Проект автоматизации насосной станции рудника для донасыщения анолита в скважинах в ОАО «Саянскхимпласт»: Пояснительная записка, страница 11

2.6.5.1 Модель объекта регулирования

Содержательное описание объекта

Имеется участок трубопровода для подачи обессоленной воды в скруббер. В скруббере (поз. AX01) вода полностью омывает обгазы от хлористого водорода. Подкисленная хлористым водородом вода поступает в абсорбер  с падающей пленкой (поз. BX01), где в процессе абсорбции хлористого водорода получается соляная кислота (рисунок 2.20).

Рисунок 2.20 – Объект регулирования концентрации

Таким образом, весь хлористый водород, образовавшийся при синтезе, попадает в соляную кислоту. Это упрощает модель объекта, делая ее инвариантной относительно характера протекания абсорбции.

 Задача – поддержание заданной концентрации соляной кислоты путем регулирования расхода обессоленной воды на скруббер.

Поставленную задачу можно разделить на две:

-  поддержание заданного расхода обессоленной воды (п.2.6.4);

-  поддержание заданной концентрации соляной кислоты.

Перейдем ко второй задаче. Объект регулирования – участок технологического процесса от регулирующего органа до датчика концентрации соляной кислоты. Рабочим телом является вода обессоленная (плотность r_Н2О= 998кг/м³), кислота соляная (плотность r_НCl = 1160кг/м³). Регулируемым параметром – концентрация (плотность) соляной кислоты D, кг/м³.

Конструктивные параметры объекта регулирования представлены в таблице 2.9.

Таблица 2.9 –  Конструктивные параметры объекта регулирования

Наименование	Обозначение	Значение
Диаметр трубопровода до скруббера, м	d	0,05
Длина участка трубопровода, м	L	1

Значения параметров процесса представлены в таблице 2.10.

Таблица 2.10 –  Значения параметров процесса

Наименование	Обозначение	Значение
Номинальный расход воды, м3/с	Qн	0,0009304720
Номинальная плотность соляной кислоты, кг/м3	rн	1160
Номинальная плотность соляной кислоты, %	uн	32

2.6.5.2 Аналитическое описание модели объекта регулирования

Объект регулирования представляет собой последовательное соединение трубопроводов и технологических аппаратов.

Скруббер и абсорбер будем рассматривать как чистые звенья запаздывания, относительно расхода воды, которая абсорбируя хлористый водород, переходит в соляную кислоту.

Все трубопроводы, включенные в объект исследования, представляют собой апериодические звенья первого порядка. Однако в связи с их малой длиной мы их учитывать не будем.

Делая вывод из описания объекта можно сказать, что объект исследования представляет собой звено запаздывания, имеющее передаточную функцию:

                                        ,                                                (2.20)

где – время запаздывания, с.

Время запаздывания было получено опытным путем во время наблюдения за объектом в процессе прохождения преддипломной практики и составляет около 10с.

Запишем уравнение баланса

                                        ,                                                (2.21)

где   – массовый расход притока, кг/с;

         – массовый расход оттока, кг/с,

или

                               ,                                               (2.22)

где   – массовый расход притока воды обессоленной, кг/с;

         – массовый расход притока водорода, кг/с;

         – массовый расход притока хлора, кг/с;

         – массовый расход оттока соляной кислоты, кг/с;

         – массовый расход оттока водорода в обгазе, кг/с.

Массовый расход вещества  определяется по формуле

                                        ,                                                (2.23)

где   – массовый расход притока воды обессоленной, м³/с;

         – плотность вещества, кг/м³.

В соответствии с (2.23) перепишем (2.22)

                      .                                   (2.24)

Концентрация соляной  кислоты определяется отношением содержания хлороводорода ко всему содержанию кислоты и рассчитывается по формуле

                                        .                                                (2.25)

При номинальных значениях параметров запишем

                                        ,                                                (2.26)

откуда

                                        .                                                (2.27)

В соответствии с (2.24), (2.27) и учитывая, что отток водорода с обгазами составляет около 8% от притока, а избыток водорода по хлору составляет около 10%, запишем

    .                                (2.28)

В соответствии с (2.28) составим инструментальную модель объекта.

2.6.5.3 Инструментальная модель объекта регулирования

Реализовать модель будем в пакете MATLAB, при этом воспользуемся инструментом визуального моделирования SIMULINK.

Инструментальная модель объекта регулирования представлена на   рисунке 2.21.

2.6.5.4 Модель системы автоматического регулирования концентрации

Структурная схема САР расхода представлена на рисунке 2.22.

Рисунок 2.21 –  Инструментальная модель абсорбера

Рисунок 2.22 –  Структурная схема САР концентрации соляной кислоты

Условные обозначения, отображенные на рисунке, расшифровываются ниже.

ОР – объект регулирования;

СУ – согласующее устройство;

НО – нуль орган;

ПИД – ПИД-регулятор;

– величина возмущающего воздействия (расход воды на входе);

– величина регулируемого параметра (плотность на выходе);

∆– сигнал рассогласования;

U – сигнал регулятора, для каскадной системы регулирования.

В соответствии со структурной схемой разработаем модель САР концентрации (рисунок 2.23). В схеме присутствует звено задержки, так как регулятор сразу не запускается при пуске.

Блок Scrubber,Absorber представлен на рисунке 2.23.

Блок Koncentratomer представлен на рисунке 2.24. И представляет собой модель концентратомера (плотномера). На выходе блока формируется сигнал 4-20мА, в соответствии с пределами измерений расходомера (0–0,001027778м³/с).