close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

KURSAK АТП (2)

код для вставкиСкачать
 ЗМІСТ
ВСТУП
1 Опис технологічного процесу як об'єкту управління. Номінальні і граничні значення технологічних параметрів ................. 6
2 Функціональна схема автоматизації з використанням промислових комп'ютерів і контролерів ........................................ 9
2.1 Розробка ФСА ................................................................ 9
2.2 Замовні специфікації ...................................................... 11
3 Вибір контура регулювання......................................................... 14
4 Моделювання об'єкту управління.................................................. 15
5 Побудова перехідного процесу регулювання температури води в акумуляторі з П-регулятором......................................................... 18
6 Дослідження перехідного процесу регулювання температури води в АСР з ПІ-регулятором.................................................................. 22
ВИСНОВОК.............................................................................. 26
ЛІТЕРАТУРА............................................................................. 27
ВСТУП
Стан будь-якого пристрою характеризується одною або декількома величинами. Технічні пристрої називатимемо об'єктами управління (ОУ), а фізичні величини, які характеризують їх стан - вихідними величинами об'єкту. На практиці вихідні величини повинні відповідати відповідним вимогам.
Сукупність положень, які визначають характер зміни вихідних величин об'єктів, називаються алгоритмом функціонування. На практиці понад усе поширені наступні алгоритми:
Підтримання постійної вихідної величини, яка прирівнюється до значення;
Зміни вихідної величини за заданим законом і програмою;
Зміни вихідної величини за невідомим законом
Причинами відхилень значення вихідної величини і вхідної від заданого потрібного значення є:
Дія різних зовнішніх сил;
Дія зміни параметрів об'єкту;
Зміна потрібного значення величини
Канал, через який обурюють дію, діє на вихідну величину називається каналом збурення об'єкту. Проте можна діяти подачею відповідного впливу на вхід об'єкту, досягаючи зменшення або усунення відхилення від потрібного значення. Канал дії вхідного впливу на вихідну називають - каналом управління.
Відхилення, яке у зв'язку із змінною потрібного значення вихідної величини, також може бути зменшено або усунено подачею на вхід об'єкту дії, яка визначена функцією від потрібного значення і характеристики об'єкту. Завдання зменшення або відхилення вихідної величини об'єкту від значення зводиться до знаходження необхідної залежності дії на вході об'єкту від обурюючи дій, зміна потрібного значення вихідної величини і характеристик об'єкту, реалізації цієї залежності. Дія на виході об'єкту одержана при перетворенні чинників, які є причиною відхилення або зменшення, називається дією, що управляє.
Технологічний процес реалізується на відповідних параметрах, ділянках, машинах і т.д., які називаються об'єктами автоматизації. Вони є системами, поведінки яких в часі визначаються поточними значеннями ряду характеристик або технологічних величин.
МЕТА КУРСОВОГО ПРОЕКТУ
Формування знань з автоматизації технологічних процесів і виробництв (АТП). Закріплення уміння застосовувати на практиці отримані знання про засоби автоматизації і виконувати аналіз процесів регулювання у створеній системі управління з використанням обчислювальної техніки. Для технологічного процесу "Катiонiтного фiльтру" створити автоматичну або автоматизовану систему управління (АСУ), що здатна забезпечити задану якість функціонування, застосувавши ПК, обчислити налаштування блоків управління, виконати моделювання роботи АСУ, оцінити за розрахунками якість та виконати проектування запропонованої АСУ, навести замовну специфікацію засобів автоматизації. Завдання проекту:
Описати технологічний процес;
Розробити ФСА;
Розробити замовну специфікацію;
Вибрати контур регулювання;
Побудувати криву розгону об'єкту;
Знайти настройки П регулятора для автоматичної системи регулювання;
Знайти настройки ПІ регулятора для автоматичної системи регулювання;
Зробити корекцію настройок регуляторів (по необхідності);
Зробити висновки.
1 ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ЯК ОБ'ЄКТА УПРАВЛІННЯ.
