Подобные работы

История токарного станка

echo "Позднее для приведения заготовки в движение применяли лук со слабо натянутой (провисающей) тетивой. Тетиву оборачивали вокруг цилиндрической части заготовки так, чтобы она образовала петлю вокр

Окрашивание поверхности водоэмульсионными составами

echo "Основное направление деятельности данной фирмы - наружная реклама в большинстве её проявлений (изготовление различных рекламных конструкций, установок, оказание сопутствующих услуг). Кроме того,

Автоматизация процесса нитрования

echo "Процесс нитрования пиридона протекает при температуре q 1 , давлении Р и уровне жидкости h 1 . Азотная кислота является ключевым компонентом. Расход уксусного ангидрида с пиридоном определяется

Автоматизация технологических процессов основных химических производств

echo "Утверждено на заседании методической комиссии факультета Информатики и управления 23 июня 2003г., протокол № 6. 1. Материалы к лекции №1 Введение. Общие подходы к автоматизации ХТП. Предметом из

История сверления

echo "Сверло состоит из стержня и микролита, прикрепленного с помощью жил или дранки Технология сверления с применением абразивных порошков и трубчатых костей стала великим открытием в производстве ин

Гальванотехника и ее применение в микроэлектронике

echo "Сущность метода заключается в погружении покрываемых изделий в водный раствор электролита, главным компонентом которого являются соли или другие растворимые соединения – металлопокрытия. Покрыв

Печные изразцы

echo "Основным сырьём для производства печных изразцов служат высокопластичные (жирные), хорошо формующиеся лёгкоплавкие гончарные глины. При затворении водой они образуют пластичное тесто, сохраняюще

Проектирование технологии производства земляных работ

echo "Новосибирск 2003 г. Содержание TOC o '1-2' h z Содержание Исходные данные Анализ ситуационного плана площадки. Определение натурных, проектных и рабочих отметок. Построение линии нулевых рабо

Автоматизация процесса нитрования

Автоматизация процесса нитрования

Процесс нитрования пиридона протекает при температуре q 1 , давлении Р и уровне жидкости h 1 . Азотная кислота является ключевым компонентом.

Расход уксусного ангидрида с пиридоном определяется производительностью предыдущего аппарата и по нему действует возмущение.

1
3
2
4
М
М
М
4
В линию разряжения
Пиридон G п , q п , С рп
Азотная кислота G к , q к , С к н , С рк
Вода G хл , q хл н , С рхл
Вода G 0
Нитромасса G вых , q вых , С к к , С рвых
Вода G хл2
Вода
На кристаллизацию G см , q см , С рсм
1- реактор полного смешения непрерывного действия; 2 – стабилизатор; 3 – сбросная ёмкость; 4 – ловушка окислов азота.

Рисунок 1 - Технологическая схема процесса нитрования пиридона . Задание на курсовой проект по АТП ОХП. Автоматизация процесса нитрования пиридона. 1. Исследование процесса нитрования пиридона как объекта автоматизации.

Объект автоматизации - химический реактор смешения для получения нитромассы.

