close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Kursach (1)

код для вставкиСкачать
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса"
(ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС")
Ростовский технологический институт сервиса и туризма (филиал)
(РТИСТ ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС
Электротехнический колледж
Специальность: "Автоматизация технологических процессов и производств
(жилищно-коммунальное хозяйство)"
Проект допущен к защите
___________________
"____"_________2013 г.
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
тема: Синтез и анализ системы автоматического регулирования температуры в деаэраторе
по дисциплине "Автоматическое управление"
Проектировал / / Группа 3-53 АТП
Руководитель / С.В.Иванов /
РОСТОВ-НА-ДОНУ, 2013 г.
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса"
(ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС")
Ростовский технологический институт сервиса и туризма (филиал)
(РТИСТ ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС
Электротехнический колледж
Специальность: "Автоматизация технологических процессов и производств
(жилищно-коммунальное хозяйство)"
ЗАДАНИЕ
на курсовой проект по дисциплине Автоматическое управление для студента 3 курса 3-53 АТП группы
Иванова Ивана Ивановича ______________________________ Ф.И.О. студента
Тема: Синтез и анализ системы автоматического регулирования температуры в деаэраторе Исходные данные: Технологическая схема деаэратора
Объем проекта: пояснительная записка 30-35 стр. и графический материал формат А1 -2 листа (содержание пояснительной записки и графического материала см. на оборотной стороне)
Срок проектирования "21" июня 2013 г.
Руководитель _____ С.В.Иванов
Дата выдачи задания: "21" февраля 2013 г.
Содержание пояснительной записки (перечень вопросов подлежащих разработке)
Введение
1. Общая часть _______________________________________
1.1. Основные понятия о системах автоматического управления_________
1.2. Краткая характеристика объекта ________________________________
1.3. Разработка структурной схемы автоматического регулирования заданным параметром ___________________________________________
1.4. Разработка технологической схемы контроля заданным параметром
1.5. Выбор приборов и средств автоматизации ______________________
2. Расчетная часть ________________________________________________
2.1. Математическое описание и исследование объекта управления______
2.1.1.Структурное преобразование схемы объекта управления определение его передаточной функции_________________________________________ 2.1.2. Построение частотных характеристик объекта __________________
2.1.3. Выделение областей устойчивости_____________________________
3. Библиографический список______________________________________
Графическая часть проекта (на листах формата А1):
Лист 1. Система автоматического управления. Схема структурная. Контур регулирования___________________________________________________
Лист 2. Частотные и переходные характеристики системы автоматического управления_______________________________________________________
Задание к исполнению принял студент Лифанов М.А. Введение
Автоматизация играет решающую роль при организации промышленного производства по принципу: выпуск заданного количества продукции при минимуме материальных затрат и затрат ручного труда. В особенности актуальной автоматизация становится в отраслях промышленности, конечная продукция которых находит массовый спрос у потребителя и используется практический во всех производственных процессах. Автоматизированные системы управления технологическими процессами (в металлургии, машиностроении, нефтегазовой промышленности и др.) являются высшим этапом комплексной автоматизации и призваны обеспечить существенное увеличение производительности труда, улучшения качества выпускаемой продукции и других технико-экономических показателей производства, а также защиту окружающей среды. Особенностью построения любой АСУ является системный подход ко всей совокупности металлургических, теплотехнических, экологических и управленческих вопросов. Специалист в области разработки АСУТП должен владеть теорией автоматического регулирования и управления, разбираться в конструкциях и основах технологии производственных агрегатов, достаточно свободно ориентироваться в работе ЭВМ, математическом и алгоритмическом обеспечения, уметь правильно применять средства информационной и управляющей техники. Развитие современного производства идет по пути создания высокоэффективных промышленных установок, сопровождается интенсификацией технологических и производственных процессов и систем управления ими. При этом постепенно был осуществлен переход от ручного управления технологическими процессами к автоматизированным и далее - к полностью автоматическим. Факторами развития автоматики явились: необходимость все более расширенного воспроизводства и повышения качества продукции, а также потребность в совершенствовании труда человека. Современное производство характеризуется многообразием связей между отдельными процессами и необходимостью их четкой последовательности. Непрерывное и поточное производство, а также высокие скорости протекания отдельных операций вызывают необходимость в сокращении времени перехода от одной операции к другой, повышают требования к быстродействию, точности и объективности управления, которое стало практически невыполнимым для человека. В этих условиях на помощь человеку в управлении современным производством пришли специальные устройства называемые автоматами. Роль человека при этом сводится только к наблюдению за работой автоматов, их наладке и регулированию.