НОМІНАЛЬНІ І ГРАНИЧНІ ЗНАЧЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ
Рисунок 1.1 - Технологічна схема об'єкта управління
u1, %шв.об.u2, %Х.РОy1, %Н2S04у2, м3/год Таблиця 1.- Матриця передатних функцій об'єкту
Система призначена для виготовлення 4% розчину H2SO4 і витратою 30м3/год (при цьому u1=50 % шв.об., u2=60 %хро), що йде на регенерацію катіонітного фільтру. Регулювання концентрації відбувається шляхом зміни швидкості обертання насосів-дозаторів, які качають 98% розчин H2SO4 з баку-збірнику. Регулювання виграти відбувається шляхом зміни ходу регулюючого органу, що регулює витрату демінералізованої води на приготування розчину. Максимально можливі збурення у системі: за витратою - 6 м3/год. за концентрацією кислоти - 0.68 % H2SO4. Допустимі відхилення від номінальних значень: для витрати: +4 м3/год, -2 м3/год; для концентрації: +0.2 % H2SO4, -0.1 % H2SO4. Схема технологічної дільниці наведена на рисунку, модель - у таблиці.
Виробництво сірчаної кислоти - однієї з найсильніших і дешевих кислот - має важливе народногосподарське значення, обумовлене її широким застосуванням в різних галузях промисловості.
Сировиною у виробництві сірчаної кислоти можуть бути елементарна сірка і різні сірковмісні сполуки, з яких може бути отримана сірка або безпосередньо оксид сірки (IV).
Природні поклади самородної сірки невеликі. Найчастіше сірка знаходиться в природі у формі сульфідів металів і сульфатів металів, а також входить до складу нафти, кам'яного вугілля, природного і попутного газів. Значні кількості сірки містяться у вигляді оксиду сірки в топкових газах і газах кольорової металургії та у вигляді сірководню, що виділяється при очищенні горючих газів.
Таким чином, сировинні джерела виробництва сірчаної кислоти досить різноманітні, хоча до цих пір в якості сировини використовують переважно елементарну сірку і залізний колчедан. Обмежене використання таких видів сировини, як топкові гази теплових електростанцій і гази мідеплавильного виробництва, пояснюється низькою концентрацією в них оксиду сірки (IV).
Для отримання сірчаної кислоти використовують сірку або містять сірку сполуки, з яких може бути отриманий сірчистий ангідрид.
Один з поширених видів сировини для отримання сірчаної кислоти - пірит, або сірчаний колчедан FeS2. Зустрічається з'єднання сірки з двома металами, наприклад з міддю і залізом (халькопірит). Сірка є у вугіллі, нафти, горючих та топкових газах.
Багато сірки у вигляді сірчистого ангідриду мається на складі газів, що відходять металургійних печей. Сірка міститься і в сірководні, отримують при коксуванні вугілля або міститься в генераторному газі, газах нафтопереробки, попутних нафтових газах і природному газі. Іноді для виробництва сірчаної кислоти використовують відходи деяких виробництв, що застосовують сірчану кислоту. Це кислі гудрони, травильні розчини, фосфогіпс та ін.
Безводна сірчана кислота (моногідрат) - важка масляниста рідина (щільність при 20 ° З 1830 кг/м3; температура кипіння 296,2 ° С при атмосферному тиску; температура кристалізації 10,45 ° С). Вона змішується з водою в будь-яких співвідношеннях із значним виділенням теплоти (утворюються гідрати). У сірчаній кислоті розчиняється оксид сірки. Такий розчин, склад якого характеризується вмістом вільного SО3 (100%-я H2SO4), називається олеумом.
Сірчана кислота використовується для виробництва добрив - суперфосфату, амофосу, сульфату амонію та ін Значний її витрата при очищенні нафтопродуктів, а також в кольоровій металургії, при травленні металів. Особливо чиста сірчана кислота використовується у виробництві барвників, лаків, фарб, лікарських речовин, деяких пластичних мас, хімічних волокон, багатьох отрутохімікатів, вибухових речовин, ефірів, спиртів і т. п.
Виробляється сірчана кислота двома способами: контактним і нітрозним (баштовим). Контактним способом отримують близько 90% від загального обсягу виробництва кислоти, так як при цьому забезпечується висока концентрація і чистота продукту.
