Курсовая работа: Моделирование автоклава с ПИД-регулятором

J. G. Ziegler и N. B. Nichols также определили зависимость между периодом возникающих автоколебаний и постоянными времени интегрирования и дифференцирования.

Благодаря найденным соотношениям, появилась возможность быстро и просто настраивать П-, ПИ- и ПИД-регуляторы, не прибегая к сложным математическим расчетам.

Ниже приводится последовательность испытания САР для определения параметров настройки П-, ПИ- и ПИД-регуляторов по методу Циглера (Зиглера) - Николса.

1. Выставляем время интегрирования и дифференцирования на ноль (Смотреть инструкцию регулятора. Для большинства промышленных регуляторов предусматривается, что интегральная и дифференциальная составляющие регулирующего воздействия выключаются при нулевых установках. Альтернативный вариант, - Тi выставляется на максимальное значение, Тd на 0.);

2. Выставляем широкую зону пропорциональности регулятора и наблюдаем как протекает переходный процесс в САР;

3. Постепенно уменьшая зону пропорциональности регулятора выходим на значение, при котором начинается автоколебательный процесс с постоянной амплитудой;

4. Измеряем период колебаний T;

5. Постепенно увеличивая зону пропорциональности, находим пороговое значение, при котором регулятор переходит в режим затухающих колебаний. Это зона пропорциональности для максимальной чувствительности регулятора. Обозначим ее PBs (Кs, если применяется коэффициент передачи регулятора);

6. Пользуясь таблицей, см. рис. 50, вычисляем значения параметров настройки регулятора;

7. Выставляем полученные значения для зоны пропорциональности, постоянной времени интегрирования и постоянной времени дифференцирования;

8. Проверяем работу регулятора и при необходимости осуществляем подстройку параметров.

В таблицу, см. рис. 2, сведены значения для настройки П-, ПИ- и ПИД-регуляторов при использовании метода Циглера - Николса, а на рис. 51 показан график регулируемой величины в режиме автоколебаний.

Рис.2

Применение ПИД-регулятора на примере моделирования автоклава

При стерилизации (пастеризации) должен строго соблюдаться установленный технологической инструкцией режим (температура, продолжительность и давление при стерилизации, пастеризации) с обязательной записью в особый пронумерованный, прошнурованный и скрепленный печатью за подписью главного инженера и заведующего лабораторией цеховой журнал фактических данных о времени подъема температуры, продолжительности стерилизации (пастеризации) и охлаждения консервов, а также о минимальной температуре и давлении во время стерилизации (пастеризации) (форма К-8).

Партия консервов считается простерилизованной только в том случае, если диаграмма температурного режима соответствует заданному температурному режиму с допустимой погрешностью по: температуре не более -1,50С; по времени нагрева, стерилизации и охлаждения - не более 1,5 мин для каждого значения. В примечании указывают отклонения, имевшие место в процессе стерилизации (пастеризации), в продолжительности, температуре и давлении.

Если стерилизация (пастеризация) консервов проведена по режиму, отличающемуся в отношении температуры или продолжительности в меньшую сторону по сравнению с утвержденным, то продукция такой автоклавоварки непригодна для реализации и подлежит переработке или перестерилизации по указанию начальника цеха.

Автоклавы должны быть оборудованы контрольно-регистрирующими самопишущими приборами. Работа на автоклавах с неисправными барографами и термографами запрещается, так как процесс стерилизации доводится по показаниям термографа и барографа. На термограмме и барограмме должны быть четко чернилами указаны наименование консервов, номер автоклавоварки, смена, дата стерилизации и фамилия стерилизаторщика. Соответствие показаний термограмм и барограмм записям в цеховом журнале стерилизации проверяется лицом, назначенным заведующим лабораторией предприятия.

Создание системы автоматического поддержания температуры пара автоклава является достаточно серьёзной задачей, решение которой возможно использованием системного подхода и рассмотрения всех вышеприведённых вопросов.

Автокла́в

Автокла́в — аппарат для проведения различных процессов при нагреве и под давлением выше атмосферного. В этих условиях достигается ускорение реакции и увеличение выхода продукта. При использовании в химии или для проведения химических реакций используют название химический реактор. При использовании в медицине для стерилизации при высоком давлении и температуре — только автоклав. В случае, если стерилизация проводится при высокой температуре но без давления используют термин стерилизатор или сушильный шкаф. Был изобретён Чарльзом Чемберлендом в 1879.

Разновидности автоклавов

Автоклавы бывают: вращающиеся, качающиеся, горизонтальные, вертикальные и колонные. Автоклав представляет собой сосуд либо замкнутый, либо с открывающейся крышкой. При необходимости снабжаются внутренними, наружными или выносными теплообменниками, механическими, электромагнитными, либо пневматическими перемешивающими устройствами и контрольно-измерительными приборами для измерения и регулирования давления, температуры, уровня жидкости и т. п.

Конструкция автоклавов

Конструкция и основные параметры промышленного автоклава разнообразны, ёмкость от нескольких десятков см³ до сотен м³, предназначаются для работы под давлением до 150 МН/м² (1500 кгс/см²) при температуре до 500 °C. Для химических производств перспективны бессальниковые автоклавы с экранированным электродвигателем, не требующим уплотнения. Ротор этого электродвигателя насажен непосредственно на вал мешалки и накрыт герметичным тонкостенным экраном из немагнитного материала, не препятствующего проникновению магнитных силовых линий от статора электродвигателя к ротору. При производстве строительных материалов применяют туннельные или тупиковые автоклавы. Внешне они представляют из себя трубу 3-6 м в диаметре и 15 — 20 м в длину закрываемую крышкой с байонетным затвором (тупиковые с одной стороны, туннельные с 2-х сторон).

Применение автоклавов

Автоклавы применяются в химической промышленности (производство гербицидов, органических полупродуктов и красителей, в процессах синтеза); в гидрометаллургии (выщелачивание с последующим восстановлением из растворов цветных и драгоценных металлов, редких элементов); в резиновой промышленности (вулканизация технических изделий); в консервной промышленности (стерилизация консервов); в промышленности стройматериалов. Автоклавы широко используются в медицине. Также при создании изделий из карбонового волокна, для придания им твердых форм. Рубашка автоклава защитная — устройство, предохраняющее швы и основной материал корпуса реактора о воздействия теплоносителя.

Клапаны