065

- 0.0065

0.01

Сума

0.3327

рис 6.2.1. Перевірка апроксимації перехідного процесу по основному каналу.

6.2.2. Перевірка апроксимації кривої перехідного процесу по внутрішньому каналу.

Для отримання математичного вираження реакції внутрішнього каналу на одиничний вплив скористаємося программойAproc. Передавальна функція об'єкта по внутрішньому каналу має вигляд:

Вводимо в програму коефіцієнти передавальної функції і після розрахунку отримуємо наступне вираження реакції внутрішнього каналу на одиничний ступінчастий вплив:

у(t) = 1 + 1,57 * Cos(4,02 - 0,14 * t) * exp(-0,17 * t).

Далі, аналогічно таблиці 6.2.1 оформляємо таблицю 6.2.2. Значення стовпців 1, 2 заповнюємо відповідно до таблиці 6.1.2.

По значеннях перших трьох стовпців будуємо початкову криву перехідного процесу, а так само криву отриману шляхом переходу до оригіналу по Карсону-Хевисайду (малюнок 6.2.2).

Таблиця 6.2.2.

Час

t, з

Х нір. (t)

Y(t)

Абс. погр.

А

Різниця

Х 2 нір. (t)-Y 2 (t)

СКО

0

0

0.000

0.000

0.000

0.02

1

0.0256

0.0206

0.005

0.0002

2

0.0513

0.065

- 0.01

0.001

3

0.0798

0.12

- 0.04

0.008

4

0.1311

0.19

- 0.047

0.01

5

0.2194

0.264

- 0.04

0.02

6

0.3476

0.37

- 0.02

0.01

7

0.4786

0.5086

- 0.03

0.02

8

0.5983

0.63

- 0.03

0.03

9

0.698

0.737

- 0.039

0.05

10

0.8006

0.837

- 0.036

0.05

11

0.8989

0.93

- 0.031

0.05

12

0.9993

1.000

- 0.0007

0.001

13

1

1.02

0.02

0.04

Сума

0.2902

З таблиці видно, що середньоквадратичне відхилення початкової кривої від отриманої з передавальної функції по Карсону-Хевисайду становить 0,02 %, максимальна абсолютна погрішність - 4,7 %. Отже, можна вважати що початкова крива апроксимувати з достатньою точністю.

мал. 6.2.2. Перевірка апроксимації перехідного процесу по внутрішньому каналу.

6.2.3. Перевірка апроксимації перехідного процесу по каналу зовнішнього обурення.

Перевірку апроксимації перехідного процесу по каналу зовнішнього обурення проводимо в такій же послідовності, як і в розділах, описаних вище.

Передавальна функція об'єкта по каналу зовнішнього обурення рівна:

Для визначення перехідного процесу скористаємося программойApron- знаходження рівняння реакції системи на ступінчасте обурення методом Карсона-Хевисайда. Після введення в програму коефіцієнтів передавальної функції, отримаємо наступне математичне вираження реакції системи на одиничне ступінчасте воздействиеy2(t):

у(t) = 1 + 1,94 * Cos(4,17 - 0,06 * t) * exp(-0,09 * t).

Оформляємо таблицю 6.2.3 (аналогічно таблиці 6.2.1). По значеннях стовпців 1-3 будуємо графіки початкової кривої розгону об'єкта по каналу

зовнішнього обурення і криву, отриману з передавальної функції по Карсону-Хевисайду.

Середньоквадратичне відхилення початкової кривої від отриманої становить 0,01 %, максимальна абсолютна погрішність - 2%. Отже, можна вважати чтоисходная крива апроксимувати з достатньою точністю.

Таблиця 6.2.3.

Час

t, з

Х норм. (t)

Y(t)

Абс. погр.

А

Різниця

Х 2 н. (t)-Y 2 (t)

