Структурную схему системы
регулирования представленную на рисунке
4.2 можно привести к виду, показанному
на рисунке 4.3. Здесь регулирование осуществляется
не одним, а двумя регуляторами Р1 и Р2,
причём регулятор Р2, контролирующий основную
регулируемую величину y, при ее отклонении
от заданного значения воздействует не
на регулируемый орган, а на задатчик вспомогательного
регулятора Р1. Этот регулятор поддерживает
на заданном значении некоторую вспомогательную
регулируемую величину х1 в промежуточной
точке регулируемого объекта.
Рисунок 4.3 -Двухконтурная система регулирования
При этом может оказаться, что
контроль этой вспомогательной регулируемой
величины является вовсе не обязательным
для того, чтобы вести надлежащим образом
режим работы объекта. Однако введением
в схему системы регулирования такого
дополнительного воздействия, как правило,
удается получить значительное улучшение
качества регулирования. В частности,
эти схемы оказываются весьма эффективными,
когда на регулируемый объект могут действовать
сильные возмущения, идущие со стороны
регулирующего органа, а промежуточная
величина «откликается» на эти возмущения
со значительно меньшей инерционностью,
чем основная регулируемая величина.
Основой расчёта является предположение
о том, что процессы во вспомогательном
контуре регулирования протекают достаточно
быстро, по сравнению с процессами в основном
контуре, а инерционностью этих объектов
можно пренебречь. С этим допущением система
преобразуется к виду изображенному на
рисунке 4.4.
Рисунок 4.4-Упрощенная схема регулирования
Регулятор Р2
рассчитывается методом определения оптимальных
параметров настройки по расширенной
АФЧХ разомкнутой системы.
Основу метода составляет обобщенный
критерий Найквиста, по которому разомкнутая
линейная система, имеющая корневой показатель
колебательности не хуже m, сохранит его
и после замыкания отрицательной обратной
связью, если расширенная АФЧХ разомкнутой
системы:
(4.7)
В выражении
(4.7) Wраз(p) – передаточная функция
разомкнутой системы.
В предельном случае расширенная
АФЧХ должна проходить через точку (-1;j×0).
В теории автоматического управления
доказывается, что в замкнутых системах
автоматического регулирования с ПИ-регулятором
минимум интеграла от квадрата ошибки
(4.8)
может быть достигнут лишь при
,
(4.9)
где kрег – коэффициент передачи
ПИ-регулятора;
Ти – постоянная времени интегрирования.
Изначально передаточная функция
ПИ-регулятора определяется как функцию
пока еще неизвестных параметров kr и Tr –
коэффициента передачи и постоянной времени
интегрирования регулятора. Составляется
передаточная функция разомкнутой системы
и записывается в общем виде расширенная
передаточная функция разомкнутой системы,
ее действительная и мнимая части.
При поиске решения мы требуем,
во-первых, чтобы частота w была положительна, во-вторых,
чтобы параметры настройки регулятора
были положительными величинами (иначе
получим положительную обратную связь
и, как следствие – неустойчивую замкнутую
систему) и в-третьих, чтобы расширенная
АФЧХ разомкнутой системы проходила через
точку (-1; j0).
Для настройки регулятора Р1 используется
любой из способов, использующих характеристики
разомкнутой системы, в нашем случае
метод приведенный выше. И система примет
вид (рисунок 4.5):
Рисунок 4.5– Структурная схема
разомкнутой системы
Таблица 3 – Результаты расчёта
регуляторов
Канал |
Передаточная функция |
Положение НА-расход воздуха |
|
X1-Y1(расход газовоздушной
смеси – концентрация О2) |
|
После произведенных настроек
регуляторов можно изобразить реакцию
системы на единичное ступенчатое воздействие
(рисунок 4.6)
Время, сек
Рисунок 3.6 – Реакция системы
на единичное ступенчатое воздействие
Структурная схема системы
регулирования с компенсацией возмущения
приведена на рисунке 4.7. Здесь на вход
регулятора, помимо отклонения регулируемой
величины e(t), подается сигнал по изменению
возмущения l(t), сформированный надлежащим
образом в блоке компенсации возмущения
с передаточной функцией – Wк.в(p).
