46170

Розробка багатоконтурної системи регулювання дифузійної установки на базі контролера Реміконт-130

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Вибір і обгрунтування критерію управління Для оцінки працездатності автоматичних систем керування використовуються різні показники але загальними вимогами є : стійкість – це необхідна але не достатня умова для автоматичних систем регулювання це означає збіжність перехідних процесів тобто обмежений час їх тривалості; якість – що характеризується якістю перехідних процесів : відхилення від заданого режиму в статиці та динаміці ступінь затухання і тривалість перехідних процесів; надійність яка доповнюється...

Украинкский

2013-11-19

443.5 KB

2 чел.

Міністерство освіти і науки України

Національний університет харчових технологій

Кафедра автоматизації і компютерно-

інтегрованих технологій

Курсова робота

з дисципліни

„Автоматизація технологічних процесів”

на тему

Розробка багатоконтурної системи регулювання дифузійної

установки на базі контролера Реміконт-130

                                                                                    

                                                                                    

      Виконав:

                                                                                       студентка групи АКС-4-1

                                                                                       Давиденко Є.В.

                                                                                       Прийняв:

                                                                                       Ладанюк А.П.

Київ 2009

Зміст

Вступ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

  1.  Вибір і обгрунтування критерію управління. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
  2.  Аналіз статичних і динамічних властивостей ТОУ та вибір каналів управління. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
  3.  Розробка структури системи (алгоритму управління) та розрахунок її параметрів. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
  4.  Конфігураційна схема системи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Висновок. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23

Література. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

Вступ

     Автоматизація технологічних процесів – одне з найважливіших напрямків технологічного прогресу. Без неї неможлива сучасна промисловість. В результаті автоматизації інтенсифікуються процеси випуску продукції, підвищується продуктивність та покращуються санітарно – гігієнічні умови праці, досягається стабільно висока якість та надійність продукції, ресурсозбереження, поліпшення екології навколишнього середовища,  підвищення продуктивності праці, скорочення витрати матеріалів і енергії, впровадження прогресивних методів управління виробництвом і підвищення надійності роботи, виконання робіт у важкодоступних чи взагалі недоступних людині сферах, а також можливість виконання важкореалізуємих операцій. Особливого значення набуває автоматизація технологічних процесів в цукровій промисловості.

     Функції управління автоматизованим виробництвом виконує машина – автоматичний керуючий пристрій. Роль людини в автоматизованому виробничому процесі обмежується операціями випробування, налагодження та включення автоматичної системи в роботу та періодичним наглядом за її функціонуванням.

     Сучасне цукрове виробництво базується на безперервності технологічного процесу з використанням основного безперервно діючого обладнання, а отже, є можливість комплексно або повністю автоматизувати дану галузь.

     Сучасний стан розвитку систем управління характеризується широким впровадженням управляючої мікропроцесорної техніки та компютерно – інтегрованих систем управління, які приходять на зміну традиційним локальним засобам автоматизації.

     Алгоритм управління об’єктом реалізується програмним шляхом, це дає можливість швидкої адаптації системи управління та його корегування ( у разі необхідності), з’являється можливість спростити з точки зору оператора нагляд та втручання в процес, збільшити швидкодію та більш плавно регулювати тією чи іншою величиною. При змінах у алгоритмі управління необхідно лише ввести зміни у програмі. Мікропроцесорні засоби дозволяють значно покращити якість управління процесом, тобто надавати більш широку інформацію та зменшувати навантаження оператора.

     

  1.  Вибір і обгрунтування критерію управління

     Для оцінки працездатності автоматичних систем керування використовуються різні показники, але загальними вимогами є : стійкість – це  необхідна але не достатня умова, для автоматичних систем регулювання це означає збіжність перехідних процесів, тобто обмежений час їх тривалості; якість – що характеризується якістю перехідних процесів : відхилення від заданого режиму в статиці та динаміці, ступінь затухання і тривалість перехідних процесів; надійність, яка доповнюється додатковими вимогами щодо вартості, зручності науково-технічного рівня і т.д. Часто якість перехідних процесів оцінюють інтегральними показниками :

Інтегральним лінійним показником:

                                        (1)      

Інтегрально – квадратичним показником:

                                                                                         (2)                

                                                    

Інтегральним поліпшеним показником:

                                                                        (3)

  

де :  – час перехідного процесу, – ваговий коефіцієнт  

     Інтегральний лінійний критерій якості має суттєвий недолік – для перехідного процесу з малим відхиленням, але із значною амплітудою можна отримати один мінімум, а поліпшений квадратичний інтегральний критерій потребує додаткового обчислення похідної, тому обираємо інтегрально – квадратичний  критерій якості. Реалізація такого процесу регулювання приводить до мінімальних технологічних  витрат.  

