Принципы эффективного управления технологическими процессами в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

____________________________________

Казанский государственный

энергетический университет

Методические указания

К практикуму

По курсу

«ПРИНЦИПЫ ЭФФЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ, ТЕПЛОТЕХНИКЕ И ТЕПЛОТЕХНОЛОГИИ»

Казань 2016

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Л. В. ПЛОТНИКОВА

ПРИНЦИПЫ ЭФФЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ, ТЕПЛОТЕХНИКЕ И ТЕПЛОТЕХНОЛОГИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ

ПРАКТИКУМА

Казань 2016

УДК 621.1

ББК 31.3

Т34

Рецензенты:

Доцент кафедры «Автоматизация технологических процессов и производств» Казанского государственного энергетического университета кандидат технических наук Богданов А.Н.

Доцент кафедры «Оборудования пищевых производств» Казанского национального исследовательского технологического университета, кандидат технических наук Кузнецов М.Г.

Плотникова Л.В.

Принципы эффективного управления технологическими процессами в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологии: Методические указания к выполнению практикума / Сост. Л.В. Плотникова. – Казань: Казан.гос. энерг. ун-т, 2016. – 96 с.

Методические указания к выполнению практикума содержат описание принципов построения схем управления технологическими процессами для теплоэнергетического оборудования, описание используемых методик расчета и задания по дисциплине «Принципы эффективного управления технологическими процессами в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологии».

Сборник предназначен для студентов очной и заочной форм обучения, проходящих обучение по направлению 13.04.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» профильной направленности «Проектирование теплоэнергетических систем предприятий и ЖКХ» и «Эксплуатация и оптимизация теплоэнергетических систем», выполняющих практикум по дисциплине «Принципы эффективного управления технологическими процессами в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологии».

ВВЕДЕНИЕ

Повышение единичной мощности теплоэнергетического оборудования объектов энергетики и промышленных производств в значительной мере предопределяет современную систему управления процессами на объекте, которая способствует росту производительности производства и меняет роль человека в процессе производства продукции. Переход на эффективные системы управления теплоэнергетическими и теплотехнологическими процессами с использованием средств вычислительной техники является одним из главных путей интенсификации промышленных производств и объектов энергетики.

В данных методических указаниях рассмотрены правила построения функциональных и алгоритмических схем управления технологическими процессами в теплоэнергетическом и теплотехнологическом оборудовании; приведены примеры разработки систем управления процессами в различных промышленных теплотехнологических схемах; описан алгоритм анализа качества управления технологическими процессами; представлена методика обработки информации в автоматизированных системах управления процессами.

Рассматриваются вопросы управления технологическими процессами в элементах теплоэнергетического и промышленного оборудования: в теплообменных аппаратах, в котлах, в деаэраторах, в скрубберах, в сушильных, выпарных, ректификационных и теплоутилизационных установках.

Материал для каждого практического занятия содержит цель работы, теоретическую часть, задание, контрольные вопросы.

В результате изучения дисциплины «Принципы эффективного управления технологическими процессами в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологии» у студента формируются следующие компетенции:

– готовность применять методы и средства автоматизированных систем управления технологическими процессами в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологиях (ПК-6);

– готовность к руководству коллективом исполнителей, принятию решений, определению порядка выполнения работ (ПК-8);

– готовность к организации работы по осуществлению надзора при изготовлении, монтаже, наладке, испытаниях и сдаче в эксплуатацию выпускаемых изделий и объектов (ПК-10)

В результате освоения дисциплины «Принципы эффективного управления технологическими процессами в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологии» обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:

– знать современные и перспективные пути решения проблем направления; автоматизированных систем управления технологическими процессами (ПК-6);

– уметь разрабатывать эскизные, технические и рабочие проекты объектов и систем теплоэнергетики, теплотехники и теплотехнологии с использованием средств автоматизации проектирования, передового опыта их разработки (ПК-6, ПК-10);

– владеть принципами рационального управления технологическими процессами в профессиональной сфере (ПК-8, ПК-10).

