77797

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ АВТОМАТИЗАЦИИ

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Целью данной курсовой работы является изучение и составление математической модели регулирования расхода контроля температуры и контроля уровня. Объект регулирования в качестве объекта регулирования в нашем случае является распределительная коробка...

Русский

2015-02-05

2.46 MB

3 чел.

Министерство образования РФ

Сибирский государственный технологический университет

Факультет автоматизации и информационных технологий

Кафедра автоматизации производственных процессов

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

(АПП.00000.096.ПЗ)

          Проверил:

                  __________  Устимец В.А.                                 (подпись)               ____________________

                    (оценка, дата)

          Выполнил: ст-т. гр. 24-2

          __________ Манагаров А.В.

               (подпись) 


Министерство образования РФ

Сибирский государственный технологический университет

Факультет автоматизации и информационных технологий

Учебная дисциплина: Надежность систем автоматизации

Задание

на курсовую работу

Тема: ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ АВТОМАТИЗАЦИИ

     

         Выполнил:

   ст-т. гр. 24-2_________Манагаров А.В.

                            (подпись)

         Дата выдачи:  __________ 2003г.

        (число, месяц)

  Срок выполнения:___________ 2003г.

              (число, месяц)

        Руководитель:________ Устимец В.А.

                                     (подпись)


Реферат

В данной курсовой работе производится моделирование процессов автоматизации и расчет параметров этих моделей. Расчет производится по техническим параметрам устройств, включенных в модель.

Курсовая работа содержит расчетно-пояснительную записку из 18 страниц текста, 15 рисунков, 2 литературных источников.


Содержание

Введение ………………………………………………………………………… 5

1 Модель контроля уровня………………. ……………………………………. 6

2 Модель контроля температуры………………………….. …………………. 10

3 Модель регулирования расхода вещества……………………………………13

Список использованных источников литературы …………………………… 1


Введение

Проектирование автоматических систем управления и регулирования, их работа напрямую зависит от того, насколько точно составлены математические модели управляемых объектов.

Нередко инженеру самому приходится составлять аналитические математические или физические модели для объектов управления.

Целью данной курсовой работы является изучение и составление математической модели регулирования расхода, контроля температуры и контроля уровня.
      1 Модель контроля уровня

Необходимо сделать модель контроля уровня глинозема в распределительной коробке. Свежий глинозем в распределительную коробку поступает из буферного бункера при открытом шланговом затворе через дозирующий валец.

Данная система должна работать следующим образом:

  •  должен поддерживаться уровень между верхним и нижним значением;
  •  при достижении глиноземом отметки нижний уровень (LН=370 мм от крышки) должна возобновится подача глинозема в распределительную коробку;
  •  при достижении глиноземом отметки верхний уровень (LВ=100 мм от крышки) должна прекратиться подача глинозема в распределительную коробку.

Объект регулирования – в качестве объекта регулирования в нашем случае является распределительная коробка в качестве регулирующего органа дозирующий валец.

При построении модели, объект регулирования будем рассматривать как емкость.

Рисунок 1 – Схема контроля уровня

Строим модель контроля уровня:

Рисунок 2 - Модель контроля уровня

где 1 – Формирование возмущения на объект;

     2 – Объект (распределительная коробка);

     3 – Уровнемер (ультразвуковой);

     4 – Согласующее устройство;

     5 – Релейный блок (реле);

     6 – Исполнительный механизм.


Рассчитаем параметры блоков модели

Возмущение на объект можно записать уравнением:

                              ;                           (1)

                               ;                                (2)

                                ;                               (3)

Объект представляет собой емкость, которая наполняется и опустошается с некоторой цикличностью, поэтому представим его как интегрирующее звено:

                                    ;                                  (4)

Уровнемер ультразвуковой можно представить в виде:

                                     ;                                   (5)

постоянной времени разгона данного объекта можно пренебречь, т.к. коэффициент динамичности уровнемера незначителен по сравнению с коэффициентом динамичности объекта.

