Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Любутин О.С. Автоматизация производства стеклянного волокна

.pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
5.43 Mб
Скачать

настройки регулятора удается получить требуемое каче­ ство регулирования. Так, при Si = 0,00075 и S0 —0,00075 (см. кривую / рис. 44) динамическая погрешность (мак­ симальное отклонение регулируемой величины) не пре­ вышает Ѵз отклонения регулируемой величины при том же значении возмущения в случае отсутствия регулято­ ра. Время регулирования составляет 20—25 сек. Даль­ нейшее улучшение процесса регулирования, как нетруд­ но видеть из сравнения кривых 1, 2, 3 и 4 на рис. 44, может быть достигнуто путем увеличения значения Si и

уменьшения времени изодрома

Тпа = — - .

При этом

следует иметь в виду, что если

дальнейшее

увеличение

Si возможно, то получение

малых

значений

T1J3

на се­

рийно выпускаемых

регуляторах

сопряжено

со

значи­

тельными трудностями.

 

 

 

 

 

Для получения

системы

уравнений динамики САР

фильерного питателя дополним систему уравнений дина­ мики фильерного питателя (59)—(61):

уравнением ПИ-регулятора

 

- ^ Е . = _ S0

х2 S 1 - ^ l -

(65)

 

dx

dx

 

и уравнением

замыкания

 

 

 

Уз = Уз* + УзР-

(66)

В результате решения системы уравнений

(65) и (66)

при подаче скачкообразных

возмущающих

воздействий

г/ 3 в =0,4 ккал/сек

и У\ = —200° С были получены кривые

регулирования для различных параметров настройки ре­

гуляторов Si и S0. Параметры настройки

Si = 0,8-10- 3

ккал/сек-град и So=0,5-10- 4 ккал/сек-град

обеспечива­

ют вполне приемлемое качество регулирования как при возмущении по количеству тепла, выделяемого электри­ ческим током (см. кривую 4 рис. 45), так и при возму­ щении по входной температуре стекломассы (см. кривую 2 рис. 45). Так, динамическая погрешность при возмуще­ нии по Уз не превышает Уз, а при возмущении по уі— Ую отклонения регулируемой величины при том же зна­ чении возмущения в случае отсутствия регулятора. Вре­ мя регулирования при возмущении по уг составляет ~200 сек. При возмущении по у\ процесс регулирова­ ния получается довольно затянутым, однако это не име­ ет значения, ибо абсолютные отклонения выходного па-

120

раметра (температуры платиновой стенки) очень малы даже при достаточно большом изменении входной тем­ пературы стекломассы. Из сравнения кривых 1, 2, 3 и 4 (рис. 45) видно, что дальнейшее улучшение процесса ре-

а) Хг,'С

Рис. 45. Кривые регулирования питателя

а: / — 5і= — 0,5 - 10

3

ккал/сек-град,

5 0 = ^ 0 , 5 - 1 0 — 4

2 — S,=—0,8-10

3

 

ккал/сек-град,

S„=—0,1 • Ш - 1

3 S , = — 0 , 5 - Ю - к к а л / с е к - г р а д ,

S0 =—0,1 • І 0 ~ 4

4 — S | = — 0 , 8 - Ю -

3

ккал/сек-град,

S 0 = — 0 , 5 - Ю - 4

б: / — Si = —0,5

• 10

 

3

ккал/сек-град,

S0 =—0,5-10 *

2 І'|=—0,8

-10

3

 

ккал/сек-град,

S0 =—0,5• 10 *

3 S | = — 0 , 8 - Ю -

-

ккал/сек-град,

S0 =—0,1-10 *

4 — 5,=— 0 , 5 - Ю -

*

ккал/сек-град,

5„=—0,1 -Ю- "*

ккал/сек-град; ккал/сек-град; ккал/сек-град; ккал/сек-град; ккал/сек-град; ккал/сек-град; ккал/сек-град;

ккал/сек-град

121

гулирования, как и для трубки, может быть достигнуто путем увеличения значения Si и уменьшения времени

изодрома Тпа.

Кроме расчета САР математическая модель может быть использована для оценки влияния различных кон­ структивных параметров установки на процесс получе­ ния волокна или для определения теплотехнических па­ раметров реального процесса по экспериментальной кри­ вой разгона (см., например, [63, 64]).

Для одностадийного процесса производства стеклян­ ного волокна определенное значение имеет контроль по­ ля температуры.

