Автоматизация процесса конверсии аммиака в производстве неконцентрированной азотной кислоты

В пропорциональном регуляторе этого не происходит, вследствие чего возникает остаточное отклонение регулируемого параметра.
Интегральные (астатические регуляторы)
Интегральными (астатическими) называются такие регуляторы, в которых при отклонении параметра от заданного значения регулирующий орган перемещается более или менее медленно и все время в одном направлении (в пределах рабочего хода) до тех пор, пока параметр снова не примет заданного значения. Направление хода регулирующего органа изменяется лишь тогда, когда параметр переходит через заданное значение.
В интегральных регуляторах электрического действия обычно искусственно создается зона нечувствительности, в пределах которой изменение параметра не вызывает перемещений регулирующего органа.
Скорость перемещения регулирующего органа в интегральном регуляторе может быть постоянной и переменной. Особенностью интегрального регулятора является отсутствие пропорциональной связи между установившимися значениями регулируемого параметра и положением регулирующего органа.
Процесс интегрального регулирования подачи воздуха при скачкообразном изменении нагрузки (расхода воздуха) отображен на рисунке 5 с помощью временных характеристик. Как видно из графика, регулируемый параметр при интегральном регулировании медленно возвращается к заданному значению.

Рисунок 5 - Временные характеристики интегрального регулирования
Программные системы автоматического регулирования расхода
Для осуществления программного регулирования необходимо непрерывно воздействовать на настройку (уставку) регулятора так, чтобы регулируемая величина изменялась по заранее заданному закону. С этой целью узел настройки регулятора снабжается программным элементом. Это устройство, служащее для установления закона изменения задаваемой величины.

3.2. Выбор современных технических средств автоматизации

3.2.1. Выбор сужающего устройства

Исходя из заданных величин давления Р = 0,7 МПа и условного прохода трубопровода Dу = 250 мм, выбираем диафрагму ДКС 10-250.
Назначение
Создание перепада давления при измерении расхода жидкостей, газов, водяного пара по методу переменного перепада давления.
Конструктивные особенности
Габаритные и присоединительные размеры по МИ 2638.
Возможные варианты диска:
стандартные диафрагмы для трубопроводов с внутренним диаметром более или равным 50 мм (по ГОСТ 8.586.1(2), МИ 2638);
стандартные диафрагмы для трубопроводов с внутренним диаметром менее 50 мм (по РД 50-411);
с коническим входом (по РД 50-411);
износоустойчивые (по РД 50-411);
с технологическим отверстием (без расточки диаметра).
В типовом исполнении изготавливается с одной парой патрубков для отбора давления и предусматривает приварку импульсных линий диаметром 16 мм.
Количество пар отбора может быть увеличено до четырех, также возможно изменение диаметра патрубков отбора, нарезание на них резьбы и гибка для обеспечения требуемого межцентрового расстояния.
Конструктивные исполнения по МИ 2638



Рисунок 6 – Диафрагма ДКС 10–250

3.2.2 Выбор дифманометра

Дифманометр (перепадомер) ДДМ-03-МИ 3-х предельный, ЖК-индикациия, выход 4-20мА.

Дифманометр (датчик) ДДМ-03-МИ используется для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, в том числе во взрывоопасных производствах (для датчиков исполнения Ех), в теплоэнергетике, в газовом хозяйстве, системах вентиляции и других отраслях. Предназначен для преобразования разности давлений (ДД) в стандартный токовый сигнал (4-20)мА и отображения текущего значения на цифровом табло.
Отличительные особенности: настроенные и откалиброванные 3 диапазона измерения (калибровка с помощью ПК), индикация текущего значения, повышенная точность измерения (кл.т. 0,5), возможность позиционирования датчика ДД с помощью вращающейся головки, межповерочный интервал 3 года.
Рабочая среда - воздух, нейтральные газы, вода, масло.
Технические характеристики:
 Предельные значения выходного сигнала постоянного тока, мА 4 – 20
 Напряжение питания датчика, постоянный ток, В 24(6
 Нагрузочное сопротивление датчика должно быть в пределах:
-при питании постоянным током напряжением =24 В, Ом от 1 до 500
 Предел допускаемой основной погрешности датчика, выраженный в % от диапазона измерения выходного сигнала:
- для 2-х верхних пределов измерения (0,5
- для нижнего предела измерения (1
 Вариация выходного сигнала не превышает 0,75 абсолютного значения предела допускаемой основной приведенной погрешности.
 Дополнительная температурная погрешность на каждые 10°С изменения температуры в пределах рабочего диапазона %, не более: (0,45
 Потребляемая датчиком мощность Вт, не более 0,6
 Климатическое исполнение УХЛ для категории размещения 3.1 по ГОСТ 15150-69 , но для работы при температуре для датчиков ДДМ-03-ДИ(ДВ,ДА)-МИ; ДДМ-03-ДИ(ДВ,ДА)-МИ-Ех от минус 10 до 80°С, опционально от минус 40°С до 125°С