Одним из основных путей повышения эффективности производства является создание автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) на базе современных средств автоматизации и вычислительной техники. Управление технологическими процессами с использованием автоматических устройств включает в себя решение следующих основных задач: контроль параметров процессов (температуры и давления в аппаратах, состава и качества жидкостей и газов и т.д.); регулирование параметров (поддержание их в заданных значениях); сигнализацию (оповещение, предупреждение) об отклонениях значений параметров за допускаемые пределы; блокировку (запрещение) неправильного включения оборудования; защиту оборудования в аварийных ситуациях (выключение, перевод на безопасный режим). Автоматизация производственных процессов начинается с постановки задачи, определяющей уровень автоматизации конкретного объекта, например, технологической установки. Этим определяется направление всей дальнейшей работы, ее объем и стоимость затрат, в частности, на приобретение и внедрение средств автоматизации. Важным в решении задачи автоматизации является выбор управляющей системы, т.е. определение степени участия людей в процессе управления, использования автоматических устройств, средств вычислительной техники.
Все эти вопросы решаются на основании тщательного изучения подлежащих автоматизации процессов. Изучаются свойства исходных, промежуточных и готовых продуктов - их взрыво- и пожароопасность, токсичность, физико-химические свойства. Исследуются (или задаются) статические и динамические характеристики технологических аппаратов, определяются классы и категории производственных помещении по взрыво- и пожароопасности. На основании поставленной задачи и исходных данных разрабатывается проект автоматизации. При этом может учитываться опыт автоматизации аналогичных процессов или установок. В разработке управляющей системы для технологической установки можно выделить следующие основные направления: - решение вопроса организации управления. Оно может быть местным или централизованным. - выбор контролируемых параметров, что должно обеспечить получение наиболее полной измерительной информации о технологическом процессе, о работе оборудования. Контролю, как правило, подлежат основные параметры процесса - температура. давление, уровень и др. - выбор средства автоматизации. Средства автоматизации должны выбираться согласно принятым решениям по контролю, регулированию и сигнализации параметров процесса, а также с учетом обеспечения автоматической защиты и блокировки. 1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ
Формирование автоматики как самостоятельной отрасли науки и техники сопровождалось установлением определенных общепринятых понятий. Определенность понятий и их точное понимание имеют важное значение, так как методы и средства автоматики нашли широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. Автоматика - отрасль науки и техники об управлении и контроле протекания различных процессов, действующих без непосредственного участия человека. Более конкретное (узкое) определение автоматики - это совокупность методов и технических средств, исключающих участие человека при выполнении операций конкретного процесса. Автоматизация - процесс, при котором функции управления и контроля осуществляются методами и средствами автоматики. По степени автоматизации производства различают частичную, комплексную и полную автоматизацию. Частичная автоматизация - это автоматическое выполнение отдельных производственных операций, осуществляемое в тех случаях, когда определенные технологические процессы вследствие своей сложности или быстродействия невыполнимы для человека. Функции человека при частичной автоматизации определяются технологическим процессом и сводятся к участию в производственных операциях, контроле и управлении.
Комплексная автоматизация - автоматическое выполнение всех основных производственных операций участка, цеха, завода, электростанции и т. д. как единого взаимосвязанного комплекса. Функции человека при комплексной автоматизации ограничиваются контролем и общим управлением.