Составить функциональную схему автоматизации реакторного процесса для приготовления смеси нитромассы с водой, обеспечив регулирование показателя эффективности процесса (С к к ). 2. Исследование технологического процесса как объекта управления концентрацией азотной кислоты (С к к ) с учетом канала возмущения « G п - С к к ». 3. Синтез и исследование одноконтурной АСР концентрации готового раствора с каналом возмущения по G п . 4. Синтез и исследование комбинированной АСР концентрации азотной кислоты (С к к ) с компенсацией возмущений по расходу уксусного ангидрида с пиридоном (G п ). Конструктивные и технологические параметры процесса. 1 Расходы (объёмные): 1.1 хладоагента G хл = 3,8 м 3 /час 1.2 кислоты G к = 0,3 м 3 /час 1.3 на выходе из реактора G вых = 1,3 м 3 /час 1.4 пиридона G п = 10 м 3 /час 2 Концентрации азотной кислоты 2.1 на входе в реактор С к н = 0,6 кмоль/м 3 2.2 на выходе из реактора С к к = 0,132 кмоль/м 3 3 Объёмы 3.1 реактора V = 6 м 3 3.2 жидкой фазы в реакторе с коэффициентом заполнения 0,8 V ж = 0,8*6 = 4,8 м 3 4 Порядок реакции n = 1 5 Энергия активации Е = 83500 Дж/моль 6 Предэкспоненциальный множитель k 0 = 1.6*10 11 1/ мин 7 Коэффициент перевода температуры из о С в К Т 0 = 273 К 8 Универсальная газовая постоянная R = 8 , 31 Дж/моль*К 2. Анализ технологического процесса как объекта автоматизации. 2.1. Критерии эффективности В качестве объекта управления при автоматизации приготовления пиридона примем реактор полного смешения (1). Показателем эффективности данного процесса является концентрация азотной кислоты в нитромассе на выходе из реактора (С к к ). 2.2 Цели управления Целью управления является поддержание постоянного равного заданному, значения концентрации готового продукта, то есть обеспечение С к к = (С к к ) зд . 2.3. Информационная схема процесса. На Рисунке 2 представлена информационная схема процесса, где показаны возможные управляемые переменные, возможные управляющие воздействия и возможные контролируемые возмущения.

q хл н
q п
q к
C к н
q вых
G к
G п
h 1
G хл
G вых
С к к
Рисунок 2 – Информационная схема процесса. 3. Исследование технологического процесса как объекта управления . 3.1. Идентификация объекта по возможным каналам управления. Вывод передаточной функции для канала управления G к – С к к . Уравнение динамики: (1) Заменим: Уравнение статики: (2) Введём обозначения: (3) Подставим (3) в уравнение (1): (1 а ) Вычтем из уравнения (1а) уравнение статики (2) и получим уравнение динамики в приращениях: (4) Введём безразмерные переменные: (5) Подставим в (4) выражения для D G к и D C к к на основании (5): (6) Обозначим: В выражении (6) разделим обе части на [M*C к0 к ] : (7) Перейдём к представлению на основе преобразований Лапласа: (8) Обозначим: (9) Тогда можно записать: (10) Рассчитаем Т и К: t об = 0,2 * Т об = 4,26 мин Вывод передаточной функции для канала возмущения G п – С к к . Уравнение динамики: ( 1 1) Заменим: Уравнение статики: ( 1 2) Введём обозначения: ( 1 3) Подставим ( 1 3) в уравнение ( 1 1): (11 а ) Вычтем из уравнения ( 1 1а) уравнение статики (12) и получим уравнение динамики в приращениях: ( 1 4) Введём безразмерные переменные: ( 1 5) Подставим в ( 1 4) выражения для D G к и D C к к на основании ( 1 5): ( 1 6) Обозначим: В выражении ( 1 6) разделим обе части на [M*C к0 к ] : (17) Перейдём к представлению на основе преобразований Лапласа: ( 1 8) Обозначим: (19) Тогда можно записать: (20) Рассчитаем Т и К: t в = 0,3 * Т в = 6,64 мин 4. Синтез и исследование одноконтурной АСР. 4.1. Структурная схема одноконтурной АСР. Структурная схема одноконтурной АСР представлена на Рисунке 3. Рисунок 3 – Структурная схема одноконтурной АСР. 4.2. Расчет настроек регуляторов методами Циглера-Никольса, РЧХ и ВТИ. Расчёт настроек регуляторов производится в программном пакете SINTEZ . Все полученные настройки представим в виде таблицы 1. Таблица 1 Настройки регуляторов, полученные методами Ц.-Н., РЧХ, ВТИ
Методика расчёта П ПИ ПИД
S1 S0 S1 S0 S1 S2
Ц-Н 5,474 0,359 4,927 0,802 6,569 13,522
РЧХ 6,958 0,647 5,967 0,647 5,967 0
ВТИ 0,65 0,049 0,65 0,049 0,765 1,993
4.3. Построение переходных характеристик для объекта управления и исследование характеристик качества регулирования.