3.2.3 Выбор регулятора расхода

Выбираем измеритель ПИД-регулятор для управления задвижками и трехходовыми клапанами с интерфейсом RS-485 ОВЕН ТРМ212
Назначение прибора ОВЕН ТРМ212: рекомендуется для управления клапанами и задвижками с электроприводом:
- в системах ГВС, газового и парового отопления;
- в теплообменных аппаратах (пастеризаторах);
- при подаче охлаждающей жидкости в контурах водяных охладителей;
- при регулировании соотношения газ/воздух,
- а также в другом технологическом оборудовании, где используются запорно-регулирующие или трехходовые клапаны и задвижки с электроприводом.
Класс точности 0,5 (термопары)/0,25 (другие типы сигналов). Регулятор выпускается в корпусах 5 типов: настенном Н, монтаж на DIN-рейку Д и щитовых Щ1, Щ11, Щ2.
Основные функции прибора ОВЕН ТРМ212:
ДВА УНИВЕРСАЛЬНЫХ ВХОДА для подключения широкого спектра датчиков температуры, давления, влажности, расхода, уровня и т. п.
ВОЗМОЖНОСТЬ РАБОТЫ С ДАТЧИКАМИ, ИМЕЮЩИМИ КВАДРАТИЧНУЮ ХАРАКТЕРИСТИКУ
ВЫЧИСЛЕНИЕ разности, суммы, отношения и корня из разности двух измеряемых величин
ИЗМЕРЕНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ РАСХОДА по перепаду давления на стандартных сужающих устройствах (диафрагма, сопло и трубка Вентури) без применения диф. манометра
ПИД-РЕГУЛИРОВАНИЕ измеренной или вычисленной величины с использованием:
– электропривода запорно-регулирующего (КЗР) или трехходового клапана;
– задвижки с аналоговым входом 4…20 мА или 0…10 В в автоматическом, ручном и дистанционном режимах;
- АВТОНАСТРОЙКА ПИД-РЕГУЛЯТОРА по современному эффективному алгоритму, оптимизация выхода на уставку;
- ПОДКЛЮЧЕНИЕ ДАТЧИКА ПОЛОЖЕНИЯ ЗАДВИЖКИ ко входу 2;
- ГРАФИК КОРРЕКЦИИ УСТАВКИ регулятора по величине, измеренной на втором входе;
- ДИСТАНЦИОННЫЙ ПУСК И ОСТАНОВКА ПИД-регулятора;
- СИГНАЛИЗАЦИЯ об обрыве в цепи регулирования (LBA);
- ВСТРОЕННЫЙ ИНТЕРФЕЙС RS-485 (протокол ОВЕН);
- КОНФИГУРИРОВАНИЕ НА ПК или с лицевой панели прибора;
- УРОВНИ ЗАЩИТЫ НАСТРОЕК для разных групп специалистов;

4 Разработка принципиальной электрической схемы

Разработка схемы электрической принципиальной установки конверсии аммиака произведена на основании функциональной схемы и выбранных компонентов автоматизации.
В центре схемы автоматизации – программируемый прибор ОВЕН ТРМ 112, обеспечивающий связь компонентов между собой.
Схема приведена в графической части проекта.
5. Расчёт АСР для регулирования расхода воздуха

Проведем расчеты выбранного объекта, регулирование расхода воздуха на конвертор. Схема объекта разрабатывалась в инструментальной среде моделирования SIMULINK пакета MATLAB.
Расчет будем производить методом одноконтурного регулирования, т.е. методом незатухающих колебаний. Нам нужно найти и выставить определенные настройки, параметры, чтобы система обладала заданным качеством, которое определяется переходным процессом.
Требования к САР:
время запаздывания 1 с,
закон регулирования ПИ,
затухание должно происходить со степенью ψ = 0,75.


Рисунок 7 - Структурная схема САР
Кривая разгона объекта в соответствии с заданием приведена на рисунке 8.

Рисунок 8 – Экспериментальные характеристики АСР.
Экспериментально снятые временные характеристики широко используются для идентификации объектов управления. По виду переходной (либо весовой) функции определяют тип звена, а по специальным методикам рассчитывают параметры уравнения (передаточной функции) этого звена.
Для переходной функции заданного технологического объекта управления (конвертора), изображенной на рисунке 8, можно предположить, что ТОУ описывается дифференциальным уравнением или передаточной функцией следующего вида:

Или передаточной функцией:

Последовательность определения параметров звена (Tоб, τоб, kоб) по методу Орманса такова:
по экспериментальной переходной функции (кривой разгона), представленной на рисунке 8, определяется время t0,7 при y(t0,7) = y(0) + 0,7Δy(∞) и t0,33 при y(t0,33) = y(0) + 0,33Δy(∞);
t0,7 =2,56 с, t0,33=1,51 с
2) вычисляется время запаздывания τоб по формуле:
τоб=0,5(3 t0,33- t0,7)=0,5(4,53-2,56)=0,985 с.
3) вычисляется величина постоянной времени Tоб:
Тоб=1,25(t07- t0,33)=1,25(2,56-1,51)=1,31 с.
коэффициент передачи звена kоб находится из выражения:


Настройки системы (оптимальные настройки ПИ-регулятора) принимаются равными:
Со=1,31 – интегральная,
С1=1,96 – пропорциональная.
Заключение

В настоящей работе рассмотрены вопросы проектирования системы автоматизации конверсии аммиака в производстве неконцентрированной азотной кислоты. В том числе в данном проекте разработана схема электрическая принципиальная технологического процесса подачи воздуха в конвертор с использованием современных средств автоматизации.
Список использованных источников

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ производства неконцентрированной азотной кислоты.
Емельянов А.И., Капник О.В. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие / А.С. Клюев и др., под ред. А.С. Клюева, - 2-е изд., перераб и доп. – М.: Энергоавтомиздат, 1990. - 464 с.
К. А. Алексеев, В. С. Антипин и др. Под ред. Клюева: Монтаж средств измерений и автоматизации:. – 3-е изд. – М.: КПКИ Проектмонтажавтоматика, 1988 – 488с.
http://www.owen.ru/catalog/pid_regulyator_dlya_upravleniya_zadvizhkami_i__klapanami_s_rs_485_owen_trm212/opisanie
http://аква-кип.рф/p9117184-difmanometr-perepadomer-ddm.html












36