книги из ГПНТБ / Смирнов, Д. Н. Автоматическое регулирование процессов очистки сточных и природных вод

раций веществ для разных сечений х по его длине. При этом параметры, определяющие коэффициенты в урав­

Отсюда

Степень точности данного метода определения коэф­ фициента турбулентной диффузии позволяет пользо­ ваться им при расчете устойчивости САР.

Кривая распределения, построенная по расчетным данным, дает возможность выбрать необходимую длину смесителя для получения заданной степени завершения реакции нейтрализации.

Для вывода передаточной функции смесителя-реак­ тора задаемся длиной х\ и получаем однозначное реше­ ние уравнения (15):

40

Передаточная функция на участке от входа в смеси­ тель-реактор до выхода из него

процессов нейтрализации сточных вод могут быть при­ менены при проектировании всего комплекса реагентной очистки производственных стоков. С их помощью можно находить экономичные варианты решений техно­ логических узлов, отвечающие требованиям осуществ­ ляемой реакции и устойчивости регулирования процесса.

Точно определить оптимальные конструктивные дан­ ные реактора с распределенной емкостью довольно сложная задача, так как для ее решения необходимо учитывать многочисленные переменные факторы, дейст­ вующие на входе в объект. Такое комплексное решение может быть получено моделированием САР на аналого­ вых счетно-решающих устройствах. В качестве исход­ ных данных при моделировании наряду с уравнениями и передаточными функциями стандартных звеньев мож­ но использовать решения, приведенные выше.

5. Расчет настроечных параметров и устойчивости систем автоматического регулирования

При выборе типа регулятора приходится искать ком­

и необходимостью обеспечить требуемое качество регу­ лирования.

Основными показателями при подборе регулятора являются частота и глубина возмущений, характеристи­ ки объекта регулирования, допустимые отклонения пара­ метра регулирования в переходном и установившемся режимах работы.

Время регулирования регуляторов различных типов в соответствии с частотой внешних возмущений приве­ дено в табл. 1. Влияние амплитуды возмущений на ди­ намическое отклонение ар параметра регулирования при работе регулятора оценивается динамическим коэффи­ циентом регулирования

41

Методы расчета настройки регулятора с использова­ нием динамического коэффициента регулирования опи­

При небольших величинах т область применения не­ прерывных регуляторов расширяется.

Показателем переходного процесса регулирования может служить степень затухания г|з, равная отношению разности двух соседних положительных амплитуд ко­ лебания параметра а М а к сг и а М а к с г+г к первой из них:

= (Р макс i °макс f+г) (26)

О

макс i

Отсюда видно, что степень затухания имеет отрица­ тельное значение при расходящемся процессе, равна нулю при установившихся колебаниях и равна единице при апериодическом процессе.

Показателем качества регулирования в установив­ шемся режиме является величина статической неравно­ мерности. Остающееся отклонение параметра свойствен­

параметра регулирования, вызванное характером возму­ щений (см. п. 2 данной главы).

Параметрами настройки непрерывных регуляторов служат: степень (скорость) обратной связи б для П-ре- гулятора, степень обратной связи и время изодрома Г и для ПИ-регулятора; степень обратной связи, время изо­

42

формулы для приближенного расчета настройки непре­

тотных характеристик регулируемого объекта и всей системы. Частотные характеристики отражают поведе­

Экспериментальное определение частотных характе­ ристик [62] связано с применением специальной аппа­ ратуры и не всегда возможно в условиях очистных стан­ ций. Ниже приводится способ графического построения АФХ по кривой разгона, дающий вполне удовлетвори­ тельные результаты.

На кривой разгона (см. рис. 8) по оси ординат отло­ жены значения х в процентах от предельного значения в пересчете на процентное возмущение. Для построения АФХ кривая разгона аппроксимируется несколькими вертикальными прямолинейными отрезками. Каждый отрезок Хг можно рассматривать как кривую разгона элементарного звена, обладающего только транспорт­ ным запаздыванием, равным 30 сек. Весь объект пред­ ставляет тогда систему, состоящую из параллельных элементарных звеньев.