Переходная характеристика для системы с ПИ-регулятором, рассчитанным по методу Циглера-Никольса, представлена на Рисунке 4. Рисунок 4 – Переходная характеристика для системы с ПИ-регулятором, рассчитанным по методу Ц-Н. Переходная характеристика для системы с ПИ-регулятором, рассчитанным по методу РЧХ, представлена на Рисунке 5. Рисунок 5 – Переходная характеристика для системы с ПИ-регулятором, рассчитанным по методу РЧХ. Переходная характеристика для системы с ПИ-регулятором, рассчитанным по методу ВТИ, представлена на Рисунке 6. Рисунок 6 – Переходная характеристика для системы с ПИ-регулятором, рассчитанным по методу ВТИ. Для дальнейшей работы выбираем регулятор, рассчитанный по методу Циглера-Никольса, т.к. переходный процесс в этом случае обладает лучшими показателями качества по сравнению с другими методами.

Теперь сравним системы с П-, ПИи ПИД-регуляторами, рассчитанными по методу Циглера-Никольса.

Переходная характеристика для системы с П-регулятором, рассчитанным по методу Циглера-Никольса, представлена на Рисунке 7. Рисунок 7 – Переходная характеристика для системы с П-регулятором, рассчитанным по методу Ц-Н . Переходная характеристика для системы с ПИД-регулятором, рассчитанным по методу Циглера-Никольса, прдставлена на Рисунке 8. Рисунок 8 – Переходная характеристика для системы с ПИД-регулятором, рассчитанным по методу Ц-Н. Показатели качества регулирования свдены в таблицу 2 Таблица 2 Показатели качества регулирования одноконтурной АСР

метод Регулятор w рез w ср Y дин t рег J 2
Ц-Н ПИ 0,204 1,05 0,196 24,9 2,793
РЧХ 0,305 1,05 0,187 41,4 2,967
ВТИ 0,102 1,05 0,386 100 21,426
Ц-Н П 0,305 1,05 0,124 45 99999
Ц-Н ПИД 0,305 1,05 0,2 85 4,232
максимальное динамическое отклонение Y дин время регулирования t рег интегральный квадратичный критерий J 2 резонансная частота w рез частота среза w ср Таким образом, выбираем ПИ-регулятор, расчитанный по методу Циглера-Никольса, т.к. переходный процесс в такой системе обладает наилучшими показателями качества. 5. Анализ комбинированной АСР концентрации готового раствора (С см ) с компенсацией возмущений по расходу едкого натра ( G а ). 5.1. Теоретические основы синтеза системы.

Комбинированная АСР - это многоконтурная система регулирования, состоящая из одноконтурной АСР и динамического компенсатора, обеспечивающая инвариантность регулируемого параметра по отношению к основному возмущению.

Комбинированные системы регулирования применяют при автоматизации объектов, подверженных действию существенных контролируемых возмущений.

Существуют два типа структур комбинированных АСР: · системы с компенсатором, подключенным на вход объекта (Рисунок 9); · системы с компенсатором, подключенным на вход регулятора (Рисунок 10). Основой расчета подобных систем являются принцип инвариантности системы по отношению к основному возмущению и условия физической реализуемости компенсатора.

Принцип инвариантности заключается в том, что при любых значениях возмущающего воздействия Xв, при равновесии системы Y(t)=0. Методика расчета компенсатора Rк, подключённого на вход объекта. Рисунок 9 – Структурная схема комбинированной АСР с динамическим компенсатором, подключенным на вход объекта.

Применим к схеме, приведённой на Рисунке 9, условие инвариантности выходной величины Y по отношению к возмущающему воздействию X в : , где W В ( P ) - передаточная функция по каналу возмущения; W ОБ ( P ) - передаточная функция объекта; R К ( P ) - передаточная функция компенсатора.