                                 

  Таблиця 1. Технологічні вимоги

Назва змінної

Одиниця

Виміру

Номінальне

значення

Допустимі відхилення

короткочасні

довгострокові

Температура соко-стружкової суміші в 1-й зоні апарату

°С

68

±2

±0,5

Температура соко-стружкової суміші в 2-й зоні апарату

°С

72

±2

±0,5

                                                           

                                                                             

Рис.1 Параметрична схема нахиленої дифузійної установки

– відповідно температура стружки, температура в 1-й зоні апарату, в 2-й зоні апарату та в 3-й зоні апарату;

– витрата пари відповідно у 1-у та 2-у зони апарата.

  1.  Аналіз статичних та динамічних властивостей ТОУ та вибір каналів управління

     Аналіз статичних та динамічних характеристик ТОУ  виконується на основі математичної моделі об’єкта (4), що виведена в курсовій роботі з дисципліни „Ідентифікація та моделювання технологічних об’єктів”.

                                        (4)

кг/с°С; кг/с°С; кг/с°С;

 кг/с°С;  кг/с°С.

– відповідно температура стружки, температура в 1-й зоні апарата, в 2-й зоні апарата, в 3-й зоні апарата, температура пари, що подається в 1-у та 2-у зони апарата;

– витрата пари відповідно у 1-у та 2-у зони апарата.

     

Таблиця 2. Вхідні дії на обєкт

Назва вхідної дії

Одиниця виміру

Номінальне значення

Можливі зміни

вигляд

амплітуда

Витрата гріючої пари у 1-у зону, ΔD1

кг/с

0,136

Управління

+0,094

-0,1247

Витрата гріючої пари у 2-у зону, ΔD2

кг/с

0,091

Управління

+0,059

-0,0834

Температура стружки, Δt0

°С

28

Стрибок

±5,6

Температура суміші у 3-й зоні, Δt3

°С

72

Стрибок

±14,4

     Аналіз математичної моделі показує, що для управління температурою в 1-й та 2-й зонах апарата, необхідно вибрати витрати пари у відповідні зони. Перевіримо це, оцінивши зміни вихідної величини (у статиці) в залежності від впливу вхідних дій. Вплив керуючої дії на регульовану змінну не повинен бути меншим впливу найбільшого із збурень, тобто при виконанні умови:

                                                                              (5)

де – коефіцієнти  передачі відповідно за каналами керування та збурення;

– діапазон зміни керувальної дії,  – діапазон зміни дії збурення

Для перевірки умови (5), підставимо перше, третє та четверте рівняння математичної моделі у друге:

;

;

;

;

Розраховуємо зміну  при дії

(°С)

При  

 (°С)

При  

 (°С)

При

 (°С)

     Отже найбільший вплив має витрата пари у другу зону апарата , тому це і буде управлінням, а основне збурення –  .

     Аналогічно перевіряємо для першого контуру управління:

|14,06| ≥ |3,136|

     Отже управління температурою здійснюється витратою пари , а збуренням виступає температура стружки на вході в апарат .

  1.  Розробка структури системи та розрахунок її параметрів

     Розробка структури полягає у виборі серед типових алгоритмів управління такий, що забезпечить потрібну якість процесу регулювання відносно обраного критерію управління.

     В якості закону регулювання використаємо ПІ – закон. В ідеальному випадку даний закон забезпечує достатню якість і час регулювання та відсутність статичної похибки, але в реальних системах в яких присутня зона нечутливості, присутня також і статична похибка. Допустимі межі цієї похибки становлять ±0,5 від діапазону вимірювання параметра.