Данный уровнемер измеряет в пределах от 0 до 500 мм, а сигнал с него поступает от 0 до 5 мА, поэтому коэффициент усиления будет равен:

;

Согласующее устройство представим в виде:

                                    ;                                     (6)

т.к. с уровнемера поступает сигнал ГСП, а для работы с релейным блоком (реле) нужен сигнал напряжения, поэтому коэффициент усиления будет равен:

;


Исполнительный механизм будет состоять из следующих блоков: двигатель, редуктора и крыльчатки.

Возьмем некоторые технические данные:

  •  Производительность дозирующего вальца 8 т/ч;
  •  Напряжение питания двигателя 380 В;
  •  Частота вращения двигателя 1500 об/мин.

Двигатель можно описать следующим видом:

                                ;                               (7)

Коэффициент усиления двигателя будет рассчитываться следующим образом: на вход двигателя подается напряжение 380 В, а на выходе необходимо получить 1500 об/мин или 25 об/с, поэтому:

;

Постоянной времени разгона двигателя малой мощности лежит в пределах от 0,5 до 1. Возьмем Т=0,7.

;

Редуктор опишем передаточной функцией  ;

Крыльчатку представим как . Т.к.  ее производительность 8 т/ч, а частота вращения 2,5 об/с. В среднем получается 2,2 кг/с, значат за один оборот валец должен пропускать около 0,88 кг, поэтому:

.

Спроектируем модель в пакете MATLAB в Simulink.

Рисунок 3 - Модель контроля уровня


Построим графики процесса в точках 1-5:

     Рисунок 4 – точка 1

    Рисунок 5 – точка 2

Рисунок 6 – точка 3

    Рисунок 7 – точка 4

     Рисунок 8 – точка 5


2 Модель контроля температуры

Необходимо создать модель контроля температуры на входе из гидролизных корпусов в газоочистку.

Донная модель должна работать следующим образом:

  •  При достижении температуры газа более 150 0С нужно закрыть пожарную задвижку;
  •  При температуре газа меньше 50 0С необходимо открыть пожарную задвижку.

Объект регулирования – в качестве объекта регулирования в нашем случае будет выступать участок трубы между точкой измерения температуры и регулирующим органом. В качестве регулирующего органа выступает пожарная задвижка.

Рисунок 9 – Схема контроля температуры

Строим модель контроля температуры:

Рисунок 10 – Модель контроля температуры

Где 1 – Измерительный преобразователь;

      2 – Релейный блок (реле);

      3 – Усилитель;

      4 – Исполнительный механизм.


Рассчитаем параметры блоков модели

В данной модели используем измерительное устройство ТСП с пределами измерения от –50 до 250 0С. Данный термометр сопротивления обладает инерционностью равной 9 с, а температурный коэффициент электрического сопротивления Ом/0С. В таком случае передаточная функция будет иметь вид:

                                 ;                                (8)

Измерительный преобразователь преобразовывает сигнал с термометра сопротивления в сигнал ГСП – сигнал постоянного тока от 0 до 5 мА.

Следовательно измерительный преобразователь можно представить как:

                                     ;                                     (9)

Усилитель представим как:

                                           ;                                          (10)

Исполнительный механизм состоит из следующих составных частей (блоков): двигатель и редуктор.

Электродвигатель переменного тока на вход которого подается ток

–380 В – 0 В – 380 В, а на выходе формируется угол поворота.

Частота вращения двигателя 1500 об/мин.

Двигатель можно описать следующим видом:

                                            ;                                       (11)

Коэффициент усиления двигателя будет рассчитываться следующим образом: на вход двигателя подается напряжение 380 В, а на выходе необходимо получить 1500 об/мин или 25 об/с, поэтому:

;

Постоянной времени разгона двигателя малой мощности лежит в пределах от 0,5 до 1. Возьмем Т=0,7.

;

Редуктор опишем передаточной функцией  ;

Спроектируем модель в пакете MATLAB в Simulink.

Рисунок 11 – Модель контроля температуры

Построим график процесса:

     Рисунок 12 – график процесса


3 Модель регулирования расхода вещества

Рассматриваем процесс регулирования рабочего тела (газа) через газоочистную установку.

Объект регулирования – в качестве объекта регулирования в нашем случае выступает отрезок трубы, между точкой измерения расхода (диафрагмой) и регулирующим органом. Длина участка трубопровода определяется правилами установки измерительных устройств расхода и регулирующих расход органов.