2 ФУНКЦІОНАЛЬНА СХЕМА АВТОМАТИЗАЦІЇ З ВИКОРИСТАННЯМ
ПРОМИСЛОВИХ КОМП'ЮТЕРІВ І КОНТРОЛЕРІВ
2.1 Розробка ФСА
Функціональна схема виконується у вигляді креслення, на якому схематично умовними зображеннями показують: технічне устаткування, комутації, органи управління і засоби автоматизації з вказівкою зв'язків між технологічним устаткуванням і засобами автоматизації, а також зв'язків між окремими функціональними блоками і елементами автоматики.
Функціональні схеми автоматизації можуть розроблятися з більшою або меншою мірою деталізації. Проте об'єм інформації, представлений за схемою, повинен забезпечити повне уявлення про прийняті основні рішення по автоматизації цього технологічного процесу і можливість складання на стадії проекту заявочних відомостей приладів і засобів автоматизації, а на стадії робітника проекту - всього комплексу проектних матеріалів передбачених у складі об'єкту.
ФСА ТГТУ.200503.012 є проектним технічним документом, що визначає структуру і функціональні зв'язки між технологічним процесом і засобами контролю і управління процесом.
Функціональна схема автоматизації виконується без масштабу, за допомогою умовних позначень приладів і засобів контролю, не містить конструктивних подробиць, а технологічне устаткування зображається спрощено при нагоді відповідно до своєї конфігурації. На схемі показується технологічне устаткування, послідовно розподілене відповідно до технічного процесу, технологічні комунікації, органи управління, засоби контролю і автоматизації і взаємні зв'язки між ними. Не показуються на функціональній схемі автоматизації допоміжні пристрої: блоки живлення, перетворювачі, запобіжники, вимикачі і тому подібне. Усі прилади і засоби автоматизації показуються умовними позначеннями по ГОСТ 21405-85. Умовні позначення трубопроводів показуються відповідно до ГОСТ 2784-96.
Рисунок 2.1 - Функціональна схема автоматизації катiонiтного фiльтру
Таблиця 2.2 - Замовна специфікація на виконавчі механізми і регулюючі органи
123456789№№ позиціїМісце установкиНайменування та технічні характеристикиТип, модель, модифікаціяОдиниця вимірюванняКількістьЗавод - виготовникПримітки13,6За місцемГНУ для установки валків у вертикальній площині. Діаметр поршня - 965 мм, діаметр штока - 800 мм, хід - 140 мм. Припустиме зусилля від обох гідроциліндрів - 3000 т.ГНУшт2"SMS"35,8За місцемЕлектродвигун постійного струму незалежного збудження
Потужність 9кВт, Напруга 440В, Частота обертання 132/6000 хв-1,
ККД 78%4ПФМ 112Мшт2"Электродвигатель"
Таблиця 2.3 - Замовна специфікація на засоби комп'ютерної техніки
123456789№№ позиціїМісце установкиНайменування та технічні характеристикиТип, модель, модифікаціяОдиниця вимірюванняКількістьЗавод - виготовникПримітки14аВ операторськійПромисловий комп'ютер RS-100-SP-B. Процесор Intel Pentium 4 - 3,4Ггц, системна шина - 800Мгц. Чіпсет Intel E1210+ICM-R, ОЗУ до 4 ГбRS-100-SP-B1шт25аНа містіПристрій зв'язку з об'єктом ADAM 42501штAdvantech33аНа містіПеретворювач інтерфейсу з RS-485 в RS-232ADAM 45201штAdvantech ВИБІР КОНТУРА РЕГУЛЮВАННЯ
В технологічному процесі нагрівача з сонячним підігрівом виберемо контур регулювання температури, який буде залежати від подавання тепла в акумулятор.
Передаточна функція ОУ має вигляд:
В даному процесі виберемо контур регулювання температури води в акумуляторі, який залежить від температури носія, подаючого в акумулятор. Сонячні промені падаючи на колектор нагрівають рідину (антифриз), яка потім за допомогою циркулюючого насоса надходить у бак-акумулятор, віддаючи своє тепло рідині (воді). При похмурій погоді, вода в баці-акумуляторі не нагрівається до потрібного значення, тому додатково підключається газовий котел, який і нагріває воду до заданої температури.