Рисунок 4.7 – Схема регулирования
с компенсацией возмущения
В другом варианте реализации
системы с компенсацией сигнал по изменению
возмущения суммируется с выходным сигналом
регулятора, их сумма образует регулирующее
воздействие u(t) (на рисунке 4.7 такое подсоединение
блока компенсации показано штриховой
линией). Данный вариант соответствует
компенсации применяемой в схеме приведенной
на рисунке 4.2.
Как и в каскадных системах,
в системах с компенсацией возмущений
преследуется одна и та же цель — получение
более своевременной информации о возмущениях.
Выбор между ними определяется конкретными
условиями. В каскадных схемах имеется
возможность получить указанную информацию
даже тогда, когда возмущения недоступны
для контроля; кроме того, изменение одной
добавочной переменной состояния позволяет
иногда учитывать эффект действия не одного,
а нескольких возмущений. Недостаток каскадных
схем состоит в появлении добавочных контуров,
которые всегда являются источниками
потенциальной неустойчивости системы.
Наличие инерционности и запаздывания
в опережающем участке может поэтому привести
к потере всякого эффекта от введения
добавочной переменной состояния.
Системы с компенсацией возмущений
от указанного недостатка избавлены, однако
для их использования компенсируемое
возмущение должно быть контролируемым,
и, кроме того, каждый канал добавочной
передачи информации может уменьшать
вредное влияние на регулируемую величину
только одного возмущения.
Как следует из структурной
схемы системы (рисунок 4.7), связь между
изображениями регулируемой величины
и компенсируемого возмущения определяется
формулой
,
(4.10)
где
;
,
то есть исходная структура
системы может быть преобразована к схеме,
состоящей из двух параллельных ветвей
(рисунок 4.7, а); выходная величина верхней
ветви представляет собой изменение регулируемой
величины при отсутствии компенсации,
а выходная величина нижней ветви — компенсирующий
сигнал — изменение регулируемой величины,
вызванное действием блока компенсации.
Приравняв выражение полученное выше
к нулю, получим условие полной компенсации:
,
при выполнении которого отклонение
регулируемой величины, обусловленное
действием рассматриваемого возмущения,
будет совершенно отсутствовать. Такие
системы получили название инвариантных
по отношению к компенсируемым возмущениям
систем.
В инвариантной относительно
возмущения l(t) системе с компенсацией возмущений
изменение регулируемой величины происходит
только под воздействием неконтролируемых
возмущений, характеризуемых приведенным
возмущением v(t). Повлиять на это отклонение
можно только выбором алгоритма функционирования
регулятора. Из сказанного следует, что
синтез системы с компенсацией возмущения
состоит из двух этапов:
- выбора оптимального
алгоритма функционирования регулятора
из условия наименьшего отклонения
регулируемой величины при действии
возмущений, за исключением возмущения l(t), действие которого предполагается
компенсировать;
- выбора передаточной
функции блока компенсации Wк.в(p)
с возможным последующим уточнением настройки
регулятора (если условие инвариантности
окажется выполненным недостаточно точно).
По описанному выше методу получена
передаточная функция компенсатора (4.11)
возмущения расходом топлива или как его
еще можно назвать –динамического регулятора
соотношения.
(4.11)
Основываясь на полученных
выше передаточных функциях объекта управления,
регуляторов и компенсатора проведена
имитация работы схемы в программном пакете
Vissim. Полная схема систем с компенсацией
и без компенсации возмущения приведена
на рисунке 4.8.
Рисунок 4.8 – Блок-схема регулирования
с компенсацией возмущения
На данной схеме получен переходной
процесс системы при единичном ступенчатом
воздействии. Из графика переходного процесса
видно, что время переходного процесса
составляет 160 секунд. На 180 секунде вводится
возмущение расходом топлива.
На рисунке 4.9 представлена
реакция системы без компенсатора на возмущение
расходом топлива.
Рисунок 4.9 – Переходной процесс
системы без компенсации возмущения
На рисунке 4.10 представлен переходной
процесс системы с компенсацией возмущения,
вызванного увеличением расхода газа
на горелки котельного агрегата.
Рисунок 4.10 – Переходной процесс
системы с компенсацией возмущения
На рисунке 4.11 приведены графики
двух переходных процессов и график переходного
процесса по каналу X1-Y8 без регулятора
кислорода.
