МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА АВТОМАТИЗАЦІЇ ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЧНИХ ПРОЦЕСІВ

ІНЖЕНЕРНИЙ РОЗРАХУНОК І МОДЕЛЮВАННЯ ПРОМИСЛОВИХ САР

Довідковий посібник до вивчення дисциплін „Основи автоматизації теплоенергетичних процесів”, „Автоматизація технологічних процесів і виробництв”

Київ 2003

УДК 62-52: 658.562

ББК 32.965 Т38

Інженерний розрахунок і моделювання промислових САР

Довідковий посібник до вивчення дисциплін „Основи автоматизації теплоенергетичних процесів”, „Автоматизація технологічних процесів і виробництв”

Для студентів спеціальностей 7.092501 „Автоматизоване управління технологічними процесами” і 7.092502 „Комп’ютерно-інтегровані технологічні процеси та виробництва” напряму 6.0925 „Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології”

Укладач: Батюк С.Г., к.т.н., доцент кафедри АТЕП НТТУ „КПІ”

Посібник є довідковим матеріалом до курсу лекцій, до розрахункових і лабораторних робіт, до курсового і дипломного проектування. Посібник містить відомості з комплексного розрахунку промислових САР і моделювання типових САР в пакеті Simulink CKM Matlab

Рецензенти:

• Бунь В.П., к.т.н., доцент кафедри АТЕП НТТУ „КПІ”

• Олійник С.Ю., к.т.н., доцент кафедри АТЕП НТТУ „КПІ”

Затверджено на засіданні кафедри АТЕП

Протокол №____________ від____________ р.

Затверджено та рекомендовано до друку методичною радою НТУУ „КПІ”

Протокол № ____________ від ___________ р.

Національний технічний Університет України

„Київський Політехнічний Інститут” – 2003

Зміст

Київ 2003 3

УДК 62-52: 658.562 4

ББК 32.965 Т38 4

Інженерний розрахунок і моделювання промислових САР 4

Затверджено на засіданні кафедри АТЕП 4

Протокол №____________ від____________ р. 4

Протокол № ____________ від ___________ р. 4

Національний технічний Університет України 4

1. Комплексний розрахунок промислових САР 6

1. 1. Розрахунок вимірювальних каналів 6

1.2. Розрахунок регулюючого органа (Р.О) 7

1.3. Розрахунок надійності 8

1.4. Розрахунок регулятора 10

1.5. Аналіз функціонування САР 19

1.6. Розрахунок техніко-економічної ефективності САР 20

2. Моделювання промислових об’єктів і типових регуляторів в пакеті Simulink CKM Matlab 22

2.1.Модель об’єкту з самовирівнюванням 22

2.2. Модель об’єкту без самовирівнювання 22

2.3. Модель явища «набрякання» рівня в барабані парового котла 23

2.4. Модель аналогового ПІ-регулятора 23

2.5. Модель релейно-імпульсного ПІ-регулятора за 1-им способом 24

2.6. Модель релейно-імпульсного ПІ-регулятора за 2-им способом 24

2.7. Модель регулюючого органа з нелінійною витратною характеристикою 25

3. Моделювання промислових САР в пакеті Simulink CKM Matlab 26

3.1. Одноконтурна САР з ПІ-регулятором 26

3.2. Одноконтурна САР з ПІІ²-регулятором 26

3.3. Одноконтурна САР з упереджувачем Сміта 26

3.4. Одноконтурна САР з коливальним об’єктом 27

3.5. Імпульсна САР 27

3.6. Релейна САР 28

3.7. Комбінована САР 28

3.8. Каскадна САР 28

3.9. Двоімпульсна САР 29

3.10. Система програмного регулювання 29

3.11. Система зв’язаного регулювання 30

4. Моделювання схем програмно - логічного управління в пакеті Simulink CKM Matlab 31

4.1. Логічна схема захисту електрогенератору 31

4.2. Схема перекидання факелу 32

1. Комплексний розрахунок промислових сар

1. 1. Розрахунок вимірювальних каналів

1.1.1. Для одноконтурних АСР виділяємо вимірювальні канали (ВК). Наприклад, виділяємо вимірювальний канал температури на прилад, що реєструє та показує на ВБ регулятора, вимірювальний канал температури з виходом на АЦП і т.д. Як мінімум може бути два канали: ВК з виходом на ВБ регулятора і ВК з виходом на прилад, що реєструє (що показує).

1.1.2. Малюємо структурні схеми вимірювальних каналів. Наприклад:

а). ВК з виходом на реєстратор

б). ВК з виходом на ВБ регулятора

Д - давач,

НП - нормуючий перетворювач,

РП - прилад, що реєструє,

ВБ – вимірювальний блок регулятора.

1.1.3. Для кожного елементу кожного ВК визначаємо клас точності і заносимо відповідні дані в наступну табл.

ВК	Елемент	Клас точності	Діапазон вимірів
ВК з виходом на ......	Д НП РП	1.5 0.5 1.0	0 - 1600 oC 300 - 1800 oC 0 - 1000 oC
ВК з виходом на ......

1.1.4. Розраховуєм припустиму абсолютну похибку ВК. Розрізняють абсолютну, відносну і приведену похибки. Абсолютна похибка вимірюється в тих же одиницях що і параметр, відносна і приведена похибки - у відсотках (%).

Тому величину вірно називати межею допустимої похибки.

1.1.5. Зробити порівняння отриманої похибки ВК і зробити висновок про його комплектацію більш точними приладами. Для цього потрібно задатися D_к^max . Якщо D_к £ D_к^max - канал придатний до використання.

Примітка: в тексті пояснювальної записки задаватися D_к^max потрібно спочатку.

1.2. Розрахунок регулюючого органа (р.О)

Він зводиться до вибору типу, розміру Р.О, тобто вибору типу Р.О (клапан, заслінка) і визначенню діаметра умовного проходу.

1.2.1. Необхідно задатися наступними параметрами:

G_max , т/год ( Q_max , м³/год ) - максимальна витрата регулюючого середовища через Р.О.

D P_min , атм. - мінімальний перепад тиску на цілком відкритому Р.О.

1.2.2. Для вибору типорозмірів розраховується умовна проникна здатність K_vy

G_max г

K_vy = ¾¾¾¾¾¾ , м³/год ; [ g ] = ¾ ;

¾¾¾¾¾ см³

Ö DP_min * g

Q_{max ¾} г

K_vy = ¾¾¾¾¾¾ Ö g , м³/год ; [ g ] = ¾ ;

¾¾¾ см³

Ö DP_min

1.2.3. Вибір типорозмірів Р.О. здійснюється по наступної таблиці:

	Dy , мм	25 50 100 150 200 250 300 400 500 600 700 800 900 1000
Kvy	Двох-сед. клапан	10 40 160 400 630 1000 1600 --- --- ---- ---- ---- -----
	Поворотна заслінка	--- 60 250 600 1000 1600 2500 4000 6000 10000 12500 16000 20000 25000

Необхідно вибрати такий Р.О., щоб розрахункове було менше табличної з якимсь запасом.

Для даного K_{vy табл} визначається тип Р.О. і визначається чи навпаки, вибирається , і визначається тип Р.О.