ПРАКТИКУМ № 1 (2 часа)

Теоретическая часть

Задание

1. Ознакомиться со структурами алгоритмических и функциональных схем управления теплоэнергетическими процессами.

2. По аналогии с барабанным паровым котлом привести формулы для передаточных функций деаэратора атмосферного типа и скруббера Вентури.

Контрольные вопросы

1. В чем различие между алгоритмической и функциональной схемами теплоэнергетического оборудования?

2. Какие параметры потоков наносятся на алгоритмическую схему теплоэнергетического оборудования?

3. Каково назначение измерительных преобразователей, исполнительного устройства?

4. Какие контроллеры находят наиболее широкое применение в теплоэнергетике?

ПРАКТИКУМ № 2 (2 часа)

Теоретическая часть

Задание

1. Ознакомиться с возможными недостатками САУ и правилами выбора эффективного способа управления процессами.

2. Проанализировать работу САУ разрежения в верхней части топки парового котла ДКВР 20/13. Тренд разрежения за 8 часов занесен в таблицу дискретных значений m_i через равные интервалы времени - табл. 3.

Таблица 3. Дискретные значения разрежения

Время, мин	Разрежение, mi, Па

Остаточные случайные отклонения ν_i дискретного значения разрежения m_i представлены в табл. 4.

3. Рассчитать:

– среднеарифметическое значение разрежения х, Па;

– среднеквадратичное отклонение ряда дискретных значений разрежения по формуле Бесселя и по формуле нормального распределения; сравнить значения среднеквадратичного отклонения, сделать вывод о применимости действительного закона распределения;

– дисперсию D;

– границу доверительного интервала отклонения разрежения от математического ожидания ∆_гр, Па;

– диапазон разрежения Р, Па,исходя из результатов обработки тренда;

– сделать вывод о удовлетворении САУ разрежением требованиям регламента. По регламенту разрежение должно быть в диапазоне 9–13 Па.

Таблица 4. Остаточные случайные отклонения ν_i дискретного значения разрежения m_i

№ п/п	νi	№ п/п	νi
	-0,2		-1,2
	0,8		-1,2
	-0,2		-0,2
	-0,2		-0,2
	0,8		0,8
	1,8		0,8
	0,8		0,8
	0,8		-0,2
	0,8		-1,2
	-0,2		-1,2
	-0,2		-0,2
	-1,2		-0,2
	-0,2

Контрольные вопросы

1. Какими параметрами следует управлять в промышленных процессах сушки с помощью САУ для эффективной работы технологической линии?

2. По каким параметрам оценивают качество управления САУ?

3. Что рассчитывают по формуле Бесселя?

ПРАКТИКУМ № 3 (2 часа)

Теоретическая часть

Выпарная установка состоит из подогревателя упариваемого свежего раствора и выпарного аппарата (теплообменного выпарного корпуса) (рис. 9).

Теплоноситель (свежий греющий пар) поступает в межтрубное пространство подогревателя. В выпарной аппарат поступают и нагретый и свежий растворы.

Входными переменными являются температура, плотность (концентрация сухих веществ) расход поступающего раствора. Выходные переменные: плотность упаренного щелока, производительность установки по испаряемой воде, разрежение в аппарате.

Рис. 9. Теплотехнологическая схема однокорпусной выпарной установки

Для обеспечения работы выпарной установки по регламенту необходимы САУ и АСК.

Задание

Согласно рассмотренным в Практикуме № 1 примерам построения функциональных схем управления технологическими процессами разработать функциональную схему управления процессами в однокорпусной выпарной установке с включением позиций (поз.) следующих САУ и АСК:

поз.1 – АСК давления теплоносителя,

поз.2 – АСК концентрации свежего раствора,

поз.3 – САУ расходом теплоносителя,

поз.4 – АСК расходов свежего раствора,

поз.5 – САУ плотностью упаренного щелока (по температурной депрессии),

поз.6 – АСК температур свежего раствора, теплоносителя, упаренного раствора и внутри выпарного аппарата,

поз.7 – упаренного раствора,

поз.8 – САУ уровнем в аппарате,

поз.9 – САУ разрежением,

поз.10 – вторичного (сокового) пара.