СКО

0

0.001

0.000

0.001

0.000

0.01

1

0.0095

0.0055

0.004

0.000

2

0.019

0.0205

- 0.0015

0.000

3

0.04

0.0434

- 0.003

0.000

4

0.0743

0.0726

0.0017

0.000

5

0.1162

0.1066

0.009

0.002

6

0.1543

0.1444

0.0099

0.003

7

0.1886

0.1849

0.004

0.001

8

0.2293

0.2272

0.002

0.001

9

0.2712

0.2705

0.0007

0.0004

10

0.3131

0.3143

- 0.001

0.0007

11

0.3486

0.3579

- 0.009

0.006

12

0.3867

0.401

- 0.01

0.01

13

0.4267

0.4432

- 0.01

0.01

14

0.4686

0.4841

- 0.015

0.015

15

0.5105

0.5237

- 0.01

0.014

16

0.5467

0.5616

- 0.015

0.016

17

0.581

0.5977

- 0.0167

0.02

18

0.6114

0.632

- 0.02

0.025

19

0.6457

0.6645

- 0.02

0.02

20

0.6762

0.695

- 0.018

0.02

21

0.7067

0.7236

- 0.017

0.02

22

0.7371

0.7503

- 0.013

0.02

23

0.7676

0.7752

- 0.007

0.01

24

0.7905

0.7983

- 0.007

0.01

25

0.8133

0.8196

- 0.006

0.01

26

0.8362

0.8392

- 0.003

0.005

27

0.861

0.8572

0.004

0.006

28

0.88

0.8737

0.006

0.01

29

0.899

0.888

0.01

0.01

30

0.9162

0.9025

0.0137

0.02

31

0.9314

0.924

0.007

0.01

32

0.9467

0.934

0.01

0.02

33

0.9619

0.948

0.0139

0.026

34

0.9771

0.96

0.0171

0.03

35

0.9867

0.978

0.009

0.02

36

0.9924

0.989

0.003

0.006

37

0.9962

0.9872

0.009

0.02

38

0.9981

0.9929

0.005

0.01

39

1.000

0.9989

0.001

0.002

Сума

0.4291

мал. 6.2.3. Перевірка апроксимації перехідного процесу по каналу зовнішнього обурення.

6.3. Розрахунок оптимальних настройок регулятора одноконтурной АСР.

Для розрахунку настройок регулятора одноконтурной АСР вводимо в основну программуLinregпередаточную функцію об'єкта по основному каналу:

Розрахунок проводимо для ПІ-регулятора методом Ротача, отримуємо наступні настройки регулятора:

Кп= 3,15;

Ті= 12,6.

На малюнках 6.3.1 і 6.3.2 зображені криві перехідних процесів для одноконтурной АСР при отриманих настройках регулятора при керуючому і обурюючому впливі відповідно.

Величини максимального відхилення регульованої величини складають: 30 % - при керуючому впливі, і 26 % - при тому, що обурює.

Настройки регулятора полічені для міри затухання 0,9. Зменшення міри затухання приводить до збільшення величини перерегулированияв перехідному процесі при керуючому впливі.

Великі значення перерегулирования в перехідних процесах зумовлені властивостями об'єкта регулювання.

мал. 6.3.1. Крива перехідного процесу для одноконтурной АСР при керуючому впливі.

мал. 6.3.2. Крива перехідного процесу для одноконтурной АСР при обурюючому впливі.

6.4. Розрахунок оптимальних настройок регуляторів каскадної АСР.

Для більш оптимального ведіння процесу нейтралізації, підтримки технологічних параметрів на заданому рівні (в даному дипломному проекті це величина рН стічних вод), пропоную реалізувати каскадно-комбіновану схему АСР з компенсацією по обуренню.

Каскадна система регулювання є схема, в якій вводиться додаткова стабілізація деякої проміжної величини додатковим регулятором. Структурна схема має наступний вигляд:

Xy Wp1Wp2Xp WO.K.X

X1WB.K.

мал. 6.4.1. Структурна схема каскадної АСР.

Регулятор Wp1контролирует основну величину “ Х” і при її відхиленні впливає не на регулюючий орган, а на задатчик регулятора Wp2. Регулятор Wp2в свою чергу підтримує на заданому значенні допоміжну величину Х1.

Об'єкт WB.K. з регулятором Wp2образуют внутрішній контур системи або що стабілізує.

Об'єкт WO.K.c регулятором Wp1називают зовнішнім контуром або що коректує.

Розрахунок оптимальних настройок регуляторів для каскадної АСР будемо проводити в наступній послідовності:

1.- Визначаємо настройки регулятора внутрішнього контура.

2.- Визначаємо вигляд передавальної функції для еквівалентного об'єкта.

3.- По передавальній функції еквівалентного об'єкта визначаємо настройки регулятора для зовнішнього контура.

Настройки регулятора внутрішнього контура визначаємо по передавальній функції внутрішнього каналу об'єкта:

Розрахунок проводимо аналогічно розрахунку одноконтурной АСР. Отримуємо наступні настройки регулятора:

КП=2,56;

ТИ=7,47.

Перехідні процеси внутрішнього контура з отриманими настройками регулятора по управлінню і обуренню зображені на малюнках 6.4.1 і 6.4.2.

мал. 6.4.2. Графік перехідного процесу внутрішнього контура по керуючому впливу.

мал. 6.4.3. Графік перехідного процесу внутрішнього контура при обурюючому впливі.

Дані, які були щойно зроблені знадобляться надалі для розрахунку еквівалентного об'єкта і перерахунку настройок регулятора для каскадної АСР.

Отже розраховуємо передавальну функцію для еквівалентного об'єкта по наступній формулі:

Wекв.(S)

WР1(S) - передавальна функція стабілізуючого регулятора:

)

WO.K(S) - передавальна функція основного каналу.

WB.K.(S) - передавальна функція внутрішнього каналу.