44

Предположим, что на вход в каждое звено поданы гармонические колебания с соответствующими ампли­ тудами Xi и общей частотой coft. Тогда на выходе из каж­

1т М

Рис. 9. Амплитудно-фазовая характеристика ершового смеси­ теля и САР

этих колебаний не отличаются от входных, так как кро­ ме запаздывания звенья не имеют других свойств. Таким образом, выходную функцию каждого звена можно изобразить на комплексной плоскости вектором ri(xt, Афг). Выходная функция всего объекта изобразится суммой этих векторов 2>j. Так получают одну точку го­

г,. Каждый последующий вектор откладывается от кон­

ность определения модуля вектора изложенным спосо­ бом падает с увеличением частоты. Ошибка может до­ стигнуть 30%- Слева от годографа объекта нанесены АФХ системы регулирования с ПИ-регулятором для разных значений времени изодрома Ти. АФХ системы

45

регулирования позволяют проверить запас ее устойчи­ вости при различных сочетаниях параметров настройки регулятора для данного объекта.

Исследования показали, что для расчета САР про­ цессов реагентной очистки сточных вод применим кри­ терий Найквиста—Михайлова, позволяющий опреде­ лять устойчивость замкнутой системы регулирования, которая обеспечивается устойчивостью разомкнутой системы (без обратной связи) при условии, что ее АФХ не охватывает в комплексной плоскости точку с коорди­

каждый вектор АФХ поворачивается на 90° и изменяет­ ся в ер/со раз, что приближает годограф к критической точке.

Построим на этом же графике АФХ разомкнутой системы с ПИ-регулятором. Для этого выберем на го­

Соединив начало координат с концом дополнитель­ ного вектора, получим вектор АФХ разомкнутой систе­ мы Ak для данной частоты щ. Таким же образом строим АФХ разомкнутой системы и для других частот, раз­ личных при Ти и КР=1. Частоты при этом нужно выби­ рать так, чтобы получать отрезки годографов вблизи отрицательной вещественной полуоси (интерес пред­ ставляют лишь точки их пересечения с последней).

Значение предельного (критического) коэффициента

46

Для проверки запаса устойчивости САР на график наносится точка с координатами, соответствующими па­ раметрам настройки регулятора, рассчитанным по при­ ближенным формулам (см. табл. 2). При выходе этой точки из области устойчивости или при ее расположении вблизи границы области необходимо пересчитать наст­ ройку, выбрать более совершенный закон регулирования или изменить структуру САР. Длина дополнительного вектора для анализа САР с ПИД-регулятором опреде­ ляется по формуле

СО,- I и

где knp— отношение времени предварения Тир к времени изодрома Ги .

В плоскости параметров настройки граница устойчи­ вости с ПИД-регулятором располагается выше кривой, нанесенной на рис. 10, вследствие уменьшения угла по­ ворота вектора АФХ под действием дифференциальной составляющей.

47

Г л а в а I I I

АВТОМАТИЧЕСКОЕ Р Е Г У Л И Р О В А Н И Е ПРОЦЕССОВ

НЕ Й Т Р А Л И З А Ц И И СТОЧНЫХ ВОД

1.Регулирование очистки сточных вод, содержащих преимущественно кислоты

При автоматическом регулировании процессов ней­ трализации, очистки от металлов и ряда других процес­ сов химической очистки сточных вод для лучшей стаби­ лизации регулируемого параметра большое значение имеет предварительное усреднение стоков по составу. САР на очистных сооружениях с предварительным ус­ реднением стоков не сложны по структуре и строятся по принципу регулирования параметра рН. Такие САР до­ статочно полно описаны в ряде работ [60, 61]. Здесь мы рассмотрим наиболее сложные случаи регулирования величины рН.

На очистных сооружениях без усреднителя, при резкопеременном режиме сброса сточных вод с большим количеством подлежащих извлечению загрязнений, за­ дача регулирования рН может еще осложниться небла­ гоприятной динамической характеристикой реактора. В таких условиях одноимпульсная САР не обеспечит ус­ тойчивого регулирования. Если технологический регла­ мент допускает частые кратковременные колебания ве­ личины рН обработанной реагентом сточной воды около заданного значения на выходе из смесителя, что вполне возможно, например, при наличии камер реакции, си­ стема регулирования может быть построена по комбини­

выходе из смесителя), сигнализирующий лишь о пере­ ходе величины рН через заданное значение. При паде­ нии величины рН в конце смесителя ниже этого значе­ ния открывается регулирующий орган (нож дозатора) на заранее заданную величину; при увеличении значе­ ния рН нож дозатора возвращается в исходное положе­ ние. Ход ножа (размах) составляет в зависимости от настройки 30—60% полного хода.

При изменениях величины рН исходной воды проис­ ходит одновременная перестановка обоих крайних поло-

48