- •Технічний коледж
- •1. Опис предмета навчальної дисципліни
- •Характеристика предмета навчальної дисципліни
- •2. Зміст дисципліни
- •2.1. Лекційні заняття
- •3. Структура залікового кредиту дисципліни
- •4. Практичні заняття
- •5. Лабораторні заняття
- •1.1 Поняття про автоматику та автоматизацію
- •Основні етапи розвитку автоматики
- •1.2 Основні поняття про автоматизацію керування виробництвом та технологічними процесами. Засоби та методи керування виробництвом
- •1.3 Класифікація технологічних процесів
- •1.4 Види параметрів керування.
- •1.5 Вимоги до об’єктів керування
- •1.6 Види і рівні автоматизації
- •1.7 Економічні аспекти автоматизації
- •Класифікація засобів автоматизації
- •2.2 Основні функції автоматизації
- •2.3 Класифікація систем автоматизації
- •3.1 Розрахунок одноконтурних систем регулювання
- •3.2 Аср стабілізації витрат матеріальних і енергетичних потоків
- •3.3 Аср стабілізації рівня рідини в ємності
- •3.4 Аср стабілізації тиску газу в резервуарі
- •Аср стабілізації температури теплообмінника
- •Аср стабілізації концентрації речовин
- •Тема №4 багатоконтурні системи регулювання
- •4.1 Комбіновані аср
- •4.1.1 Умови інваріантності
- •4.1.2 Умови фізичної реалізованості інваріантних аср
- •4.1.3 Технічна реалізація інваріантних аср
- •4.2 Каскадні системи регулювання
- •4.3 Системи регулювання з додатковим імпульсом за похідною з проміжної точки
- •4.4 Взаємопов’язані системи регулювання
- •4.4.1 Аср непов’язаного регулювання
- •4.4.2 Аср пов’язаного регулювання
- •4.5 Системи регулювання співвідношення потоків
- •4.6 Адаптивні та екстримальні системи регулювання
- •4.6.1 Адаптивні системи регулювання (аср)
- •4.6.2 Системи екстремального регулювання (еср)
- •Тема №5 синтез систем регулювання
- •5.1 Вибір структури й оцінка параметрів систем регулювання
- •5.2 Вибір закону регулювання регулятора
- •5.3 Розрахунок настроювань регуляторів
- •Автоматизаціія типових технологічних процесів Тема №6 автоматизація теплових процесів
- •6.1 Автоматизація теплових процесів
- •6.1.1 Автоматизація теплообмінників
- •6.1.2 Одноконтурне регулювання.
- •6.1.3 Каскадне регулювання.
- •6.1.4 Комбіноване регулювання.
- •6.2 Автоматизація печей і топок
- •6.3 Автоматизація процесів випарювання
- •6.4 Автоматизація процесу кристалізації
- •Основні принципи керування процесом кристалізації
- •6.4.2 Регулювання концентрації кристалів в суспензії
- •6.4.3 Регулювання кристалізатора з мішалкою
- •6.4.4 Регулювання кристалізатора випарного типу
- •Тема №7 автоматизація масообмінних процесів
- •7.1 Автоматизація процесів ректифікації
- •7.1.1 Одноконтурного регулювання ректифікаційною колоною
- •7.1.2 Регулювання концентрацією цільового продукту в кубовій рідині
- •7.1.3 Регулювання концентрацією в кубі колони за різницею температур кипіння свіжого розчину та еталонної рідини
- •7.1.4 Регулювання процесом ректифікації за допомогою систем співвідношення
- •7.1.5 Перехресне регулювання температури та рівня в кубовій частині колони
- •7.1.6 Регулювання концентрації основної речовини в закріплюючій частині колони
- •7.1.7 Регулювання тиску в колоні
- •7.1.8 Регулювання ентальпії свіжого розчину
- •7.1.9 Регулювання процесу відбору проміжної фракції
- •7.1.10 Автоматичний контроль, сигналізація та системи захисту
- •7.2 Автоматизація процесів абсорбції
- •7.3 Автоматизація процесів адсорбції
- •7.4 Автоматизація процесів сушіння
- •7.4.1 Регулювання барабанного прямоточного сушильного агрегату
- •7.4.2 Регулювання протиточного сушильного апарата
- •Тема №8 автоматизація механічних процесів
- •8.1 Автоматизація транспортування твердих матеріалів
- •8.1.1 Загальні відомості. Типова схема автоматизації
- •8.1.2 Цілі керування процесом транспортування
- •8.1.3 Внесення регулюючих впливів шляхом зміни швидкості транспортера
- •8.1.4 Системи автоматичного керування транспортерами
- •8.2 Автоматизація процесів подрібнення твердих матеріалів.