При построении модели регулятора будем рассматривать этот отрезок трубы, длиной L, как резервуар.

Рисунок 13 – Схема регулирования расхода вещества

Динамика объекта может быть описана ДУ первого порядка, т.к. объект одноемкостной.

                      ;                     (12)

где Та – время разгона;

       - степень самовыравнивания;

       - относительная величина возмущения;

       - относительная величина регулируемого параметра.

                               ;                              (13)

где х – текущее значение регулируемого параметра (перемещение  

            штока);

     хном – номинальное значение регулируемого параметра.

Время разгона объекта:

                                 ;                                 (14)

где V – объем трубопровода между направляющим аппаратом и

            мембраной [м3];

Qном – номинальный расход газа [м3/с];

                                 ;                                 (15)

м3;

При Qном=360000000 м3/с время разгона объекта будет равно:

;

Степень самовыравнивания объекта

                        ;                      (16)

где Р1, Р2, Р0 – давление среды, Па;

- перепад давления в расходомерной диафрагме;

где Рст – стандартный перепад давления в дифмонометре

                расходомере, Па;

      m – модуль диафрагмы;

Перепад давления в регулирующем клапане:

                                                               (17)

Р1=2,2 кПа; Рст=0,8 кПа.

Тогда Р0 будет равно:  кПа;  кПа.

Следовательно  .


Транспортное время запаздывания

Следует отметить, что данный объект имеет очень маленькое время транспортного запаздывания, поэтому им пренебрегаем.

Упрощение

Т.к. расстояние между краном и дроссельным устройством очень малы по сравнению с номинальным расходом, в связи с чем постоянная времени объекта стремится к нулю. Тогда передаточная функция объекта будет иметь вид:

                              ;                             (18)

Первичный преобразователь расхода можно рассматривать как усилительное звено:

                              ;                               (19)

Регулятор

Регулятор может быть П или ПИ. Регуляторы типов ПД или ПИД введу наличия, как правило, в сигнале расхода высокочастотных помех могут привести к неустойчивой работе системы и поэтому их применение в промышленных системах регулирования расхода не рекомендуется, если все таки качество работы с регуляторами П и ПИ достигнуть не удается, сигнал предварительно фильтруют, после чего применение регулятора ПИД становится возможным.

                                                        (20)

Линия связи первичного преобразователя расхода и исполнительного механизма может включать в себя различные устройства. В нашем случае линия связи содержит усилитель, т.к. на пути от первичного преобразователя до исполнительного механизма нам необходимо усилить сигнал.

Передаточная функция имеет вид:

                             ;                                (21)

Величина запаздывания зависит от длины линии и может быть равной нескольким секундам.


Регулирующий орган

РО содержит в своем составе кран и исполнительный механизм для управления этим краном. Исполнительный механизм апроксимируется как правило периодическим звеном 1-го порядка с последовательно включенным интегратором с насыщением:

                             ;                            (22)

Исходя из того что n=1500 мин-1 и U=380 В  

Рисунок 14 – Модель регулирования расхода вещества

Настройки регулятора находим методом незатухающих колебаний

Рисунок 15 – Процесс регулирования


Заключение

Если переходный процесс автоматической системы регулирования не удовлетворяет требованиям, то систему можно оптимизировать и получить более приемлемый процесс регулирования системы. Для оптимизации можно использовать два пути:

  •  изменить настройки регулятора;
  •  подобрать оборудование с другими динамическими характеристиками.

Наиболее простой вариант подобрать наиболее оптимальные настройки регулятора или использовать более сложные регуляторы ПД и ПИД, что позволит достичь более устойчивого процесса регулирования.
Список использованных источников литературы

1 Ибрагимов И.А. и др. Элементы и системы пневмоавтоматики. – М.: «Высшая  

  школа», 1975, 360с.