Полная автоматизация - высшая ступень, при которой автоматизируются все основные и вспомогательные участки производства, включая систему управления и контроля. Управление и контроль автоматизируются с помощью вычислительных машин или специализированных автоматических устройств. Функции человека при полной автоматизации сводятся к наблюдению за работой оборудования и устранению возникающих неисправностей. В зависимости от выполняемых функций автоматизация классифицируется на следующие основные виды: управление, контроль, сигнализация, блокировка, защиты и регулирование.
1.1 Основные понятия о
системах автоматического управления
Всякий технологический процесс характеризуется определенными физическими величинами. Для обеспечения требуемого режима работы эти величины необходимо поддерживать постоянными или изменять по том или иному закону.
Физическиевеличины,определяющиеход технологического процесса, называются параметрами технологического процесса.
Так, параметрами технологического процесса могут быть давление, температура, уровень жидкости, концентрация вещества, расход вещества или энергии, скорость изменения какой-либо величины и т. п.
Параметр технологического процесса, который необходимо поддерживать постоянным или изменять по определенному закону, называется регулируемой величиной. или регулируемым параметром.
Значение регулируемой величины, которую оператор стремится получить в установившемся режиме от находящейся в равновесии системы регулирования при заранее заданных режимах ее работы, называется заданным значением.
Значение же регулируемой величины в рассматриваемый момент времени называется ее мгновенным или истинным значением.
Значение регулируемой величины (или какой-либо другой),полученной в рассматриваемый момент времени, на основании данных некоторого измерительного прибора называется ее измеренным значением.
Воздействие, подаваемое на вход системы или устройства, называется входным воздействием.
Воздействие, подаваемое на выход системы или устройства, называется выходным воздействием.
Под структурной схемой системы или устройства понимается графическое изображение совокупности функциональных блоков и связей между ними, образующих' эту систему или устройство.
Возмущающими воздействиями принято называть воздействия, стремящиеся нарушитьтребуемую функциональную связь между задающим воздействием и регулируемой величиной.
Под задающим воздействием понимается воздействие на систему, определяющее требуемый закон' изменения регулируемой величины.
Комплекс устройств, присоединяемых к регулируемому объекту и обеспечивающих автоматическое поддержание заданного значения его регулируемой величины или автоматическое изменение ее по определенному закону, принято называть автоматическим регулятором.
Выход объекта регулирования (регулируемая величина) воздействует на вход регулятора. Выход регулятора через регулирующий орган воздействует на вход объекта регулирования.
Автоматическое регулирование является частным случаем более общего понятия автоматического управления. Автоматическим управлением называется процесс, при котором операции выполняются посредством системы, функционирующей без вмешательства человека в соответствии с заранее заданным алгоритмом.
В общем случае совокупность управляемого объекта и автоматического управляющего устройства, определенным образом взаимодействующих между собой, принято называть автоматической системой. Автоматическая система с замкнутой цепью воздействия, в которой управляющее (регулирующее)воздействиевырабатывается в результате сравнения истинного значения управляемой (регулируемой) величины, с заданным (предписанием) ее значением, называется АСР.
Процесс, посредством которого одну или несколько регулируемых величин приводят в соответствие с их постоянными или изменяющимися по определенному закону заданными значениями и при этом указанное соответствие достигается техническими средствами путем выработки воздействия на регулируемые величины в результате сравнения их действительных значений с заданными, называется автоматическим регулированием.
Различают алгоритмическую, функциональную и конструктивную структуру АСР.
Алгоритмической структурой АСР называется структура, где каждая часть предназначена для выполнения определенного алгоритма преобразования ее входной величины, являющегося частью алгоритма функционирования АСР.
В функциональной структуре АСР каждая часть предназначена для выполнения определенной функции.
Структура АСР, где каждая часть представляет самостоятельное конструктивное целое, , называется конструктивной структурой АСР. Структура АСР с той или иной степенью детализации может быть представлена графически. Графическое изображение структуры АСР называется структурной схемой АСР.