Запишемо наступну передавальну функцію еквівалентного об'єкта:

Wекв.(S)

При подальших обчисленнях отримуємо передавальну функцію еквівалентного об'єкта наступного вигляду:

Wекв.(S)

По отриманій передавальній функції еквівалентного об'єкта знаходимо настроювальні параметри для коректуючого регулятора:

Кп = 0,49;

Ті = 1,46.

На малюнках 6.4.3 і 6.4.4 зображені графіки перехідних процесів по управлінню і по обуренню для каскадної АСР.

мал. 6.4.3. Графік перехідного процесу для каскадної АСР по управлінню

мал. 6.4.4. Графік перехідного процесу для каскадної АСР по обуренню.

6.5 Розрахунок настройок регулятора комбінованої АСР.

Введення додаткових контурів регулювання сприяє підвищенню точності роботи системи. Схема, запропонована на малюнку 6.5.1 називається комбінованою схемою регулювання з компенсацією по обуренню. Вихід компенсуючого пристрою подається на вхід регулятора.

WK

WВОЗ.

X Wp1Wp2WO.KY

WB.K.

мал. 6.5.1. Структурна схема комбінованої АСР.

Додаткова ланка WK, яка з'явилася в даній схемі, є фільтром, через який

проходить обурюючий вплив, перш ніж увійти в систему у вигляді керуючого впливу “ Х”.

Перевага комбінованої системи полягає в тому, що збільшення фільтруючої здатності фільтра може бути досягнута не тільки зміною настроювальних параметрів регулятора, але також зміною настройок компенсуючого пристрою.

Спочатку необхідно знайти передавальну функцію еквівалентного фільтра. Передавальну функцію розраховуємо по формулі:

де

WB(S)- передавальна функція по каналу зовнішнього обурення

WЕК. ПРО (S)-передавальна функція еквівалентного об'єкта для каскадної АСР.

Wp1(S)-передавальна функція регулятора по основному каналу.

Підставляємо у вираження значення передавальних функцій і отримуємо наступне вираження:

Після розрахунку отримуємо передавальну функцію еквівалентного компенсатора наступного вигляду:

Потім проводимо розрахунок настроювальних параметрів компенсатора. Розрахунок ведемо для нульової і критичної частоти. Для цього отриману передавальну функцію заводимо в програму “Linrеg”. Знімаємо КЧХ і записуємо значення Re і Im для частот=0 і критичної частоти по основному каналу=0.21827. Набуваємо наступних значень:

Re

Im

0

0

0

0.21827

0.101

0.00412

Коефіцієнти компенсатора визначаємо геометрично на малюнку 6.5.2.

Im

0.06

0.04

0.02

CD

0

0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.102 0.104 Re

мал. 6.5.2. Графічний метод визначення настроювальних параметрів компенсатора.

З графіка видно, що:

6.6 Моделювання перехідних процесів

Для моделювання перехідних процесів одноконтурних АСР по обуренню і по управлінню, а також каскадній АСР по обуренню і по управлінню і комбінованої системи з компенсатором і без нього скористаємося програмою “SIAM”

Схема одноконтурной АСР по керуючому впливу надана на малюнку 6.6.1, де

1. W(S)- об'єкт-передавальна функція основного каналу;

2. До-коефіцієнт пропорційності регулятора основного каналу, 3.15

3. K/S-значення Кп/Ті = 3.15/12.6 = 0.25

На малюнку 6.6.2 зображений графік відгуку схеми на одиничний стрибок.

мал. 6.6.1. Схема одноконтурной АСР основного каналу по управлінню

мал. 6.6.2 Графік відгуку одноконтурной АСР по основному каналу на керуючий вплив.

Схема перехідного процесу основного каналу по обуренню надана на малюнку 6.6.3. Настройки ланок схеми такі ж як і в попередній схемі.

Графік відгуку схеми на обурення зображений на малюнку 6.6.4.

мал. 6.6.3 Схема одноконтурной АСР основного каналу по обуренню

мал. 6.6.4. Графік відгуку одноконтурной АСР по основному каналу на обурення

Модель каскадної АСР по управлінню приведена на малюнку 6.6.5.

мал. 6.6.5 Модель каскадної АСР по управлінню

1. До-коефіцієнт пропорційності регулятора еквівалентного об'єкта 0.49

2. K/S-значення Кп/Ті = 0.49/1.46 = 0.33

3. До-коефіцієнт пропорційності регулятора внутрішнього каналу 2.56

4.. K/S-значення Кп/Ті = 2.56/7.47 = 0.34

5 W(S)-передавальна функція внутрішнього каналу

6.W(S)-передавальна функція основного каналу

Графік відгуку моделі на керуючий вплив наданий на малюнку 6.6.6. Графік знімаємо з ланки 5.

мал. 6.6.6. Графік відгуку моделі каскадної АСР по управлінню.