Плотность упаренного щелока управляется косвенно – по температурной депрессии. Температурная депрессия – это превышение температуры кипения выпариваемого щелока над температурой выделяющегося из него вторичного (сокового) пара. САУ плотностью (поз.5) выдает задание САУ расходом теплоносителя (поз.2).

Контрольные вопросы

1. Какие технологические процессы протекают в выпарной установке? Какими входными и выходными переменными они характеризуются?

2. Какие САУ и АСК необходимы для эффективной работы выпарной установки?

ПРАКТИКУМ № 4 (2 часа)

Теоретическая часть

Аппарат с кипящим слоем (КС) предназначен для сушки различных материалов (например, для сушки соли) (рис. 10). Аппарат имеет прямоугольное сечение и состоит из топки, газораспределительной решетки, загрузочного устройства со встроенным разбрасывателем и приспособления для разгрузки аппарата. Площадь газораспределительной решетки 3,25 м².

Рис. 10. Теплотехнологическая схема сушильного аппарата с кипящим слоем

В топку под давлением подается природный газ, продукты сгорания которого используются в качестве теплоносителя для сушки материала. В топке поддерживается температура 1400 ⁰С.

В камере смешения топочные газы перемешиваются с подаваемым холодным атмосферным воздухом. В результате образуется теплоноситель с температурой 300–400 °С. Воздух, предварительно очищенный в ячейковых фильтрах, подается турбовоздуходувкой в топку и камеру смешения.

В аппарате с кипящим слоем зоной взаимодействия твердых частиц и газов является псевдоожиженный слой, образующийся на газораспределительной решетке при подаче на нее сверху влажного продукта, а снизу – теплоносителя, создающего эффект псевдоожижения.

Аппарат работает с избыточным давлением в топке и нижней части корпуса, расположенной под газораспределительной решеткой. Величина давления соответствует сумме аэродинамического сопротивления слоя, которое примерно равно массе материала на 1 м² его поверхности, и сопротивления решетки, зависящего от ее живого сечения и скорости теплоносителя.

В случае использования установки для сушки в производстве поваренной соли на вход в аппарат поступает вакуум–выварочная соль с температурой 35 °С и влажностью 4 %. На выходе из аппарата образуется пищевая поваренная соль с содержанием хлористого натрия по сухому веществу не менее 99,7 %, с температурой 80 °С и влажностью 0,1 %.

Наиболее важным показателем процесса сушки в аппарате с КС является температура слоя. Необходимость стабилизации температуры обусловлена требованием получения продукта с заданным конечным влагосодержанием. Понижение температуры слоя вызывает повышение конечной влажности материала, что в некоторых случаях может ухудшать условия псевдоожижения и приводить аппарат к предаварийному состоянию. Кроме того, при снижении температуры слоя понижается температура отходящих газов, что связано с опасностью конденсации паров в узле пылеулавливания.

Увеличение температуры слоя приводит к снижению КПД аппарата и снижению производительности дымососа. Это может явиться причиной снижения расхода теплоносителя и уменьшения производительности аппарата.

Задание

Согласно рассмотренным в Практикуме № 1 примерам построения функциональных схем управления технологическими процессами разработать функциональную схему управления для обеспечения нормального функционирования аппарата с кипящим слоем с включением позиций следующих систем автоматического контроля и управления:

поз.1 – температурой в кипящем (псевдосжиженном) слое; управлять температурой в слое изменением расхода поступающего влажного материала возможно только при наличии буферной емкости (бункера),

поз.2 – уровнем слоя материала на решетке (по перепаду давлений),

поз.3 – соотношением расходов первичного воздуха и топлива (природного газа), поступающих в топку,

поз.4 – температурой сушильного агента в смесительной камере,

поз.5 – расходом сушильного агента после смесительной камеры,

поз.6 – разрежением в верхней части аппарата).