- •8.2.1 Загальні відомості
- •8.2.2 Регулювання барабанних млинів мокрого помолу
- •8.2.3 Регулювання об’єму матеріалу шляхом зміни витрати сировини
- •8.2.4 Регулювання млинів, які працюють по замкненому циклу
- •8.2.5 Регулювання щокових подрібнювачів
- •8.3 Автоматизація процесів дозування та змішування твердих матеріалів
- •8.3.1 Загальні відомості. Фізичні основи процесу
- •8.3.2 Регулювання дозатора з стрічковим транспортером та регуляторами прямої дії
- •8.3.3 Регулювання дозатора з стрічковим транспортером за допомогою двоконтурної системи
- •8.3.4 Регулювання дозаторів з розділеним потоком дозує мого матеріалу
- •Тема №9 автоматизація гідромеханічних процесів
- •9.1 Автоматизація реакторів. Автоматизація процесу змішування рідин
- •9.1.1 Загальні відомості
- •9.1.2 Регулювання реакторів безперервної дії.
- •9.1.3 Регулювання реакторів напівбезперервної дії
- •9.1.4 Регулювання реакторів періодичної дії
- •9.1.5 Регулювання трубчастими реакторами
- •9.2 Автоматизація процесів переміщення рідин
- •9.2.1 Типове рішення автоматизації
- •9.2.2 Регулювання при різних цілях управління
- •9.2.3 Регулювання методом дроселювання потоку в байпасному трубопроводі
- •9.2.4 Регулювання зміною числа обертів валу насоса
- •9.3 Автоматизація процесів відстоювання
- •9.3.2 Регулювання зміни витрати суспензії
- •9.3.3 Регулювання густини згущеної суспензії
- •9.3.4 Регулювання подачі коагулянту
- •9.3.5 Регулювання режиму роботи гребкового механізму
- •9.3.6 Управління процесом протиточного відстоювання
- •9.3.7 Управління відстійником періодичної дії
- •9.4 Автоматизація процесів фільтрування
- •9.4.1 Автоматизація процесу фільтрування рідких неоднорідних систем
- •9.4.2 Регулювання товщини осаду
- •9.4.3 Управління фільтрувальними відділами
- •9.4.4 Фільтрування газових систем
- •9.4.5 Регулювання по чіткій часовій програмі
- •9.5 Автоматизація процесу центрифугування рідких систем
- •9.5.1 Типове рішення автоматизації
- •9.5.2 Регулювання відстійних центрифуг
- •9.5.3 Управління центрифугами періодичної дії
- •9.5.4 Регулювання швидкості обертання центрифуг періодичної дії
- •9.6 Автоматизація процесів очистки газів
- •9.6.1 Мокра очистка газів
- •9.6.2 Електрична очистка газів
- •9.7 Автоматизація процесів очистки стічних вод
- •9.7.1 Загальні відомості
- •9.7.2 Біохімічна очистка.
- •Практична робота №1
- •Теоретичні відомості
- •Практичне заняття
- •Практичне заняття
- •Розподіл балів, що присвоюються студентам.
- •Питання винесені на іспит
- •Література.
6.1.3 Каскадне регулювання.
Використання одноконтурного регулювання не завжди забезпечує необхідну якість перехідного процесу, особливо коли мають місце сильні збурення за основними матеріальними потоками або теплообмінник має досить великий час чистого запізнення. У таких випадках використовують двоконтурні АСР. Такі системи значно поліпшують якість регулювання, якщо допоміжною регульованою величиною є параметр, зі зміною якого відбудеться сильне збурення процесу теплообміну. Якщо сильним збуренням є витрата теплоносія, то її використовують як допоміжну координату.
Рис. 6.4 Схеми каскадного регулювання температурою за допоміжною координатою за витратою: а - теплоносія; б – тиску.
Каскадна АСР за допоміжною координатою за тиском на вході в апарат або в міжтрубному просторі дає досить ефективний результат навіть тоді, коли сильним збуренням є витрата продукту Fп або його температура, оскільки тиск у міжтрубному просторі є значно меншим інерційним параметром, ніж кінцева температура продукту. Перш ніж те чи інше збурення вплине на вихідну координату, воно сприйметься по внутрішньому контуру і відповідно зміниться його регулятор R1. Залишковий вплив цього збурення буде компенсовано коректуючим контуром із регулятором R2.