Модель каскадної АСР по обуренню надана на малюнку 6.6.7., де:

1.W(S)-передавальна функція об'єкта по основному каналу

2.W(S)-передавальна функція об'єкта по внутрішньому каналу

3. До-коефіцієнт пропорційності регулятора еквівалентного об'єкта. Кп=0.49

4 K/S-значення Кп/Ті = 0.49/1.46 = 0.33

5. До-коефіцієнт пропорційності регулятора внутрішнього каналу. Кп=2.56

6 K/S-значення Кп/Ті = 2.56/7.47 =0.34

7. До-блок посилення вхідного сигналу До=-1

Графік відгуку моделі на обурення зображений на малюнку 6.6.8.

мал. 6.6.7 Модель каскадної АСР по обуренню

мал. 6.6.8. Графік відгуку моделі каскадної АСР по обуренню

Модель комбінованої АСР без компенсатора зображена на малюнку 6.6.9., де:

1.W(S)-передавальна функція об'єкта по обуренню;

2. До-коефіцієнт пропорційності регулятора еквівалентного об'єкта. Кп=0.49

3 K/S-інтегруючий ланка, значення Кп/Ті =0.49/1.46=0.33;

4. До-коефіцієнт пропорційності регулятора внутрішнього контура об'єкта Кп=2.56;

5.K/S-інтегруючий ланка, значення Кп/Ті=2.56/7.47=0.34;

6.W(S)-передавальна функція об'єкта по внутрішньому каналу;

7.W(S)-передавальна функція об'єкта по основному каналу;

8. До-коефіцієнт посилення вхідного сигналу До=-1;

9. До-коефіцієнт посилення вхідного сигналу До=-1.

Графік відгуку моделі на обурення зображений на малюнку 6.6.10.

мал. 6.6.9. Модель комбінованої АСР без коипенсатора.

мал. 6.6.10. Графік відгуку комбінованої АСР без компенсатора на обурення

Модель комбінованої АСР з компенсатором зображена на малюнку 6.6.11., де:

1.W(S)-передавальна функція об'єкта по каналу зовнішнього обурення

2. До-коефіцієнт посилення вхідного сигналу До=0.103

3. K/TS+1-передавальний функція компенсатора, в функцію заносяться коефіцієнти До=0.103 і Т=8.36

4. До-коефіцієнт пропорційності регулятора еквівалентного об'єкта. Кп=0.49

5 K/S-інтегруючий ланка, значення Кп/Ті = 0.49/1.46 = 0.33

6. До-коефіцієнт пропорційності регулятора внутрішнього контура об'єкта. Кп=2.56

7 K/S-інтегруючий ланка, значення. Кп/Ті = 2.56/7.47 = 0.34

8 W(S)-передавальна функція об'єкта по внутрішньому каналу

9.W(S)-передавальна функція об'єкта по основному каналу

10. До-коефіцієнт посилення вхідного сигналу До=-1

11. До-коефіцієнт посилення вхідного сигналу До=-1

Графік відгуку моделі на обурюючий вплив зображений на малюнку 6.6.12.

мал. 6.6.11. Модель комбінованої АСР з компенсатором

мал. 6.6.12. Графік відгуку моделі комбінованої АСР з компенсатором на обурення.

6.7. Аналіз якості перехідних процесів в різних АСР.

Величини перерегулирования для кожного вигляду АСР заносимо в таблицю 6.7.1., для аналізування і висновків.

Таблиця 6.7.1.

Схема

регулювання

По управлінню

+max% -min%

Час

затух.

По обуренню

+max% -min%

Час

затух.

одноконтурная

27

16

100с.

25

- -

90с.

каскадна

25

7

65с.

18

19

90с.

комбиниров. без

компенсатора

- -

- -

- -

24

0.03

100с.

комбиниров. з

компенсатором

- -

- -

- -

48

0.08

60с.

Висновок: З таблиці видно, що каскадна схема АСР значно якісніше за одноконтурной. Це пов'язано із застосуванням додаткового регулятора по внутрішньому каналу.

Комбінована АСР з компенсатором хоч і має великий відсоток перерегулирования, але виводить значення регульованої величини в початковий стан за самий короткий проміжок часу 60 секунд.

Вибираємо каскадну АСР.

6.8 РЕАЛІЗАЦІЯ АСР.

АСР, що Пропонується реалізована на “ Реміконте Р-130”. У склад ремиконта входять: блок контроллера БК-1, засобу зв'язку з об'єктом, блок живлення БП-1 (забезпечує весь склад ремиконта).

Блок контроллера БК-1 веде обробку інформації в цифровій формі, організує програму всіх алгоритмів управління.

Кошти зв'язку з об'єктом організують предварительноеусиление сигналів з датчиків, формування дискретних вихідних сигналів і імпульсних ланцюгів для управління різного роду виконавчими механізмами.

