Metodichka_Raskhod

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Лабораторный практикум Часть I

Система автоматического регулирования расхода

Москва

2015

Министерство образования и науки Российской Федерации

Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Лабораторный практикум Часть I

Система автоматического регулирования расхода

Утверждено Редакционным советом университета в качестве учебного пособия

Москва

2015

УДК 66.0:681

ББК 35

С40

Авторы: А. В. Беспалов, В. Н. Грунский, Н. И. Харитонов, С. Е. Золотухин, А. С. Садиленко, О. Ю. Сальникова

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Процессы и аппараты химической технологии»

Российского химико-технологического университета им. Д.И.Менделеева

Е. А. Дмитриев

доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Теоретическая и промышленная энергетика» Воронеж-

ского государственного технического университета

А. В. Бараков

Системы управления химико-технологическими процессами.

С40 Лабораторный практикум. Ч. I. Система автоматического регу-

лирования расхода: учеб. пособие / А. В. Беспалов, В. Н. Грунский, Н. И. Харитонов, С. Е. Золотухин, А. С. Садиленко, О. Ю. Сальникова. – М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2015. – 84 с.

ISBN

Изложена теория регулирования расхода. Исследуются система автоматического регулирования расхода с использованием промышленных расходомеров различных типов, статические и динамические характеристики системы автоматического регулирования расхода, статические и динамические характеристики промышленных расходомеров. Рассмотрены особенности измерения и регулирования расхода.

Пособие необходимо и полезно для усвоения материала лекций и при выполнении практических занятий, подготовке к зачѐтам и экзаменам по дисциплине «Системы управления химико-технологическими процессами».

Предназначено для студентов по направлению подготовки 240100 «Химическая технология», квалификация «бакалавр»; 241000 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», квалификация «бакалавр»; 240300 «Химическая технология энергонасыщенных материалов и изделий», квалификация «специалист»; 240501 «Химическая технология материалов современной энергетики», квалификация «специалист». Также может быть полезно для магистров и студентов других направлений подготовки.

УДК 66.0:681

ББК 35

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Системы управления химико-технологическими процессами» (СУ ХТП) в соответствии с Федеральным Государственным образовательным стандартом (ФГОС ВПО) для направления (специальности) 240100 «Химическая технология», квалификация «бакалавр»; 241000 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», квалификация «бакалавр»; 240300 «Химическая технология энергонасыщенных материалов и изделий», квалификация «специалист»; 240501 «Химическая технология материалов современной энергетики», квалификация «специалист» включает теоретический (лекционный) курс, практические (расчѐтные) занятия и лабораторный практикум.

Лекционный курс изложен в учебнике А. В. Беспалова и Н. И. Харитонова «Системы управления химико-технологическими процессами» М.: ИКЦ «Академкнига», 2007., практические (расчѐтные) задачи – в «Задачнике по системам управления химико-технологическими процессами» М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. А. В. Беспалова и Н. И. Харитонова.

Лабораторный практикум по дисциплине «СУ ХТП» написан по программе курса, отвечающей требованиям Федерального Государственного образовательного стандарта (ФГОС ВПО) для направления (специальности) «Химическая технология», «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» и рекомендациям методической секции Ученого совета, и является результатом накопленного опыта преподавания дисциплины кафедрой «Общая химическая технология».

Цели и задачи лабораторного практикума «СУ ХТП»

Лабораторный практикум предназначен для формирования и закрепления базовых знаний по теории систем управления химикотехнологическими процессами, навыков и умения анализировать свойства химико-технологических процессов (ХТП) с позиции управления и практического применения технических средств управления, а также развития представлений о современных методах анализа статических и

динамических свойств химико-технологического процесса как объекта управления; способностей к анализу и синтезу систем автоматического управления ХТП, изучению структур и функций систем автоматического управления, методов и законов управления ХТП, грамотной постановке задачи управления ХТП.

Лабораторный практикум служит также для развития умений и навыков в практической инженерно-исследовательской работе по управлению широко распространенными технологическими параметрами, характеризующими состояние химико-технологических процессов, такими как температура, расход, давление, уровень.

Выполняя лабораторный практикум по курсу «СУ ХТП», студенты исследуют на лабораторных стендах системы автоматического управления основными технологическими параметрами, знакомятся с основополагающими этапами исследования и разработки систем автоматического управления (САУ). Каждая лабораторная работа представляет собой научное исследование процесса управления основными технологическими параметрами.

Задачи лабораторного практикума по курсу «СУ ХТП»:

●усвоение материала лекционного курса;

●проведение эксперимента, включая постановку задачи эксперимента, приобретение навыков работы на лабораторном стенде в качестве технологаоператора, использование методов контроля процесса управления, порядок проведения эксперимента;

●усвоение правил техники безопасности;

●развитие умения анализировать полученные результаты исследования, включая обработку результатов эксперимента, выполнение вспомогательных расчѐтов, представление результатов в виде обобщающих таблиц, графиков, диаграмм, выводов;

●накопление опыта составления научно-технической документации, например, отчѐта о выполненной научно-исследовательской лабораторной работы;

●приобретение навыков соблюдения производственной дисциплины, строго выполняя правила работы в лаборатории;

● соблюдение технологической дисциплины, заключающейся в чѐткой последовательности и аккуратности выполнения всех процедур при проведении эксперимента, выполняя при этом все правила техники безопасности как составляющей управления химико-технологическим процессом.