Произведя преобразование, получаем: (21) Обозначим: Тогда с учетом запаздываний в объекте по каналам возмущения и управления получим: (22) Проверяем выражение (22) на физическую реализуемость компенсатора.

Компенсатор физически реализуем, если: 1) t к ³ 0 , что возможно при t в ³ t об 2) m к n к , т.е. если порядок полинома числителя R к ( P ) меньше или равен порядку полинома знаменателя. В нашем случае: 1) t в ³ t об (6,64 > 4.26) 2) т.к. и передаточная функция по каналу возмущения и передаточная функция объекта являются апериодическими звеньями, то m к = n к = 1 Следовательно, наш компенсатор физически реализуем.

Методика расчета компенсатора R к , подключённого на вход регулятора. Рисунок 10 – Структурная схема комбинированной АСР с динамическим компенсатором, подключенным на вход регулятора.

Применим к схеме, приведённой на Рисунке 10, условие инвариантности выходной величины Y по отношению к возмущающему воздействию X в : , где W В ( P ) - передаточная функция по каналу возмущения; R к ( P ) - передаточная функция компенсатора; W об ( P ) - передаточная функция объекта. R ( P ) - передаточная функция регулятора.

Произведя преобразование, получаем: (24) Обозначим: Тогда с учетом запаздываний в объекте по каналам возмущения и управления получим: (25) Проверяем выражение (25) на физическую реализуемость компенсатора.

Компенсатор физически реализуем, если: 1) t к ³ 0 , что возможно при t в ³ t об 2) m к n к , т.е. если порядок полинома числителя R к (p) меньше или равен порядку полинома знаменателя. Для комбинированной АСР с компенсатором, подключенным на вход объекта имеем: Для комбинированной АСР с компенсатором, подключенным на вход регулятора имеем: 5.2. Исследование комбинированной АСР. Для исследования комбинированной АСР с подключением динамического компенсатора на вход объекта используем проект в среде MVW - ASRK 11. Переходные характеристики для системы без компенсатора и X в =1 представлены на Рисунке 11. Рисунок 11 – Переходные характеристики для системы без компенсатора и X в =1. Показатели качества: Переходные характеристики для системы с компенсатором и X в =1 представлены на Рисунке 12. Рисунок 12 – Переходные характеристики для системы с компенсатором и X в =1. В этом случае отклонение выходного сигнала от заданного не превышает 3,3%. · Переходные характеристики для системы с компенсатором и X в =1, Y zd =1 представлены на Рисунке 13. Рисунок 13 – Переходные характеристики для системы с компенсатором и X в =1, Y zd =1. · Переходные характеристики для системы с компенсатором и X в =1, X 1 =1 представлены на Рисунке 14. Рисунок 14 – Переходные характеристики для системы с компенсатором и X в =1, X 1 =1. Для исследования комбинированной АСР с подключением динамического компенсатора на вход регулятора используем проект в среде MVW - ASRK 12. · Переходные характеристики для системы без компенсатора и X в =1 представлены на Рисунке 15. Рисунок 15 – Переходные характеристики для системы без компенсатора и X в =1. · Переходные характеристики для системы с компенсатором и X в =1 представлены на Рисунке 16. Рисунок 16 – Переходные характеристики для системы с компенсатором и X в =1. В этом случае отклонение выходного сигнала от заданного не превышает 3,3%. · Переходные характеристики для системы с компенсатором и X в =1, Y zd =1 представлены на Рисунке 17. Рисунок 17 – Переходные характеристики для системы с компенсатором и X в =1, Y zd =1. · Переходные характеристики для системы с компенсатором и X в =1, X 1 =1 представлены на Рисунке 18. Рисунок 18 – Переходные характеристики для системы с компенсатором и X в =1, X 1 =1. 5.3 Исследование характеристик качества регулирования Все полученные характеристики качества регулирования для системы ASRK 11 сведём в таблицу 3. Таблица 3 Характеристики качества регулирования для системы ASRK 11

