Разработка системы управления узлом подготовки реакционной смеси с применением САР соотношения расходов

Цель и задачи работы:
Цель: разработка системы управления узлом подготовки реакционной смеси с применением САР соотношения расходов, анализ технологического процесса как объекта управления.
Задачи:
1. Охарактеризовать технологический процесс.
2. Разработать функциональную схему системы автоматизации.
3. Разработать структурную схему системы управления.
4. Разработать модель объекта управления.
5. Провести алгоритмический и параметрический синтез системы управления.
6. Разработать программные средства моделирования.
7. Осуществить моделирование системы управления с целью уточнения настроек регулятора, установление факта устойчивости, инвариантности, ковариантности и грубости.
8. Провести анализ результатов моделирования, сформулировать выводы и рекомендации по реализации системы управления.
9. Разработка схемы автоматизации и выбор комплекса технических средств АСУТП.

Технологическая схема объекта управления
Рис. 1. Технологическая схема процесса получения целевого продукта с заданной концентрацией
Назначение и цель объектов:
Смеситель: получение смеси с заданным значением концентрации, путем смешения двух потоков жидкости.
Теплообменник: нагрев жидкости до заданной температуры.
Реактор: проведение хим. реакции.

Математическое описание объектов
Математическая модель смесителя с истечением жидкости путем организации сообщающихся сосудов Начальные условия:
Математическая модель теплообменника с паровой рубашкой
Начальные условия:
Математическая модель реактора
Начальные условия:

Статические и динамические характеристики объектов по различным каналам управления
Смеситель Теплообменник Реактор
Рис. 2. Статические характеристики объектов по каналам управления
Рис. 3. Динамические характеристики объектов по каналам управления

Значения коэффициентов передачи и постоянных времени по различным каналам
Смеситель Теплообменник Реактор

Упрощенная схема системы автоматизации
Рис. 4. Упрощенная схема системы автоматизации

Структурные схемы объектов управления
Смеситель Теплообменник
Рис. 5
Рис. 5. Структурная схема Рис. 6. Структурная схема
смесителя теплообменника
Реактор
Рис. 7. Структурная
схема реактора

Синтез системы управления смесителем
Рис. 8. Структурная схема системы управления смесителем
Обозначения:
(U2зад=U21зад+U22зад, U21зад=X2Kc)
Линеаризованная
математическая
модель:
Начальные условия:

Синтез системы управления теплообменником
Рис. 9. Структурная схема системы управления теплообменником
Линеаризованная математическая модель
Обозначения: (U2зад=U21зад+U22зад, U21зад=X2Kc)
Начальные
условия:

Моделирование системы управления смесителем
Инвариантность
Рис. 10. Переходные процессы
регулирования при действии
ступенчатого возмущения по
X2=0.1 Ковариантность
Рис. 11. Переходные процессы регулирования при ступенчатом изменении задающего воздействия по концентрации на величину y2зад=0.1

Моделирование системы управления теплообменником
Инвариантность Ковариантность
Рис. 12. Переходные процессы регулирования при действии ступенчатого возмущения по Х1=2.75
Рис. 13. Переходные процессы регулирования при ступенчатом изменении задающего воздействия по температуры на величину y1зад=8.6

Показатели качества для смесителя
Х2=±0.1
y2зад=±0.1

Показатели качества для теплообменника
Х1=±2.75
y2зад=±8.6

Схема автоматизации с применением контроллера