Сигнали з датчиковприходят на перетворювачі, зокрема з рН-метрів на перетворювач П-215 (роз'єм Х2, клемми1,2,3), з датчиків рівня “ Сапфір-22” на перетворювач“ Сапфір-22-БПС-24”(роз'єм ХР1 клеми 1,2), з сигналізуючих електродів рівня на перетворювач РОС-301(роз'єм Х1, клеми 13,1,3). Вихідні аналогові сигнали 0-5мА з преобразователейчерез клеммник Хкп4 поступають на КБС-3 і далі на модуль аналогових і дискретних сигналів групи А ремиконта Р-130-22 (позиція 1-2, дивися малюнок 6.8.1.).

Дискретні сигнали з перетворювачів РОС через клеммник Хкп4 поступає на КБС-2 і далі на модуль дискретних сигналів групи А ремиконта Р-130-73(позиція 1-1, дивися малюнок 6.8.2.).

Монтажно-крммутационная схема підключення виконавчого механізму показана на малюнку 6.8.3. З блоку ручного управління проводу під номерами 21,22,393,394 поступають на блок концевиков виконавчого механізму. 21-відсоток відкриття більше, 22-відсоток відкриття менше. 20,30-сигналізує про хід роботи виконавчого механізму.

8. ОХОРОНА ТРУДА І ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ

8.1 Охорона труда в Росії:

Турбота про створення безпечних і здорових умов труда завжди знаходилася і знаходиться в центрі уваги і уряду і профспілок.

У статті 42 Конституції Російської Федерації закріплене невід'ємне право російських громадян на охорону здоров'я, а в статті 21 записано: “ Держава піклується про поліпшення умов і охорону труда, його наукової організації, про скорочення, а в подальшому витисненні важкого фізичного труда на основі комплексної механізації і автоматизації виробничих процесів у всіх галузях народного господарства.”

Охорона труда розглядається як одна з найважливіших соціально-економічних, санітарно-гігієнічних і економічних підприємств, направлених на забезпечення безпечних і здорових умов труда.

Можливість створення безпечних і здорових умов труда закладена в широкому використанні

досягнень науки і техніки. Крім того, розроблені і введені в дію численні правила техніки безпеки, санітарії, норми і правил, дотримання яких забезпечують безпека труда. Відповідальність за стан охорони труда несе адміністрація підприємств, організацій, учереждений.

У забезпеченні здорових і безпечних умов труда безпосередню участь приймають самі трудящі і профспілки. Адміністрація підприємств зобов'язана забезпечувати належне технічне оснащення всіх робочих місць і створювати на них умови роботи, відповідні правилам охорони труда, техніці безпеки, санітарним нормам.

Нові можливості для поліпшення умов і охорони труда на виробництві представляє Закон Російської Федерециї про трудові колективи і підвищення їх ролі в управлінні підприємствами, установами, організаціями. У ньому чітко визначені повноваження трудових колективів в розв'язанні цих питань.

У відповідності зі ст. 105 Основ і ст. 249 КЗоТ Посадові особи, винні в порушенні законодавства про труд і правил охорони труда, в

невиконанні зобов'язань, включених в колективний договір і угоди з охорони труда, або у воспрепядствії діяльності професійних союзів, несуть відповідальність в порядку, встановленим Російським законодавством. Посадові особи за вказані порушення притягуються до дисциплінарної, адміністративної, карної відповідальності (ст. 249 КЗоТ).

8.2 Властивості і речовин, що отримуються, що використовуються:

У процесі фільтрації води від домішок “Ca” і “ Мg” в фільтрах використовуються наступні речовини, це:

- хімічно чиста сірчана кислота, вмісна біля 98% H2SO4

- їдкий натр NaOH, біла непрозора, дуже гігроскопічна речовина.

ПДК шкідливих речовин в повітрі робочої зони:

Найменування

ПДК мг/м 3

Клас небезпеки

Н 2 SO 4

1

2

NaOH

0,5

2

Реагенти підвозять до цеху в цистернах, а потім перекачують насосами у відповідні ємності.

8.5 Заходи щодо техніки безпеки:

Концентрована сірчана кислота, розчини їдкого натра зберігаються в стальних ємностях, які мають четкме напису з назвою реагенту. Ці ємності повідомляються з атмосферою за допомогою воздушников і мають покажчики рівня і переливні труби. Злив кислоти і лугу із залізничних цистерн проводиться через верхній розвантажувальний пристрій за допомогою вакуумних насосів.

Також повинні виконаються і наступні вимоги до обладнання, т. е. всі гарячі частини обладнання, трубопроводи, дотик до яких може викликати опіки, повинні мати теплову ізоляцію. Трубопроводи агресивних серед повинні бути герметичні. Елементи обладнання, арматура і прилади, що вимагають періодичного огляду, необхідно розташовувати в місцях, зручних для обслуговування. Всі пускові пристрої і арматура пронумерована і мають написи відповідно до технологічної схеми.

Робочий персонал, обслуговуючий дане виробництво забезпечується спецодягом (костюм, черевики, чоботи, рукавиці, захисна каска, мило). Крім того на робочому місці повинні присутствоватьиндивидуальние засобу захисту, це захисний фартух, противогаз марки В, БКФ.