Якщо теплообмінник має велике запізнення, а сильним збурюючим параметром є витрата Fп або температура Тп продукту, то доцільно використати АСР з імпульсом за похідною з його проміжної точки. За наявності відповідного збурення почне змінюватися температура в точці а, диференціатор D подасть на вхід регулятора R випереджаючий імпульс і регулятор включиться в роботу скоріше, ніж вихідна координата відхилиться від заданого значення.
Рис. 6.5 Схема регулювання температурою з додатковим імпульсом за похідною.
6.1.4 Комбіноване регулювання.
Комбіноване регулювання використовують тоді, коли сильним збуренням є витрата або температура продукту, а запізнення по каналу Fn→ або Тп→ перевищує запізнення по каналу регулювання. Вибираючи динамічний компенсатор, потрібно виходити з таких міркувань. Якщо частота зміни збурення достатньо велика, то динамічним компенсатором слід обрати диференціальну ланку. Якщо частота зміни мала, то компенсатором може бути інша динамічна ланка - аперіодична, інтегро-диференціальна або немінімально-фазова. Функціональну схему комбінованої АСР показано на рис. У разі зміни витрати продукту компенсатор К подасть на вхід регулятора К сигнал, який дасть змогу йому включитися в роботу дещо скоріше, ніж збурення досягне вихідної координати.
Рис. 6.6 Функціональна схема комбінованого регулювання температурою
6.2 Автоматизація печей і топок
У хімічній, нафтохімічній і нафтопереробній промисловості широко використовують трубчасті печі (риформінги), в яких продукт безперервно проходить по змійовику, нагрівається завдяки теплоті, що виділяється при спалюванні палива. Трубчаста піч є складним об'єктом керування.
Стабілізацію температури продукту на виході необхідно забезпечити при істотній зміні температури та його витрат на вході в змійовик.
Розглянемо роботу і принципи автоматизації трубчастої печі конверсії метану. Перед трубчастою піччю газова суміш, яка складається з природного газу й азотоводневої суміші, змішується з водяною парою до співвідношення (пара - газова суміш) 3,1 ...3.4. що відповідає співвідношенню пара - природний газ 3,6...4,0. Тиск газової суміші підтримується автоматично за допомогою регулятора кількості обертів турбіни компресора природного газу. Витрати газової суміші та пари стабілізуються системами регулювання, а співвідношення між ними контролюється.
Після змішування з парою парогазова суміш надходить до підігрівника, розміщеного в конвекційній камері трубчастої печі, і підігрівається завдяки теплоті димових газів до температури, що не перевищує 525 °С. Нагріта парогазова суміш розподіляється по реакційних трубах, розміщених у трубчастій печі. В останніх на нікелевих каталізаторах при температурі 810...830 °С відбувається процес конверсії природного газу.
Теплота, необхідна для процесу конверсії, створюється за рахунок спалювання паливного газу в пальниках печі. Вміст метану в газі після трубчастої печі становить 9-11% і контролюється газоаналізатором. Температура на виході реакційних труб підтримується шляхом зміни витрати паливного газу. Процес горіння в печі виконується за вмістом у димових газах кисню, який має не перевищувати 3,5%. Вміст кисню в димових газах регулюється зміною витрати повітря. Розрідження в пічному просторі регулюється автоматично шляхом зміни кількості обертів турбіни димососу.
Автоматичному контролю підлягають такі технологічні параметри:
співвідношення потоків пара - газова суміш;
витрати газової суміші в трубчасту .піч;
температура газової суміші після трубчастої печі;
тиск паливного газу, який надходить на пальники;
витрати метано-азотоводневої суміші та пари;
залишковий вміст метану в газовій суміші після трубчастої печі;
температура стінок паропідігрівника;
температура димових газів, які викидаються в атмосферу;
концентрація кисню в димових газах;
розрідження в печі.
Сигналізації підлягає вихід за допустимі межі таких параметрів:
зменшення співвідношення пари та газової суміші;
зниження витрати пари та газової суміші перед трубчастою піччю;
підвищення температури газової суміші на виході з печі;
зменшення тиску паливного газу, який надходить на пальники:
підвищення температури стінок труб підігрівника;
підвищення вмісту кисню в димових газах;
падіння розрідження перед димососом.
Автоматичне блокування виконується перекриттям подавання паливного газу в ніч у таких випадках:
падінні витрати газової суміші в трубчасту піч;
максимальній температурі газу після трубчастої печі;
падінні витрати пари перед трубчастого піччю;
зупиненні димососів.
Функціональну схему автоматизації трубчастої печі показано на рис. 6.7.
Показником ефективності технологічного процесу є мінімум концентрації метану в газі на виході з трубчастої печі, а мета регулювання - підтримувати цей мінімум на заданому рівні. Мета регулювання досягається завдяки стабілізації таких параметрів, як температура газової суміші на виході з печі, співвідношення азотоводневої суміші та пари, а також концентрації кисню.
