На ш. Глубокой ш/у “Донбасс” для подогрева атмосферного воздуха, подоваемого в шахту, используются воздухоподогреватели газовые смесительные, принцип действия которых основан на смешениии продуктов сгорания природного газа с воздухом.

Таким образом, цель работы сводится к разработке системы автоматизированного управления воздухонагревателями , которая решала бы вопросы автоматического поддержания требуемой температуры в стволе во всем расчетном диапозоне изменения темпрературы наружного воздуха.

1.Анализ технологического процесса как объекта автоматизации. Требования к системе автоматизации.

Таким образом, система должна выполнять следующие функции:

• защитное отключение подачи газа к блоку горелок в аварийных режимах;
• воспроизводить световую и звуковую сигнализацию.

Защитное отключение подачи газа к блоку горелок осуществляется в следующих случаях:

• при повышении давления газа перед блоком горелок выше установленой велечины – 3,1 кПа;
• при понижении давления газа перед блоком горелок ниже установленой велечины – 0,1 кПа;
• при уменьшении абсолютной величины разрежение в камере горения ниже

• при повышении температуры смеси (нагретого воздуха) более 80 ⁰ С ;
• при погасании контролируемого пламени горелочного устройства ;
• при исчезновении электрического напряжении в цепях автоматики

( прекращение подачи электроэнергии ) ;

• при превышении предельно допустимой концентрации метана;
• при превышении предельно допустимой концентрации угарного газа ;
• при изменении скорости (до 0,85 номинальной ) и направления потока воздуха .

2. Разработка функциональной схемы

1. Структурная схема управления. Передаточные функции.

В качестве исполнительного механизма принят механизм типа МЭО – 16/25-0,25Р с постоянной скоростью вращения [2]. Согласно [1] передаточной функции указанного механизма является функция идеального интегратора :

где постоянная времени интегрировании :

, с

где Т_рх – номинальное время полного хода выходного вала, Т_рх =25 с;

φ_им – полный ход выходного вала, φ_им = 0,25 об.

Зависимость расхода топлива от угла поворота вала при использовании заслонки в качестве РО является не линейным . Для “ устранения” нелинейности предлагается апроксимировать нелинейную характеристику в виде кусочно – гладкой . Таким образом , нелинейная характеристика разобъется на участки с различными tgα_i (рис. 3.2) [3]. После апроксимации зависимость расхода топлива от угла поворота вала выразиться уравнением :

где В_Т – расход топлива , м³/с;

α – σгол поворота вала заслонки, град;

К_i – коэффициент пропорциональности:

Таким образом ,передаточная функция по каналу угол поворота заслонки – расход топлива примет вид безинерционного звена

Аналогично изложенному методу получим передаточную функцию по каналу расход топлива – выделившееся количества тепла :

где - представляет низкую теплоту сгорания топлива, Дж/м³,

К=35,6 * 10 ⁶Дж/м³ .

В связи с наличием защитного кожуха, датчик обладает инерционностью и описывается апериодическим звеном первого порядка:

где передаточный коэффициент :

, Ом/ ⁰С

Для “устранения” инерционности датчиков , последовательно с ними включены корректирующие устройства W_{кор 1} и W_{кор 2} , передаточная функция которых имеет вид [1]:

. Для оценки динамических свойств воздухоподогревателя совместно с каналом, соединяющий последний со стволом, как объекта уравнения воспользуемся уравнением теплового баланса; составленного без учета потерь в окружающую среду :

где Q_T – теплота, выделившаяся при сгорании топлива, Вт;

Q^’_Н – теплота, вносимая наружным воздухом, Вт;

Q_CM количества тепла, поступающего в ствол через воздухоподогреватели, Вт;

m - масса обмуровки воздухоподогревателя, кг;

С_р – теплоемкость обмуровки воздухоподогревателя, Дж/( кг ⁰С)

T_об – температура стенки обмуровки , ⁰С .

находим :

Количества тепла , отданное смесью обмуровке при переходе из одного установившегося состояния в другое , выражается уравнением :

где F – площадь поверхности обмуровании, м² ;

- коэффициент теплопередачи от смеси к стенкам обмуровки ,

С учетом ранее введеннего условного обозначения :

Подставляя выражение ( 6 ) в уравнение ( 3 ) получим :

где ( 8 )

Преобразуя уравнение (7) по Лапласу, получаем передаточную функцию воздухоподогревателя как объекта системы управления:

В качестве входной величины используется изменение количества тепла, поступившего в воздухоподогреватель, а выходной – количество тепла, внесенное нагретой смесью в ствол.

Таким образом, звено вохдухоподогреватель – соединительный канал является статистическим объектом с запаздыванием:

где -время запаздывания, с.

В качестве закона регулирования принимается пропорционально-интегральный закон управления, который формируется совместно регулятором и исполнительным механизмом и имеет вид:

где К_р –коэффициент пропорциональности;

Т_и-постоянная времени интегрирования,с.

Параметры настройки К_р и Т_и определяются, например, из критерия модульного оптимума, изложенного в [1].

В заключении отметим, что в связи с переменной структурой параметра К_i РО, система должна быть самонастраивающейся, что легко осуществимо с применением цифровых вычислительных устройств.

1.Лукас В.А. Теория автоматического управления : Учеб. Для вузов . – 2-е изд ., перераб. и доп.- М.: Недра, 1990 . – 416 с. : ил.

2. справочник по наладки автоматических устройств контроля и регулирования . – К.: Наукова Думка , 1976 . – Нестеренко А.Д. и др.

3.Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям ,1960.