С точки зрения автоматического контроля темпера­ туры может быть поставлено две задачи:

определение значения температурного поля с задан­ ной точностью при использовании минимального числа датчиков;

при заданном расположении датчиков, ограниченном конструктивными или технологическими соображениями, определить распределение температурного поля, т. е. его значение в любой точке.

При разработке системы автоматизации одностадий­ ного процесса получения стекловолокна первая задача — контроль температурного поля фидера T(l, t) по коор­ динате I (длина фидера) —имеет большее значение. Предполагается заданным допустимое значение средне­ квадратичной погрешности аппроксимации поля по про­

странственной

координате:

 

Рассмотрим

случай, когда

изменения величины

T(l, t) во времени и пространстве

носят характер стаци­

онарных функций. Для определения статистических ха­ рактеристик температурного поля фидера в две зоны питателя были помещены равномерно расположенные (/о=350 мм) пять термопар. Для набора множества реализаций были зафиксированы значения всех темне,- ратур в 87 моментах времени. Расчет полученных дан­ ных состоял в вычислении средних значений и оценок дисперсий по каждой измеряемой точке (табл. 8). Были определены оценки корреляционных функций, -значения которых представлены в табл. 9.

Интервалы между соседними замерами одинаковые (350 мм).

 

 

 

 

Т а б л и ц а

8

 

 

Номера

термопар

 

 

 

Значенин а ч е н ия

1

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

М т

1284

1298

1300

1287

 

І290

 

стт

11 ; 5

9,5

іо

14

 

8,5

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

9

 

Значения

оценок корреляционной

функции

в точках

 

Номера

 

замера

температур

 

 

 

термопар

;

 

3

 

 

5

 

 

2

<

1

 

1

I

0,571

0,551

0,5

 

0,495

 

2

0,57!

1

0,62

0,-109

0,501

 

3

0,551

0,62

1

0,642

0,446

 

4

0,5

0,409

0,642

1

 

0,48

 

5

0,495

0,50!

0,446

0,48

 

I

 

Это позволяет оценить, насколько отличаются зна­ чения корреляционной функции в разных точках ij. Сравнивая значения корреляционной функции по диаго­ налям (матрица коэффициентов взаимной корреля­ ции), отмечаем сравнительно небольшой разброс значе­ ний Кт (/i'/j) при разных /. Следовательно, случайную функцию распределения температуры по длине фидера можно считать стационарной по отношению к ее корре­ ляционной функции. Усредняя значения Кі (h ij) при разных /, получаем оценку корреляционной функции тем­ пературного поля фидера, которая необходима для опре­ деления искомого расстояния меж'ду соседними датчика­ ми температуры при заданном аъі-

Определение искомого расстояния было проведено путем подбора точки / на корреляционной функции температурного поля фидера, удовлетворяющей уравне­ ниям параболической интерполяции

0-2 =

К* (О)'

— а2

[ 2 /Расч

3/

ѵ д Ѵ ' расч

д

i

К , ( 0 ) / р а с ч + а д р а с ч - ° д

123

 

іі статистической

 

 

 

 

al

=

1,5 ' р а сч - 1,5 al ~ 2lC

( y )/p.« + °>5

* Ж « : ч .

где

Kx — оценка

корреляционной функции;

ад — точность замеров

датчиками температуры.

 

 

 

 

Рассмотрение простейших случаев интерполяции да­

ет следующие решения:

 

 

 

 

а)

статистическая

интерполяция (п = 2)

 

 

 

 

 

I = 0,8

м-

 

 

 

б)

параболическая

интерполяция

{п—2)

 

 

 

 

 

I = 1 м

 

 

(здесь п — количество термопар).

 

 

 

 

Системы

автоматизации

одностадийного

процесса

выработки непрерывного стекловолокна включают ряд по­

следовательных стадий, осуществляемых

соответственно

в стекловаренной

печи

(электрической,

газоэлектри­

ческой, газовой),

фидере,

струйных питателях и нама­

тывающих аппаратах. При выработке холста односта­ дийным методом добавляется сушильно-полимериза- ционная камера. При этом указанная выше совокупность аппаратов рассматривается с точки зрения контроля и управления как единое целое.

На основе эксплуатации опытно-промышленной уста­ новки для получения непрерывного стекловолокна Гусевского завода решены вопросы применения как серий­ ных, так и специальных средств автоматического конт­ роля и регулирования одностадийного процесса, отлича­ ющегося высокими требованиями к качеству готового продукта.

