3. Проведение эксперимента

Для оптимального управления объектом необходимо получить динамические и статические характеристики.

Активный эксперимент – это организация воздействий на входе объекта управления с одновременной регистрацией изменений выходных координат. Достоинства этого метода состоят в следующем: резко снижается количество экспериментов, полученная модель имеет минимально возможную ошибку.

Для проведения активного эксперимента рассмотрим объект как «черный ящик», на вход будем подавать возмущающее воздействие, а на выходе снимать отклик на это возмущающее воздействие.

Планирование и подготовка эксперимента включает в себя следующие мероприятия:

1. Изучение априорной (известной) информации об объекте управления. В результате должна получиться структура модели эксперимента. Структура должна четко определить параметры, подлежащие возмущению, параметры, подлежащие контролю, и наличие внутренних связей между указанными параметрами.

2. Изучение статики объекта по определившимся в структуре каналам

3. Выбор аппаратуры для проведения эксперимента.

4. Определение времени проведения эксперимента и числа экспериментов.

Время проведения эксперимента выбирается в зависимости от состояния объекта (стабильные работы, работы на заданной мощности, отсутствие на объекте каких-либо пуско-наладочных работ, отсутствие пусковых или остановочных пределов).

В результате проведения эксперимента получаем динамическую характеристику объекта управления, которая в дальнейшем подвергается специальной обработке с целью получения математического описания объекта в виде передаточной функции или частотной характеристики.

Составим структурную схему объекта:

Рис. 3.1. Структурная схема объекта

Таким образом, нам необходимо получить три передаточные функции:

W₁(s) - изменение температуры расплава при изменении положения клапана регулирующего органа подачи пульпы;

W₂(s) - изменение расхода пульпы поступающей в хлоратор при изменении положения регулирующего органа подачи пульпы;

W₃(s) - изменение температуры расплава при изменении расхода анодного хлоргаза.

Составим функциональную схему:

Рис. 3.2. Функциональная схема

1 – хлоратор титановый;

2 – трубопровод подачи хлора;

3 – трубопровод пульпы орошения;

4 –расходный бункер;

5 –винтовой конвейер;

1а – термоэлектрический преобразователь ТХА;

1г, 39г – преобразователь электропневматический ЭП-3211;

1д,39д – клапан регулирующий мембранный МИМ-250;

30а, 39а - диафрагма камерная ДКС

30б, 39б – датчик разности давлений Метран-150-CD с индикаторным устройством;

Эксперимент будем проводить по структурной и функциональной схемам. Для проведения эксперимента был выбран период стабильной работы хлоратора на средней нагрузке. Снятие кривых разгона подразумевает внесение в объект управления заранее определённых возмущающих воздействий. При проведении эксперимента фиксируется величина возмущающего воздействия, время и величина отклика объекта управления. Изменение выходной величины регистрируется до тех пор, пока она не примет установившееся значение. Эксперимент проводим на действующем оборудовании с использованием ПЭВМ и установленным на нем программным обеспечением RSView, с помощью контроллера Compact Logic(Allen Bradley) и существующих средств автоматизации.

Снимем 1-ю и 2-ю кривые разгона для вычисления передаточных функций W₁(s) основного канала и W₂(s) внутреннего канала. При проведении эксперимента необходимо учитывать, что уменьшение расхода пульпы приводит к повышению температуры расплава в хлораторе. Эксперимент будем проводить с контроллера Compact Logic через программное обеспечение RSView (Рис. 4.3.), уменьшая подачу пульпы на 10%, т.е. исполнительный механизм для подачи пульпы орошения закроется на 10%.

Рис. 3.3. Обзор технологических параметров АРМ ТО RS View 32

Осуществляем это таким образом: перейдем в окно обзора технологических параметров, перейдем к строке . Кликнем «левой кнопкой мышью» на кнопку «ХТ» и перед нами откроется обзор двух контуров регулирования температуры расплава в ХТ.

