Развитие автоматизации химической промышленности связано с возрастающей интенсификацией технологических процессов и ростом производств, использованием агрегатов большой единичной мощности, усложнением технологических схем, предъявлением повышенных требований к получаемым продуктам.
Особое значение придается вопросам автоматизации в связи с взрыво- и пожароопасностью, участвующих в технологическом процессе веществ, агрессивностью и токсичностью перерабатываемых веществ, с необходимостью предотвращения вредных выбросов в окружающую среду. Указанные особенности, высокая чувствительность к нарушениям заданного режима, наличие большого числа точек контроля и управления процессом, а также необходимость своевременного и соответствующего сложившейся в данный момент обстановке воздействия на процесс в случае отклонения от заданных по регламенту условий протекания не позволяют даже опытному оператору обеспечить качественное введение процесса вручную и требует разработки и внедрения четких схем автоматизации /19/.
3.1. Анализ параметров технологического процесса
Туннельные печи представляют собой обжиговые агрегаты, которые работают по принципу противотока и имеют зоны: подготовки, обжига и охлаждения. В зоне подготовки сырец досушивается и подогревается отходящими из зоны обжига продуктами горения. Затем он перемещается в зону обжига, где подвергается воздействию высоких температур, создаваемых при сжигании топлива, после чего поступает в зону охлаждения.
Атмосферный воздух, нагнетаемый в зону охлаждения, нагревается за счет тепла остывающих изделий и потом из этой зоны частично отбирается и подается на сушку изделий; при этом оставшаяся часть направляется в зону обжига. По длине зоны обжига установлены горелки, к которым подается топливо и воздух. Продукты горения топлива из зоны обжига направляются в зону подготовки, где отдают тепло на испарение остаточной влаги в сырце и его нагрев.
При построении систем автоматизации процесса необходимо определить величины, подлежащие контролю и регулированию, а также выявить точки введения управляющих воздействий и каналы их прохождения по объекту. С этой целью необходимо составить схему взаимных воздействий величин объекта, выделить основные и дополнительные каналы прохождения сигналов, а затем составить отдельные контуры регулирования, компенсирующие влияние возмущений.
При необходимости основные контуры регулирования связывают между собой, а контролируемые величины выбирают так, чтобы их число было минимальным, но достаточным для полного представления о ходе протекания технологического процесса. Управляющие воздействия вносят с помощью исполнительных устройств, которые изменяют материальные или тепловые потоки.
Главными возмущениями для туннельной печи являются изменение влажности материала на входе, начальная температура, расход теплоносителя и скорость газов. Наиболее сложная задача при автоматизации туннельной печи – это выбор регулируемого параметра. При определенных условиях заданное распределение температуры теплоносителя по длине туннельной печи с достаточной точностью соответствует получению материала заданного качества, что позволяет косвенно оценить качество готового продукта. Управляющими воздействиями могут быть изменения расходов подачи газа и воздуха на горение. Стабилизировать температуру необходимо в каждой зоне туннельной печи, изменяя расходы газа и воздуха. По длине печи необходим также контроль давления и разряжения дымовых газов. Поэтому наиболее важным при выборе системы автоматического регулирования является определение числа и места установки измерительных элементов регуляторов, которые обеспечивали бы требуемый температурный режим обжига.
С учетом результатов проведенных исследований для повышения качества изделий и увеличения производительности печи предполагается автоматическое регулирование температурного режима на каждом отдельном участке печи. Для этого в обжиговой части печи необходимо установить регуляторы, число которых определяется числом участков печи, характеризующихся различной допустимой интенсивностью изменения температуры.
Функциональная схема автоматизации туннельной печи представлена на листе. При выборе точек установки датчиков необходимо учитывать величину запаздывания, которое при этом будет.
На основании анализа параметров технологического процесса, уточнения назначения системы автоматизации, выбора регулируемых, управляющих и возмущающих воздействий производится выбор воспринимающих элементов, регуляторов, исполнительных и регулирующих устройств.
3.2. Расчет погрешности измерения термопар
Поскольку температура в туннельных печах достигает довольно больших значений и изменяется от 700 до 1010ºС, то для ее контроля и регулирования наиболее подходят термопары, т.к. другие виды первичных преобразователей используются для измерения более низких температур.
Наибольшую термо-ЭДС при одинаковых температурах развивает хромель-копелевая термопара ТХК. Относительные погрешности ее невелики. Для измерения температур до 600ºС термопара ТХК более удобна.
Измеряемая температура составляет 140ºС. Основная абсолютная погрешность Δ = ± 1,5ºС.
Термопары ТХК оцениваются погрешностью невоспроизводимости Δ = ± 0,2 мВ. Тогда относительная погрешность измерения заданной температуры при термо-ЭДС равной Е = 10,03 мВ /19/, составит:
δ = ± Δ ∙ 100 / Е = ± 0,2 ∙ 100 / 10,03 = 1,99% – сравним ее с относительной погрешностью:
δ = ± 1,5 ∙ 100 / 140 = 1,0%,
или по абсолютной величине Δ = ± δ Т / 100 = 1,99 ∙ 140 / 100 = 2,79ºС.
Термопара ТХА (хромель-алюмель) характеризуется достаточно большой термо-ЭДС, практически линейно зависящей от температуры; обычно применяется для измерения температур от 600 до 1000ºС.
Измеряемая температура составляет 700ºС. Основная абсолютная погрешность ∆ = ± 0,004 ∙ 700 = ± 2,8ºС.
Термопары ТХА оцениваются погрешностью невоспроизводимости Δ = ± 0,16 + 2,0 ∙ 10-4 (t – 300) = 0,24 мВ. Тогда относительная погрешность измерения заданной температуры при термо-ЭДС равной Е = 29,15 мВ /19/, составит:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
