книги из ГПНТБ / Юсупбеков Н.Р. Автоматизация технологических процессов производства растительных масел

Отклонение концентрации мисцеллы от регламенти­ рующих технологических норм приводит к нарушению нормального режима работы экстрактора, выражающе­ гося в увеличении масличности шрота в случае увели­ чения концентрации мисцеллы или нерациональном расходе дорогостоящего растворителя в случае умень­ шения ее концентрации.

Расход мисцеллы на процесс экстракции не влияет. Температура мисцеллы целиком предопределяется тем­ пературой самого технологического процесса экстрак­ ции.

Таким образом, к основным регулирующим пара­ метрам относят расходы растворителя и жмыха. Рас­ ход жмыха, естественно, характеризует производитель­ ность экстракционной колонны и его желательно стабилизировать или изменять в зависимости от ком­ плексного критерия оптимальности.

Квозмущающим воздействиям относят масличность

иструктуру жмыха. Последняя зависит от качества исходного масличного сырья, технологических режи­ мов работы оборудования предшествующего форпрес-

сового цеха.

Масличность шрота и концентрация мисцеллы со­ ставляют группу основных выходных параметров объекта регулирования.

Остальные параметры относят к второстепенным возмущающим воздействиям.

При отсутствии прибора, который бы непрерывно и автоматически измерял масличность шрота, концентра­ цию мисцеллы можно измерять специально созданными для этой цели автоматическими плотномерами (18; 19; 20]. В связи с этим целесообразно рассматривать кон­ центрацию мисцеллы как параметр автоматического контроля и регулирования масличности шрота с по­ мощью соответствующего изменения расхода раствори­ теля.

Успешную автоматизацию данного объекта ослож­ няет значительное транспортное запаздывание экстрак­ тора.

При регулировании таких объектов изодромными регуляторами с двумя параметрами настройки пере­ ходные процессы из-за значительного запаздывания в регулируемом объекте получают с большой динами­

120

ческой погрешностью [ 16J. Использование астатических регуляторов с тремя параметрами настройки повышает качество регулирования.

В случае сложных объектов качество процесса ре­ гулирования можно повысить, присоединяя к регуля­ тору дополнительные чувствительные элементы, уста­ новленные между основной точкой отбора импульса и регулирующим органом исполнительного механизма. Чувствительный элемент, установленный в промежу­ точной точке, не должен пропускать постоянной сос­ тавляющей сигнала, чтобы избежать дополнительной статической ошибки регулирования, которую дает эта постоянная составляющая. Помимо этого, дифференци­ рование сопровождается дополнительным увеличением угла опережения колебаний в регуляторе до величин больших л. Величина этого угла опережения зависит от положения промежуточной точки отбора импульса.

Расположение промежуточной точки отбора импуль­ са, соответствующее максимуму угла опережения ре­ гулятора, различно для объектов регулирования с раз­ ными динамическими характеристиками.

является основным и подключается к трубопроводу отвода мисцеллы из экстрактора, а второй — вспомога­ тельный — устанавливается в нижней части загрузочной колонны экстрактора.

Сигнал с выхода основного плотномера, пропорцио­ нальный концентрации мисцеллы на выходе экстрак­ тора, поступает на вход изодромного регулятора. Вы­ ходной сигнал вспомогательного плотномера заводится на вход пневматического блока предварения. Сигнал с выхода дифференцирующего блока, пропорциональный скорости изменения концентрации мисцеллы в нижней части загрузочной колонны, поступает на вход блока суммирования, на второй вход которого заводится вы­ ходной сигнал изодромного регулятора. Блок сумми­ рования управляет положением регулирующего органа исполнительного механизма, установленного на линии подачи растворителя в экстрактор. Проходное сечение клапана изменяется таким образом, чтобы концентра­ ция мисцеллы на выходе экстрактора поддерживалась в пределах заданного значения. Использование в схе­

12I

ме регулирования пневматических приборов и блоков позволяет обеспечить надежность работы САР в пожароопасных условиях экстракционного производ­ ства.

Для синтеза САР необходимо располагать динами­ ческими характеристиками объекта регулирования. Эксперименты проводили на Янгиюльском масложиро­ вом комбинате. Методика экспериментального опреде­ ления переходных функций объекта сводилась к сле­ дующему. На выходе экстрактора и в нижней части его загрузочной колонны установили весовые пневма­ тические плотномеры [22], разработанные в Ташкент­ ском политехническом институте. Вторичные приборы датчиков плотности регистрировали кривые разгона объекта. Одновременно с равными интервалами време­ ни в колбы отбирали пробы мисцеллы, концентрации которых при строго постоянной температуре определя­ ли стандартным пикнометрическим методом в централь­ ной заводской лаборатории.

Устанавливали постоянный расход жмыха, стабили­ зировали расход и температуру экстракционного бен­ зина. Затем наносили скачкообразное возмущение по расходу органического растворителя от его номиналь­ ного (10 ж3/час) до минимального значения \Ъм3)час). Таким же образом снимали динамические характерис­ тики экстрактора по интересующим нас каналам, на­ нося возмущения путем скачкообразного увеличения расхода от 5 м3/час до 10 м3/час.

На рис. 26 представлена кривая разгона объекта регулирования по каналу расход бензина — концентра­ ция мисцеллы на выходе экстрактора и расход бензи­ на — концентрация мисцеллы в нижней части загрузоч­ ной колонны. Сплошной линией показана запись вторичного прибора 1РЛ-29А, а точками проставлены результаты измерения концентрации мисцеллы стан­ дартным весовым методом.