Простейшая составная часть структурной схемы АСР или автоматического устройства, отображающая путь и направление передач воздействия между частями автоматической системы, на которые эта система разделена в соответствии со структурной схемой, называется связью структурной схемы системы.
Связи структурной схемы классифицируются на основные, дополнительные и дополнительные обратные.
Связь структурной схемы АСР, образуемая основной цепью воздействия между участками этой цепи, называется основной связью.
Связь структурной схемы АСР, образующая путь передачи воздействия в дополнение к основной цепи воздействий или какому-либо участку, называется дополнительной связью.
Дополнительная связь структурной схемы АСР, направленная от выхода к входу рассматриваемого участка цепи воздействий, называется дополнительной обратной связью (или просто обратной связью).
Обратная связь может быть отрицательной или положительной.
Обратная связь, направленная с выхода системы к ее входу называется главной обратной связью.
Все отдельно взятые элементы системы обладают направленностью действия, т. е. свойством детектирования которое заключается в том, что сигнал проходит только от входа к выходу элемента.
Типовые звенья
Выделяют 8 типовых звеньев:
1)Усилительное (пропорциональное звено)
(1.1)
2)Интегрирующее звено
(1.2)
3)Дифференцирующее звено
(1.3)
4)Апериодическоезвено (инерционное)
(1.4)
5)форсирующее звено I-го порядка
(1.5)
6) форсирующее звено II-го порядка
(1.6)
7)Колебательное звено
(1.7)
8)Консервативное звено
(1.8)
Критерии устойчивости
1-йкритерий устойчивости
Необходимым и достаточным условием устойчивости замкнутой системы являются: отрицательное значение вещественной части корней характеристического полинома.
2-йкритерий устойчивости
Критерий устойчивости Гурвица.
Необходимым и достаточным условием устойчивости замкнутой системы являются: положительное значение всех диагональных определителей матрицы Гурвица, при этом поленом должен быть полным, и все его коэффициенты положительны.
3-йкритерий устойчивости
Критерий устойчивости Михайлова
Система в замкнутом состоянии, будет устойчива в том случае, если годограф Михайлова при изменении частоты от 0 до + 00 начинаясь с положительной реальной полуоси, проходит последовательно против часовой стрелки такое
количество квадрантов, коков порядок полинома.
4-йкритерий устойчивости
Критерий устойчивости Найквиста
1-йслучай Система устойчивая в разомкнутом состоянии будет устойчива в замкнутом в к случае, если АФЧХ разомкнутой системы не охватывает точку с координатами (-l;jO)
2-йслучай
Система устойчивая в разомкнутом состоянии будет устойчива в замкнутом в том случае, если ЛАЧХ разомкнутой системы будет пересекать ось частот раньше, чем ФЧХ ординату - П.
Законы регулирования.
1 -и закон Пропорциональный закон.
Характеристики пропорционального регулятора совпадают с характеристиками П - звена.
При введении пропорционального регулятора ЛАЧХ будет осуществлять параллельный перенос, при к > 1 вверх, при к < 1 вниз, при этом частота среза изменится.
При настройке регулятора желательно иметь большое значение к, т.к. при увеличении к установившаяся ошибка регулирования уменьшится, но при этом система может потерять устойчивость. Существуют случаи, когда использование П - закона не возможно (ФЧХ лежит ниже - П).
2-й закон
Интегрирующий закон.
Характеристики данного закона совпадают с характеристиками интегрирующего звена
= (1.9)
Данный регулятор относится к астатической группе, его использование приводил к устранению установившейся ошибки регулирования.
Использование регулятора изменяет наклон ЛЛЧХ и сдвигает ФЧХ на - 90°. В чистом виде не используется, а используется как часть сложных.
3-й закон
Дифференцирующий закон.
Характеристики данного регулятора совпадают с характеристиками дифференцирующего звена.
(1.10)
В чистом виде не используется, в силу физической не реализуемости, а используется как составляющая часть в ПД и ПИД.
4-й закон
Пропорционально интегрирующий закон.
