Система управления узлом дегидрирования этилбензола (стр. 16 из 22)
5) Задаём ряд других значений периода квантования Tkwиз диапазона T=0,01Т95÷0,1Т0 и определяем для них оптимальные настройки.
Расчёт настроечных параметров ПИД‑регулятора производён при помощи ЭВМ.
Рис.5.7. Область заданного запаса устойчивости при К3=соnst=0 и различных значениях времени квантования
Рис.5.8. Область заданного запаса устойчивости при TKW=const=0,4 и различных значениях настроечного параметра К3
5.3 Расчёт переходных процессов в цифровых АСР
Для синтеза АСР с заданными показателями качества работы необходимо построить переходные процессы параметров настройки и принять в качестве оптимальных, то есть, при которых выполняются условия в исходных данных для расчёта.
Структурная схема моделирования системы с цифровым ПИД‑регулятором приведена на рисунке (см. рис.5.9).
Рис. 5.9. Структурная схема моделируемой ЦАСР
Объект по каналу регулирования имеет передаточную функцию, по каналу возмущения передаточная функция имеет вид (смотри исходные данные).
(25)ПИД‑регулятор в соответствии с его передаточной функцией представлен в виде трёх параллельно соединенных операторов. Для решения системы дифференциальных уравнений используется метод Рунге‑Кутта второго порядка [18]. Графики переходных процессов, наглядно иллюстрируют влияние на качество регулирования величины такта квантования и дифференцирующей составляющей K3 в ПИД‑законе регулирования регулятора.
Рис.5.10. Общий вид переходной характеристики
Рис. 5.11. Переходный процесс при времени квантования Ткw=const=0,4 и меняющемся К3 и изменении задания регулятору (U=1)
Рис. 5.12. Переходный процесс при времени квантования Ткw =const=0,4 и меняющемся К3 и изменении внешнего воздействия (FW=1)
Рис. 5.13. Переходный процесс при К3 =const = 0 и меняющемся времени квантования и изменении задания регулятору (U= 1)
Рис. 5.14. Переходный процесс при К3= const=0 и меняющемся времени квантования и изменении внешнего воздействия (FW=1)
Таблица 5- Сводные данные по расчету
| Период квантования, Tкw | Настройкирегулятора | Воздействия | ||||||||||
| U=l | FW=1 | FR=10 | ||||||||||
| K1 | K2 | K3 | DQmax | ψ | Tp | DQmax | ψ | Tp | DQmax | ψ | Tp | |
| 0,3 | 0,599 | 0,116 | 0 | 1,39 | 0,839 | 27,42 | 0,348 | 0,908 | 39,96 | 5,636 | 0,863 | 35,97 |
| 0,775 | 0,137 | 1 | 1,44 | 0,85 | 26,6 | 0,3132 | 0,897 | 37,96 | 5,31 | 0,84 | 33,98 | |
| 0,835 | 0,148 | 1,5 | 1,47 | 0,828 | 25,91 | 0,301 | 0,885 | 36,97 | 5,17 | 0,8296 | 33,77 | |
| 0,4 | 0,578 | 0,152 | 0 | 1,3 | 0,89 | 27,53 | 0,355 | 0,91 | 38,1 | 5,7365 | 0,8987 | 31,99 |
| 0,691 | 0,17 | 0,5 | 1,32 | 0,908 | 26,97 | 0,326 | 0,903 | 37,96 | 5,49 | 0,9001 | 29,77 | |
| 0,776 | 0,189 | 1 | 1,35 | 0,918 | 25,9 | 0,3162 | 0,899 | 33,57 | 5,289 | 0,909 | 28,17 | |
| 0,75 | 0,523 | 0,27 | 0 | 1,39 | 0,841 | 40,162 | 0,3567 | 0,909 | 42,96 | 5,823 | 0,866 | 36,97 |
| 0,579 | 0,297 | 0,23 | 1,42 | 0,845 | 45,956 | 0,341 | 0,9049 | 41,96 | 5,686 | 0,851 | 36,76 | |
| 0,667 | 0,326 | 0,45 | 1,44 | 0,848 | 46,156 | 0,323 | 0,894 | 39,96 | 5,514 | 0,837 | 36,21 | |
Из анализа результатов, приведённых в таблице (Таблица 5), можно сделать следующие выводы:
1) Увеличение времени такта квантования до величины Тkw=0,4не ухудшает качественных показателей процесса регулирования. Динамическая ошибка ΔΘmax и время регулирования Трувеличиваются незначительно. Увеличение Тkwэквивалентно увеличению транспортного запаздывания в системе, отрицательно влияющего на устойчивость и качество работы АСР.
Поэтому дальнейшее увеличение времени Тkwприводит к ухудшению показателей качества регулирования.
2) Введение дифференцирующей составляющей в закон регулирования регулятора (настройка К3) наиболее эффективно при небольших значениях Тkw. Увеличение времени Тkwснижает влияние параметра К3 на динамическую точность и быстродействие работы АСР.
3) Согласно данным (Таблица 5 – Сводные данные по расчету), требуемые в задании показатели качества работы ЦАСР могут быть обеспечены при настройках ПИД-регулятора.
За оптимальные принимаем те, которые обеспечивают заданное качество регулирования при времени такта квантования Тkw=0,4.
