Система управления сепаратором на промысловой компрессорной станции

• постоянная времени объекта Т_об=4с;
• постоянная времени запаздывания τ_об=1с;
• начальное значение выходного сигнала Y_ном=0,74 МПа;
• установившееся  значение выходного сигнала Y_уст=0,787МПа;
• начальное положение регулирующего органа H₀=60%;
• конечное положение регулирующего органа H_мах=64%.

     С помощью полученных параметров объекта  определяется относительное изменение  регулируемого параметра δ:

.     (4.2) 

                       

     Относительное изменение входной величины μ:

.      (4.3) 

                                  

     Коэффициент передачи объекта:

.       (4.4)

 

     Передаточная  функция объекта примет вид:

.  

     4.2 Расчет оптимальных настроек регулятора

     Регулятор работает в дискретном режиме, а  передаточная функция объекта регулирования  непрерывна,  поэтому необходимо рассчитать Z-передаточную функцию объекта. Для этого в систему вводится экстраполятор (фиксатор) нулевого порядка с передаточной функцией . Фиксатор нулевого порядка сохраняет измеренную в начале каждого периода квантования амплитуду на весь период квантования. В результате структурная схема САР примет вид,  представленный     на рисунке 4.2.

     

Рисунок 4.2 – Структурная схема дискретной САР

     Для того чтобы выбрать тип регулятора, определяем отношение τ_об/Т_об:

.        

     Отношение 0,2<t_об/T_об<0,7, следовательно, для регулирования будем использовать ПИ-регулятор.

     Приведенная непрерывная часть системы представляет собой последовательное включение  фиксатора нулевого порядка и  объекта с  заданной передаточной функцией: 

      .   (4.5)

     Z-передаточная  функция приведенной части рассчитывается по формуле:

.    (4.6)

     Следовательно, Z-передаточная функция приведенной части примет вид:

     Передаточная  функция дискретного ПИ-регулятора имеет вид:

.   (4.7)

     Передаточная  функция разомкнутой системы  :

                    

     Заменяем  и получаем комплексную частотную характеристику (КЧХ) или амплитудно-фазовую частотную характеристику разомкнутой системы (АФЧХ):

              

     Так как Т=1, то частоту при построении КЧХ можно изменять в пределах или .

     По номограммам Солодовникова при известном значении допустимого перерегулирования определяется , модуль , запас по фазе и [9].

     На  комплексной плоскости строится окружность:

.    (4.8)

     Радиус  данной окружности определяется по формуле:

      .       (4.8)

   

     Центр окружности лежит в точке О:

     КЧХ строится на том же графике, что и  запретная область. При этом задается и подбирается такой , чтобы КЧХ касался запретной области, но не пересекал ее границы. Оптимальными являются те значения, для которых отношение К_р/Т_и  является наибольшим. Интервал варьирования будет от 2 до 6, так как наибольшее значение К_р/Т_и  приходится на =3.2. Шаг выберем 0.4.

       Результаты сводятся в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 – Значения настроек  ПИ-регулятора

     Оптимальные настройки, таким образом, равны  , .

     Для того чтобы убедиться в оптимальности  полученных настроек, нужно рассчитать прямые и косвенные показатели качества:

     Косвенные показатели качества определяются по АЧХ замкнутой        системы (рисунок 4.3).

     

     Рисунок 4.3 – Амплитудно – частотная характеристика замкнутой системы при настройках ПИ-регулятора   К_{р опт} = 0.829 , Т_{и опт} =3.2

     Фактическое значение частотного показателя колебательности  , то есть расчет можно считать удовлетворительным.

     Прямые  показатели качества определяются по переходной характеристике замкнутой системы (рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 – График переходной характеристики замкнутой системы при настройках ПИ-регулятора   К_{р опт} = 0.829, Т_{и опт} =3.2

     Прямые  показатели качества:

• перерегулирование σ_факт =12.3% < σ_доп =20%;
• время регулирования  t_p=9с < t_доп=(3÷4)Т_об=12 с ÷ 16 с.

     Так как полученные  показатели качества управления меньше допустимых, настройки  ПИ-регулятора можно считать оптимальными.

 

      Заключение

     В работе дана общая характеристика объекта. В последующем идет выбор оборудования, которое наиболее подходит данному объекту, необходимое для создания системы автоматизированного управления. Для автоматизации работы сепаратора выбирается оборудование нижнего уровня системы автоматизации удовлетворяющее следующим требованиям:

     - способность работать в неблагоприятных  условиях;

     - надежность;

     - диапазон измерения;

     - погрешность измерения;

     - наличие определенных видов защиты;

     - несложный монтаж;

     - наличие унифицированного выходного сигнала.

     А также идет сравнение и выбор  программно-логического контроллера, учитывая его характеристики и соотношения цена-качество. Выбор определен в пользу SLC-500 серии 1746 с типичной потребляемой мощностью 137 ВА.

     Приведено описание программы для ПЛК, написанной в программном пакете RSLogix 500 в соответствии с разработанной блок схемой.

      Произведен  расчет системы автоматического  регулирования давления в сепараторе. Регулирование производится с помощью ПИ-закона регулирования. Произведена оценка качества регулирования (σ = 12.3%, t_р. = 12 с). Так как показатели качества не превышают допустимых значений (ε<20%, t_р <(3÷4)Т_об ), настройки регулятора К_{р опт} = 0.829, Т_{и опт} =3.2 - являются оптимальными. 
 

 

      Список использованных источников

1. Технологический регламент КС-7 Федоровского месторождения.
2. Справочник слесаря по контрольно измерительным приборам. Гресько А.А., Долгая А.А. Киев, «Техника – 2005».
3. www.kipiasoft.su - Библиотека специалиста по КИПиА
4. www.rizur.ru - датчики давления, преобразователи давления
5. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие по содержанию и оформлению проектов. Емельянов А.И., Капник О.В. М.: Энергоатомиздат, 2006.
6. Аналоговые модули ввода – вывода (серия 1746) SLC 500. Руководство пользователя / Allen – Bradley A Rockwell International Company. 2007. – 66c.
7. Кармазин В. В., Кармазин В. И., Бинкевич В. А., Магнитная регенерация и сепарация при обогащении руд и углей, [М.], 2005;
8. Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений, М., 2007.
9. Ротач В.Я. Теория автоматического управления энергетическими процессами, М, Энергоатомиздат, 2004.
10. Приборы и средства автоматизации. Каталог Т1. Приборы для измерения температуры, М.

 

 

      Приложение А

Рисунок А.1 – Схема автоматизации функциональная

 

Приложение  Б

 

  Приложение В

Расчет  оптимальных настроек регулятора

 

Приложение Г 

 

Приложение Д

Текст программы  контроллера