Разработка структурной схемы САР

Регулирование температуры топлива (мазута) на установке кавитационного нагрева осуществляется за счет изменения расхода, перепускаемого на рецикл разогретого топлива, который в свою очередь зависит от положения штока клапана с плунжером.

В состав системы регулирования температуры мазута на выходе теплообменника входят: ИП – интеллектуальный позиционер в составе блока управления электроприводом клапана, КЛЭПР – клапан регулирования расхода топлива (мазута) с электроприводом, КН – кавитационный нагреватель.

Рассмотрим параметры процесса для конкретного технологического режима. Параметры приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Параметры технологического режима

Параметр	Значение
Температура топлива (мазута), °С - максимальная - условно-номинальная (для данного режима) - начальная
Расход топлива (мазута), м3/ч - максимальный - условно-номинальный	5,3

Таким образом, функциональную схему объекта управления можно представить как показано на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Функциональная схема объекта управления

Выходным сигналом интеллектуального позиционера (ИП) является положение штока клапана G, выраженное в процентах, пропорциональное амплитуде управляющего сигнала (u): максимальному уровню управляющего сигнала 10В (входное значение) соответствует положение (перемещение) штока (G) на 100%.

Выходной координатой клапана с электроприводом (КЛЭПР) является расход (F) топлива (мазута), перепускаемого на повторный цикл нагрева, пропорциональный открытию клапана, т.е. положению штока с плунжером (G).

Выходной координатой кавитационного нагревателя является температура (T) топлива (мазута), зависящая от расхода топлива, перепускаемого на повторный цикл нагрева.

Поскольку интеллектуальный позиционер представляет собой, по сути, вычислительное устройство, предназначенное для формирования задания по положению штока в зависимости от входного сигнала управления, он может быть описан передаточной функцией безынерционного звена W(s)=K.

Произведем расчет параметров передаточной функции интеллектуального позиционера. Коэффициент передачи (передаточную функцию) определим по формуле (3.1)

, (3.1)

где G –положение штока в миллиметрах, u – управляющий сигнал (напряжение).

Передаточную функцию клапана с электроприводом, равно как и передаточную функцию кавитационного нагревателя представим как апериодическое звено первого порядка с передаточной функцией вида (3.2):

, (3.2)

где K – коэффициент передачи объекта, Т – постоянная времени объекта.

Рассчитаем параметры передаточной функции клапана с электроприводом (КЛЭПР). Коэффициент передачи определим по формуле (3.3)

, (3.3)

где F – расход топлива (мазута) на выходе клапана, а G – положение штока в процентах, соответствующе данному расходу.

Принимая постоянную времени клапана равной 4,8 секунды, исходя из скорости перемещения штока в результате работы электропривода, получим передаточную функцию данного элемента (3.4)

(3.4)

Рассчитаем параметры передаточной функции кавитационного нагревателя. Коэффициент передачи определим по формуле (3.5)

, (3.5)

где ∆T – изменение температуры топлива (мазута) после прохождения кавитационного нагревателя, а ∆F – изменение расхода топлива (мазута), перепускаемого на рецикл нагрева.

Постоянную времени кавитационного нагревателя T_кн=25 секунд определим как треть времени выхода на установившееся значение, соответствующее заданию. В результате получим передаточную функцию кавитационного нагревателя (3.6)

(3.6)

На основании функциональной схемы (рисунок 3.1) построим структурную схему (рисунок 3.2), содержащую все функциональные элементы системы регулирования температуры топлива (мазута) на установке кавитационного нагрева.

Рисунок 3.2 – Структурная схема объекта управления

На основании структурной схемы разработаем модель в приложении Siumulink пакета MatLab (рисунок 3.3) и произведем ее исследование.

Рисунок 3.3 – Модель разомкнутой системы в MatLab

Для учета начальной температуры топлива (мазута) на входе в установку, равную 5°С, введем сложение с константой.

Рисунок 3.4 – Настройка блока Saturation

Графики переходных процессов элементов системы показаны на рисунках 3.5-3.7. Для проверки работы модели в определенных регламентом технологических режимах введем ограничение (Saturation) по положению штока клапана со значением 85% (рисунок 3.4), соответствующее номинальному расходу рециркулирующего топлива (мазута) 5,3 м³/ч (см. таблицу 3.1).

F, м3/ч
	t, c

Рисунок 3.6 – Переходный процесс по расходу перепускаемого на повторный цикл топлива (мазута)

T, °C
	t, c

Рисунок 3.7 – Переходный процесс по температуре топлива (мазута)

По графикам переходных процессов (рисунок 3.5-3.7) можно сделать вывод о том, что все параметры технологического процесса и полученная нами модель эквивалентны объекту автоматизации и его технологическим режимам. Удаление ограничения Saturation приводит к отклонению расхода перепускаемого топлива (мазута), а соответственно и температуры топлива (мазута) на выходе установки от номинального значения, т.е. система нуждается в регуляторе, обеспечивающем стабилизацию температуры топлива (мазута) в соответствии с заданием.