Автоматизация

Определяется  отношение  по графику (приложение 3) для систем, оставшихся после первых двух проверок.

П - регулятор:

ПИ-регулятор:       = 16

ПИД -регулятор:  = 10

Определяется  время регулирования , с:

 

,

(10)

где – время регулирования, с

П- регулятор:=8=360с

ПИ-регулятор: =1645=720с

ПИД -регулятор: =10=450с

Осуществляется  проверка на соблюдение условия:

,

(11)

П - регулятор:360≤600с

ПИ –  регулятор:72600с   не обеспечивает

ПИД-регулятор:450600с    

Выбирается пропорциональный  регулятор (П-  регулятор), как более простой, с законом регулирования:

 

(12)

 

4 Определение  настроечных

   параметров регулятора

 

 

Расчет  параметров регулятора предусматривает  определение численных значений параметров настройки, при которых переходные процессы в замкнутых автоматических системах удовлетворяют показателям качества, то есть, являются оптимальными. Оптимальные настроечные параметры регулятора будут определены графоаналитическим методом по монограммам.  Применяемый графоаналитический метод расчета регулятора является приближенным, поэтому вычисленные значения параметров настройки требуют проверки, что будет осуществляться при оценке САР на устойчивость.

Определяется  коэффициент передачи:

 

(13)

 

где

 

 

Находится предел пропорциональности,  %:

 

(14)

 

                                  

 

Выбирается  пропорциональный регулятор типа РП-5 с настроечным параметром δ=, с линейными статическими характеристиками, представленными в таблице 2.

 

 

 

 

Таблица 2  Технические характеристики регулятора РП-5

 

Наименование характеристики	Значение
1	2
Количество входов: аналоговых дискретных	4 3
Входные аналоговые сигналы	постоянный ток 0-5 мА или 0-20 мА или 4-20 мА; напряжение постоянного тока 0-50 мВ;  сигналы термосопротивлений ТСМ (- 50 - + 200 °С) или ТСП (- 50 - + 600 °С);  сигналы термопар ТХА (К) (0 - 900 °С) или ТХК ( L ) (0 – 600 °С)
Входные дискретные сигналы	Сухой контакт (замкнут- разомкнут)
Количество выходов: дискретных импульсных	2 1
Выходные сигналы: импульсный   дискретный	состояние бесконтактных  ключей «Меньше» «Больше» с нагрузочной  способностью 24 В, ток до 0,2 А; состояние бесконтактных  ключей с нагрузочной способностью 24 В, ток до 0,2 А
Параметры настройки и диапазоны  их установки:
сигнал задания	0- 100 %
зона нечувствительности	0,2-2 %
коэффициент передачи	0,5-5 %
постоянная времени интегрирования	5 - 500 с
постоянная времени дифференцирования	0- 100 с

 

Продолжение таблицы 2

 

1	2
постоянная времени демпфирования	0,4 — 30 с
длительность выходного импульса	0,1 — 1 с
уставки по сигналу рассогласования	0+ 100 %

 

Основные  функции регулятора РП-5:

1) формирование совместно с электрическим  исполнительным механизмом постоянной скорости П -, ПИ-, ПИД-, двух- и трехпозиционного законов регулирования;

2) формирование сигнала задания  и его ручная установка;

3) программный выбор вида входного  сигнала для каждого входа  и его масштабирование;

4) алгебраическое суммирование  входных аналоговых сигналов  с сигналом задания, формирование сигнала рассогласования и преобразование его в цифровой код;

5) линеаризация характеристик датчиков  ТСМ, ТСП, ТХА, ТХК;

6) автоматический, ручной и дистанционный  режимы управления;

7) цифровая индикация сигнала  контролируемого параметра как  в %, так и  в технических единицах, индикация сигнала задания;

8) контроль по цифровому индикатору  всех параметров настройки и  их изменение в режиме РАБОТА;

9) гальваническое разделение входных  цепей от выходных и цепей  питания;

10) самотестирование правильности  конфигурирования, калибровки, пределов  установки параметров и других неисправностей с выводом информации на цифровой индикатор;

11)сохранение установленных параметров  при отключении напряжения питания.

возможность контроля и изменения всех параметров по открытому протоколу обмена RS-485.

