XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Для охлаждения технологического масла при производстве компримированного атмосферного воздуха на КАО «Азот» для повышения эффективности системы охлаждения используют два обычных, последовательно соединённых теплообменники. Особенностью системы охлаждения технологического масла является то, что используются два последовательно соединенных теплообменника [1]. Такая схема позволяет обеспечить более точный контроль температуры технологического масла на выходе из теплообменников, что невозможно добиться с помощью одного теплообменника.

Как видно из различных исследований [2 и 3] системы, в которых управляющим воздействием является расход продукта подаваемого с помощью трубопроводов, являются нестационарными. Так как два теплообменника соединены последовательно, то система становится еще более нестационарная.

На первом этапе была составлена схема тепловых потоков исследуемой системы, показанная на рисунке 1.

Где , – количество теплоты, передаваемое и получаемое маслом на входе и выходе из маслоохладителей №1 и №2; – количество теплоты, передаваемое и получаемое маслом на входе и выходе из маслоохладителе №1 и №2; , , – количество теплоты, передаваемое оборотной водой на входе в маслоохладителей №1 и №2; , - количество теплоты, получаемое оборотной водой на

Рис. 1. ТОУ с указанными входными и выходными потоками

За основу модели были взяты уравнения теплового баланса потоков (1 и 2), представленных количеством теплоты, передаваемым технологическим маслом оборотной воде:

(1)

(2)

Каждое количество теплоты выразим через составляющие переменные.

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

где теплоемкости воды и технологического масла марки Тп-22 (

Из выражения 1 необходимо выразить , необходимое для нахождения регулируемой переменной (выражение 12).

=+()+() (12)

Из выражения 5 необходимо выразить , необходимое для нахождения регулируемой переменной (выражение 13).

()+()+() (13)

Находим переменную

(14)

Подставляем выражение 14 в выражение 13, и получим формулу 15 для нахождения необходимой регулируемой переменной.

(15)

Находим регулируемую переменную

(16)

После преобразования из выражения 15 получаем формулу для нахождения регулируемой переменной (выражение 16).

(17)

Для нахождения переменных и используем формулы 18 и 19.

(18)

(19)

Коэффициенты .

Что бы во время эксперимента над ТОУ, проводимый в SCADA-системе TRACE MODE 6, наблюдалась динамика процесса, на вход апериодических звеньев второго и третьего порядка значения таких параметров как:

АП1: -

АП2: -

АП3: - .

Реализация созданной модели проводилась на базе интегрированной информационной системы компании «AdAstrA Research Group, Ltd», TRACE MODE 6. Экранная форма для наглядности вывода всех переменных показана на рисунке 2.

Рис.1. Экран регулирования температуры масла после МОХ №1 и МОХ №2

На первом этапе все неизвестные коэффициенты предлагается вводить с экрана.

На основании теплового баланса (выражения 1 – 19) была создана программа на языке ST, в которой используются подпрограммы (функции) разработанные на языке FBD, для моделирования ТОУ.

Чтобы оценить нестационарность созданной модели и определить влияние этой нестационарности на качество и точность регулирования в созданном проекте SCADA-системы TRACE MODE 6, была реализована система регулирования, подобная той, которая рассчитывалась в работе [1].

Экранная форма для визуализации работы САР показана на рисунке 3.

Рис. 3. Экранная форма ПИД – регулятора

Апробация разработанной модели и САР проходит в несколько этапов:

Этап 1 – реализация системы регулирования с использованием классического расчёта по приближенной модели объекта.

Для этого, вначале в разомкнутой системе была снята разгонная характеристика с последующей идентификацией её звеном АП2 с ЦЧЗ. На базе определённой передаточной функции объекта были теоретически рассчитаны параметры регулятора (Кп = 2.215; Ки = 0.435; Кд = 2.82). При этом система при моделировании переходного процесса система обладала достаточным запасом устойчивости.

Далее рассчитанные параметры были введены в разработанный в SCADA-системе TRACE MODE 6 проект и при моделировании был получен переходный процесс, показанный на рисунке 4.

Как видно на рисунка 4, данный переходный процесс не выходит за границы допустимой динамической ошибкой, но степень колебательности и время регулирования превышают допустимые значения, что не допустимо. Следовательно рассчитанные параметры регулятора по упрощённой модели использовать недопустимо.

Этап 2 – ручная подстройка параметров регулятора. Расчёт производился с нуля методом организованного поиска с поледовотельным поиском вначале П-составляющей, затем И-составляющей и в завершении была найдена Д-составляющая. Полученный график переходного процесса показан на рисунке 5, а сравнение параметров регулятора найденным по приближённой модели и вручную, показано в таблице 1.

Как мы видим, на основании таблицы 1, К_п уменьшился на 40%, К_и уменьшился на 43%, а К_д увеличился лишь на 0,8%. Это уменьшение как раз и привело к повышению устойчивости системы.

Рис. 4. Переходный процесс при расчёте регулятора по упрощённой модели

Рис.5 - Переходный процесс, при ручной настройке параметров регулятора

Таблица 1 – Сравнение параметров регулятора

Метод настройки пар-в	Параметры регулятора
IPC-CAD	2.215	0.435	2.82
Уточнение	1.3488	0.248	2.843

Этап 3 – сравнение переходных процессов при различных средних значениях управляемого параметра.

Данное сравнение было проведено с целью доказательства не стационарности полученной модели, когда управляющим воздействием является расход продукта подаваемого через трубопровод.

Для эксперимента были взяты параметры регулятора, рассчитанные на втором этапе вручную. Вначале переходный процесс был снят при нанесении возмущения в системе, настроенной на маленькое заданное значение конечной температуры (40ºС), что достигается путём подачи большего расхода теплоносителя.

Затем аналогичное возмущение было нанесено на систему, настроенную на большое значение выходной температуры (70ºС), что достигается путём уменьшения расхода теплоносителя.

Для наглядности сравнения полученные графики (рис. 6) были совмещены по оси температуры. При сравнении в качестве вывода можно сказать, что переходный процесс отличается, но не существенно, сохраняя необходимый запас устойчивости и не сильно изменяя значение динамической ошибки.

Рис. 6. - Сравнение переходных процессов в моделируемой системе при различных заданных значений конечной температуры (1- переходный процесс при задании 40; 2 –переходный процесс при здании 70).

Список литературы:

1. Попов А.В. Предварительный расчет и анализ одноконтурной системы автоматического регулирования температуры технического масла в маслоохлодителях // Пищевые инновации в биотехнологии: Сборник тезисов VI Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Том 1 (Кемерово, 14-16 мая 2018 г) / Под общей редакцией А.Ю. Просекова. 2018. С. 263-264.

2. Автоматическое управление в химической промышленности: Учебник для вузов. Под ред. Е.Г. Дудникова. – М.: Мимия, 1987. 368с.

3. Беспалов А.В., Харитонов Н.И. Задачник по системам управления химико-технологическими процессами: Учебное пособие для вузов. – ИКЦ «Академкнига», 2005. – 307 с.

Код для цитирования: Скопировать