Рис. 3.4. Обзор контуров регулирования АРМ ТО RS View 32

Рис. 3.5. Контур регулирования температуры расплава в ХТ

клапаном подачи пульпы на расплав ХТ

В правом нижнем углу (Рис. 3.4) выберем контур «управление CV1 клапаном подачи пульпы на расплав ХТ». Перейдем на ручной режим управления – для этого кликнем «мышью» на кнопку «авто». После нажатия на кнопку «авто» контроллер перейдет на ручной режим управления и на кнопке появится надпись «ручной» (как на Рис. 3.5).

Уменьшим подачу пульпы на 10%, для этого кликнем «мышью» в поле «Задание» и изменим текущее значение открытия клапана со 100% до 90% с клавиатуры, т.е. закроем исполнительный механизм закачки пульпы в хлоратор на 10%. Подождем стабилизации температуры расплава.

После проведения эксперимента по снятию кривых разгона основного и внутреннего каналов посмотрим первый тренд. Для этого нажимаем левой кнопкой мыши на экране монитора АРМ ТО оператора на значение параметра «Температура расплава в ХТ» (Рис. 3.3, указатель «стрелка» красного цвета).

Рис. 3.6. Технологический тренд «Температура расплава в ХТ»

Чтобы посмотреть второй тренд, нажимаем левой кнопкой мыши на экране монитора АРМ оператора на значение параметра «Расход пульпы в ХТ» (Рис. 3.3, указатель «стрелка» голубого цвета).

Рис. 3.7. Технологический тренд «Расход пульпы в ХТ»

Снимем кривую разгона для вычисления передаточной функции W₃(s) канала возмущающего воздействия.

Хлор поступает в хлоратор непрерывно в виде анодного газа через четыре фурменных узла c постоянным давлением. При проведении эксперимента необходимо учитывать, что увеличение расхода хлоргаза приводит к повышению температуры расплава в хлораторе из-за протекания экзотермической реакции. Эксперимент осуществляем следующим образом: перейдем в окно обзора технологических параметров, перейдем к строке . Кликнем левой кнопкой мыши на кнопку «ХТ» и перед нами откроется обзор двух контуров регулирования температуры расплава в ХТ.

В правом нижнем углу (Рис. 3.4) выберем контур «управление CV2 клапаном подачи хлора в ХТ». Перейдем на ручной режим управления – для этого кликнем мышью на кнопку «авто». После нажатия на кнопку «авто» контроллер перейдет на ручной режим управления и на кнопке появится надпись «ручной».

Рис. 3.8. Контур регулирования температуры расплава в ХТ клапаном подачи хлора в ХТ

Увеличим подачу хлора на 20%, для этого кликнем левой кнопкой мыши в поле «Задание» и изменим текущее значение открытия клапана со 80% до 100% с клавиатуры, т.е. откроем исполнительный механизм подачи хлора в хлоратор на 20%. Подождем стабилизации температуры расплава.

После проведения эксперимента по снятию кривой разгона канала по возмущению посмотрим тренд. Для этого нажимаем левой кнопкой мыши на экране монитора АРМ ТО оператора на значение параметра «Температура расплава в ХТ» (Рис. 3.3, указатель «стрелка» красного цвета).

Рис. 3.9. Технологический тренд «Температура расплава в ХТ»

В результате проведенного эксперимента мы получили:

1. Регулирование по основному каналу W₁(S), где на вход объекта было оказано возмущающее воздействие, при котором в течение 780 с температура расплава увеличилась с 711°С до 748°С. Положение регулирующего органа изменили на 10% (исполнительный механизм подачи пульпы орошения в хлоратор (3)закрылся на 10%). Время регулирования – 780 с. Время запаздывания – 60 с.

