Моделирование системы регулирования концентрации в процессе мерсеризации

САНКТ – ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Кафедра АХТП

Курсовой проект

по дисциплине “Моделирование систем”

на тему:

“Моделирование системы регулирования концентрации в процессе мерсеризации”

Выполнил:                                                                                  Проверил:

Студент группы 541                                                                   Профессор

Крупенькин Е. В.                                                                          Смирнов И.Н.

Санкт-Петербург.

2012

Содержание:

1. Описание процесса и системы регулирования................................................................ 3

2. Вывод уравнений системы................................................................................................. 5

2.1. Уравнение объекта...................................................................................................... 5

2.2. Уравнение датчика...................................................................................................... 6

2.3. Уравнение регулятора................................................................................................. 6

2.4. Уравнение исполнительного механизма.................................................................. 7

3. Формирование сигнала возмущающего воздействия..................................................... 9

4. Задание численных значений параметров..................................................................... 10

5. Программная реализация алгоритма моделирования................................................... 11

6. Текст программы моделирования................................................................................... 12

7. Результат моделирования................................................................................................ 16

Литература……………………………………………………………………………………....17

Настоящий курсовой проект посвящен разработке модели системы регулирования концентрации целлюлозы в процессе мерсеризации.

Целью моделирования является написание машинной программы, реализующей графический пользовательский интерфейс с отображением на экране графиков (трендов) возмущающего воздействия и регулируемой величины, а также значений параметров, характеризующих качество управления: математического ожидания и дисперсии регулируемой величины.

1. Описание процесса и системы регулирования.

Функциональная схема процесса мерсеризации представлена на рис.1.

Процесс мерсеризации состоит в обработке целлюлозы щелочью в специальном аппарате – баке-мерсеризаторе. В результате процесса образуется так называемая альфа-целлюлоза.

Сухая целлюлоза через транспортер подается в бак-мерсеризатор. Туда же подается щелочь через специальный бачок-дозатор. В баке-мерсеризаторе установлена мешалка, обеспечивающая равномерное перемешивание. В результате смешения указанных компонентов образуется пульпа. По мере необходимости образовавшаяся смесь откачивается насосом на дальнейшую обработку.

Постоянство  уровня в баке-мерсеризаторе обеспечивается установленным в дозаторе сливным устройством (при этом соблюдается принцип сообщающихся сосудов).

Насос, откачивающий смесь из бака-мерсеризатора, и транспортер, подающий сухую целлюлозу в бак, приводятся в движение соответствующими двигателями (приводами).

Согласно технологическому регламенту, необходимо поддерживать концентрацию целлюлозы в баке на неизменном уровне.

Система регулирования, реализующая данную задачу, построена из следующих элементов: датчика концентрации (на схеме обозначен как QE-1-1), регулятора (на схеме обозначен как QC-1-2), исполнительного двигателя и дифференциала.

Датчик концентрации является первичным преобразователем, т.е. осуществляет преобразование измеренного значения концентрации в электрический сигнал (напряжение).

Регулятор реализует пропорциональный закон регулирования, формируя управляющий сигнал (напряжение) пропорционально ошибке регулирования, равной разности текущего и требуемого значения концентрации.

Напряжение с выхода регулятора подается в цепь якоря исполнительного двигателя, формируя тем самым регулирующее воздействие.

Дифференциал выполняет функцию механического сложения оборотов основного двигателя (который вращается с постоянной частотой) и исполнительного двигателя.

Таким образом, регулирование концентрации целлюлозы в баке-мерсеризаторе осуществляется изменением частоты вращения валов транспортера, подающего сухую целлюлозу в бак.

На схеме использованы следующие обозначения:

ω₁ – частота вращения привода насоса;

ω₂₀ – частота вращения основного двигателя транспортера;

ω₂ – частота вращения на выходе дифференциала;

ω₃ – частота вращения исполнительного двигателя.

Рис.1. Функциональная схема процесса мерсеризации.

где:  1 – бак с целлюлозой – мерсеризатор;

2 – транспортер;

3 – дифференциал;

4 – основной мощный двигатель;

5 – двигатель насоса подачи пульпы;

6 – насос подачи пульпы;

7 – дозатор;

w₁ – переменная частота вращения двигателя насоса подачи пульпы (случайная величина);

w₂ – суммарная частота вращения исполнительного двигателя (w₃) и основного мощного    двигателя (w₂₀): w₂ = w₃ + w₂₀;