книги из ГПНТБ / Автоматизация переработки каменноугольной смолы

параметра (температуры жидкой фазы на тарелке ее от­ бора) и одноконтурную схему стабилизации температу­ ры паров на выходе из колонны.

Структурная схема автоматизируемого объекта при­ ведена на рис. 48, где у і— количество рефлюкса, у2— количество отбора I антраценовой фракции, г/3— темпе­ ратура смолы после II ступени трубчатой печи, Х\ — температура паров на выходе из колонны, х2— темпера­ тура I антраценовой фракции.

ФРАКЦИОННАЯ КОЛОННА

Фракционная колонна представляет собой объект с явно выраженной нелинейностью. Каждый исследован­ ный канал является многоемкостным объектом автома­ тического регулирования с самовыравниванием, с боль­ шими запаздыванием и постоянной времени.

В табл. 4 приведены динамические характеристики по выбранным каналам связи, полученные из кривых раз­ гона.

На рис. 49, а—в приведены соответственно амплитуд­ но-фазовые характеристики по исследованным каналам связи 1-й, 2-й и 4-й, полученные графическим методом

101

из аппроксимированных звеном чистого запаздывания и инерционным звеном первого порядка эксперименталь­ ных временных характеристик, при этом ошибка по мо­ дулю составляет примерно 5%, а по фазе в области вы­ соких частот может достигать 30%. Как видно из графи­ ков, фракционная колонна также представляет собой

-0,005 Іт

град/кг- ч

0,005 0,010 ОЩ 0,020 JOflZn

-Іт

-0,008

Рис. 49. Амплитудно-фазовые характеристики по кана­

рефлюкса; б — АФХ по каналу температура верха колонны — рас­

102

низкочастотный объект по каждому из исследованных каналов, пропускающих гармонические воздействия с частотами 0^№ ^:0,05 с-1.

Анализ статических и динамических характеристик дает возможность приближенно оценить фракционную колонну как сложный статический объект с четырьмя регулируемыми вели­ чинами, четырьмя уп­ равляющими воздейст­ виями и п возмущаю­ щими воздействиями.

Однако учитывая недо­ статочность сведений о нелинейности объекта, а также условия техно­ логического характера, позволяющие линеари­ зовать статические и

колонну можно представить как сложный статический объект с тремя регулируемыми величинами, тремя управ­ ляющими и п возмущающими воздействиями (рис. 50). На этом рисунке схематично даны связи между управля­ ющими, возмущающими и регулируемыми величинами, где у 1 —количество рефлюкса, у2— количество отбора нафталиновой фракции, г/ 3 — расход водяного пара, г/4— температура питания колонны, г/5 — температура водя­ ного пара, Хі— температура фенольной фракции, х2— содержание нафталина в нафталиновой фракции, х2— содержание нафталина в поглотительной фракции.

Отношение %/Т, лежащее в пределах 0,09—0,5, позво­ ляет применить непрерывное или импульсное регулиро­ вание. Большое время запаздывания (от 5 до 25 мин) требует для качественного регулирования применения в САР нетиповых усложненных законов, а присущая объ­ екту нелинейность введения логического звена для уп­ равления работой регуляторов или применения регуля­ торов с переменной структурой.

Учитывая статические и динамические свойства ре­

103

гулируемого объекта, а также принятые допущения для автоматизаціи! технологического режима фракционной колонны, целесообразно применить комбинированные САР с использованием для верхней части колонны кос­ венного параметра регулирования (температуры феноль­ ной фракции), а для средней н нижней частей колонны прямых параметров (содержания нафталина в нафтали­ новой и поглотительной фракциях), определяемых при помощи датчиков качества.

ОДНОКОЛОННЫ Е ТРУБЧ А ТЫ Е А ГРЕГА ТЫ

Для исследования динамических характеристик одноколонных трубчатых агрегатов, так же как и двухколонных, использовали экс­ периментальные методы. По каждому выбранному каналу регули­ рования были построены кривые разгона, амплитудно-фазовые ха ­ рактеристики и рассчитаны дифференциальные уравнения. Коэффи­ циенты дифференциальных уравнений рассчитывали по формулам

со

Уравнения амплитудно-фазовых характеристик рассчитаны ис­ ходя из дифференциальных уравнений с учетом принятого заме­ щения объекта по исследуемому каналу последовательным соеди­ нением апериодического или колебательного звена и звена чистого запаздывания.

АФХ апериодического звена имеет вид

А Ф Х звена чистого запаздывания представляется уравнением

При последовательном соединении этих звеньев АФХ замещен­ ного объекта выражается уравнением

104

При замещении объекта по исследуемому каналу колебатель­ ным звеном и звеном чистого запаздывания амплитудно-фазовые характеристики определяются по формуле

Учитывая, что трубчатые печи двухколонных и одноколонных агрегатов идентичны, динамические характеристики определяли по двум основным аппаратам (испарителю II ступени и ректификаци­ онной колонне). Данные исследований сведены в табл. 5.