Регулятор реализующий ПИ закон регулирования использует все положительные
стороны пропорционального и интегрирующего звеньев.
(1.11)
Данный регулятор называется регулятором с связанными параметрическими настройками.
5-йзакон
Пропорционально - дифференцирующий закон.
с не связанными настройками.
6-йзакон
Пропорционально - интегрирующий дифференцирующий закон
+ (1.12)
Комплексустройств,присоединяемыхк регулируемому объекту обеспечивающих автоматическое поддержание заданного значения с регулируемой величины или автоматическое изменение ее по определенному закон, принято называть автоматическим регулятором.
1.2. Краткая характеристика объекта
Проблема каждой тепловой сети - наличие в воде кислорода и анионов, которые достаточно серьёзно сокращают срок службы тепловых сетей. Для того чтобы увеличить этот срок, вода, прежде чем попасть в систему, проходит через деаэратор (рисунок 1).
Регулируемый параметр: Т=98°C±1.4°С
Рисунок 1 - Исходная схема Деаэратора
1 - Деаэратор 2 - Конденсатопровод
3 - Трубопровод добавочной воды
4 - Трубопровод воды прошедшей деаэрацию
5 - Паропровод
Для того чтобы уменьшить количество кислорода в воде достаточно просто нагреть жидкость, а вот для того чтобы удалить весь кислород необходимо довести воду до кипения. Так вот устройство, в котором вода доводится до кипения, называется деаэратором. Нагрев жидкости до кипения в деаэраторе происходит за счёт пара из турбины. Для эффективного процесса деаэрации необходимо постоянно удалять газы, выделяющиеся в процессе кипения воды. Для этого в деаэраторе предусмотрена специальная парогазовая отводимая часть. Данный процесс называется выпором. Чем больше будет выпор у деаэратора, тем эффективнее будет его работа.
Устройство деаэратора представляет собой деаэрационную колонку, в которой нагретая вода поступает сверху вниз, а снизу ей навстречу подаётся нагревающий пар. Деаэрационную колонку устанавливают в бак аккумулятор питательной воды, в который в процессе и стекает вода, прошедшая процесс деаэрации. Образно говоря, работа деаэратора - это совокупность деаэрационной колонки и деаэрационного бака, на котором они установлены.
Емкость деаэраторных баков выбирается из расчета трехминутной работы питательных насосов после прекращения подачи воды в деаэратор. Уровень воды в деаэраторе должен быть определенным и контролироваться с помощью водомерного стекла. При достижении предельно допустимого уровня, избыток воды сливается через переливное устройство. Повышение уровня свыше максимально допустимого ухудшает работу деаэрационной колонки. Давление в деаэраторе необходимо поддерживать постоянным. Это связано с тем, что после деаэратора вода, нагретая до температуры насыщения, питательным насосом подается в питательную магистраль и далее в барабан сепаратор. При резком изменении давления в деаэраторе может произойти вскипание воды, и работа насоса нарушается. При изменении нагрузки на турбину давление пара в отборах изменится, изменится давление и в деаэраторе.
1.3. Разработка структурной схемы системы автоматического регулирования
ЗУ - задающее устройство
ИУ - измерительное устройство
СУ - сравнительное устройство
УФЗР - устройство формирования закона регулирования
УУ - устройство управления
ИМ - исполнительный механизм
РО - регулирующий орган
ОУ - объект управления
1.4 Разработка технологической схемы контроля заданным параметром
Технологическая схема представленной функциональной схемы деаэратора имеет следующий вид
- ------Первичный измерительный преобразователь для измерения температуры, установленный по месту. - Регулятор температуры, бесшкальный, установленный на щите. - Аппаратура, предназначенная для ручного дистанционного управления, снабжения устройством для сигнализации, установленный на щите.
- Переключатель электрических цепей, переключатель для газовых воздушных линий, установленный на щите.
- Пусковая аппаратура для управления электродвигателем.
