УДК 681.5

ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ В ПРОЦЕССЕ РЕКУПЕРАЦИИ БЕНЗИНА

Медведева Людмила Ивановна1, Казакова Елена Георгиевна2
1Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного технологического университета (ВПИ (филиал) ВолгГТУ), кандидат технических наук, доцент кафедры Автоматики, электроники и вычислительной техники
2Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного технологического университета (ВПИ (филиал) ВолгГТУ), старший преподаватель кафедры Автоматики, электроники и вычислительной техники

Аннотация
В данной статье проводится анализ каскадной системы управления с использованием регуляторов П, ПИ, ПИД в процессе рекуперации бензина. Анализ и исследование системы управления процессом проводится с применением программного средства MATLAB Simulink. Результаты исследования можно использовать в учебном процессе.

Ключевые слова: автоматический регулятор, критерий эффективности, рекуперация бензина, система управления


THE STUDY AND ANALYSIS OF THE STRUCTURE OF THE SYSTEM OF CONTROL OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS IN THE PROCESS OF RECOVERY OF GASOLINE

Medvedev Lyudmila Ivanovna1, Kazakova Elena Georgievna2
1Volzhsky Polytechnical Institute (branch) Volgograd state technological University (VPI (branch) of Volgograd state technical University), candidate of technical Sciences, associate Professor, Department of Automation, electronics and computer engineering
2Volzhsky Polytechnical Institute (branch) Volgograd state technological University (VPI (branch) of Volgograd state technical University), senior lecturer, Department of Automation, electronics and computer engineering

Abstract
In this article the analysis of cascade control systems using controllers P, PI, PID in the process of recovery of gasoline. Analysis and research of the process control system is carried out using software MATLAB Simulink. The results of the study can be used in the educational process.

Библиографическая ссылка на статью:
Медведева Л.И., Казакова Е.Г. Исследование и анализ структуры системы управления технологическими параметрами в процессе рекуперации бензина // Современная техника и технологии. 2015. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2015/04/6472 (дата обращения: 03.10.2017).

В промышленных условиях процессы адсорбции и рекуперации позволяют  получать из паровоздушной смеси (ПВС) и вторично использовать бензин. Возврат бензина в производство составляет 71%, что позволяет снижать себестоимость продукции. Процесс должен быть непрерывным, безопасным, с заданной производительностью 2500 м3/ч при минимальных материальных и энергетических затратах. Следовательно, возникает необходимость разработки системы управления технологическими параметрами в процессе, а в частности – температурой в адсорбере как основным из них.

На производстве используются одноконтурные системы управления, которые обеспечивают стабилизацию регулируемой величины и обработку простейших типов воздействий. Но одноконтурная система регулирования температуры в адсорбере обладает низким качеством и большим запаздыванием, поэтому необходимо рассматривать многоконтурные системы регулирования. В данной статье рассматривается усложнение структуры системы управления с использованием регуляторов П, ПИ, ПИД.

В настоящее время с развитием микропроцессорных систем управления, с применением программируемых логических контроллеров (ПЛК), появилась возможность организовывать гибкое управление объектом, что, в свою очередь, позволяет реализовывать сложные законы управления на базе сложных многоконтурных систем.

Важно поддержание следующих показателей эффективности: температуры внутри адсорбера, производительности адсорбера, материальных затрат на процесс. Вывод об эффективности системы управления формулируется на основании значения среднеквадратичного критерия качества (1).

 ,                                           (1)

где  – установившееся значение выходной величины,  – значение выходной величины в текущий момент времени,  – время регулирования [1.].

При разработке системы рассматривается контур управления температурой в адсорбере. Основным возмущением в процессе является расход подаваемой ПВС, который необходимо стабилизировать.

В первую очередь рассматривается возможность поддержания на уровне заданного значения основного показателя эффективности. Существуют методы изменения параметров, которые оказывают влияние на основной показатель эффективности. Выбирается линия подачи ПВС, т.к. изменение расхода ПВС, подаваемой в адсорбер, непосредственно влияет на температуру в адсорбере.

Выбирается простейшая одноконтурная система регулирования температуры в адсорбере путем изменения степени открытия проходного сечения клапана на линии подачи ПВС  (Рисунок 1).

Рисунок 1. Функциональная схема регулирования температуры в адсорбере путем изменения расхода подаваемой ПВС

Если в процессе эксплуатации происходит изменение температуры в адсорбере, то необходимо проверить расход подаваемой ПВС и отрегулировать его величину.

В программном средстве MATLAB Simulink версии R2011b моделируется процесс [2.]. И находится минимальное значение среднеквадратичного критерия качества при оптимальных настроечных параметрах регуляторов (Таблица 1).