И СП АРИ ТЕЛЬ II СТУПЕНИ

Как видно из приведенных данных, испаритель II ступени пред­ ставляет собой сложный статический объект с двумя регулируемы­ ми величинами, двумя управляющими и п возмущающими воздей­

жно представить из двух не связаннных между собой САР: однокон­ турной системы стабилизации температуры паров, выходящих из испарителя, и комбпнировамой системы стабилизации качества среднетемпературиого пека. Упрощенная схема регулируемого объекта

оцениваемое по его температуре размягчения

РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОННА

Ректификационная колонна является более сложным многоем­ костным объектом с явно выраженной нелинейностью, пятью вход­ ными и пятью выходными величинами и п возмущающими воздей­ ствиями. Показатель демпфирования T JT 2< i2 в дифференциальных уравнениях (Ш -58) — (Ш -61) свидетельствует о наличии колеба­ тельного характера, поэтому ректификационную колонну по иссле­ дованным каналам можно представить в виде схемы замещения:

105

ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСПАРИТЕЛЯ II СТУПЕНИ

Испаритель

* Единица измерения — град/град.

106

107

звено чистого запаздывания плюс колебательное звено второго по­

рядка.

Анализ амплитудно-фазовых характеристик показывает, что рек­ тификационная колонна по исследованным каналам является низ­

С учетом принятых допущений, а также статических и дина­ мических свойств одним из целесообразных вариантов схемы авто­ матизации ректификационной колонны является следующий:

а) комбинированная система автоматического регулирования температуры верха колонны с вводом корректирующего воздействия от температуры фенольной фракции;

б) взаимосвязанная система автоматического регулирования температуры поглотительной фракции изменения количества отбо­ ров нафталиновой и поглотительной фракций с окончательной кор­ рекцией отбора нафталиновой фракции по содержанию в ней наф­ талина.4

4. РАСЧЕТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Расчет систем автоматического регулирования состо­ ит из следующих этапов.

1. Проверка работы системы на устойчивость, смысл

108

которой заключается: в-том,, что система, выведенная из состояния равновесия, должна стремиться самостоятель­ но придти к равновесному состоянию.

2. Выбор типового процесса регулирования и опреде­ ление оптимальных параметров настройки регуляторов и функциональных блоков при типовых переходных про­ цессах, т. е. выбор исходя из технологических требований одного из типовых переходных процессов регулирования:

а) апериодического процесса с минимальным време­ нем регулирования /р;

б) процесса с 20%-ным перерегулированием и мини­ мальным временем первого полупериода колебаний;

в) процесса с минимальной квадратичной площадью отклонения, т. е. J x2dt.

3. Анализ качества регулирования (проверка пере­ ходных процессов замкнутых систем), который заключа­ ется в выяснении вопроса, как удовлетворяют основные показатели переходных процессов требованиям, предъяв­ ляемым к качеству регулирования.

Большинство промышленных систем регулирования тепловых процессов устойчивы, поэтому к их проверке на устойчивость особых требований не предъявляют. Это об­ стоятельство позволило разработать простые графиче­ ские и аналитические методы расчета оптимальных на­ строек регуляторов для одноконтурных систем автомати­ ческого регулирования.

Таким образом, приближенный расчет одноконтурных САР сводится к выбору типового процесса, определению (тем или иным способом) оптимальных настроек регуля­ торов и анализу качества регулирования. Определение оптимальных настроек регуляторов каскадных схем ока­ зывается довольно сложной задачей. Даже в простейшем случае при расчете двухконтурных схем с использованием ПИ-закона регулирования определению подлежат четыре параметра настройки. В этих условиях достаточно на­ дежное решение возможно только при использовании мо­ делирующих или вычислительных устройств. Однако име­ ется несколько случаев, когда можно применить простой метод расчета двухконтурных САР, выделяя один контур и рассчитывая его настройки независимо от другого. По­ лученные при этом параметры настройки САР будут до­ статочно близки к оптимальным [21].

Например, если в процессе работы системы регулиро­ вания возможно на некоторое время отключение коррек­

109

тирующего регулятора й в работе остается только один стабилизирующий регулятор, то его настройки опреде­ ляются относительно просто, независимо от корректиру­ ющего регулятора с учетом только того, что объектом в корректирующем контуре является замкнутый стаби­ лизирующий контур. В данном случае для определения оптимальной настройки системы необходимо выполнять требование: амплитудно-частотные характеристики замк­ нутой системы при работе одного стабилизирующего ре­ гулятора должны иметь минимальное отклонение от ну­ ля и, кроме того, амплитудно-частотные характеристики всей системы вместе с корректирующим регулятором так­ же должны иметь' минимальное отклонение.

Расчет состоит из следующих этапов.

1. Определение настроек стабилизирующего регуля­ тора с использованием расчетных формул для одного из типовых процессов по временным характеристикам [21].

2. Определение оптимальных настроек корректирую­ щего регулятора. Прежде чем приступить к определению настроек корректирующего регулятора, необходимо по­ строить амплитудно-фазовую характеристику эквива­

где k'pi — коэффициент передачи стабилизирующего регу­

Из этой формулы следует, что для построения ампли­ тудно-фазовой характеристики эквивалентного регулиру­ емого объекта для регулятора рк нужно сначала постро­

110