Таблица 1. Координаты кривой разгона по основному каналу

№ точки	время, сек	температура расплава, С	№ точки	время, мин	температура расплава, С	№ точки	время, сек	температура расплава, С
1	0	711.128	10	270	737.1	19	540	748.1
2	30	711.131	11	300	738.5	20	570	748.2
3	60	712.1	12	330	740.1	21	600	748.4
4	90	715.8	13	360	741.2	22	630	748.44
5	120	720.1	14	390	744.1	23	660	748.46
6	150	725.2	15	420	745	24	690	748.47
7	180	728.3	16	450	746.8	25	720	748.48
8	210	731.8	17	480	747.4	26	750	748.481
9	240	734.4	18	510	747.8	27	780	748.483

Рис.3.10. Кривая разгона по основному каналу W₁(S)

2. Регулирование по внутреннему каналу W₂(S), где исполнительный механизм подачи пульпы в хлоратор (3)закрыли на 10%. В результате расход пульпы орошения уменьшился с 60 до 51 м³/ч. Время регулирования – 250 сек. Время запаздывания – 30 сек.

Таблица 2. Координаты кривой разгона по внутреннему каналу

№ точки	время, сек	Расход пульпы, м3/ч	№ точки	время, мин	Расход пульпы, м3/ч	№ точки	время, сек	Расход пульпы, м3/ч
1	0	60	10	90	58,51	19	180	54,97
2	10	59,97	11	100	58,23	20	190	54,48
3	20	59,91	12	110	57,68	21	200	53,71
4	30	59,78	13	120	57,41	22	210	52,11
5	40	59,64	14	130	57,22	23	220	51,56
6	50	59,44	15	140	56,9	24	230	51,005
7	60	59,32	16	150	56,44	25	240	51,002
8	70	59,27	17	160	55,96	26	250	51,001
9	80	58,89	18	170	55,42

Рис. 3.11. Кривая разгона по внутреннему каналу W2(S)

3. Регулирование по каналу W₃(S), где открыли исполнительный механизм подачи хлоргаза на общей нитке хлоратора(3) на 20%, следовательно, общий расход хлора на хлоратор увеличился. В результате температура расплава выросла с 705°C до 745°С. Время регулирования – 750 сек. Время запаздывания – 55 сек.

Таблица 3. Координаты кривой разгона каналу возмущения

№ точки	время, с	температура расплава, С	№ точки	время, с	температура расплава, С	№ точки	время, с	температура расплава, С
1	0	705.1	10	270	731.1	19	540	743.4
2	30	705.3	11	300	732.4	20	570	744.3
3	60	705.7	12	330	734.7	21	600	744.7
4	90	709.5	13	360	735.5	22	630	744.9
5	120	714.4	14	390	738.9	23	660	744.95
6	150	719.3	15	420	739.7	24	690	744.97
7	180	722.7	16	450	740.6	25	720	744.98
8	210	725.2	17	480	741.3	26	750	745
9	240	728.8	18	510	742.8

Рис. 3.12. Кривая разгона по каналу возмущения W3(S)

4. ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

Обработку данных эксперимента будем проводить в программном пакете «Калькулятор передаточных функций».

С полученными данными проведем линеаризацию, с целью устранения повторяющихся точек. Далее проведем сглаживание. Затем проведем нормирование кривой разгона, то есть, приводим её к единичному виду. Далее сделаем аппроксимацию динамической характеристики по каждому каналу методом Симою. Определим передаточную функцию объекта.

После этого сделаем проверку аппроксимации в программном пакете «Калькулятор передаточных функций». Полученный переходный процесс сравним с кривой разгона, высчитаем приведенную погрешность.

Проверка аппроксимации динамической характеристики по каждому каналу методом Симою показала, что приведенная погрешность составила менее 5%, таким образом, полученная передаточная функция может использоваться для дальнейших расчетов.

После обработки экспериментальных данных были получены передаточные функции:

Таблица 4. Сводная таблица передаточных функций

	По основному каналу W1(S) - изменение температуры расплава при изменении положения регулирующего органа подачи пульпы
	По внутреннему каналу W2(S) - изменение расхода пульпы при изменении положения регулирующего органа подачи пульпы
	По каналу возмущения W3(S) - изменение температуры расплава при увеличении расхода анодного хлоргаза