Одностадийная установка для получения непрерыв­ ного стекловолокна на Гусевском заводе (рис. 46) состо­ ит из электрической стекловаренной печи Я, фидера Ф,

струйных питателей, включающих струйную

трубку CT

и

фильерный

питатель

ФП, наматывающих

аппаратов

и

систем

подачи газа,

воздуха, получения

и сжигания

газовоздушной

смеси и удаления продуктов горения.

 

Для

автоматического

регулирования режимом рабо­

ты одностадийной установки в настоящее время преду­ смотрено в общей сложности 27 автоматических регуля­ торов. Из них 21 регулятор предназначен для автома­ тического регулирования температуры десяти струйных питателей и одного очка. Каждый струйный питатель

124

имеет

два

регулятора

регулятор

температуры

струй­

тальной

части

и

фильерного

питателя 8 6.

Термопара

ной трубки

7 6

 

 

 

первого

регулятора

приварена к средней горизон­

 

 

 

 

струйной трубки, термопара второго регу­

лятора

 

температуры

8а-—к

средней

части боковой на­

клонной стенки фильерного питателя. Четыре автома­ тических регулятора температуры предназначены для автоматического регулирования температурного режима газового пространства фидера в четырех его секциях. Рассматриваемые системы автоматического регулирова­ ния включают в себя термопары типа ПП (1а—4а), элек­ тронный автоматический потенциометр с реостатным датчиком и записывающим устройством типа ЭПД (16— 46), электронный регулирующий прибор типа РПИБ-2С (le—4е), электрический исполнительный механизм типа ІІМ-2/120 и регулирующую заслонку типа ЗМС (\г—4г). Автоматическое регулирование температуры в газовом пространстве фидера достигается изменением количест­ ва воздуха, поступающего в эжектор. Последний засасы­ вает газ в требуемом соотношении к воздуху.

Для снижения и стабилизации давления на линии по­ дачи газа установлены соответственно два автоматиче­ ских регулятора давления: регулятор прямого действия типа РД-50М (9), снижающий давление с 0,4 ат до 200— 300 мм вод. ст., и системы автоматического регулиро­ вания давления в коллекторе газа, включающей датчик

давления

в виде мембранного дифманометра

типа

ДМ (5а),

электронный регулирующий прибор

типа

РПИБ-111

(56), электрический исполнительный механизм

типа ИМ-2/120 и регулирующую заслонку типа ЗМС

(5г),

установленную на байпасном трубопроводе линии подачи газа. Давление газа в коллекторе регулируют изменени­ ем давления газа к основному его количеству, проходя­ щему по обводной линии.

Кроме указанных автоматических регуляторов пре­ дусмотрен автоматический контроль за изменением сле­ дующих параметров: температуры стекломассы в четы­ рех секциях по длине фидера и на входе в фидер с по­ мощью платино-платинородиевых термопар типа ПП (We— Юд), присоединенных к электронному автомати­ ческому потенциометру типа ЭПП-09 (Юг), с записываю­ щим устройством; давления газа в коллекторе, измеряе­ мого с помощью мембранного дифманометра типа ДМ (5д) и электронного дифференциалы-ю-трансформатор-

126

ного прибора типа ЭПЫД (5е); давление газа, поступаю­ щего к установке, измеряемого с помощью манометра ти­ па ЭКМ-1 (И), давления воздуха после воздуходувок, измеряемого манометром 12. Кроме этих параметров из­ меряется также давление газовоздушной смеси по сек­ циям после эжекторов с помощью стеклянных U-образ- ных манометров, величина напряжения и тока в электри­ ческой печи после трансформаторов и напряжение в сети, а также суммарный расход газа на установку {13).

Что касается выбора средств автоматизации, указан­ ных выше, то он определился главным образом наличи­ ем во ВНИИСПВ разработанных в свое время высоко­ точных регуляторов температуры типа РТС-5 и имею­ щимися на заводе бесконтактными регуляторами типа РПИБ, а также необходимостью изменения и дополне­ ния систем автоматического регулирования, выявившей­ ся в процессе опытной эксплуатации.

Опытно-промышленная эксплуатация одностадийной установки показывает, что система автоматического ре­ гулирования и контроля полностью обеспечивает нор­ мальную работу установки с ее жесткими требованиями к режиму процесса выработки непрерывного стеклово­ локна па участке фидера (±5° С) и фильерных питателей (±0,5° С).

Испытания показали, что отклонения температуры стекломассы от заданного значения могут удерживаться длительное время в пределах, не превышающих ± 5 ° по всей длине фидера. Основным условием стабилизации температуры в указанных пределах как по длине фиде­ ра, так и по времени является: во-первых, соответствую­ щее распределение и стабилизация температуры по зо­ нам газового пространства фидера и, во-вторых, стаби­ лизация давления в коллекторе газа. Для этого необходимо, чтобы отклонения температуры в газовом пространстве фидера находились в пределах ±10°. Чаще всего системы автоматического регулирования темпера­ туры работают в колебательном режиме. При этом в за­ висимости от частоты колебаний амплитудные значения изменений температуры могут превышать указанные вы­ ше значения, не вызывая заметного изменения темпера­ туры стекломассы ввиду инерционности канала «темпе­ ратура газа — температура стекломассы».

Большое влияние на качество процесса регулирования оказывают колебания давления в коллекторе газа, вызы-

вая нарушение соотношения газа и воздуха в газовоздушной смеси в результате изменения температуры стекломассы. Отмечено, что отклонение давления газа от своего нормального значения, составляющего в обычных

условиях

величину порядка 55 мм,

на величину около

2 мм вод.

ст. вызывает изменение

температуры стекло­

массы на Г. Таким образом, чтобы удерживать темпера­

туру

стекломассы

в пределах ± 5 ° С, необходимо, что­

бы

колебания

давления не превышали величины

± 1 0 мм вод. ст. Именно это обстоятельство потребовало установки регулятора давления с ПИ-законом регулиро­ вания. Это тем более необходимо, что на давление в коллекторе, стабильное значение которого является ус­ ловием нормальной работы регуляторов температуры на всех секциях, оказывает влияние не только колебание давления на входе в результате непрерывного изменения давления газа в сети, но и любое регулировочное воздей­ ствие каждого из регуляторов температуры.

Следует отметить сильную взаимную связь всех си­ стем автоматического регулирования на линиях газа, воздуха и продуктов сгорания. В этом случае обеспечить нормальный режим работы установки при ручном регу­ лировании практически невозможно.

Что касается регулирования температуры в струйных питателях, то регуляторы температуры РТС-5 вполне обеспечивают требуемое качество процесса регулирова­ ния. Следует подчеркнуть сильную взаимную связь меж­ ду температурами струйной трубки и фильерного пита­ теля. Любое изменение задания по температуре одного из указанных элементов струйного питателя приводит к необходимости изменения задания другого. При этом требуется тщательная установка задания величины тем­ пературы в соответствии с установленным значением метрического номера. Системы автоматического регули­ рования температуры струйных трубок, фильерных пи­ тателей и сливного очка аналогичны и включают соот­ ветственно термопары (7а, 8а, см. рис. 46) типа ПР 30/6, высокоточный регулятор температуры 76, 86, типа РТС-5 и исполнительные элементы 7д, 8д в виде дросселей на­ сыщения типа ДОС-3,5/0,5. Трансформаторы тока 7в, 8в

типа

ТК-20 и датчики трансформатора тока 7е, 8е

типа

ДТТ

служат для введения в регулятор

обратной

связи

по напряжению, что

является

особенностью регулятора

РТС-5, улучшающей

качество

процесса

регулирования

128

температуры. Амперметры 7г и переменного тока типа Э-421 служат для контроля величины тока в первичной цепи силового трансформатора.

Приведенной на схеме системы автоматического регу­ лирования давления воздуха в коллекторе, состоящей из мембранного дифманометра типа ДМ, электронно­

го регулирующего прибора 66 типа

Р П И Б - Ш электри­

ческого исполнительного механизма

типа ИМ-2/120,

в настоящий момент пока нет вследствие использования воздуходувок малой производительности. Однако с за­ меной последних на высокопроизводительные воздухо­ дувки систему автоматического регулирования давления воздуха в коллекторе следует восстановить.

Наконец, следует отметить, что включение в рассмот­ ренную систему автоматизации одностадийного процесса выработки непрерывного стекловолокна .регуляторов уровня стекломассы и температуры стекломассы в печи сделает одностадийную установку полностью автома­ тизированной; управление технологическим режимом будет осуществляться 30 автоматическими регулятора­ ми без непосредственного участия обслуживающего пер­ сонала.

Рассмотренная система автоматизации участка фиде­ ра и фильерных питателей опытно-промышленной одно­ стадийной установки Гусевского завода стекловолокна может быть рекомендована для внедрения на промыш­ ленных одностадийных установках как в производстве непрерывного стекловолокна, так и холстовых мате­ риалов.

9—55

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