При попаданні кислоти на одяг її необхідно змити рясним струменем води, нейтралізувати 2-3% розчином соди і знов промити. При попаданні лугу на одяг або на тіло потрібно промити водою, нейтралізувати 1% розчином оцтової кислоти і знов промити водою.

Запропонований в даному дипломному проекті процес нейтралізації кислих стоків обслуговується електрослюсарями цеху АСУ. Вони стежать за ходом автоматизації даного технологічного процесу, а також ними здійснюється наладка і ремонт обладнання, технологічних захистів, сигналізації і контрольно-вимірювальних приладів. Тому потрібно звертати увагу на правила техніки безпеки при роботі під напруженням до 1000V в щитових установках КиП.

Для забезпечення електробезпека застосовує наступні технічні способи і кошти: захисне заземлення, зануление, захисне відключення, ізоляція токоведущих частин, захисні пристрої, блокування, знаки безпеки, попереджувальні плакати, елекрозащитние засобу.

При роботі в діючих електроустановках користуються основними і додатковими захисними коштами. Основними є ізолюючі захисні кошти, здатні надійно витримувати робоче напруження електроустановки. Це оперативні штанги, токоизмерительние кліщі, діелектричні рукавички, інструмент з ізолюючими ручками і покажчики напруження.

Додатковими є ізолюючі захисні кошти, не розраховані на напруження електроустановки і що самостійно не забезпечують безпеку персоналу. Тому ці кошти застосовують разом з основними у вигляді додаткової міри захисту. До них відносяться діелектричні галоші, коврики, а також ізолюючі підставки.

Всі прилади, апарати і пристосування, вживані як захисні кошти, повинні бути тільки заводського виконання, виконані і перевірені відповідно до діючих нормативно-технічних документів.

Для забезпечення безпеки робіт в діючих електроустановках виконують цілий комплекс організаційних заходів:

- організують інструктаж і навчання безпечним методам труда, перевірку знань правил техніки безпеки і інструкцій; допуск до проведення робіт оформляється заповненням відповідного вбрання; роботи повинні проводиться під контролем відповідальної особи.

Технічні заходи повинні передбачати:

- відключення установки від джерела напруження, зняття запобіжників і інші заходи, що забезпечує неможливість помилкової подачі напруження до місця роботи;

- установку знаків безпеки і обгороджування частин, що залишаються під напруженням токоведущих, робочих місць і інш.

Забороняється наступати на обірвані, що звішуються або лежачих на землі, підлозі проводу. При небезпеці виникнення нещасного випадку необхідно вжити заходів по його попередженню:

- зупинити механізм, зняти напруження, захистити небезпечну зону, вивісити попереджувальні плакати. При виникненні нещасного випадку потрібно негайно приступити до надання потерпілого першої лікарської допомоги, повідомити про нещасний випадок керівництву і викликати швидку медичну допомогу.

Потрібно дотримувати правила особистої гігієни:

- не зберігати одяг на робочому місці

- не одягатися і не роздягатися на робочому місці

- не приймати їжу на робочому місці.

8.6 Протипожежні заходи:

Всі приміщення і будівлі по взривопожарной і пожежної небезпеки поділяються на 5 категорій: А, Би, В, Г, Д. Помещеніє химводоочистки відноситься до категорії “ Д”, т. е. це приміщення в якому звертаються негорючі речовини і матеріали в холодному стані.

Всяку пожежу легше усього ліквідувати в його початковій стадії, вживши заходів до локалізації вогнища, щоб запобігти збільшенню площі горіння. Успіх швидкої локалізації і ліквідації пожежі в його початковій стадії залежить від використання відповідних огнетушащих коштів, наявність коштів пожежного зв'язку і сигналізації для виклику пожежної допомоги. Крім того кожний працюючий повинен уміти користуватися первинними коштами пожежогасіння і приводити в дію автоматичні і ручні огнетушащие установки.

З метою ліквідації вогнищ пожежі в цеху використовуються наступні кошти пожежогасіння:

- внутрішній пожежний кран. Він забезпечується рукавом, діаметр якого 50мм, довжина 20м. У приміщенні є два пожежних крани

- вогнегасники хімічні пінні типу ОХП-10

- в щитовой КУП використовуються порошковие вогнегасники типу ОПУ-2 (2шт.) і пісок.

З метою своєчасного сповіщення про виникнення пожежі діє система пожежного зв'язку і сповіщення. У цьому випадку це телефонний зв'язок. На телефонному апараті закріплена табличка з вказівкою номера телефону для виклику пожежної охорони.

8.7 Розрахунок молниезащити цеху:

Молниезащита - це комплекс захисних пристроїв, призначених для забезпечення безпеки людей, збереження будівель і споруд, обладнання і матеріалів від ударів блискавки.

Вибір захисту залежить від призначення будівлі або споруди, інтенсивності грозової діяльності в районі, що розглядається і очікуваного числа поразок об'єкта блискавкою в рік.

Будівлі захищаються від прямих ударів блискавки громовідводами. Громовідводи складаються з молниеприемников і заземлителей. Вони можуть битьотдельностоящими або встановлюватися безпосередньо на будівлі або споруді. По типу молниеприемника їх поділяють на стержневі, тросові і комбінованих. У залежності від числа діючих на одній споруді громовідводів, їх поділяють на одиночні, двійчасті і багаторазових. У даному розділі розрахований одиночний стержневий громовідвід, що має зону захисту у вигляді конуса.

h h0

hxRx

R0

Найбільша висота h громовідводу не повинна перевищувати 150м. Співвідношення розмірів зони захисту типу “ БИ” наступне:

- h0= 0.92h

- R0= 1.5h

- Rx= 1.5[h - (hx/0.92)]

При відомій висоті об'єкта, що захищається - hx(вона рівна 10 метрам) розраховується радіус зонизащити на цій висоті Rxпо закону подібності трикутників:

підставляючи в дане вирази відповідні значення отримаємо:

виходить, що Rx= 16м. Тоді повна висота молниеприемника для зони “ БИ” буде рівна:

h = (Rx+ 1.63hx)/1.5 = (16 + 1.63*10)/15 = 21.5(м)

Т. до. повна довжина будівлі рівна 70 метрам, то отже на даху будівлі будуть розташовуватися два громовідводи.

8.3 Класифікація виробництва

Виробництво цеху ХВО-2 не пов'язано із застосуванням обладнання, працюючого під тиском, і застосуванням вибухонебезпечних речовин. у виробництві застосовуються сірчана кислота і їдкий натр. Міра вогнестійкості корпусу цеху 3 класу.

Наїменован.

відділень

цеху ХВО-2

Категорія

взривоопасн.

виробництва

Класифікація приміщень

і зовнішніх установок по

електробезпеці

(ПЕУ-76)

Категорія

суміші

Классифікац.

за правилами

пристрою

електроустан.

Група взривоопасн.

сумішей за правилами

виготовлення

вибухозахисту.

обладнаний.

Відділення

розвантаження

Д

непожаро і

невибухонебезпечно

- -

- -

Відділення

фільтрації

Д

непожаро і

невибухонебезпечно

- -

- -

Відділення

нейтрализац.

Д

непожаро і

невибухонебезпечно

- -

- -

Промплощадка ТЕЦ-2 розміщується з північної сторони по відношенню до селитебной частини міста.

Місто знаходиться на відстані 4 км. від підприємства, хоч по санітарних нормах СН 245-71 min санітарно-захисна зона повинна бути на відстані 1000м. від селитебной частини міста. Санітарно-захисну зону або її частини не можна використати для розширення території підприємства. Для обмеження поширення пожежі по території підприємства необхідно дотримувати певні відстані між будівлями. За основу прийнята міра вогнестійкості будівель і категорія виробництва по взривопожарной і пожежної небезпеки. Для будівлі 3-їй міри вогнестійкості відстань необхідно дотримувати до 12, 15, 18 метрів. Мінімальна відстань від будівель і споруд до відкритих складів, а також між самими складами приймається в межах 6-42 метрів.

8.4 Санітарно-технічні заходи

Т. до. в процесі роботи цеху ніяких викидів шкідливих речовин не відбувається, тому використовується природна вентиляція. Повітря переміщається під впливом природних чинників: теплового натиску або дії вітру.

Побутові приміщення розташовані в приміщенні цеху химводоочистки на 2,3 поверхах. На 2-ом поверсі

розташована гардеробная для чоловічого персоналу, на 3-м для жіночого. У кожній гардеробной є по одній уборной, з одним унітазом, є місце для сушки волосся. Передбачені шафи для чистого і брудного одягу. У нижній і верхній частині відділень шафи є отвори для провітрювання. Шафи розставлені на відстані між лицьовими сторонами 1.4 метра. У кожній гардеробной є душова. Душова обладнана кабінами з 2-х сторін. Вони відділяються перегородками, висотою 2 метра.

2. ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА

2.1 Опис технологічного процесу

Технологічна схема вузла нейтралізації включає в себе принцип роздільного скидання кислих і лужних стоків в дренажні колектори Н-катіонітових і ОН-анионитових фільтрів з подальшою 3-х ступінчастою нейтралізацією. Кислі стоки прямо з дренажного колектора Н-катіонітових фільтрів прямують на перший рівень, який складається з попередньої камери змішування кислих і лужних стоків і 2-х перегородчатих паралельно встановлених смесителейЖ630мм. Після першого рівня кислі стоки, або усереднені стоки, поступають на другий рівень нейтралізації, т. е. на вихровий змішувач. У нижній частині всередині вихрового змішувача виконані евальвентние сопла для створення потоку, що закручує, що поступає з першого рівня. З вихрового змішувача другого рівня нейтралізації через переливну трубу потік усереднених лужних вод прямує в бак донейтрализатор V=6м3третьей рівня і далі в каналізацію.