В качестве вспомогательной информации могут быть использованы передаточные функции, рассчитанные для аппарата с КС следующих параметров: производительность установки по сухому продукту – 2,079 кг/(м²с); влажность поступающей соли – 4 %; температура теплоносителя – 350 ⁰С; температура слоя – 80 °С; масса соли в слое – 440 кг/м²:

- передаточная функция по каналу управления: расход теплоносителя на 1 м² решетки – температура слоя:

, (26)

- передаточная функция по каналу возмущения: нагрузка аппарата с КС на 1м² решетки – температура слоя:

, . (27)

Контрольные вопросы

1. Какие технологические процессы протекают в сушильной установке? Какими входными и выходными переменными они характеризуются?

2. Какие САУ и АСК необходимы для эффективной работы сушильной установки?

ПРАКТИКУМ № 5 (2 часа)

Теоретическая часть.

Теплорекуперационная установка (ТРУ) (рис. 11) предназначена для утилизации тепла пара, образующегося в процессе производства технологической продукции; в частности, химико-термомеханической массы (ХТММ). При пропарке и первоначальном запуске рафинеров образуется низкопотенциальный пар давлением 0,1 МПа, в процессе рафинирования образуется пар давлением 0,4 МПа. После рафинирования паромассовая смесь попадает в гидроциклон, где происходит сепарация пара. Однако, пар содержит химические примеси и взвешенные волокна и не может в прямом виде использоваться в дальнейшем производстве. Поэтому он подвергается терморекуперации. ТРУ включает парогенератор, подогреватель питательной воды (ПВ), оросительный конденсатор и насосы.

Рис. 11. Теплотехнологическая схема теплорекуперационной установки

На ТРУ в результате рекуперации пара ХТММ образуется чистый пар давлением 0,34 МПа и подогревается оборотная вода с температуры 35 ⁰С до температуры 70 °С.

Парогенератор предназначен для конденсации основной части пара ХТММ, образующегося в рафинерах, и приготовления соответствующего количества чистого пара из питательной воды. Парогенератор представляет собой вертикальный теплообменник с подвижной головкой, оборудованной прямотрубным пучком. Нижняя часть корпуса теплообменника служит емкостью для питательной котловой воды. Свободное межтрубное пространство теплообменника заполнено чистым паром. Отбор чистого пара из теплообменника осуществляется через канальный сепаратор.

Пар ХТММ из напорных циклонов рафинеров поступает в нижнюю часть парогенератора. Циклонный эффект, создаваемый тангенциальным входом пара и низкая скорость входящего пара, позволяют эффективно очищать пар от остаточных волокон массы.

Из нижней части парогенератора пар поступает через центральную трубу в трубный пучок испарителя. В трубах пар конденсируется, отдавая тепло питательной воде, а конденсат стекает вниз в бак. Несконденсировавшиеся газы и пролетный пар ХТММ проходят через трубный пучок в верхнюю часть испарителя и далее в подогреватель питательной воды.

Испарение чистого пара происходит из падающей пленки питательной воды, стекающей по наружной поверхности труб. Стекающая пленка создается циркулирующей питательной водой из нижнего бассейна теплообменника к верхнему сопловому бассейну. Сопловой лист распределяет воду так, что образуется однородная стекающая пленка на наружной поверхности труб. Сопловые бассейны расположены через два метра на трубном пучке для обеспечения равномерного распределения циркулирующей воды и предотвращения вибрации труб. Количество циркулирующей питательной воды в 15 раз больше количества генерируемого чистого пара. Чистый пар перед подачей в паропровод проходит сепарацию (каплеотделение). Питательная вода поступает в испаритель парогенератора через подогреватель.