4 МОДЕЛЮВАННЯ ОБ'ЄКТА УПРАВЛІННЯ
Мета: Апроксимувати криву розгону.
Завдання 1:
1 Побудова кривої розгону об'єкта управління.
2 Апроксимація кривої розгону та визначення коефіцієнта передачі, постійна часу та чистого запізнення. ВИКОНАННЯ ЗАВДАННЯ 1
Система автоматичного контролю температури.
Розглянемо контур 1, де основним регулюючим параметром є температура. Він характеризується інерційною ланкою 2-го порядку з запізненням. Регулювання температури зазвичай здійснюється за допомогою пропорційного та пропорційно-інтегрального регулятора. Задача регулювання температури зводиться до регулювання величини теплового потоку. Рисунок 4.1 - Структурна схема АСР
Рисунок 2.1 - Крива розгону ОУ температури води в акумуляторі по регулюючому каналу
Рисунок 3.1 - Апроксимація кривої розгону ОУ температури води в акумуляторі
При апроксимації кривої розгону (рисунок 3) можна визначити такі параметри як:
Коефіцієнт передачі: К0=0.14; Час розгону: Т0=13 с;
Чисте запізнення: τ0=4 с.
5 ПОБУДОВА ПЕРЕХІДНОГО ПРОЦЕСУ РЕГУЛЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ВОДИ В АКУМУЛЯТОРІ З П-РЕГУЛЯТОРОМ
Побудова перехідного процесу регулювання температури води в акумуляторі з П регулятором
Мета: Отримати аналітичне вираження в АСР з П-регулятором
Завдання 2:
Апроксимувати криву розгону ОУ та визначити коефіцієнт передачі К0, постійну часу Т0,с, умовне чисте запізнення τ0,с; Розрахувати коефіцієнт передачі пропорційного регулятора;
Побудувати графік перехідного процесу;
Порівняти перехідний процес регулювання з перехідним процесом в об'єкті при тому ж збуренню;
Зробити висновки
Виконання завдання 2
Властивості об'єкту візьмемо по апроксимуючої кривої розгону із завдання 1:
Коефіцієнт передачі: К0=0.14; Час розгону: Т0=13 с;
Чисте запізнення: τ0=3 с.
Коефіцієнт передачі П-регулятора знаходиться по формулі:
K_p=T/(τ* K_0 ) (1)
де T - час розгону об'єкта, с;
К0 - коефіцієнт передачі;
τ - час запізнення, с.
K_p=13/(4*0.14)=1,125
Підставивши налаштування П регулятора, ми отримаємо перехідний процес, який можна покращити, шляхом зменшення коефіцієнта передачі (Кр=0,5).
Рисунок 5.1 - Структурна схема АСР з П-регулятором
Рисунок 5.2 - Графік перехідного процесу з П-регулятором
Із графіка перехідного процесу регулювання (рисунок 5.2) видно, що у нас виникає остаточна помилка. П-регулятор можна використати, якщо нас не хвилює остаточна помилка.
Знайдемо показники якості регулювання, а саме:
∆Xm1 - перше динамічне відхилення;
∆Xm3 - третє динамічне відхилення;
tp - час регулювання;
∆Xост - кінцева статична похибка регулювання;
∆Xсам(∞) - кінцеве відхилення вихідної змінної у випадку відсутності регулятора
Знайдемо показники якості регулювання, а саме:
∆Xm1=0.05∆Xост=0,132tp=55c
∆Xm3=0.008 ∆Xсам(∞)=0.14
Розрахуємо ступінь згасання коливань перехідного процесу:
Ψ=(∆Xm1-∆Xm3)/∆Xm1=(0,05-0.008)/0,05=0.84 (4)
Динамічний коефіцієнт регулювання:
Rd=∆Xm1/(∆Xсам(∞))=0,05/0.14=0.35 (5)
6 ДОСЛІДЖЕННЯ ПЕРЕХІДНОГО ПРОЦЕСУ РЕГУЛЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ВОДИ В АСР З ПІ-РЕГУЛЯТОРОМ
Дослідження перехідного процесу регулювання температури води в АСР з ПІ-регулятором.