KOMP выкл XB=1 KOMP вкл XB=1 KOMP вкл XB=1 Yзд=1 KOMP вкл XB=1 X0=1
Yдин 0,19 0,033 0,459 0,225
21,44 0 31,84 20,16
I2 88,14 4,35 1015 10,51
Все полученные характеристики качества регулирования для системы ASRK 12 сведём в таблицу 4. Таблица 4 Характеристики качества регулирования для системы ASRK 12
KOMP выкл XB=1 KOMP вкл XB=1 KOMP вкл XB=1 Yзд=1 KOMP вкл XB=1 X0=1
Yдин 0,19 0,033 0,396 0,223
21,44 0 25,8 20,3
I2 88,14 4,35 1198 10,5
Сравнивая эти характеристики качества, видим, что комбинированная система с подключением динамического компенсатора на вход регулятора лучше отрабатывает возмущения, поэтому для регулирования критерия эффективности процесса нитрования пиридона выбераем именно её. 6. Разработка упрощенной функциональной схемы автоматизации процесса. 6.1. Постановка задачи автоматизации процесса.

Составить функциональную схему автоматизации реакторного процесса нитрования пиридона, обеспечив: регулирование показателя эффективности процесса (С к к = С к к зд ) по подаче азотной кислоты G к с учётом возмущений по расходу уксусного ангидрида с пиридоном G п ; материальный баланс; тепловой баланс; стабилизацию уровня воды в сбросной ёмкости готовой смеси в стабилизаторе и нитромассы в реакторе; стабилизацию расхода готовой смеси. 6.2. Описание и обоснование функциональной схемы разработанной системы автоматизации. В процессе нитрования пиридона показателем эффективности является концентрация азотной кислоты в реакторе, и целью управления является её поддержание на заданном урорвне (С к к = С к кзд ). Рсаход пиридона на входе в реактор определяется предыдущим технологическим процессом и по нему действуют возмущения, а, следовательно, по нему нельзя регулироовать концентрацию С к к , поэтому изменяют расход азотной кислоты. Для выполнения материального баланса по жидкой фазе, определяемого уровнем нитромассы в реакторе, изменяют расход нитромассы в реаторе. Для выполнения теплового баланса регулируются температуры в реакторе и в стабилизаторе путём изменения расхода охлаждающей воды на выходе из рубашки реатора и стабилизатора. Для обеспечения соотношения перемешивания нитромассы с водой в стабилизаторе 1:2 используется регулятор соотношения расходов, использующий в качестве канала управления расход воды на входе в стабилизатор.

Уровень смеси в стабилизаторе поддерживается постоянным путём изменения расхода готовой смеси на выходе стабилизатора. При недостаточном разряжении в линии отвода окислов азота (что может быть вызвано повышением давления в реакторе или неисправностью вакуум-насоса в линии разряжения) нитромасса из реатора сбрасывается в сбросную ёмкость.

Система регулирования состоит из 4-х подсистем: · подсистема контроля контроллируются: концентрация азотной кислоты в нитромассе, температуры охлаждающей воды на выходах реактора и стабилизатора, уровни нитромассы в реакторе и смеси в стабилизаторе, соотношение расходов воды и нитромассы в стабилизаторе, давление в линии отвода окислов, · подсистема контроля регулируются: концентрация азотной кислоты в нитромассе, температуры в реакторе и в стабилизаторе, уровни нитромассы в реакторе и смеси в стабилизаторе, соотношение расходов воды и нитромассы в стабилизаторе. · подсистема сигнализации сигнализируются: отклонение концентрации азотной кислоты в нитромассе, отклонение температур в реакторе и в стабилизаторе от заданных, аварийно-опасная ситуация (повышение давления в реакторе либо отсутствие разряжения в линии отвода окислов азота) · подсистема защиты при отсутствии подачи одного из компонентов прекращается подача и второго, при возникновении опасности взрыва реатора нитромасса сбрасывается в сбросную ёмкость, при недостаточном разряжении в линии отвода окислов азота нитромасса сбрасывается в сбросную ёмкость (во избежание попадания окислов азота в цех) Контур 1 – регистрация концентрации азотной кислоты в нитромассе С к к по расходу азотной кислоты G к , сигнализация существенных отклонений; регулирование по расходу азотной кислоты компенсация возмущений по G п . Контур 2 – регулирование температуры q 1 в реакторе по подаче охлаждающей воды G хл1 и сигнализация существенных отклонений.