Для аппроксимации кривых разгона соответствую­ щими линейными дифференциальными уравнениями использовали метод площадей. Значения концентрации мисцеллы приводили к безразмерному виду.

Нормирование осуществляли путем отнесения теку­ щих значений концентрации мисцеллы к ее номиналь­ ной величине. В качестве номинальной принята

122

концентрация мисцеллы СНОм. = 15%. Величина номи­ нального расхода бензина GH0U. — 10 м3/час.

В первом и втором столбцах табл. 4 даны резуль­ таты эксперимента по определению кривой разгона объекта регулирования по каналу расход бензина — концентрация мисцеллы на выходе экстрактора. Для

с%

Рис. 26. Кривая разгона объекта по основному и промежуточному каналам.

краткости назовем этот канал основным. Третий стол­ бец фиксирует результат нормирования значений кон­ центрации мисцеллы, два последних — вспомогательные для вычисления коэффициентов дифференциального уравнения.

Вычислим численные значения коэффициентов иско­ мого дифференциального уравнения.

5 яг31/час

123

= 15 [(0,987 + 0,934 + 0,84010,734 + 0,620 +

Для дальнейших вычислений составим вспомогатель­ ную табл. 5.

124

Последняя площадь получилась отрицательной. Ни вид начального участка кривой разгона, ни физическая сущность процессов не свидетельствуют о необходи­ мости увеличения порядка числителя передаточной функции. Поэтому прекращаем вычисление коэффи­ циентов дифференциального уравнения.

Таким образом, для исследуемого канала регулиро­ вания справедливо следующее дифференциальное урав­ нение:

которое в операторной форме выглядит так:

На основании этого уравнения можно следующим образом записать передаточную функцию объекта ре­ гулирования по основному каналу:

где -соб = 18 — время чистого запаздывания объекта регулирования.

Данные эксперимента по определению передаточ­ ной функции экстрактора по каналу расход бензина — концентрация мисцеллы в нижней части загрузочной колонны, называемому вспомогательным каналом, даны в табл. 6.

На основании данных таблицы рассчитали коэффи циенты:

п _ 5 м(час (10 м3) час_п с

125

Новый масштаб времени равен:

15

4э = 0,33

Итак, искомое дифференциальное уравнение объекта регулирования по промежуточному каналу имеет вид:

1 3 3 ’6 3 * ™ . Пр. + 4 5 < u x . n p . + 2 -5 -* вЫх.пр. = * в х . ( ^ - 8 ) ,

а соответствующее ему уравнение передаточной функ­ ции с учетом чистого запаздывания записывается сле­ дующим образом:

^об. г ( Р ) = 53,46/>2+ 18р+ 1 в ’ ( 174^

где хоб 2 = 8 мин. — время чистого запаздывания объек­

та по промежуточному каналу. На рис. 27 изображена структурная схема двухкон­

турной системы регулирования с вводом производной от промежуточной регулируемой величины. Для опре­

Как видим, объектом регулирования для регулято­ ра Р2 будет являться комплекс, состоящий из вспомо­ гательного регулятора Р, и объекта регулирования. Назовем этот комплекс эквивалентным объектом регу­ лирования и передаточную функцию его обозначим

126

г

Рас. 27. Структурная схема двухконтурной системы регулирования с корректирующим и стабилизирующим регулятором.

Рис. 28. Двухконтурная схема регулирования

сдополнительным вводом воздействия от производной промежуточной величины.

Смысл последнего равенства системы уравнений (177) в следующем. В случае, когда инерционность внутреннего контура значительно меньше инерцион­ ности внешнего, то быстродействие регулятора Рг выше быстродействия регулятора Р2. В этом случае задание регулятору Pj (величина х ) изменяется относительно

зуют реальное (инерционное) дифференцирующее зве­

где Kg — коэффициент усиления дифференцирующего звена.

Отсюда передаточная функция звена имеет вид:

(180)

Заменив в (180) р на (у'ш), получим выражение для амплитудно-фазовой характеристики звена:

Приняв во внимание выражение (176), запишем:

128

В то же самое время передаточная функция ПИрегулятора определяется по формуле:

Сопоставив уравнения (182) и (183), можем заклю­ чить:

Методика определения параметров настройки регу­ ляторов, входящих в состав рассматриваемой системы регулирования, таким образом, сводится к построению амплитудно-фазовых характеристик объекта регулиро­ вания по обоим каналам Wo6 (у'ш) и Wo6 (/ш). Выше

было показано, что

необходимо при одинаковых частотах разделить моду­ ли характеристик, а фазы вычесть. Располагая АФХ эквивалентного объекта, определяют параметры наст­ ройки ПИ-регулятора Р 2 — коэффициент передачи и время изодрома. Затем по формулам (184) вычисляют параметры настройки ПД-регулятора (Kg и Tg). Для определения параметров настройки регулятора с пере­ даточной функцией Wp (P) пользуются тем же прие­ мом, что и для определения настроек вспомогательного регулятора Рг. Из рис. 27 следует, что передаточную функцию эквивалентного регулируемого объекта для регулятора с передаточной функцией Wp (Р) можно определить как передаточную функцию двух парал­ лельно включенных звеньев:

Таким образом, векторы амплитудно-фазовых ха­ рактеристик Wo6а (До), Wg (J(p) и Wo6 i (уш) складыва­

ются по правилу параллелограмма и получается АФХ W б экв (у'ш). Затем по последней характеристике обыч­

ным путем находят параметры настройки регулятора Рх.