 

 5 Расчет и выбор регулирующего

  органа

 

 

Необходимым условием надежной работы САР является правильный выбор пропускной характеристики, и расчет условного прохода Р.О. Дроссельный Р.О. представляет собой  переменное или пневматическое сопротивление, которое управляет расходом среды  путем изменения проходного сечения. В связи с тем, что для заданного  объекта регулирования внешние  возмущения являются основными, то будет выбран дроссельный Р.О с линейной расходной характеристикой. Такой Р.О во всем диапазоне нагрузок имеет одинаковый коэффициент передачи.

Условный  проход Р.О на жидкость выбирается по условной пропускной способности с последующей проверкой на влияние вязкости протекающей жидкости или на явление кавитации жидкости в зависимости от числа Рейнольдса.

 

Таблица 3  Исходные данные для расчета

 

Наименование	Обозначение	Численное значение
Среда	вода
Абсолютное давление воды в начале участка	P0	4кГс/см2 (0.4МПа)
Абсолютное давление в конце расчетного участка	Pк	1кГс/см2 (0.1МПа)
Максимальный расход воды	Qmax	40000кг/ч
Минимальный расход воды	Qmin	20000кг/ч
Температура воды	t1	200С
Длина трубопровода	l	40м

 

 

 

4 вентиля; 2 тройника; 1 диафрагма; 3 колена за  регулирующим органом.

 

Рисунок 2  Схема установки регулирующего  органа на трубопроводе

Расчет:

Определяетсявнутренний  диаметр трубопровода, принимая среднюю  скорость течения воды в трубопроводе W=2м/с

r

(15)

 

где Q _м мах=40000кг/ч- максимальный массовый расход воды

 ρ=998.2кг/м³- плотность воды в рабочих условиях, 20⁰С

 

Принимается условный диаметр трубопровода Д_у=90мм.

Определяется  режим движения воды в трубопроводе

(16)

 

 где  μ= 100.210^-6кГс/м²-динамическая вязкость воды

 

 

 

 
 

 

           Если Re_{min2000, то влияние вязкости на расход жидкости не учитыв}ается, выполняется расчет на возможность  возникновения кавитации.

Определяется  коэффициент трения, при максимальном расходе воды

(17)

 

 

 

Уточняется  скорость протекания воды по трубопроводу:

(18)

 

 

Определяются  потери давления в трубопроводе при  максимальном расходе:

 

(19)

 

где ΔР_п - потери давления в прямых участках трубопровода, кГс/м²

      ΔР_м- потери давления на местное сопротивление, кГс/м²

     Потери в прямых участках трубопровода:

 

(20)

где ρ=плотность  воды, кг /м³

      Д_у–условный диаметр трубопровода,  м

      g=9.81м/с²- ускорение свободного падения

_=0.01447МПа

 

Потери  давления в местных сопротивлениях трубопровода

 

(21)

 

где S-коэффициенты сопротивлений

S_вх=0.5              S_диаф =51   _{=1.1     =0.1       =1}

ΔР_т= 0.01447+0.14652=0.16МПа (1.6кГс/м²)

 

Определяется  перепад  давления на РО (регулирующем органе) при заданном максимальном расходе воды

 

,

(22)

 

где =

 

                            =3-1.6=1.4кГс/см² (140кПа)

 

Определяется  максимальная расчетная пропускная способность с учетом коэффициента запаса η=1.2

 

(23)

где Q_max= максимальный массовый расход воды, кг/ч

       ρ= 0.9982 кГс/см³- удельный вес воды в рабочих условиях

       ΔP -перепад давления на РО, кГс/см²

 

 

Предварительно  выбирается Р.О с  К_vy=50м³/ч,  Д_у=65мм,  Р_у=1.6 МПа типа VFG Danfoss. Расходная характеристика - линейная.

Выбранный регулирующий орган проверяется на возможность возникновения кавитации.

Определяется  площадь сечения входного патрубка регулирующего органа:

 

(24)

где  Д_у- диаметр условного прохода, м

 

Определяется  коэффициент сопротивления ζ

 

	(25)

 

По графику 2   определяем коэффициент кавитации:

К_с=0.88

 Определяется  перепад давления, при котором  возникает кавитация

 

ΔPкав= Кс  (Р1−Рn)	(26)
где Р1- абсолютное давление воды при максимальном расходе до Р.О       Рn-0.04325кГс/см2- абсолютное давление насыщенных паров жидкости при t0=200С
Р1=Р0−ΔРт=4-1.6=2.4кГс/см2 [0.24МПа]		(27)