Подогреватель питательной воды предназначен для окончательной конденсации пролетного пара и пара вторичного вскипания ХТММ и подогрева питательной воды до температуры испарения.

Задание

Согласно рассмотренным в Практикуме № 1 примерам построения функциональных схем управления технологическими процессами разработать функциональную схему управления технологическими процессами в парогенераторе теплорекуперационной установки с включением позиций следующих САУ и АСК:

поз.1 – САУ уровнем циркулирующей котловой воды в парогенераторе). Сигнал низкого значения уровня останавливает циркуляционный насос (I), а сигнал высокого значения уровня останавливает насос (II) питательной воды,

поз.7 – САУ уровнем конденсата в парогенераторе. Высокое значение уровня блокирует впуск пара ХТММ в парогенератор и открывает впуск этого же пара в оросительный конденсатор,

поз.3 – АСК перепада давлений между паром ХТММ и чистым паром. При превышении перепада давлений допускаемого значения включается промывка испарителя для восстановления его рабочих характеристик,

поз.4 – АСК концентрации соли циркулирующей котловой воды. При превышении концентрации соли верхнего допускаемого значения часть ПВ сливается в сток.

поз.5 – АСК давления чистого пара,

поз.6 – АСК давления пара ХТММ,

поз.8 – АСК расхода питательной воды, поступающей в подогреватель ПВ,

поз.9 – АСК температуры питательной воды, поступающей в подогреватель ПВ.

В качестве вспомогательной информации могут быть использованы передаточные функции, рассчитанные для парогенератора теплорекуперационной установки:

– передаточная функция по каналу: степень открытия клапана на трубопроводе питательной воды - уровень воды в испарителе. :

(28)

– передаточная функция по каналу: расход пара от рафинеров – уровень воды в испарителе, :

(29)

– передаточная функция по каналу: температура питательной воды – уровень воды в испарителе, :

(30)

Контрольные вопросы

1. Какие технологические процессы протекают в теплорекуперационной установке? Какими входными и выходными переменными они характеризуются?

2. Какие САУ и АСК необходимы для эффективной работы теплорекуперационной установки?

ПРАКТИКУМ № 6 (4 часа)

Теоретическая часть

Расчеты

Расчет действительных значений температур по кодам АЦП. В качестве датчика температуры возьмем, например, ХК (хромель-копелевую) термопару. Согласно табл.6 градуировочная характеристика ХК термопары в диапазоне температур 0-600 °С аппроксимируется полиномом 2-й степени в виде:

Х = 3,01 + 13,75 у – 0,03 у², (73)

где Х, θ, °С – температура в объекте; у – термоЭДС термопары.

Согласно (70) и (72) выходной сигнал датчика, термопары, выразится через код АЦП следующим образом:

. (74)

Подставляя (43) в (42):

. (75)

Учитывая что:

, (76)

получим:

. (77)

В выражениях (76) и (77): у_max - максимальное значение выходного сигнала нормирующего преобразователя; К_НП – коэффициент усиления нормирующего преобразователя.

Для заданных условий , К_НП и у_1max - постоянные величины. Следовательно, температура θ будет определяться только текущим кодом АЦП по температурному каналу – . На каждом такте опроса в ЭВМ будет поступать текущий код , по которому она, используя формулу (77), и определит текущее значение θв ⁰С.

Пример. Пусть на вход в ЭВМ по каналу измерения температуры на очередном такте опроса поступил сигнал (код АЦП), равный 768 ( = 768). При этом измерительный канал АСУ ТП для контроля температуры реализован в виде (рис.16).

Рис.16. Канал измерения температуры:

ТЕ – хромель-копелевая термопара; ТУ – нормирующий термопреобразователь; градуировка ХК. Диапазон изменений температуры на входе 0-100 °С. Выходной сигнал 0-10В; А/Ц – 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь ( = 1024).

Требуется определить по коду АЦП значение температуры в объекте в ⁰С.

Решение. Для расчета температуры θиспользуем формулу (77).

