РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ И ТЕПЛООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ТЕПЛООБМЕННИКЕ ИДЕАЛЬНОГО СМЕЩЕНИЯ

Протас Р. В. Барсуков Д. Л.

Томский политехнический университет, г.Томск, Россия

Внедрение автоматизированных систем управления (АСУ) в различные сферы хозяйственной деятельности, и в первую очередь в управление оборудованием и технологическими процессами, способствует ускорению научно-технического прогресса. Для решения этих задач необходимо осуществить подготовку квалифицированных специалистов, способных обслуживать современное автоматизированное промышленное производство.

В данном докладе излагаются результаты разработки системы автоматизации гидродинамических и теплообменных процессов в аппарате идеального смешения.

Проточный теплообменник идеального перемешивания–это аппарат, снабженный устройством для интенсивного перемешивания и характеризующийся непрерывным вводом и выводом теплоносителей. В модели идеального перемешивания предполагается, что в рассматриваемом объеме аппарата происходит мгновенное и равномерное распределение температуры.

АСУ гидродинамических и теплообменных процессов состоит из двух уровней: нижний уровень включает в себя объект (теплообменник идеального перемешивания), датчики (температуры, уровня, расхода), исполнительные устройства и микропроцессорный контроллер Ломиконт; верхний уровень реализует функции сбора, обработки и представления информации, который выполнен на базе персонального компьютера. В качестве программного средства на верхнем уровне используется SCADA-система TRACE MODE.

В процессе выполнения работы по созданию учебной лабораторной установки решены следующие задачи.

Проанализированы особенности теплообменников идеального смешения. Произведен анализ возможных вариантов структуры установки, систем управления теплообменником и выбран оптимальный вариант с учетом реальных источников холодной и горячей воды. Особенностью этого варианта является относительно простая реализация, достаточно широкий диапазон изменения контролируемых величин.

Для выбранного варианта разработана математическая модель теплообменника идеального смешения, в которую входят уравнения материального и теплового балансов. На основе математического описания разработана виртуальная модель установки. Разработка модели состояла из двух этапов: на первом этапе разработана программа, моделирующая теплообменник идеального смешения и драйвер связывающий моделирующую программу с монитором реального времени SCADA-системы ТРЕЙС МОУД; на втором этапе разработана модель структуры установки в пакете ТРЕЙС МОУД. Данная модель используется для изучения гидродинамических и теплообменных процессов. При моделировании задаются характеристики технологического объекта управления: конструктивные параметры и начальные условия входных переменных. Важным результатом моделирования явилось получение переходных функций. Полученные переходные функции объекта аппроксимировались по методу Орманса, в результате чего найдены постоянные времени и коэффициенты передачи объекта по каналам управления и возмущения. В результате моделирования также определены оптимальные размеры емкости теплообменника.

На следующем этапе разрабатывалась функциональная схема автоматизации теплообменника, и производился выбор функциональных элементов исходя из габаритных размеров стойки, где размещено технологическое оборудование, диапазона изменения контролируемых переменных и необходимой точности их измерения. После разработки функциональной схемы каждый ее элемент математически описан и составлены структурные схемы систем автоматического управления температуры и уровня. Произведен синтез систем автоматического управления, рассчитаны переходные процессы этих САУ и по ним определены прямые показатели качества.

Далее произведен монтаж составных частей стенда, включая разводку труб и электрическую проводку. Одновременно разрабатывались каналы измерения температуры, расхода и уровня. Для измерения температуры выбран медный термометр сопротивления ТСМ-1 и нормирующий преобразователь БУС-10; для измерения уровня уровнемер ДУЕ-1; для измерения расхода холодной воды расходомер СШ-15, а для измерения расхода горячей воды расходомер ИР-45. Информация с датчиков поступает на контроллер и далее по последовательному интерфейсу на ЭВМ. Исследовались метрологические характеристики основных каналов измерения.

В результате проделанной работы разработана учебная лабораторная установка, позволяющая изучать реальные системы контроля важных технологических переменных температуры, уровня и расхода воды и системы управления этими переменными.

e-mail: asf@asf.e-burg.ru