Таблица 1 – Значения среднеквадратичного критерия качества с применением П, ПИ, ПИД регуляторов в одноконтурной САУ

Параметры САУ

П

ПИ

ПИД

передаточная функция

значение среднеквадратичного критерия качества,

19638,4

15246,7

13874,2

При исследовании одноконтурной САУ при оптимальных настроечных параметрах П-регулятора (Рисунок 2) значение среднеквадратичного критерия качества оказалось высоким, что не отвечает требованиям эффективности, поэтому были построены системы управления с ПИ и ПИД-регуляторами (Рисунок 4, 6), наиболее эффективной из которых является САУ с ПИД-регулятором.

Рисунок 2. Одноконтурная система с П-регулятором

Рисунок 3. График переходного процесса одноконтурной системы управления с П-регулятором

Рисунок 4. Одноконтурная система с ПИ-регулятором

Рисунок 5. График переходного процесса одноконтурной системы управления с ПИ-регулятором

Рисунок 6. Одноконтурная система с ПИД-регулятором

Рисунок 7. График переходного процесса одноконтурной системы управления с ПИД-регулятором

Далее исследуются показатели двухконтурной каскадной системы: регулирование расхода подаваемой ПВС на входе в адсорбер по температуре в адсорбере. При этом обеспечивается поддержание основного показателя эффективности (температуры в адсорбере) на заданном уровне 40 °С. В такой системе внутренний контур регулирования обеспечивает стабилизацию расхода ПВС, устраняя тем самым основное из возмущений, а регулятор внешнего контура поддерживает температуру на заданном значении (Рисунок 8).

Рисунок 8. Функциональная схема двухконтурной каскадной системы

В результате проведенного анализа эффективности двухконтурной каскадной системы с использованием П, ПИ, ПИД регуляторов наиболее качественной является система автоматического управления с ПИД регулятором (Таблица 2).

Таблица 2 – Значения среднеквадратичного критерия качества с применением П, ПИ, ПИД регуляторов в двухконтурной каскадной САУ

Параметры САУ

П

ПИ

ПИД

передаточная функция

значение среднеквадратичного критерия качества,

12689

8851,2

8269,7

В программном средстве MATLAB Simulink версии R2011b моделируется процесс и находится минимальное значение среднеквадратичного критерия качества при оптимальных настроечных параметрах регуляторов [2.].

Рисунок 9. Схема двухконтурной каскадной системы управления с соотношением регуляторов П-П

Рисунок 10. График переходного процесса двухконтурной каскадной системы управления с соотношением регуляторов П-П

Рисунок 11. Схема двухконтурной каскадной системы управления с соотношением регуляторов П-ПИ

 

Рисунок 12. График переходного процесса двухконтурной каскадной системы управления с соотношением регуляторов П-ПИ

Рисунок 13. Схема двухконтурной каскадной системы управления с соотношением регуляторов П-ПИД

Рисунок 14. График переходного процесса двухконтурной каскадной системы управления с соотношением регуляторов П-ПИД

При исследовании двухконтурной каскадной САУ при оптимальных настроечных параметрах ПИД-регулятора значение среднеквадратичного критерия качества оказалось минимальным, что отвечает требованиям эффективности [1.].

По результатам моделирования исследованных систем управления можно сделать вывод, что более эффективной является двухконтурная каскадная система: регулирование расхода подаваемой ПВС на входе в адсорбер по температуре в адсорбере. Минимального значения среднеквадратичный критерий достигает при значениях настроечных коэффициентов соотношения регуляторов в контурах управления П-ПИД.

Для оценки качества переходных процессов определяется прямой показатель качества – длительность переходного процесса (время регулирования) (Таблица 3). Теоретически переходный процесс длится бесконечно долго, однако практически считается, что он заканчивается, как только отклонения регулируемой величины от нового ее установившегося значения не будут превышать допустимых пределов ∆. Обычно принимают ε от hуст. Временем регулирования характеризуют быстродействие системы.

Таблица 3 – Время регулирования переходных процессов

Значение времени регулирования

Одноконтурная САУ

Двухконтурная каскадная САУ

П регулятор

7,2 мин

7,3 мин

ПИ регулятор

7,1 мин

7 мин

ПИД регулятор

7 мин

6,9 мин

Таким образом, на основании проведенного исследования, эффективность двухконтурной каскадной системы с ПИД регулятором подтверждается, поскольку время регулирования системы составляет 6,9 минут с момента приложения ступенчатого входного воздействия.

Данное исследование может быть использовано в качестве лабораторной работы при изучении дисциплин «Автоматизированные системы управления», «Автоматизация технологических процессов и производств» для студентов технических ВУЗ(ов).


Библиографический список
  1.  Сенигов П.Н. Теория автоматического управления: Конспект лекций. – Челябинск: ЮУрГУ, 2001 – 93 с.
  2. Ануфриев И. Matlab 7: Наиболее полное руководство/ И. Ануфриев, А. Смирнов, Е. Смирнова. – СПб : БХВ-Петербург, 2005.
  3. Технологический регламент процесса рекуперации бензина, ОАО «Волжский завод асбестовых технических изделий».


Все статьи автора «Мустафина Джамиля Алиевна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: