Автоматизация процесса водочной продукции

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РБ

УЧЕРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «ОНИиП»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Средства автоматики и автоматизация производственных процессов»

на тему: «Автоматизация процесса водочной продукции»

Исполнитель: Воскобович В.А.

студент 12т гр. 5 курса АМФ

Руководитель: Носко В.В.

МИНСК 2007

Реферат

Курсовая работа состоит из 28 листов пояснительной записки, а также 9 рисунков, 2 таблиц.

Ключевые слова: ВОДКА, КОНТРОЛЬ, РЕГУЛИРОВАНИЕ, ДАТЧИК, ИЗМЕРЕНИЕ, СХЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ, ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ, КАЧЕСТВО УПРАВЛЕНИЯ.

В курсовой работе дано краткое описание технологического процесса приготовления водки с указанием основных параметров, которые необходимо контролировать или регулировать. Оговорены диапазоны их изменения, описана конструкция и принцип действия датчиков для контроля температуры, расхода и уровня. Составлена схема автоматизации процесса. Составлена структурная схема системы. Выполнен анализ устойчивости системы по критериям Найквиста, Гурвица, Михайлова. Определён запас устойчивости. Проведена оценка качества управления по переходным характеристикам.

Содержание

Введение

1. Характеристика объекта управления

1.1. Технологический процесс производства водки

1.2. Выбор и обоснование технических средств автоматизации

2. Анализ системы автоматического регулирования

2.1. Составление структурной схемы системы

2.2. Определение передаточных функций системы по управляющему возмущающему воздействиям и для ошибок регулирования

2.3. Анализ устойчивости системы

2.3.1.Анализ устойчивости по критерию Гурвица

2.3.2. Анализ устойчивости по критерию Михайлова

2.3.3. Анализ устойчивости по критерию Найквиста

2.3.4. Определение запаса устойчивости

2.4. Оценка качества управления

Заключение

Список используемых источников

1. Характеристика объекта управления

1.1 Технологический процесс производства водки

Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов. Водка - крепкий алкогольный напиток с объемным содержанием спирта (крепостью) 40…56 %, приготовленный смешиванием ректификационного спирта и воды с последующей обработкой и фильтрованием. Она представляет собой прозрачную бесцветную жидкость без посторонних включений с характерным водочным ароматом и вкусом.

Водку готовят на ректификационных спиртах высшей очистки «Экстра» и «Люкс». В зависимости от сорта спирта и ингредиентов она делится на водку и водку особую. Особая водка отличается специфическим ароматом и мягким вкусом, которые обусловлены внесением таких ингредиентов, как глицерин, мед, сахар, уксусная и лимонная кислота, гидроксид натрия, дихромат калия и эфирные масла.

Вода, используемая для приготовления водки, должна содержать минимальное количество продуктов распада органических азотистых веществ и легко окисляющихся неорганических примесей. Обессоливание воды обеспечивается электродиализным или обратноосмотическим методами.

Различные добавки вкусового характера рассчитывают на 1000 дал водки. Например, при приготовлении «Столичной» водки в сортировку задают в виде сиропа 20 кг сахара, в «Русскую водку» - 0,01 кг перманганата калия, в «Украинскую горилку» - 40 кг меда, в «Посольскую» водку - 3,1…6,2 кг сухого обезжиренного молока (как белковый полимер для извлечения ряда примесей и как источник сахара лактозы).

Особенности производства и потребления готовой продукции. Сортировку и водно-спиртовой раствор на ликероводочных заводах готовят периодическим и непрерывным способами, причем периодический способ является традиционным.

Для производства водки спирт сначала смешивают с очищенной умягченной водой. При этом происходит выделение теплоты (наибольшее тепловыделение при объемной доле спирта в растворе 36,25%) и сжатие (контракция) раствора. Выделение теплоты и сжатие раствора свидетельствуют о взаимодействии молекул воды и спирта, при котором образуются непрочные соединения - гидраты.

При расчете количества спирта и воды для приготовления заданного объема сортировки учитывают эти особенности процесса. Например, для приготовления водно-спиртового раствора с объемной долей спирта 40 % необходимо к 100 дал спирта 96,2 % прибавить не 100, а 147,59 дал воды.

Водно-спиртовой раствор, смешиваемый периодическим способом, готовят примерно 1,5 ч. Сначала из мерников последовательно задают расчетное количество спирта, а затем воду. Смесь перемешивают в течение 5…20 мин, а затем центробежным насосом перекачивают в напорный сборник. Воздух, содержащий пары спирта, направляют в ловушку-адсорбер для их улавливания.

Непрерывный способ приготовления водно-спиртового раствора обеспечивает высокую стабильность и точность объемной долей спирта в сортировке ±(0,05…0,1) % по отношению к номинальному процессу, сокращает продолжительность процесса и потери спирта на 0,05 %.

Приготовление водно-спиртовой смеси непрерывным способом с помощью поточного (струйного) многоступенчатого перемешивания обеспечивает встречное турбулентное давление струй спирта и воды в смесителе, сопровождающееся образованием гидратов. При работе по этому способу спирт и умягченная вода дозируются в соотношении 1 : 1,48. Объемная доля спирта в сортировке при этом 40±0,2 %. Ингредиенты вводят в поток воды перед смесителем. Скорость подачи спирта и умягченной воды контролируют расходомерами, а концентрацию спирта - поточным плотномером.

Непрерывный инжекционный способ обеспечивает объемную долю спирта водно-спиртового раствора 40±0,2 %. Смеситель, выполненный в виде инжектора с турбунизатором, с оборудованной внутри перфорированной трубой, обеспечивает эффективное гидродинамическое перемешивание. Скорость истечения смеси через отверстие перфорированной трубки 2,5…4,5 м/с. Давление на входе в инжектор составляет 0,8 МПа, а на выходе - 0,1 МПа. При приготовлении сортовых водок в смеситель подают расчетное количество ингредиентов в виде растворов.

Стадии технологического процесса. Производство водки состоит из следующих стадий:

- подготовка воды;

- приготовление, фильтрование и обработка водно-спиртовой смеси;

- фильтрование водки;

- внесение добавок;

- контрольное фильтрование водки;

- подготовка посуды;

- фасование в бутылки и оформление готовой продукции.

Характеристика комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования для подготовки водно-спиртовых растворов, в состав которого входят аппараты для кондиционирования воды, ультрафильтрационные и обратноосмотические установки, а также сортировочные аппараты и смеситель непрерывного действия.

Другой подготовительный комплекс оборудования линии содержит песочные фильтры, угольные колонки и установки для регенерации активированного угля перегретым паром.

Ведущий комплекс оборудования линии предназначен для фасования и оформления готовой продукции. В его составе имеются бутылкомоечные, фасовочно-укупорочные, инспекционные и этикетировочные машины.



Рисунок 1а. - Машинно-аппаратурная схема линии производства водки полунепрерывным способом

На рисунке 1а. представлена машинно-аппаратурная схема линии производства водки полунепрерывным способом, а на рисунке 1б. - инжекционным способом.

Рисунок 1б. - Машинно-аппаратурная схема линии производства водки инжекционным способом

Устройство и принцип действия линии. Исходная питьевая вода повышенной жесткости поступает из напорного сборника (рисунок 1а) и умягчается на ионообменном реакторе 2 (катионитовом или анионитовом). Вода подается сверху вниз, после чего она направляется в сборник 3 исправленной (умягченной) воды. Регенерацию катионита осуществляют раствором соли, поступающем в реактор из солерастворителя 1.

Промывные воды из позиций 1 и 2 направляются в канализацию. Этиловый ректификованный спирт, пройдя мерники 4 и 5, поступает в смеситель 6, куда направляется также и умягченная вода. Перемешивание смеси и подача ее в напорный сборник осуществляется центробежным насосом 7. Спиртовые пары из смесителя 6 и другого оборудования поступают для улавливания в ловушку-адсорбер 15. Водно-спиртовые пары после извлечения их паром при температуре 110…115 С, из ловушки 15 направляются для конденсации в теплообменник 14 и далее в виде отгона в сборник брака. Водно-спиртовая смесь из сборника 8 самотеком поступает вначале на предварительное фильтрование через песочный фильтр 9 в реактор-адсорбер 10 и далее в фильтр-песочник 11 на окончательное фильтрование. водка датчик найквист гурвиц

Расход водно-спиртового раствора водки определяют с помощью ротаметра 12. После этого водка поступает в сборник готовой продукции 13. При необходимости крепость водки корректируют, добавляя спирт или воду при перемешивании. Готовую водку из сборника 13 направляют на фасование.