Для стабілізації температури газової суміші після трубчастої печі використовують каскадну АСР, внутрішнім контуром якої є система співвідношення витрат паливного газу Fпг і повітря Fп.
У риформінгах речовини не лише нагріваються, а й зазнають хімічного перетворення. Останнє може відбуватися як із поглинанням, так і з виділенням теплоти. Ця теплота визначається багатьма факторами - співвідношенням потоків, якістю каталізатора тощо.
Рис. 6.7 Функціональна схема автоматизації трубчастої печі конверсії метану.
Важливим для печі є захист від відкладання вуглецю на стінках теплообмінника. Щоб запобігти цьому, процес спалювання палива в печі необхідно виконувати в оптимальному режимі: підтримувати на заданому рівні співвідношення витрат паливо - повітря і концентрацію кисню в димових газах.
У багатьох випадках печі використовують лише для нагрівання або сушіння тієї чи іншої речовини. Такі печі мають, як правило, перевальну стінку і теплообмінник нагрівається нагрітим у печі газом. Залежно від потужності печі повітря на спалювання палива може подаватися за рахунок ежекції (втягування повітря з приміщення внаслідок розрідження в печі) або примусово, наприклад вентилятором.
Якщо особливих вимог до процесу нагрівання продукту не висувається, то печі малої потужності можуть бути автоматизовані за допомогою одноконтурних АСР (рис. 6.8). У таких печах стабілізують, як правило, лише два параметри: температуру Т нагрітого продукту на виході теплообмінника зміною витрати палива та розрідження Р завдяки впливу на положення заслінки 5.
Рис. 6.8 Схема одноконтурного регулювання піччю: 1 - піч; 2 - перевальна стінка: 3 - теплообмінник; 4 - регулюючий клапан; 5 - регулююча заслінка.
Для регулювання розрідженням в печі, як правило, використовують Ш-регулятор, а для температури Т доцільно застосовувати ШД-регулятор, оскільки по каналу Т —> Рт спостерігається досить велике запізнення.
До найбільших збурень, які впливають на системи регулювання, належать витрати палива Рт продукту Ьп, а також його температура Тп.
У разі сильного збурення з боку витрати палива доцільно використовувати каскадне регулювання температури із внутрішнім контуром стабілізації витрати палива (рис. 6.9).
Рис. 6.9 Схема каскадної АСР температурою з допоміжною координвтого за витратою палива.
Якщо особливі вимоги висуваються до якості регулювання температури продукту після теплообмінника, а в піч надходять великі збурення з боку подавання як палива, так і продукту, то використовують каскадну систему регулювання з допоміжною координатою за температурою нагрітих газів над перевальною стінкою (рис. 6.10).
Рис. 6.10 Схема каскадної АСР температурою з допоміжною координатою за температурою над перевальною стінкою.
До печей великої потужності висуваються вимоги щодо якості регулювання температури нагріваного продукту, оскільки в них, як правило, повітря надходить у піч примусово. Автоматизуються такі об'єкти за допомогою складних багатоконтурних систем регулювання.
Щоб поліпшити якість регулювання та оптимізувати режим горіння в топці, використовують багатоконтурні АСР (рис. 6.11).
Рис. 6.11 Схема каскадного регулювання парокотельною установкою.
Процес горіння регулюють за допомогою каскадної АСР за вмістом кисню в димових газах за допомогою регулятора R5. Внутрішнім контуром є АСР співвідношення потоків витрат газу та повітря, причому веденою є витрата газу Fг, а ведучою - витрата повітря Fпв. Тиск пари стабілізується також каскадною АСР, внутрішнім контуром якої є АСР витратою газу з регулятором R4. Контур із регулятором R2 є коректуючим.
Автоматичному контролю підлягають витрати пари Fп, газу Fг, повітря Fг, та води Fе; вологість пари, її тиск, тиск газу на пальнику; температура води, яка надходить у котел з економайзера, у печі та димових газів на виході в атмосферу; рівень води в котлі та розрідження в топці.
Обов'язковій сигналізації підлягають перевищення тиску пари в котлі, зменшення витрати палива, зменшення розрідження в топці, збільшення та зменшення допустимих меж рівня води в котлі, а також збільшення вмісту кисню в димових газах.
Блокування перекриттям подавання газу відбувається при втраті полум'я, зменшенні розрідження в топці, істотному зменшенні або збільшенні рівня води в котлі. Якщо значно збільшується тиск пари, то її частина стравлюється в атмосферу.