Контур 3 – регулирование уровня h в реакторе по отбору нитромассы.

Контур 4 – регулирование уровня воды h в в сбросной ёмкости по подаче воды G в1 . Контур 5 – регулирование концентрации готовой смеси в стабилизаторе по подаче воды G в2 . Контур 6 – регулирование и регистрация уровня в стабилизаторе h см по отбору готовой смеси G см . Контур 7 – регулирование температуры q 2 в стабилизаторе по подаче охлаждающей воды G хл2 и сигнализация существенных отклонений.

Контур 8 – защита, контроль и сигнализация разряжения в линии отвода окислов азота P . Контур 9 – контроль температуры охлаждающей воды после реактора q хл1 . Контур 10 – контроль температуры охлаждающей воды после стабилизатора q хл2 . Выводы по работе. В данном курсовом проекте был исследован реакторный процесс нитрования пиридона как объект управления концентрацией готового раствора (С к к ) с учетом канала возмущения « G п - С к к ». Был проведён синтез и исследование одноконтурной АСР концентрации без учёта возмущений по расходу G п . Чтобы учесть эти возмущения необходимо применить комбинированную АСР концентрации азотной кислоты в нитромассе с компенсацией возмущений по расходу G п . Выяснено, что компенсатор в данном случае физически реализуем и разработана упрощенная функциональная схема автоматизации процесса.

Литература. 1. Курс лекций по дисциплине: Автоматизация технологических процессов основных химических производств.

Государственное регулирование, Таможня, Налоги

Математика

Право

Гражданское право

Гражданское процессуальное право

Литература, Лингвистика

Искусство, Культура, Литература

Биология

География, Экономическая география

Экономическая теория, политэкономия, макроэкономика

Социология

Военное дело

Психология, Общение, Человек

Педагогика

Уголовное право

Микроэкономика, экономика предприятия, предпринимательство

Радиоэлектроника

Политология, Политистория

История отечественного государства и права

Маркетинг, товароведение, реклама

Пищевые продукты

История экономических учений

Охрана природы, Экология, Природопользование

Медицина

Здоровье

История государства и права зарубежных стран

Физика

Программирование, Базы данных

Философия

Теория систем управления

Сельское хозяйство

Ценные бумаги

Трудовое право

Культурология

Техника

Музыка

Криминалистика и криминология

Материаловедение

Историческая личность

Гражданская оборона

Международное право

Технология

Правоохранительные органы

Земельное право

Теория государства и права

Религия

Экономика и Финансы

История политических и правовых учений

Жилищное право

Астрономия

Финансовое право

Экскурсии и туризм

История

Искусство

Экономико-математическое моделирование

Бухгалтерский учет

Российское предпринимательское право

Химия

Банковское дело и кредитование

Металлургия

Иностранные языки

Менеджмент (Теория управления и организации)

Страховое право

Конституционное (государственное) право зарубежных стран

Программное обеспечение

Транспорт

Адвокатура

Нероссийское законодательство

Физкультура и Спорт

Геология

Международные экономические и валютно-кредитные отношения

Физкультура и Спорт, Здоровье

Административное право

Налоговое право

Космонавтика

Промышленность и Производство

Компьютеры, Программирование

Архитектура

Конституционное (государственное) право России

Компьютеры и периферийные устройства

Компьютерные сети

Уголовное и уголовно-исполнительное право

Муниципальное право России

Военная кафедра