     Для вимірювання температури використаємо датчик, аналогом якого є аперіодична ланка першого порядку з Т = 100 с і К=1. Всі промислові пристрої для вимірювання та регулювання мають поріг нечутливості, який становить не більше 0,1 діапазонна вимірювання, тому необхідно ввести в модель зону нечутливості регулятора (тобто ланку нечутливості) з параметрами ± 0,1. Оскільки в реальних системах є обмеження на управляючу дію, то вводимо також  ланку насичення,  параметри якої розраховуємо із співвідношення:

          Для витрати гріючої пари у 1-у зону:

0,136 – 60%                                                0,136 – 60%

  х     – 100%, звідси  х=0,23 кг/с                 у    –  5%, звідси у=0,0113 кг/с

отже параметри будуть: 0,23–0,136=+0,094 та 0,011–0,136=-0,1247

Аналогічно розраховуємо параметри для витрати гріючої пари у другу зону:

0,091 – 60%                                                       0,091 – 60%

 х      – 100%,   х=0,15 кг/с                                 у     –  5%,  у=0,0076 кг/с

0,15–0,091=+0,059 та 0,0076–0,091=-0,0834

     Структурна схема обєкта з ПІ-регулятором зображена на рис.1

РИС 1

     Для розрахунку оптимальних настройок регулятора використаємо метод Циглера-Нікольса. Цей метод полягає у відключенні І – складової та виведення системи на межу стійкості (поступовим збільшенням kp до моменту появи в системі явно виражених незатухаючих коливань). Далі фіксуємо значення коефіцієнта передачі , при якому виникли незатухаючі коливання, та період цих коливань , далі оптимальні настройки регулятора визначаються за формулами (5) та (6).

                                                                              (5)

                                                                                 (6)

Для першого контуру регулювання  : ; .

 

с

Для другого контуру регулювання Δt2: ;

 

 c

     Перехідні процеси з оптимальними настройками регуляторів та ±20% від оптимальних настройок зображенні на рис.2, 3, 4, 5, 6, 7

                 

Рис.2 Перехідний процес в одноконтурній САР з ПІ-регулятором по каналу  з оптимальними настройками регулятора , , І1=77,32

              

Рис.3 Перехідний процес в одноконтурній САР з ПІ-регулятором по каналу  з оптимальними настройками регулятора , , І2=231

             

Рис.4 Перехідний процес в одноконтурній САР з ПІ-регулятором по каналу  з настройками регулятора +20% , , І1=85,19

             

Рис.5 Перехідний процес в одноконтурній САР з ПІ-регулятором по каналу  з настройками регулятора +20% , , І2=233,8

            

Рис.6 Перехідний процес в одноконтурній САР з ПІ-регулятором по каналу  з настройками регулятора -20% , , І1=112

           

Рис.7 Перехідний процес в одноконтурній САР з ПІ-регулятором по каналу  з настройками регулятора -20% , , І2=319,5

     Наступним етапом розробки структури системи є перехід до моделювання багатоконтурної АСР, це робиться для зменшення динамічної та статичної похибок.

     Оскільки дифузійна установка є багатовимірним об’єктом (має кілька регульованих змінних та перехресні зв’язки), то об’єкт можна вважати багатозв’язаним. Для регулювання таких обєктів використовують звязане регулювання із застосуванням автономних багатоконтурних систем. Такі системи дають можливість проводити незалежне регулювання взаємозалежних змінних. Вони мають у своєму складі додаткові динамічні компенсатори. Основою побудови цих систем є принцип автономності. На рис.8 зображена структурна схема системи автономного регулювання.

Рис. 8 Структурна схема автономної АСР

     Передаточні функції зовнішніх динамічних компенсаторів визначаються через передаточні функції обєкта:

                                         (7)

     Тобто відношення передаточних функцій по перехресному та прямому каналах.

     Розраховуємо передаточні функції об’єкта за прямими та перехресними каналами:

За формулами (7) знаходимо передаточні функції компенсаторів.

,  

даний компенсатор реалізується за допомогою послідовно зєднаних аперіодичної ланки першого порядку та інтегрально-диференціювальної ланки.

,

другий компенсатор фізично реалізується аналогічно першому – послідовним з’єднанням інтегрально-диференціювальної та аперіодичної ланок.

     Структурна схема системи з компенсаторами зображена на рис.9.

На рис. 10, 11 показані перехідні процеси з регуляторами та компенсаторами.

РИС9

                     

Рис.10 Перехідний процес замкненої системи з компенсатором по каналу , І1=140,1

                       

Рис.11 Перехідний процес замкненої системи з компенсатором по каналу ,       І2=281,4

  1.  Конфігураційна схема системи

     Для реалізації структури використовуємо контролер типу Реміконт-130. Бібліотека стандартних аморитмів регулюючої моделі Р-130, вміщує алгоритми автоматичного регулювання. Ця модель дозволяє вести локальне, каскадне, програмне, супервізорне та багатозв’язане регулювання; вручну або автоматично вмикати, вимикати, перемикати або конфігурувати контури регулювання. Одним із основних алгоритмів є РИМ – регулювання імпульсне. На вході цого алгоритму формується сигнал розузгодження, який потім фільтрується, обмежується зоною нечутливості і обробляється відповідно із законом регулювання за умови задання параметрів настроювання.

     Вимірювальний канал складається із датчика температури (термометр опору типу ТСМ), БУС20 (підсилювач для термометрів опору), виконавчого механізму типу МЕО та регулюючого органу.

     

Рис.12 Конфігураційна схема регулювання температури

     Оскільки використовується виконавчий механізм типу МЕО (розглядається як інтегральна ланка), то

                                                                          (8)

– коефіцієнт передачі інформаційно-вимірювального каналу,  – крефіцієнт передачі регульованої частини.

     Перерахуємо значення параметрів настроювання у розмірності, необхідні для їх встановлення на контролері:

     Розрахуємо значення коефіцієнта передачі регульованої частини за формулою (8)

,         

Рис. 13 Конфігураційна схема регулювання температури

     Аналогічно розраховуємо значення коефіцієнта передачі регульованої частини для другого контуру регулювання, при  .

Висновок

     В даній курсовій роботі було розроблено та досліджено систему автоматичного регулювання температури в 1-й та 2-й температурних зонах нахиленого дифузійного апарата з використанням контролера Реміконт – 130.

    Із- за наявності зворотніх зв’язків між 1-ю та 2-ю зонами дифузійного апарату, позитивний вплив на одну вихідну величину перетворився у негативний вплив на іншу. Одним із методів запобігання цього є впровадження автономної системи регулювання, що і було зроблено. Розрахувавши значення компенсаторів та ввівши їх в систему, зняли перехідні процеси.

     Порівнявши перехідні процеси для двох контурів регулювання з ПІ-регулятором та з компенсатором,  можна зробити висновок, що компенсатор не покращив роботу системи. Дана система відповідає поставленим вимогам до технологічного процесу, як з компенсатором, так і без нього. Тому в даному випадку, його використання не є доцільним.

 

Література

  1.  Азрилевич М.Я. Технологическое оборудование сахарных заводов. – М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1982. – 391с.
  2.  Автоматизация сахарного производства/ Волошин З.С. и др. – М.: Агропромиздат, 1990. – 271с.
  3.  Сапронов А.Р. Технология сахарного производства. – М.: Колос, 1998. – 495с.   
  4.  І.В. Ельперін. Промислові контролери. –  К.: НУХТ, 2003.
  5.  Трегуб В.Г., Ладанюк А.П. Проектирование, монтаж и эксплуатация систем автоматизации пищевых производств. – М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1980. – с. 352.



EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

Д

БУС20

КБС22

РИМ

КБС22

МП

МЕО

0-102 °С

0,0113-0,23

Здн

Д

БУС20

РИМ

МП

МЕО

КБС22

КБС22

Здн

0-108 °С

0,0076-0,15


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42318. Использование шаблонов при создании презентаций 191 KB
  На панели задач щелкните на кнопке Пуск Strt. В стартовом диалоговом окне щелкните на кнопке выбора Шаблон презентации Templte и затем на кнопке ОК. Примечание: Если вы продолжаете сеанс работы после предыдущего урока щелкните на меню Файл File и затем на команде Создать New. Щелкните на вкладке Дизайны презентаций Presenttion Designs.
42319. Информационные системы и системы управления базами данных 2.77 MB
  Информационные системы и системы управления базами данных Введение Информационные системы взаимодействия видов транспорта ИСВВТ отличаются от других информационных систем ИС в основном решаемыми задачами. Поэтому в основе любой из них лежит среда хранения обработки и доступа к данным база данных;  информационные системы ориентируются на конечного пользователя не обладающего высокой квалификацией в области применения вычислительной техники. Системы управленя базами данных Любая ИС оперирует информацией о той...
42320. Базы данных реляционных и объектно-реляционных СУБД 1.19 MB
  Рассмотрим смысл этих понятий на примере отношения таблицы СТУДЕНТЫсодержащего информацию о студентах некоторого вуза табл. Тип данных определяет диапазон значений которые можно сохранить в переменной или столбце таблицы отношения а также набор операций разрешенных для данных этого типа. Например предположим что в БД кроме таблицы СТУДЕНТЫ Табл. Допустим что столбец Имя таблицы СТУДЕНТЫ и столбец ФИО таблицы ПРЕПОДАВАТЕЛИ имеют одинаковые типы данных максимальную длину в обоих столбцах используется кириллица и смысл...
42321. Архитектура баз данных и способы доступа к ним в пакете Delphi 361.5 KB
  Архитектура баз данных Современная система управления базами данных такая как InterBse SQL Server пакета Delphi или Microsoft SQL Server 2000 может поддерживать хранение и обработку множества баз данных к которым одновременно могут обращаться множество пользователей. Прежде чем учиться управлению этими базами данных познакомимся с их структурой то есть с представлением базы данных на логическом и физическом уровнях. При этом будет рассмотрен список объектов поддерживаемых базами данных InterBse SQL Server 6 сокращённо...
42322. Операции с базой данных 238.5 KB
  Операции с базой данных Цель работы Изучить операции с базами данных в целом. Получить навыки использования приложения IBExpert для создания удаления регистрации подключения извлечения метаданных резервного копирования и восстановления базы данных СУБД Firebird. Изучить SQLоператоры для создания подключения и удаления базы данных. Исходные данные Студент получает индивидуальный вариант исходных данных который используется при выполнении всех лабораторных работ.
42323. Домены. SQL-операторы для работы с доменами 135.5 KB
  Домены Цель работы Изучить типы данных Firebird. Исходные данные Вариант исходных данных с кратким описанием предметной области получен студентом при выполнении первой лабораторной работы. Эта модель стала революционным событием в развитии баз данных . Элементы реляционной модели данных и формы их представления приведены в таблице 1.
42324. Таблицы. SQL-операторы для работы с таблицами и индексами 197.5 KB
  Изучить способы создания изменения и удаления таблиц. Теоретические сведения Таблицы Tbles Firebird – реляционная СУБД поэтому все данные в Firebird хранятся в виде двумерных таблиц со строками и столбцами. Основные ограничения которым должны удовлетворять таблицы: Каждый столбец в таблице имеет уникальное имя. Первичный ключ это столбец который выбран для уникальной идентификации записей базы данных строк таблицы.
42325. Технология создания простейшей информационной системы 8.22 MB
  База данных должна содержать две таблицы: Товары и Приход товаров. Таблицы оперативной части ИС предназначены для работы с оперативной информацией значение которой актуально обычно только в течение короткого времени от момента поступления такой информации до момента окончания её обработки. Рабочая структура таблиц приведена ниже: Таблица Товары Название поля Смысл Тип Длина Tovr Наименование товара Строка 20 EdIzm Единица измерения Строка 10 Zen Цена за единицу измерения Целочисленный Таблица Приход товаров Название поля...
42326. Технология создания простейшей информационной системы (часть 2) 1.12 MB
  Например в компоненте DBGrid подчинённой таблицы отображается содержимое только тех строк подчинённой таблицы в которых содержимое поля внешнего ключа подчинённой таблицы ссылается на содержимое поля первичного ключа той строки главной таблицы на которую указывает курсор главной таблицы содержимое других строк подчинённой таблицы остаётся невидимым для пользователя. Для отказа от этого механизма визуализации в окне инспектора объектов компонента набор данных подчинённой таблицы в нашем случае это компонент Tble2 таблица – Prihod...