Рисунок 4.10 – Сравнение переходных
процессов системы с компенсацией возмущения
и без компенсации
Основываясь на графиках переходных
процессов приведенных на рисунке 4.10,
можно сделать вывод о том, что введение
в систему динамического регулятора соотношения
(компенсирующего блока) позволило значительно
улучшить качество регулирования содержания
кислорода в уходящих газах, а соответственно
повысить К.П.Д. котельного агрегата.
5 Анализ мероприятий по
безопасности жизнедеятельности
5.1 Электробезопасность
Электробезопасность - это система организационных
и технических мероприятий и средств,
обеспечивающих защиту людей от вредного
и опасного воздействия электрического
тока, электрического поля и статического
электричества. Степень опасности оборудования
электрических установок определяют условия
эксплуатации электрооборудования и характер
производственной среды.
По степени опасности поражения электрическим
током все помещения делятся на три категории:
а) помещения без повышенной опасности;
б) помещения с повышенной опасностью;
в) помещения особо опасные.
Виды поражений электрическим током.
По степени воздействия тока на организм
различают:
а) местное;
б) общее или электроудары.
Местное характеризуется травмами –
электрические ожоги, электрические знаки,
металлизация кожи, механические повреждения,
электроофтальмия.
Различают четыре степени электроударов:
I ст. – наблюдается судорожное
сокращение мышц без потери
сознания;
II ст. – судорожное сокращение мышц с потерей
сознания, но с сохранением дыхания;
III ст. – потеря сознания с нарушением
сердечной деятельности или дыхания;
IV ст. – клиническая смерть, отсутствие
кровообращения или дыхания (4-5 минут).
При поражении электрическим током первая
помощь должна быть организованно немедленно.
Если пострадавший находиться под действием
током, следует немедленно освободить
его от соприкосновения с проводником
тока. Оказывающий помощь должен помнить,
что пострадавший в этом случае сам является
проводником тока и прикосновение к нему
также опасно, как к источнику тока. Для
изоляции от пострадавшего оказывающий
помощь должен надеть резиновые перчатки
или набросить на руку сухую шерстяную
или прорезиненную одежду. Для изоляции
от земли следует надеть галоши или положить
под ноги сухую доску, одежду или другой
материал, не проводящий электрического
тока. После освобождения пострадавшего
от действия электрического тока следует
уложить его на что-нибудь сухое и теплое
и согреть (тепло укрыть, дать горячий
чай и т.п.). При отсутствии признаков жизни
необходимо сразу же начать искусственное
дыхание и немедленно вызвать врача.
К защитным мероприятиям, предупреждающим
опасность поражения электрическим током,
относятся:
а) применение малого напряжения;
б) выбор и установка электрооборудования
в соответствии с условиями окружающей
среды;
в) ограждение токоведущих частей электрооборудования;
г) устройство заземления или зануление
всех металлических конструкций, которые
могут оказаться под напряжением, а также
применение защитного отключения;
д) применение защитных средств при обслуживании
электроустановок;
е) организационные мероприятия, обеспечивающие
безопасность производственных работ.
Способы и средства защиты персонала
от воздействия электромагнитных полей
по ССБТ в основном сводятся к следующим
мероприятиям: уменьшению напряженности
и плотности тока энергии ЭМП (электромагнитных
полей) посредством использования согласованных
нагрузок и поглотителей мощности; экранированию
рабочего места; удалению рабочего места
от источника ЭМП (электромагнитных полей);
рациональному размещению в рабочем помещении
оборудования, излучающего электромагнитную
энергию; установлению рациональных режимов
работы оборудования и обслуживающего
персонала; применению средств предупреждающей
сигнализации (световая, звуковая); применению
средств индивидуальной защиты. Одно из
важных условий безопасной организации
работ - надлежащая подготовка обслуживающего
персонала. Лицам, допускаемым к работе
с электрооборудованием, необходимо иметь
техническую квалификацию в соответствии
с выполняемой операцией, квалификационную
группу не ниже первой, усвоить безопасные
методы труда на своем участке работы;
их знания следует проверять, в ряде случаев
им нужно проходить стажировку.