Следовательно, в качестве оптимальных выбираем следующие значения настроечных параметров: К1=0,776; К2 =0,189; К3=1; Тkw=0,4.
При этом динамическая ошибка регулирования ΔΘmax:
1. по каналу управления 1,350С;
2. по каналу возмущения 0,3169 0С;
3. по каналу регулирующего органа 5,289 0С.
Время регулирования Тр:
1. по каналу возмущения 25,9 мин;
2. по каналу возмущения 33,57
3. по каналу регулирующего органа 28,173 мин.
Степень затухания переходных процессов:
1. по каналу управления y=0,918;
2. по каналу регулирующего органа y=0,909;
3. по каналу возмущения 0,899.
Рассчитываемая АСР удовлетворяет требуемым показателем качества работы: динамическая ошибка и время регулирования не превышают заданных (допустимых) значений. Статическая ошибка регулирования при исследовании ПИД-регулятора равна нулю.
6. Безопасность жизнедеятельности
6.1 Характеристика проектируемого объекта
В данном дипломном проекте рассматривается процесс дегидрирования этилбензола.
Проектируемый технологический объект потенциально опасен. Применяемые в цехе продукты (стирол, этилбензол, толуол, бензол) вредны для здоровья, и способны образовывать с кислородом воздуха взрывопожароопасные смеси. Технологический процесс протекает при температуре не более 750 0С, и давлении не более 1600 кПа. Завышение давления или температуры ведет к созданию угрозы разрыва аппаратов с последующей опасностью возгорания и взрыва. Потенциальные опасности производства также связаны с возможностью термических ожогов, механического травмирования, опасностью поражения электрическим током при использовании электроэнергии до 380 В, работой на высоте - обслуживающие площадки около печного и реакторного отделений, с наличием оборудования, которое является источником наличия шума и вибрации.
Видеодисплейные терминалы (ВДТ) и персональные электронно-вычислительные машины (ПЭВМ) на основе электронно-лучевых трубок являются источниками широкого диапазона частот. ВДТ порождает рентгеновское, ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное, средних частот, низко и высокочастотное излучения, комплексное воздействие которых сказывается на жизненно важных системах (нервная, иммунная, эндокринная и репродуктивная), изменение функций которых предполагает неблагоприятные последствия для всего организма. Шум и вибрация, создаваемые используемым оборудованием, могут превышать предельно допустимые уровни и оказывать неблагоприятное воздействие на персонал.
Физико-химические свойства продуктов производства обуславливается токсичностью, взрывопожароопасностью, отравляющим характером воздействия их на организм человека. Все применяемые и получаемые продукты относятся к вредным веществам.
Стирол, этилбензол, толуол, бензол являются бесцветными легковоспламеняющимися жидкостями с характерными ароматическими запахами, невязкие (стирол способен к термополомеризации), пары продуктов способны образовывать с кислородом воздуха взрывопожароопасные смеси. Абгаз - бесцветный горючий газ, обладающий незначительной растворимостью в воде. Топливный газ является бесцветным горючим газом без запаха, не растворимым в воде, горит бледным синеватым пламенем [7]. Количественные показатели веществ сводятся в таблицу физико-химических свойств.
Таблица 6 – Физико-химические свойства веществ
| Наименование вещества | Плотность,кг/м3 | Плотность по воздуху | Температура кипения, 0С | Растворимость в воде |
| Стирол | 902,6 | _ | 146 | не растворим |
| Этилбензол | 862 | 3,66 | 132,6 | труднорастворим |
| Толуол | 866,92 | 3,2 | 110,626 | 0,06% при 16 0С |
| Бензол | 879 | 2,77 | 80,1 | 0,18% при 25 0С |
| Топливный газ | 0,7166 | 0,5543 | -161,58 | не растворим |
| Абгаз | 0,0899 | 0,0695 | -252,8 | растворимость незначительная |
Пожароопасные свойства веществ, применяемых в цехе, согласно регламенту сводим в таблицу (Таблица 7).
Таблица 7– Пожароопасные свойства веществ
| Наименование вещества | Теплота сгорания ккал/кг | Концентрационный пределвоспламенения,% объёмных | Температура, 0С | |||
| нижний | верхний | Вспышки | Самовоспламенения | Воспламенения | ||
| Стирол | - | 1,1 | 5,2 | 30 | 530 | 26-59 |
| Этилбензол | - | 0,9 | 3,9 | 20 | 420 | 15 |
| Толуол | 9800 | 1,3 | 6,7 | 4 | 490 | 552 |
| Бензол | 9200 | 1,4 | 7,1 | -11 | 534 | -10,7 |
| Топливный газ | 11910 | 0,9 | 9,4 | - | 537 | - |
| Абгаз | 28700 | 4 | 75 | - | 510 | - |
Определяем категорию помещения, зданий и наружных установок по взрывоопасной и пожарной опасности согласно НПБ 105-03, исходя из горючих свойств веществ и материалов, учитывая избыточное давление взрыва вещества: наружная установка относиться к категории Ан, так как в объекте присутствуют легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 0С в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается избыточное давление взрыва, превышающее 5 кПа; печное отделение относиться к категории Гн, что подразумевает присутствие (хранение, переработка, транспортирование) негорючих веществ и/или материалов в горячем, раскалённом и/или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр или пламени, а также газов, жидкостей или твердых веществ, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива.