![](/user_photo/_userpic.png)
книги из ГПНТБ / Любутин О.С. Автоматизация производства стеклянного волокна
.pdfнастройки 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 /С ' 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 |
7а 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 8г 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 6а типа ДМ, электронно
го регулирующего прибора 66 типа |
Р П И Б - Ш электри |
ческого исполнительного механизма |
6в 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