1.5 Выбор приборов и средств автоматизации
1)Термопреобразователь ТСПУ 9313
Термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом - предназначены для измерения температуры путем преобразования её в выходной сигнал в виде постоянного тока или напряжения. Основные технические характеристики:
Тип термопреобразователя ТСПУ 9313
Конструктивное исполнение 33.07
Вид климатического исполнения
по ГОСТ15150-69 У2
Диапазон измеряемых температур,°C -50...+600
Класс допуска первичного преобразователя В
Выходной сигнал постоянного тока, мА 0...5
Потребляемая мощность, Вт не более 0.9
Материал защитной арматуры первичного преобразователя сталь 12Х18Н10Т
Устройство и Принцип действия:
Термопреобразователь состоит из первичного преобразователя (Термометр Сопротивления Платиновый) и вторичного преобразователя (электронная схема).
При измерении температуры изменяется сопротивление первичного преобразователя. В электронной схеме вторичного преобразователя это измерение преобразуется в изменение напряжения, которое пропорционально измерению температуры. Напряжение усиливается до уровня, необходимого для управления схемой регулирования выходным сигналом. Схема обеспечивает необходимый коэффициент преобразования изменения сопротивления в постоянный выходной сигнал и линеаризацию зависимости выходного сигнала от измерения сопротивления.
2)Исполнительный механизм МЭО 250/25
Электропривод предназначенный для регулировки арматуры (задвижки, которая регулирует температуру в деаэраторе) предназначен для плавного перемещения регулирующего органа с возможностью контроля его положения.
Технические характеристики:
Напряжение питания 220В
Частота 50Гц
Число включений в час 320
Потребляемая мощность 60Вт
Номинальное время полного хода
выходного вала 25с
Номинальный полный ход выходного вала
обороты 0.25
3) Пусковой механизм
В качестве пускового механизма используются пускатели ПБР-2М, ПБР-2М2.1
4)Регулирующий орган
В качестве регулирующего органа выбираем задвижку (регулируемая арматура), которая регулирует температуру в деаэраторе - либо увеличивая, либо уменьшая подачу пара в деаэратор.
Характеристики арматуры:
Основные характеристики арматуры - это условный диаметр и условное давление.
Условное давление - это давление, которое выдерживает корпус арматуры при температуре среды 200°C. При более высоких температурах необходимо использовать арматуру с условным давлением выше, чем давление среды.
Условный диаметр - это обозначение пропускной способности арматуры в полностью открытом виде.
5)Регулятор
В качестве регулятора выбираем микропроцессорный контроллер Протар-130 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
* Питание:
o Напряжение - ~220В (допускается - от 187 до 242B);
o Частота - от 48 до 62Гц;
o Потребляемая мощность - не более 18ВА.
* Конструктивное исполнение:
o Габаритные размеры:
* для прибора - 120х60х370мм;
* для пульта оператора - 130х60х32мм.
o Масса:
* для исполнений ПРОТАР 102, 120 - не более 2.6кг;
* для исполнений ПРОТАР 112, 130 с выносным пультом оператора - не более 3.1кг;
o Монтаж - щитовой.
* Аналоговые входы:
o Количество - 6;
o Вид - 0-5мА, 0-20мА, 4-20мА, 0-2В, 0-10B постоянного тока;
o Гальвоническая изоляция для 4 входов.
* Дискретные входы:
o Количество - в зависимости от исполнения (см. таблицу исполнений).
* Импульсные/дискретные выходы:
o Количество - 5;
o Вид (по выбору):
* постоянно пульсирующий ток 0, 24В;
* изменение состояния бесконтактного ключа, с коммутирующей способностью 45В, 0.15А.
* Аналоговые выходы:
o Количество - 2;
o Вид - 0-10В, 0-5мА, 0-20мА, 4-20мА постоянного тока.
2. Расчетная часть
1) 2) 3) 4) 5)
2.1 Построение частотных характеристик объекта
2.3 Выделение областей устойчивости
ωReTm0-100,3502,10,3770
Функции будет устойчева при 
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
94
Размер файла
1 112 Кб
Теги
kursach
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа