70706

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ

Курсовая

Информатика, кибернетика и программирование

Курсовой проект состоит из текстовой и графической части. Текстовая часть включает следующие разделы: описание технологического процесса, выбор средств автоматизации, расчет ротаметра, расчет сопротивлений резисторов измерительной схемы автоматического потенциометра...

Русский

2014-10-24

304 KB

16 чел.


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

ГОУ ВПО «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет автоматизации и информационных технологий

               Кафедра автоматизации производственных процессов

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБЪЕКТА

АВТОМАТИЗАЦИИ

Пояснительная записка

(АПП.000000.080.ПЗ)

Руководитель:

_____________ Бежитский С.С.

 (подпись)

_____________________________

 (оценка, дата)

Выполнил:

Студент группы 24-1

_____________ Никифоров М.В.

 (подпись)

_____________________________

 (дата)


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

ГОУ ВПО «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет автоматизации и информационных технологий

Кафедра автоматизации производственных процессов

Учебная дисциплина: Моделирование систем

Задание

на курсовую работу

Тема: «Моделирование объекта автоматизации »

Студент: Никифоров М.В.

Дата выдачи: 15 февраля 2010 г.

Срок выполнения: 30 мая  2010 г.

Руководитель: Бежитский С.С.


Реферат

В данном курсовом проекте разработана автоматизация массообменного процесса. Курсовой проект состоит из текстовой и графической части. Текстовая часть включает следующие разделы: описание технологического процесса, выбор средств автоматизации, расчет ротаметра, расчет сопротивлений резисторов измерительной схемы автоматического потенциометра, заказная спецификация. Графическая часть представлена в виде функциональной схемы.

Курсовой проект содержит пояснительную записку, состоящую из 13 листов текста, 10 рисунков и  литературных источников.


 

Содержание

Введение

  1.  Концептуальная модель системы управления температурой

  1.1 Содержательное описание объекта регулирования

Содержательное описание датчика температуры.

1.3  Содержательное описание регулятора.

1.4  Содержательное описание исполнительного устройства.

2 Формализация концептуальной модели.

3 Составление математической логической аналитической модели системы автоматического управления температуры жидкости на выходе из резервуара.

Заключение

Список использованных источников


Введение

Химическое производство состоит из целого ряда взаимосвязанных единичных процессов химической технологии и представляет собой сложную систему, характеризующуюся большим объемом информации. Изучение и разработка химико-технологической системы направлены на создание высокопродуктивных, высококачественных и экономических производств и в настоящее время ведутся на основе метода математического моделирования.

Моделирование – метод экспериментально-теоретического исследования сложных систем, позволяющий в качестве объекта рассматривать не подлинное явление, а некую его модель. Под моделью подразумевается такая упрощенная система, которая отражает совокупность свойств объекта, соответствующих представленной задаче моделирования, и дает возможность получить новые сведения об объекте.

В частности по математической моделью химико - технологического процесса следует понимать совокупность качественных представлений и математических соотношений, характеризующих отдельные, ограниченные в нужном направлении явления моделируемого процесса, а также взаимодействию этих явлений с учетом возмущающих факторов. Математические соотношения, составленные в результате теоретического анализа моделируемого процесса, представляют собой математическое описание.

Изучение объекта моделирования (химико-технологического процесса, отдельного аппарата, физико-химического явления и т.д.) сводится к анализу его математического описания в явном виде, т.е. к анализу зависимостей между определяющими и определяемыми переменными процесса. Эти зависимости можно получить только в результате решения уравнений математического описания. Для решения даже относительно простого математического описания, не говоря уже о сложных математических моделях, обычно требуются большие объемы вычислительных операций. Поэтому практическая реализация математических моделей невозможна без современных средств вычислительной техники.

Разработать математическую модель системы автоматического управления температурой жидкости на выходе теплообменника погружного типа «смешение-вытеснение», провести ее исследование и определить тип и рациональные значения параметров настройки регулятора

1 Концептуальная модель системы управления температурой

Теплоноситель жидкость  двигается по змеевику с переменной скоростью W в режиме идеального вытеснения. Змеевик погружен в проточный резервуар, заполненный жидкостью, которая в резервуаре идеально перемешивается.  Управление производится изменением скорости движения жидкости по змеевику.   

Исполнительное устройство электрическое.

Принципиальная схема

 

Рис. 1. Принципиальная схема регулирования температуры

Функциональная схема

Рис.2. Функциональная схема системы автоматического управления температурой:

λвозм – возмущающее воздействие; λрег – регулирующее воздействие; tвых – сигнал выходного значения температуры; tзад – сигнал заданной температуры; Δ – рассогласование; u – сигнал управления.

1.1 Содержательное описание объекта регулирования

В качестве теплообменника, гидродинамическая  обстановка которого соответствует модели «смешение – вытеснение», дан теплообменник погружного типа.

Теплоноситель 2 (жидкость или пар) движется по змеевику со скоростью в режиме идеального вытеснения. Змеевик погружен в проточный резервуар, заполненный жидким теплоносителем 1; в объеме резервуара жидкость идеально перемешивается.

Нестационарная модель теплообменника «смешение – вытеснение» получена при следующих ограничениях:

  •  тепловые емкости стенок змеевика и резервуара пренебрежительно малы;
  •  потери тепла в окружающую среду отсутствуют;
  •  объем жидкости в резервуаре V1 постоянен и равен 3 м3: Vt=const;

Таким образом, предполагается, что теплообмен происходит только между двумя теплоносителями через поверхность змеевика F3.

            Конструктивные параметры объекта:

Длина трубки змеевика  L = 2, м;

Сечение трубки змеевика  S = 10-4, м2;  

Номинальные  значения параметров процесса

Температура охлаждающей воды в емкости ΘX = 20 0С;

Температура охлаждаемой жидкости, поступающей в змеевик ΘГ, =  95 0С.

Температура жидкости на выходе змеевика должна быть равной  40 С;

Коэффициент теплопередачи  α = 1.2 104  Вт/(м2С);

Номинальный объемный расход охлаждающей жидкости  VX = 610-4, м3/с;

Плотность охлаждаемой жидкости = 700,  кг/м3;

Удельная теплоемкость охлаждаемой жидкости сР = 2.09 103,  Дж/(кгС).

1.2 Содержательное описание датчика температуры.

Датчик температуры ТСП включен в мостовую схему при изменении температуры меняется значение сопротивления

Содержательное описание регулятора.

Регулятор представляет собой типовой электрический ПИД-регулятор на вход которого поступает сигнал рассогласования, сформированный элементом сравнения «ЭС», как разность сигналов датчика и задатчика, а на его выходе формируется управляющий сигнал.

Содержательное описание исполнительного устройства.

Исполнительное устройство пневматического типа. Воздействует на регулирующий орган за счет перемещения штока, тем самым открывая или закрывая заслонку клапана.

2 Формализация концептуальной модели.

 Анализ концептуальной модели позволяет отнести объект регулирования к непрерывно-детерминированным моделям (D схемы).

3 Составление математической логической аналитической модели системы автоматического управления температуры жидкости на выходе из резервуара.

Предполагается, что теплообмен происходит только между двумя теплоносителями через поверхность змеевика F3.

Уравнение теплового баланса змеевика:

где - радиус змеевика.

Температура в резервуаре изменяется только во времени и определяется из уравнения теплового баланса для проточной емкости, в которой учитывается распределенный источник :

Количества тепла Qp, передаваемого через стенки змеевика (распределенный по длине змеевика источник), вычисляется по формуле:

где -длина змеевика; -поверхность теплообмена змеевика.

После некоторых преобразований уравнения нестационарной модели теплообменника «смешение – вытеснение» принимают следующую форму:

где

Как обычно, для решения системы на ЭВМ используется метод конечных разностей по геометрической координате; уравнение с частными производными аппроксимируется системой обыкновенных дифференциальных уравнений. Замена дифференциала  на разность  приводит к тому, что во втором уравнении системы интеграл заменяется конечной суммой, в которой число слагаемых обусловлено числом участков разбиения змеевика:

где m – число участков разбиения, или число ячеек идеального перемешивания змеевика; - температура на выходе -той ячейки змеевика.

Решение системы уравнений будет однозначным, если известны: коэффициенты  при =1, 2; j=0,1,2; граничные условия для теплоносителей на входе  начальные условия

На рисунке 1.2 приведена схема теплообменника типа «смешение– вытеснение», где змеевик представлен цепочкой из трех последовательно соединенных ячеек перемешивания; здесь же указаны все условные обозначения, используемые при записи уравнений в конечных разностях. В соответствии с числом ячеек перемешивания подготовим систему уравнений к моделированию на ЭВМ:

для первой ячейки перемешивания:

для второй ячейки:

     для третей ячейки:

для резервуара:

Если участки разбиения одинаковы  предыдущие уравнение можно записать в виде следующей системы:

где

Правые части уравнения моделируются почленно, т.е. после раскрытия скобок, что позволяет построить структурную схему без промежуточных сумматоров.

Модель реализована с помощью пакета визуального программирования SIMULINK Matlab (Рисунки 1.3-1.9).

 

Рисунок 1.3 – Модель системы регулирования теплообменника

«смешение - вытеснение»

Рисунок 1.4 – Подсистема исходных данных

Рисунок 1.5 – Подсистема для первой ячейки перемешивания

Рисунок 1.6 – Подсистема блока регулирования теплообменника «смешение - вытеснение»

Рисунок 1.7 – Подсистема блока сравнения

Рисунок 1.8 – Подсистема управляющего привода (ИУ)

Рисунок 1.9 – График зависимости температуры

Заключение

В данном курсовом проекте были рассмотрены и смоделированы в с помощью пакета визуального программирования SIMULINK  пакет Matlab следующие модели систем регулирования объектов химической технологии: проточная гидравлическая ёмкость переменного объёма; адиабатический теплообменник – смеситель переменного объёма; каскад химических реакторов полного перемешивания.

Представлены графики зависимости регулируемых величин в зависимости от времени.


Список используемых источников

1 Луценко В.А., Финякин Л.Н. Аналоговые вычислительные машины в химии и химической технологии. – М.: Химия, 1979 – 248 с.

2 Машины и аппараты химических производств. Под ред. И.И. Чернобыльского. – М.: Машиностроение, 1974. – 456 с.


АПП.000000.081.ПЗ

лист

12

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

13780. Методы решения уравнений высших степеней 442.5 KB
  Методы решения уравнений высших степеней. I Решение уравнений с помощью деления в столбик. Очевидно корень уравнения Очевидно корень уравнения Ответ: 5;2;3;4 II Возвратные уравнения и к ним сводящиеся. Уравнение называется возвратным если в нем ко...
13781. Методы решения уравнений, содержащих знак модуль 89 KB
  Методы решения уравнений содержащих знак модуль. I Уравнения вида решаются следующим образом. Если то корней нет. Если то уравнению соответствует уравнение Если то уравнению соответствует равносильная совокупность II Уравнения вида решаются следующим...
13782. АЗБУКА ПРАВА 821.5 KB
  Каждая отрасль знаний, как бы она ни была сложна, имеет в своей основе некоторые начальные, первичные данные. Кирпичики, из которых складывается многоэтажное здание науки. Иными словами, - в каждой науке существует своя азбука
13783. Теория государства и права А.Б. Венгеров 3.03 MB
  Венгеров А.Б. Теория государства и права: Учебник написанный в соответствии с курсом Теория государства и права для юридических вузов качественно отличается от выходивших ранее книг по этой дисциплине. Сохраняя все то ценное что наработано в теоретикоправовой
13784. Социология. С. С. ФРОЛОВ 1.68 MB
  Социология С.С. ФРОЛОВ ПРЕДИСЛОВИЕ СОЦИОЛОГИЯ И ИЗУЧЕНИЕ ОБЩЕСТВА ОТКРЫТИЕ СОЦИОЛОГИИ КАК НАУЧНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ. ВОЗНИКНОВЕНИЕ СОЦИОЛОГИИ КАК НАУКИ. ОБЪЕКТ И ПРЕДМЕТ СОЦИОЛ
13785. Человек и общество (Обществознание, часть 2, 11 класс) 1.69 MB
  Л.Н.Боголюбов А.Ю.Лазебникова Л.Ф.Иванова. Человек и общество Обществознание часть 2 11 класс Раздел I. Глава I. Цивилизация. ЦИВИЛИЗАЦИЯ И КУЛЬТУРА Развитие культуры и цивилизации неразрывно связано: вне духовных ценностей созданных в процессе ку
13786. ВВЕДЕНИЕ В КУЛЬТУРОЛОГИЮ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КУЛЬТУРОЛОГИИ В СИСТЕМАТИЧЕСКОМ ИЗЛОЖЕНИИ 1.08 MB
  А. Б. ЕСИН ВВЕДЕНИЕ В КУЛЬТУРОЛОГИЮ ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КУЛЬТУРОЛОГИИ В СИСТЕМАТИЧЕСКОМ ИЗЛОЖЕНИИ Есин А. Б. Е 83 Введение в культурологию: Основные понятия культурологии в систематическом и...
13787. МЕЖДУНАРОДНОЕ ПРАВО В УСЛОВИЯХ ВОЕННЫХ КОНФЛИКТОВ 205.5 KB
  МЕЖДУНАРОДНОЕ ПРАВО В УСЛОВИЯХ ВОЕННЫХ КОНФЛИКТОВ [1] 1. Понятие основных принципов международного права. Источники международного права. Понятие и виды субъектов международного права. [2] 2. Понятие и основные принципы коллективной безоп
13788. Клименко А. В. Обществознание 1.76 MB
  Данное пособие предназначено в помощь учащимся старших классов школ и абитуриентам вузов, готовящимся к сдаче экзамена за курс «Обществознание». Оно избавит читателей от длительной и трудоемкой работы по изучению огромного количества литературы.