2 Кудрявцев Л.Д. Математический Анализ. т.2. – М.: Высшая школа, 1973,

  600с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14851. Өлшеулер теориясының негізгі түсініктері 326 KB
  1 тақырып Өлшеулер теориясының негізгі түсініктері Дәрістер жоспары 1. Физикалық қасиеттері мен шамалар 2. Өлшеу және негізгі операциялар Қоршаған ортаның барлық объектілері өз қасиеттерімен сипатталады. Қасиет – бұл объектінің құбылыстың процестің бір жағы о...
14852. Сызықтық функция 199 KB
  Сызықтық функция y = kx l мұндағы x тәуелсіз айнымалы k мен l – нақты сандар түріндегі формуламен берілетін фуннкцияны сызықтық функция деп атайды. у = kx l функциясының анықталу аймағы барлық нақты сандар жиыны. Егер у = kx l сызықтық функциясындағы l = 0 бол
14853. Үшбұрыштың ішкі бұрыштарының қосындысы 46.5 KB
  Үшбұрыштың ішкі бұрыштарының қосындысы. Сабақтың мақсаты: Білімділігі: Үшбұрыштың ішкі бұрыштарының қосындысы туралы теореманы қарастыру Үшбұрыштың сыртқы бұрыштары жөнінде түсінік енгізу. Дамытушылық: Творчестволық және логикалық ойлауқабі
14854. Ортағасырлық мәдениет және мемлекет қайраткерлері: Асан қайғы, Қазтуған, Шалкиіз және Жиембет жыраулар 94.5 KB
  Тақырыбы: Ортағасырлық мәдениет және мемлекет қайраткерлері: Асан қайғы Қазтуған Шалкиіз және Жиембет жыраулар Жоспар: Кіріспе Негізгі бөлім. а Жерұйық іздеген желмаяды ә Қызыл тілдің шешені б Тебінгіден ала балта суырысып... Қорытынды. ...
14855. АДАМЗАТ ҚОҒАМЫНЫҢ ЭВОЛЮЦИЯСЫ 160 KB
  АДАМЗАТ ҚОҒАМЫНЫҢ ЭВОЛЮЦИЯСЫ 5.1. Қоғамның қалыптасу кезеңдері Адам эволюциясына байланысты палеолит жоғарғы және төменгі болып екіге бөлінеді. Төменгі палеолит – архантроптар мен палеонтроптардың тіршілік ету кезеңі болып табылады. Бұл кезеңнің өзінде бірнеше а...
14856. Жердегі сұлулықтың мекені 38 KB
  Жердегі сұлулықтың мекені Айша Ғарифқызы Ғалымбаева Қазақстанның халық суретшісі ҚР Ш.Уәлиханов атындағы Мемлекеттік сыйлығының лауреаты Құрмет белгісі Еңбек Қызыл ту ордендерінің иегері. Оның есімі Республиканың құрметті Алтын кітабына жазылған. Қазақстан ...
14857. БЕЙНЕЛЕУ ӨНЕРІ АРҚЫЛЫ ЖАСТАРДЫҢ ПАТРИОТТЫҚ СЕЗІМДЕРІН ҚАЛЫПТАСТЫРУ 40 KB
  БЕЙНЕЛЕУ ӨНЕРІ АРҚЫЛЫ ЖАСТАРДЫҢ ПАТРИОТТЫҚ СЕЗІМДЕРІН ҚАЛЫПТАСТЫРУ Амандық Талғат Л.Н.Гумилев атындағы Еуразиялық Ұлттық Университеті Астана қ. Жалпы адам баласында рухани және материалды байлық деген бар. Соның ішінде адамды адам етіп ұлтты ұлт етет...
14858. Бейнелеу өнерінің әмбебап тақырыбы, идеясы, мазмұны мен қыр-сыры 96.5 KB
  Бейнелеу өнерінің әмбебап тақырыбы идеясы мазмұны мен қырсыры Өткен жолыңды қорытындылау жете түсіну және бағалауға деген ұмтылыс әр саналы тұлғаға тән. Сондықтан адамның осы қасиеті оның ұлттық рухани түсінігінің жалпылама процестерін де анықтайды. Өнердің
14859. Бейнелік шығармалар мен мүсіндік композициялар 103.5 KB
  Бейнелік шығармалар мен мүсіндік композициялар Соғыстан кейінгі жылдары бізде мүсін өнері де пайда болғанын айта кету қажет. Онымен әуелі шеттен келгендер айналысса содан соң өзіміздің мүшелер шықты. Соның алдыңғы қатарында Исаак Иткинд де болды. Оның жұмыстарыны