Численные значения входящих в нее величин:

= 1024 (по заданию); у_1max = 10В (по заданию);

,

где у_max– максимальное значение выходного сигнала термопары (ТЭДС) при температуре 100 ⁰С (значение температуры 100⁰С по заданию). По градуировочным таблицам имеем:

у_max = 6,84 МВ.

Следовательно, К_НП:

К_НП = = 1,46.

Подставляя значения ,у_1max ,КНП и в формулу (46), получим , °С:

Расчет действительных значений давлений, уровней и других параметров, измеряемых датчиками с линейными статическими характеристиками.Расчет значений параметров, измеряемых датчиками с линейными статическими характеристиками, осуществляется по следующим формулам:

; (78)

, (79)

где х_max , х_min – соответственно верхний и нижний пределы измерений датчика.

При х_min = 0 формула (79) преобразуется в (78).

Расчет действительных значений расходов. Расчет значений расходов осуществляется по следующим формулам:

; (80)

. (81)

Формула (80) используется для расчета расходов жидкостей, а формула (81) – для расчета расходов паровых и газовых потоков.

Для газовых потоков поправочный коэффициент K_ρвычисляется по формуле:

. (82)

Для насыщенного пара плотность ρ_g зависит только от давления:

ρ_g= ρ_g (Р) . (83)

Задав номинальное значение Р₀, можно по этой формуле рассчитать ρ₀, а затем в процессе измерений рассчитывать фактическую плотность, соответствующую текущему значению Р, и вносить поправку на изменение условий измерения.

Для перегретого пара плотность пара ρ_g, кг/м³, является функцией давления и температуры:

ρ_g= ρ_g (Р, θ) . (84)

Например, для перегретого водяного пара в диапазоне давлений 5-18 кгс/см² и температур 170-280 °Сэта зависимость имеет вид:

.(84*)

Пример. Пусть на вход ЭВМ по каналу измерения расхода перегретого водяного пара на очередном такте опроса поступил сигнал (код АЦП), равный 512 ( = 512).

В качестве измерительного преобразователя расхода использован дифманометр-расходомер Метран 100 ДД на предельный номинальный перепад давления 10 кПа и расход F_max= 630 м³/ч.

Измеряется расход перегретого пара, поэтому для расчета поправочного коэффициента K_ρ в ЭВМ помимо перепада давления необходимо также ввести давление и температуру пара перед диафрагмой.

Давление измеряется измерительным преобразователем избыточного давления (манометром) Сапфир 22 МДИ с пределом измерения 0-10 кгс/см² (0-1,0 МПа). По каналу измерения давления на данном такте опроса в ЭВМ поступил сигнал (код АЦП), равный 768 ( = 768).

Температура пара измеряется хромель-алюмелевой термопарой. В качестве нормирующего преобразователя использован термопреобразователь Ш-9322, гр.ХА. Диапазон изменений температуры на входе 0-400 °С. Выходной сигнал (после блока нагрузок) 0–10 В. По каналу измерения температуры на данном такте опроса в ЭВМ поступил сигнал (код АЦП), равный 512 ( = 512).

Аналого-цифровые преобразователи по каналам расхода, давления и температуры – 10-разрядные ( = 1024).

Требуется определить действительное значение расхода.

Решение. Для расчета расхода перегретого пара используем формулу (81).

Численные значения входящих в нее величин:

=512 (по заданию); = 1024 (по заданию);

F_max = 630 м³/ч (по заданию);

ρ₀= 3,02 кг/м³(величина, определяемая по таблицам соответствующих справочников при расчетных давлении и температуре);

ρ_g– величина, определяемая по формуле (84) при давлении и температуре, соответствующим реальным условиям измерения.

Согласно формуле (84), ρ_g является функцией давления и температуры. Следовательно, вначале по заданным кодам = 768 и = 512 определим давление и температуру в объекте.

Расчет давления. Для расчета величины давления P, кгс/см², по коду АЦП используем формулу (78):

(85)

Расчет температуры. Температура пара измеряется, как уже указывалось, хромель-алюмелевой термопарой.

Согласно табл.6, градуировочная характеристика ХА термопары аппроксимируется следующим полиномом:

х = 4,87 + 23,6 у + 0,011 у², (86)

где х = θ, °С – температура в объекте; у – термоЭДС термопары.

Учитывая (74) и (75), получим:

. (87)

Численные значения входящих в формулу (56) величин:

= 1024 (по заданию); у_1max = 10В (по заданию);

,

где у_max– максимальное значение выходного сигнала термопары (ТЭДС) при температуре 100 °С (значение температуры 400 ⁰С тоже по заданию). По градуировочным таблицам имеем у_max=16,39.

Следовательно, = 0,61.

Подставляя значения , , К_НП, у_1maxв (87) получим , °C:

Подставляя полученные значения Р иθв (84*), найдем плотность пара в реальных условиях измерения , кг/м³:

При автоматическом контроле расхода с помощью ЭВМ расчет ρ_g , кг/м³, в данном случае будет осуществляться по формуле:

,

где значения = [4,87 + 0,38 + 0,0312 · 10^-6( )²];

P ( ) = 0,00976 .

получаются из (85) и (87) при подстановки в них численных значений , К_НП, у_max.

Зная ρ₀ и ρ_g, определим поправочный коэффициент К_ρ:

К_ρ= = 1,07.

Используя формулу (81), определяем действительное значение расхода F, м³/ч:

F = = 470.

Задание

1. Изучить основные теоретические положения по сбору и первичной обработке информации в автоматизированных системах управления технологическими процессами.

2. В соответствии с исходными данными (по вариантам) решить задачи № 1 – 3 с соблюдением порядка выполнения в примерах.

Задача 1. Определение частоты опроса датчиков в АСУТП.

Исходные данные.

1. Реализация случайных процессов по параметрам х_i: температуре, расходу, давлению и др., снятие в условиях нормальной эксплуатации (выдаются студентам перед началом лабораторной работы).

2. Допустимые средние квадратичные погрешности определения параметров х_i. Численные значения величин взять в диапазоне:

0,2D_xi ≤ ≤ 0,4D_xi, (88)

где D_xi– дисперсия случайного процесса, которая в дальнейшем определяется при расчете его статистических характеристик.

3. Средние квадратичные погрешности измерительных каналов . Численные значения величин взять в диапазоне

0,06D_xi≤ ≤ 0,10D_xi.(89)

4. Вид экстраполяции (линейная, ступенчатая, стохастическая и др.).

Требуется:

1. Определить период (частоту) опроса одного или нескольких датчиков, т.е. величину _.

2. Варьируя величины ив заданных выше диапазонах, найти зависимость от этих параметров. Результаты представить в виде графиков = ( , ).

Порядок расчета.

1. Определение шага дискретизации ∆ случайного процесса.

1.1. На реализации случайного процесса х(t) (рис.17) проводим линию математическое ожидания M_x = const(если процесс строго стационарен, то математического ожидание его постоянно и равно среднему арифметическому из ординат процесса).

Рис.17. Случайный процесс по параметру x:

М_х – математическое ожидание; l – длина реализации (при N ≥ 100)

1.2. Подсчитываем число N пересечений процессом линии своего математического ожидания (N ≥100). Принимаем N = 100 и определяем длину ℓ реализации, мм.

1.3. Определяем время , с, в течение которого произошло N пересечений:

,

где -скорость движения диаграммной бумаги самописца или кадра на экране монитора, мм/с.

1.4. Определяем среднее число нулей (пересечений случайным процессом линии своего математического ожидания) в единицу времени:

.

1.5. Находим искомое время ∆ (шаг дискретизации случайного процесса).

Для случайных процессов с монотонными спектральными характеристиками величину ∆ рекомендуется выбирать по формуле:

. (90)

Если время между двумя пересечениями случайным процессом линии математического ожидания условно назв