Riadenie etážovej rektifikačnej kolóny

Príprava na cvičenie:

1. Bakošová, M., Fikar, M., Čirka, Ľ.: Základy automatizácie. Laboratórne cvičenia zo základov automatizácie. STU, Bratislava 2003. Kap. 10: experimentálne metódy syntézy regulátora.
2. Materiál o vybraných experimentálnych metódach syntézy regulátorov

Forma cvičenia: samostatná práca

Cieľ cvičenia: navrhnúť regulátor pre riadenie etážovej rektifikačnej kolóny

Opis kolóny: Kolóna, ktorú treba riadiť, je etážová rektifikačná kolóna pre delenie zmesi benzén – toluén. Do kolóny je privádzaný nástrek s mólovým tokom n_F= 22,5 kmol h^-1 a mólovým zlomkom toluénu v nástreku x_F= 0,23. Kolóna má 25 etáží, nástreková etáž je 14., účinnosť varáka=100%, účinnosť etáží=60%. V kolóne treba riadiť zloženie destilátu, t.j. mólový zlomok toluénu v destiláte x_D spätným tokom do kolóny n_L. Hodnoty riadiacej veličiny n_L a riadenej veličiny x_D na začiatku sú:
spätný tok do kolóny n_L^s= 22,26 kmol h^-1;
mólový zlomok toluénu v destiláte: x_D^s= 0,667.
Pri riadení predpokladajte, že žiadaná hodnota mólového zlomku toluénu v destiláte: x_D= 0,95. Zloženie destilátu, t.j. mólový zlomok toluénu v destiláte treba riadiť s presnosťou na 3% zo žiadanej veličiny (parameter d pri simulácii riadenia).

Úlohy:

1. Identifikujte etážovú rektifikačnú kolónu. Pre identifikáciu náhradného prenosu etážovej rektifikačnej kolóny simulujte prechodovú charakteristiku (program kolsm) tak, že n_L sa v čase t0=0,1h zmení skokom z pôvodnej hodnoty n_L^s= 22,26 kmol h^-1 na hodnotu n_L= 24,26 kmol h^-1.

2. Identifikovaný prenos porovnajte s pôvodným nelinárnym modelom etážovej rektifikačnej kolóny pomocou ich odozvy na skokovú zmenu spätného toku do kolóny n_L z pôvodnej hodnoty n_L^s= 22,26 kmol h^-1 na hodnotu na hodnotu n_L= 24,26 kmol h^-1 (program kolnpsm).

3. Každou zo známych metód navrhnite podľa možnosti jeden P regulátor a jeden regulátor s I zložkou.

4. Simulujte riadenie etážovej rektifikačnej kolóny navrhnutými regulátormi pomocou programov kolrasm (Aströmov regulátor) a kolrsm (všetky ostatné). Pri riadení predpokladajte, že žiadaná hodnota mólového zlomku toluénu v destiláte: x_D= 0,95. Zloženie destilátu, t.j. mólový zlomok toluénu v destiláte treba riadiť s presnosťou na 3% zo žiadanej veličiny (parameter d pri simulácii riadenia).

5. Navrhnuté regulátory porovnajte na základe známych ukazovateľov kvality: času regulácie a trvalej regulačnej odchýlky. Výsledky spracujte do tabuľky.

6. Z cvičenia netreba vypracovať protokol. Treba si urobiť len dobré poznámky tak, aby boli použiteľné pri príprave na skúšku.

Nové súbory k cvičeniu (5 súborov):

kolsf.m

kolsm.mdl

kolnpsm.mdl

kolrsm.mdl

kolrasm.mdl