Мета: Побудувати і оцінити якість перехідного процесу регулювання температури води в АСР з ПІ-регулятором. Дослідити вплив параметрів налаштування регулятора на якість перехідного процесу регулювання
Завдання 3:
Розглянути перехідний процес регулювання, при необхідності скорегувати параметри налаштування регулятора для отримання необхідної якості перехідного процесу;
Вивчити вплив Кр і Ті на характер перехідного процесу регулювання, побудувати графіки залежності показника перерегулювання від Кр і Ті та часу регулювання tр від Кр і Ті;
Зробити висновки.
Виконання завдання 3
Властивості об'єкта Властивості об'єкту візьмемо по апроксимуючої кривої розгону із завдання 1:
Коефіцієнт передачі: К0=0.14; Час розгону: Т0=13 с;
Чисте запізнення: τ0=4 с.
Коефіцієнт передачі ПІ-регулятора знаходиться по формулі:
K_p=(0,8*T)/(τ* K_0 ) (2)
де T - час розгону об'єкта, с;
К0 - коефіцієнт передачі;
τ - час запізнення, с.
Час ізодрому:
Т_і=3*τ (3)
Підставивши свої значення в формулу (2) та (3), отримаємо налаштування ПІ-регулятора:
K_p=(0,8*13)/(4*0.14)=18.57
Т_і=3*4=12 с
Рисунок 6.1 - Структурна схема ОУ з ПІ-регулятором після корегування Рисунок 6.2 - Графік перехідного процесу регулювання ПІ-регулятора після корегування
Знайдемо показники якості регулювання, а саме:
∆Xm1 - перше динамічне відхилення;
∆Xm3 - третє динамічне відхилення;
tp - час регулювання;
∆Xост - кінцева статична похибка регулювання;
∆Xсам(∞) - кінцеве відхилення вихідної змінної у випадку відсутності регулятора
Знайдемо показники якості регулювання, а саме:
∆Xm1=0.018∆Xост=0tp=47c
∆Xm3=0.0019 ∆Xсам(∞)=0.14
Розрахуємо ступінь згасання коливань перехідного процесу:
Ψ=(∆Xm1-∆Xm3)/∆Xm1=(0,018-0.0019)/0,018=0.89 (4)
Динамічний коефіцієнт регулювання:
Rd=∆Xm1/(∆Xсам(∞))=0,018/0.14=0.12 (5)
Таблиця 6.1 Показники якості перехідних процесів регулювання
Перехідний процес в АСР ДПСНЗ 5ти клітьового верстата∆Xm1∆Xm3ψtp,с З П-регулятором0,050.0080.8455 З ПІ-регулятором0,0180,00190,8947
З отриманих результатів можна зробити висновок, що перехідний процес з ПІ регулятором відповідає поставленим вимогам, а АСР з П-регулятором в нас виникає остаточна помилка, що не відповідає відповідним вимогам.
ВИСНОВОК
В курсовій роботі був досліджений регулюючий апарат на прикладі "Катiонiтний фiльтр". Під час виконання курсового проекту було виконано: описання технологічного процесу, розроблена функціональна схема автоматизації та замовна специфікація на засоби автоматизації, комп'ютерної техніки та на виконавчі механізми і регулюючі органи, вибраний контур регулювання, побудована крива розгону об'єкта, найдені налаштування П та ПІ регуляторів для автоматичної системи регулювання, була виконана корекція налаштувань регуляторів.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
І.С. Кушнір Методичні вказівки до курсового проекту з дисципліни "Автоматизація технологічних процесів і виробництв" / І.С.Кушнір, А.М. Тігарєв ; УДК 681.5, план ПНВ 2012 р. - 41 с.
Зайцев Г.Ф. Теория автоматического управления/ Зайцев Г.Ф., Стеклов В.К., Брицкий А.И.; К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989.- 431 с. ISBN 5-11-000225-8
Клюев А. С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов /А. С. Клюев, Б. В. Глазов, А. Х. Дубровский - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 464 с. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам. Межгосударственный стандарт. - М., 1995. 
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
65
Размер файла
490 Кб
Теги
атп, kursa
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа