Автоматизация мельницы

 

2.4 Определение требований к системе

Система мельница-вентилятор (МВ) должна обеспечивать: полностью автоматизированное управление размолом бурого угля и лигнита, сушкой и транспортировкой.

Системы пылеприготовления (СПП) с мельницами-вентиляторами находят широкое применение на котлах энергоблоков, работающих на бурых и взрывоопасных углях, а также на фрезерном топливе. С помощью мельниц-вентиляторов (М-В) производится размол топлива, сушка топлива и транспорт готовой угольной пыли к горелкам котла. При этом система пылеприготовления должна обеспечить подготовку топлива высокого качества, гарантировать экономичность процесса сжигания топлива в заданных режимах работы котла, иметь высокую надежность и экономичность при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах.

В настоящее время практическое применение находят системы пылеприготовления с мельницами-вентиляторами, имеющими постоянные обороты приводного вала, контролируемые программируемым датчиком измерения скоростей вращения.

При выборе электропривода для мельницы-вентилятора необходимо учитывать, что системы пылеприготовления с мельницами-вентиляторами относятся к взрывоопасным установкам и управление температурным режимом на установке осуществляется с помощью программируемых датчиков, которые в случае необходимости обеспечивают быструю остановку ротора мельницы-вентилятора при возникновении опасности взрыва угольной пыли.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ  МОДЕЛИ ОБЪЕКТА АТОМАТИЗАЦИИ

 

3.1 Алгоритм работы АСУ подготовки и подачи топливного газа с МВ.

Мельница-вентилятор (МВ) предназначена для размола, главным образом, высоковлажных бурых углей и фрезерного торфа. Применяют топки с МВ в котлоагрегатах средней производительности. Мелющим органом МВ является массивная крыльчатка 1 с частотой вращения 380... 1470 об/мин, расположенная в бронированном корпусе б. К мельнице присоединена шахта 2, в которой происходит начальная сушка топлива топочными газами, отсасываемыми МВ из топочной камеры для охлаждения газов перед МВ до необходимой температуры используется менее горячий воздух. Температура газовоздушной смеси перед МВ составляет 250... 330 °С. Окончательная подсушка топлива происходит в корпусе мельницы. Аэропыль из МВ выносится в центробежный сепаратор 4, в котором крупные частицы отделяются от готовой пыли и снова попадают по течке 5в мельницу. Готовая пыль по ступает по пылепроводу 3 к горелкам.

 

3.2 Разработка математической модели процесса регулирования

расхода топочного газа.

Поддержание номинального значения расхода топочного газа (150м3/ч) значительно влияет на сушильную способность системы.

Для разработки математической модели процесса регулирования расхода газа, составим контур регулирования (рисунок 3.1) и опишем в виде передаточных функций все элементы, участвующие в этом процессе.

ТП – тиристорный преобразователь; ЭД – электродвигатель; ЦС – центробежный сепаратор; ; Д – датчик расхода.

Рисунок 3.1 - Контур регулирования расходы газа

где:

24 В – управляющий сигнал, поступающий на вход;

6000 В – выходное напряжение тиристорного преобразователя;

1200 об/мин – обороты центробежного сепаратора;

150 м3/ч - расход топочного газа.

Опишем и рассчитаем передаточные функции каждого звена регулируемого контура, записывая их в таком порядке, как они представлены на рисунке 3.1.

1. - ПФ тиристорного преобразователя (2.1)

Где:

kТП – коэффициент передачи тиристорного преобразователя;

ТТП – постоянная времени тиристорного преобразователя.

Подставляем значения:

	(2.2)
ТТП = 0.01 (с)	(2.3)

Подставив полученные данные в ПФ, получаем:

(2.4)

2. - ПФ электродвигателя (2.5)

где:

kЭД - коэффициент передачи электродвигателя;

ТЭ - электромеханическая постоянная времени;

ТМ - электромагнитная постоянная времени.

Подставляем значения:

	(2.6)
ТЭ = 0.005 (с)	(2.7)
ТМ = 0.02 (с)	(2.8)

Подставив полученные данные в ПФ, получаем:    (2.9)

3. - ПФ центробежного сепаратора    (2.10)

где:

kЦС - коэффициент передачи центробежного сепаратора;

ТЦС - постоянная времени центробежного сепаратора;

τ - время сушения и дробления (время выхода)(5 с) .

Подставляем значения:

	(2.11)
(с)	(2.12)

Подставив полученные данные в ПФ, получаем:

    (2.13)

4.      - ПФ датчика расхода (2.14)

где:

kД – коэффициент передачи датчика расхода

Подставляем значения:

       (2.15)

Подставив полученные данные в ПФ, получаем:

      (2.16)

 

3.3 Расчет системы управления регулирования расхода топочными газами.

После того как были описаны все передаточные функции узлов регулируемого контура и рассчитаны все коэффициенты и постоянные времени можно приступить к проверке работы нашей системы. Определим ПФ разомкнутой исходной системы:

     (2.17)

 (2.18)

Занесем ПФ разомкнутой исходной системы в MATLAB:

Wtp = (2.19)

 

 250

 ----------

 0.01 s + 1

 

Continuous-time transfer function.

>> Wed=tf(6.5,[0.0001,0.02, 1])

Wed =

 

 6.5

 -----------------------

 0.0001 s^2 + 0.02 s + 1

 

Continuous-time transfer function.