Тематика и задания лабораторного практикума по курсу СУ ХТП

Тематика лабораторных работ по курсу СУ ХТП соответствует основным разделам курса: особенности управления химико-технологическим процессом, качество процесса управления, динамические характеристики систем автоматического управления (САУ), устойчивость САУ, основные законы регулирования химико-технологическими процессами, определение оптимальных параметров настройки промышленных регуляторов, режимы работы САУ, измерение основных технологических параметров, погрешности измерения (статические и динамические).

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА Цели и задачи:

Экспериментально определить статические и динамические характеристики промышленных датчиков расхода различного типа.

Настроить систему автоматического регулирования расхода с промышленными датчиками расхода, определив оптимальные параметры настройки промышленного ПИД-регулятора, реализованного на программируемом логическом контроллере (ПЛК) Delta DVP-10SX; построить еѐ статические и динамические характеристики. Оценить качество управления.

Ознакомиться с функциональными возможностями Scada-системы Trace Mode и сенсорной панели оператора DОP-В фирмы Delta, а также с ПЛК DVP фирмы Delta.

Правила работы в лаборатории

Лаборатория СУ ХТП оборудована лабораторными стендами, разработанными в Южно-Уральском государственном университете.

Правила техники безопасности и производственной санитарии приведены в Приложении 9.

Общие правила выполнения работ в лаборатории следующие:

1.Перед работой на лабораторном стенде студент должен пройти инструктаж по технике безопасности и правилам безопасного обращения с лабораторным стендом, расписаться в контрольном листе лабораторного журнала группы и получить допуск у преподавателя на выполнение конкретной лабораторной работы.

2.В лаборатории студенты должны соблюдать дисциплину и неукоснительно поддерживать чистоту!

3.При выполнении лабораторных работ студенты следят за показаниями средств измерения. Запрещается во время проведения экспериментов отходить от работающего лабораторного стенда и выходить из помещения лаборатории.

4.При выполнении лабораторных работ студент должен соблюдать максимальную осторожность, памятуя о том, что невнимательность, неаккуратность, неправильное и непродуманное обращение с оборудованием лабораторного стенда может привести к несчастным случаям, сбою в работе лабораторного стенда. Запрещается касаться нагретых частей стендов.

Подготовка, выполнение и защита лабораторной работы

На первом занятии преподаватель знакомит студентов с целями и задачами лабораторных работ, порядком их выполнения, проводит инструктаж по технике безопасности и правилам работы в лаборатории.

Проведение лабораторной работы включает выполнение таких последовательных этапов:

1.Получение от преподавателя задания на проведение лабораторной

работы.

2.Проработка задачи (ознакомление с соответствующими разделами теории управления, используя рекомендованную учебную литературу), уяснение цели работы.

3.Ознакомление с лабораторным стендом «Система автоматического регулирования расхода»: функциональной схемой, гидравлической и электрической, порядком работы на стенде и выполнения экспериментов.

4.Ознакомление с методикой обработки результатов экспериментов, с формой представления экспериментальных данных и результатов их обработки.

5.Составление плана проведения исследования, включающего условия эксперимента, последовательность действий для выполнения конкретного задания, фиксируемые исходные данные и полученные результаты, способ их обработки и представления.

6.Изучение инструкции по технике безопасности при выполнении за-

дания.

7.Собеседование преподавателя и студента по вопросам пп.2–6, при благоприятном завершении которого студент допускается к выполнению исследования.

8.Экспериментальное выполнение задания.

9.Обработка результатов исследования.

10.Составление отчета, включающего:

●задание (его формулировка, цель исследования, исходные данные);

●функциональную схему лабораторного стенда «Система автоматического регулирования расхода» и описание гидравлической и электрической систем стенда;

●план эксперимента (последовательность действий, фиксируемые параметры и показатели);

●обработка экспериментальных данных;

●результаты эксперимента и выводы.

11. Защита.

При защите выполненной работы студент должен ответить на вопросы о цели и задачах лабораторного исследования, назначении и устройстве лабораторного стенда, объяснить методику проведения исследования и обработку экспериментальных данных, уметь анализировать полученные результаты, сделать выводы об оптимальных параметрах настройки регулятора, обеспечивающих устойчивую работу автоматической системы регулирования расхода, показать знания теоретических основ изучаемого процесса и его аппаратурного оформления.

Контрольные вопросы для подготовки к сдаче лабораторных работ приведены в конце описания каждой лабораторной работы.

1.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Расход – количество вещества (жидкости, пара, газа), проходящее через данное сечение (например, трубопровода), в единицу времени. Объемный расход измеряется в единицах объема в единицу времени (м3/с, м3/ч). Массовый расход – в единицах массы в единицу времени (кг/с, кг/ч, т/ч). Приборы, измеряющие расход вещества, называют расходомерами. Расходомер измеряет текущее значение расхода. Устройство, непосредственно воспринимающее измеряемый расход и преобразующее его в другую величину, удобную для измерения, называют преобразователем расхода.

Статические и динамические характеристики измерительных преобразователей – датчиков

Статическая характеристика измерительного преобразователя – зависимость информативного параметра у выходного сигнала измерительного преобразователя от информативного параметра х входного сигнала в статическом режиме:

Для измерительных преобразователей с линейной статической характеристикой, используемых для измерения не изменяющихся во времени величин, передаточная функция – величина постоянная. Для измерительных преобразователей предпочтительна линейная статическая характеристика.

Статические характеристики измерительных преобразователей – датчиков расхода – представляют собой зависимость выходных сигналов датчиков от величины реального расхода жидкости.

Чувствительность средства измерений S – отношение изменения сигнала на выходе средства измерений у к вызвавшему его изменению измеряемой величины х.

Погрешности измерений Статическая погрешность измерений – погрешность результата измерений

физической величины, принимаемой за неизменную во время измерения.