Лужні стоки з дренажного колектора ОН-анионитових фільтрів прямують в дренажний бак. З дренажного бака лужні стоки перекачуються дренажними насосами в баки-накопичувачі УЩС-1, УЩС-2 (усреднители лужних стоків), V=400м3.

При цьому один з баків УЩС-1 або УЩС-2 служить для накопичення і доведення лужних стоків до концентрації 0.25-0.3%. Усереднення і доведення до заданої концентрації лужних стоків в УЩС-1 або УЩС-2 проводиться шляхом включення насосів рециркуляції НР і додаванням NaOH в баки через засувки 7Д, 8Д від мерников NaOH вузла нейтралізації.

При наявності готових усереднених лужних стоків в тому або інакшому баку вони подаються насосами нейтралізації НУЩ на перший рівень нейтралізації через клапан-регулятор 2-5 /див. принципову функціональну схему-ПФС/ і засувку 7ЩС. На другий рівень через клапан-регулятор 3-5 і засувку 8ЩС. На третій рівень лужні стоки подаються через клапан-регулятор 4-5, а також з вихрового змішувача другого рівня нейтралізації.

Один раз в зміну повинна бути проведена звірка свідчень рН-метрів з результатами хімічного аналізу.

2.2 Техніко-економічне обгрунтування схеми автоматизації, що проектується.

Автоматизація процесу нейтралізації в цеху химводоподготовки дозволить вирішити ряд задач:

Поліпшення умов труда основних робітників Підвищення безпеки виробництва..

Впровадження АСУ ТП дозволить перенести робочі місця операторів на центральний пульт управління і відділити від основного приміщення цеху.

Зниження витрат на придбання лугу за рахунок раціонального використання її в процесі нейтралізації, що забезпечує автоматизовані системи управління АСУ ТП.

2.2.1 Обгрунтування вибору параметрів, належних контролю і регулюванню.

У процесі функціонування системи, комплексно-технічні засоби забезпечують автоматичне знімання, обробку і управління /регулювання/ технологічними параметрами об'єкта. У прецездатний стані АСУ ТП здійснює пряме цифрове управління виконавчими пристроями, змінюючи установки і параметри настройки локальних систем регулювання.

У ході процесу нейтралізації контролю зазнають наступні технологічні параметри:

Q- водневий показник Середи (рН) в трубопроводі кислих стоків, на виході перегородчатого змішувача, на виході бака донейтрализатора. На точках відбору встановлені датчики рН-метр автоматичний промисловий з чутливим елементом ДПГ-4М-3 (озиції 2-1,

3-1, 4-1 див. ПФС), відповідно 1,2,3 рівню нейтралізації.

На щиті КУП розташовані промислові перетворювачі П-215 (позиції 2-2, 3-2, 4-2). Ці перетворювачі перетворюють сигнал від

електродів рН-метра в аналоговий струмовий сигнал 0-5мА, який йде на многофункциональний регулюючий микропроцессорний контроллер “ РЕМИКОНТ Р-130” (позиція 1-2). У ремиконте сигнал обробляється і перетворюється в цифрову форму. На основі цього на виході контроллера формується вихідний сигнал, який управляє виконавчими механізмами (позиції 2-5,3-5,4-5)

L- рівень Середи в баках накопичувачах УЩС-1, УЩС-2. На точках відбору встановлені датчики типу “ САПФІР 22-Ех-М-ДІ” (позиції 5-1,6-1), працюючі в комплекті з перетворювачами “ САПФІР БПС-24П” (позиції 5-2, 6-2). Аналоговий струмовий сигнал з перетворювачів знімається ремиконтом, де перетворюється в цифрову форму.

Q- концентрація лугу NaOH в лужних стоках, що поступають на нейтралізацію з баків накопичувачів. Контроль за концентрацією проводять промислові концентрометри типу КНЧ-2-8 (позиції 9-2, 10-2). Аналоговий струмовий сигнал 0-5мА поступає в ремиконт, де перетворюється в цифрову форму.

Основні функції АСУ ТП, які необхідні для забезпечення нормальної роботи процесу нейтралізації полягають в наступному:

1. Регулювання подачі лужних стоків в змішувач:

- здійснюється вимірювання значень технологічних параметрів, занесення їх в ОЗУ, а також видача керуючих впливів на виконавчі механізми.

2. Управління подачі ЩС на нейтралізацію:

- проводиться формування і видача керуючих впливів на виконавчі механізми.

3. Управління заповненням і усередненням ЩС в УЩС:

- проводиться вимірювання поточних значень технологічних параметрів, запис їх в ОЗУ, потім здійснюється видача керуючих впливів на виконавчі механізми відповідно до алгоритму.

4. Передача, обробка інформації про хід технологічного процесу, виявлення аварійних ситуацій, їх аналіз:

- функція верхнього рівня, т. е. функція реалізовується по ПЕВМ.