>> Wcs=tf(0.125,[0.2,1,0])

Wcs =

 

 0.125

 -----------

 0.2 s^2 + s

>> Kd=0.16

Kd =

 0.1600

>> Ws0=Wtp*Wed*Wcs*Kd

 

Ws0 =

 32.5

 ---------------------------------------------------

 2e-07 s^5 + 6.1e-05 s^4 + 0.0063 s^3 + 0.23 s^2 + s

Для определения переходного процесса найдем ПФ замкнутой исходной системы:

F0=feedback(Ws0,1)

F0 = 32.5

 ----------------------------------------------------------

 2e-07 s^5 + 6.1e-05 s^4 + 0.0063 s^3 + 0.23 s^2 + s + 32.5

Для определения времени установившегося процесса после подачи единичного ступенчатого воздействия, строим переходную характеристику замкнутой системы:

>> step(F); grid on

Рис.3.2 – переходный процесс исходной замкнутой системы

Как видно, процесс является сходящимся, следовательно процесс устойчив. Время переходного процесса 35 с. Перерегулирование составляет 28%, что не удовлетворяет требованиям нашей системы.

Для улучшения характеристик исходной замкнутой системы необходимо ввести корректирующее звено (регулятор), вид которого будет зависеть от ПФ желаемой системы.

Желаемая ПФ строится исходя из ЛАЧХ исходной ПФ.

Желаемая ПФ передаточная функция имеет вид:

       (2.20)

Занесем ПФ разомкнутой желаемой системы в MATLAB:

>> Wzh=zpk([],[0,-100,-100,-100,],46.56/(0.01*0.01*0.01))

 Zero/pole/gain:

46560000

-----------

s (s+100)^3

 

         (2.21)

Найдем ПФ замкнутой желаемой системы:

Fzh=feedback(Wzh,1)

 

Fzh = 4.656e+07

 -----------------------------------------------

 (s^2 + 18.63s + 2050) (s^2 + 281.4s + 2.271e04)

Переходная характеристика желаемой системы представлена на рис. 3.3.

>> step(Fzh)

Рис.3.3 – переходный процесс желаемой системы.

Исходя из ЛАЧХ исходной и желаемой системы, получим ПФ корректирующего устройства:

      (2.22)

Запишем ПФ регулятора в MATLAB:

>> Wk=zpk([-5,-100],[],1.48*0.2*0.01)

 Zero/pole/gain:

0.00296 (s+5) (s+100)

 

Найдем разомкнутую ПФ скорректированной системы:

>> Ws=Ws0*Wk

Ws =

 481000 (s+5) (s+100)

 ---------------------

 s (s+100)^3 (s+5)

После сокращения ПФ имеет вид:

         (2.23)

Найдем ПФ замкнутой скорректированной системы:

>> Fs=feedback(Ws,1)

Fs =

 

 4.81e05 (s+100) (s+5)

 --------------------------------------------

 (s+155.6) (s+100) (s+5) (s^2 + 44.4s + 3091)

 

Переходный процесс скорректированной системы имеет вид:

Рис.3.4 – переходный процесс скорректированной системы

Время переходного процесса и перерегулирование составляют: 0.3 с и 18% соответственно, что удовлетворяет условиям нашей системы.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе был проведен синтез САУ методом логарифмических амплитудных частотных характеристик.

Синтез системы методом ЛАЧХ сводится к введению в систему корректирующего устройства, которое сделает систему устойчивой с заданными показателями качества.

Вначале провели оценку показателей качества исходной системы с помощью математического пакета MatLab: система имела малый запас по фазе и большую величину перерегулирования переходного процесса. Следовательно, сделали вывод, что системе необходима корректировка путем введения корректирующего устройства.

Задача проецирования свелась к определению корректирующего устройства (КУ) и его параметров, обеспечивающего заданные показатели качества системы.

Построив желаемую и исходную ЛАЧХ, определили желаемые ПФ разомкнутой и замкнутой системы, а также ПФ корректирующего устройства, а затем реализовали его в виде аналогового регулятора на двухполюснике и пассивном четырехполюснике, последовательно соединенных между собой. С помощью пакета MatLab проверили систему на устойчивость и переходный процесс.

Для реализации поставленной цели был проведен анализ технологического процесса, с учетом которого спроектирована данная система управления. На основе проекта была разработана АСУ ТП подготовки и подачи топливного газа с МВ.

Результатом выполненной работы стала математическая модель удовлетворяющая требованиям, предъявляемые к нашей системы.

Основным средством расчета математической модели является пакет MATLAB.

 

Библиогрxафический список используемой литературы

1. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория автоматического управления - Изд.. 4-е, перераб. И доп. - СПб, Изд-во «Профессия», 2003

2. Ерофеев А.А. Теория автоматического управления: Учебник для втузов. - 2-е изд., перераб. И доп. - СПб.: Политехника, 2003. - 302с: ил.

3. Синтез следящей системы автоматического управления: Метод. Указания к курсовой работе. Сост. В.И. Будин, О.Б. Сигова, - Самара, СамГТУ, 2003. -20с.

4. Медведев В.С„ Потёмкин В.Т. Control System Toolbox. MATLAB 5 для студентов. - М.: ДИАЛОГ - МИФИ, 1999. - 287 с.

5. Лазарев Ю. Ф. MatLab 5. х. - К.: Издательская группа BHV, 2000. - 384с.

6. Дьяконов В.П. SImulink 4. Специальный справочник. - СПб: Питер, 2002. -528с: ил.

 

Приложение 1

 

 

Переходная характеристика исходной системы расхода топочного газа

 

Переходная характеристика скорректированной

системы расхода топочного газа