При получении водки инжекционным способом спирт из спиртохранилища (рисунок 1б.) поступает в мерник 1, а затем через смотровой фонарь 3 в бачок постоянного уровня 4. Спирт подается в инжектор-смеситель 7 с помощью регулируемого вентиля 5, снабженного специальным маховиком. При изменении поворота маховика на одно деление крепость сортировки изменяется на 0,05 об. %. При этом учитывается влияние температуры сырья. Обработанная вода подается из сборника 2 в смеситель центробежным насосом 6. Этот насос обеспечивает постоянство коэффициента инжекции смеси. Диаметр трубопровода 50 мм. Сам смеситель выполнен в виде инжектора 7, который заканчивается турбулизатором 8, оборудованным внутри перфорированной трубкой. Благодаря такому устройству водно-спиртовой раствор подвергается эффективному гидродинамическому перемешиванию. Турбулизатор соединен через обратный клапан 9 с напорным сборником водно-спиртового раствора 11. Манометры 10 регистрируют давление в системе. Спиртовые пары Сп направляют на улавливание.

Скорость движения смеси через отверстие перфорированной трубки 2,5…4,5 м/с. Давление на входе в инжектор составляет 0,8 МПа, а на выходе - 0,1 МПа.

В случае необходимости при приготовлении сортовых водок в смеситель подают расчетное количество ингредиентов в виде соответствующих растворов. Готовую водку из сборников 11 подают на фильтрование и фасование.

1.2 Выбор и обоснование технических средств автоматизации

В процессе производства водки необходимо контролировать различные технологические параметры. Качественный контроль возможен лишь при использовании современных контрольно-измерительных приборов.

Контрольно-измерительным прибором называется устройство, применяемое для прямого или косвенного сравнения измеряемой величины с единицей измерения.

В нашем технологическом процессе необходимо контролировать такие параметры как температура, давление, расход компонентов, влажность и др.

Важнейшей составной частью автоматизированных систем управления технологическими процессами является комплекс приборов и устройств, с помощью которых функционирует система.

Т.к. процесс производства водки сложен, то мы рассмотрим один из его этапов, а именно дистилляцию водки.

Схема автоматизации дистилляции водки показана на рисунке 2.



Рисунок 2. - Схема автоматизации дистилляции: : / -- сборник фильтрованной водки; //, ///, IV -- дистилляторы.

Из сборника / фильтрованная водка поступает в трубчатый пленочный дистиллятор //. Из него частично упаренная водка подается на вторую ступень дистилляции в пленочный дистиллятор ///, откуда высококонцентрированная водка откачивается на третью ступень в окончательный дистиллятор IV, работающий под вакуумом.

Схема автоматизации линии трехступенчатой дистилляции обеспечивает выполнение следующих функций: сбор, обработку и представление информации о ходе процесса оператору линии и диспетчеру производства; оперативный расчет технико-экономических показателей линии; стабилизацию режимных параметров процесса; расчет оптимальных значений режимных параметров процесса и корректировку заданий в контуры стабилизации.

Система централизованного контроля включает контроль плотности входной водки (1а, 16); контроль расхода водки на дистилляцию (2-2а, 2-26); контроль температуры входной водки (2-1а, 2-1б); контроль давления пара по ступеням дистилляции; контроль давления пара в окончательном дистилляторе (4-2а, 4-26); контроль расхода пара по ступеням дистилляции; контроль температуры водки по ступеням дистилляции (2-5а, 2-56, З-За, 3-вб); контроль температуры водки (4-За, 4-36); контроль разрежения в окончательном дистилляторе (4-За, 4-36).

Схемой автоматизации реализуется алгоритм управления, обеспечивающий выполнение следующих операций. Фильтрованная водка из сборника поступает в дистиллятор //. При этом измеряют расход (2-За), температуру (2-5а) и концентрацию (1а, 16) водки. Измеренные значения поступают в ремиконт и УВК. В УВК по математической модели процесса рассчитываются значения концентрации и температуры водки на выходе из каждой ступени. В соответствии с рассчитанными значениями определяются оптимальные значения давления пара по ступеням. Оптимальные значения давления пара поступают в виде заданий в ремиконт, реализующий их регулирование по ПИД-закону путем воздействия на соответствующие клапаны подачи пара.

Регулирование осуществляется путем сравнения измеренной и рассчитанной температуры водки. При наличии рассогласования между ними ремиконт вырабатывает сигнал на управление регулирующими клапанами подачи пара.

Для регулирования температуры водно-спиртовой смеси (110…115°С) выбираем металлический термометр сопротивления: ТСП-75, с пределами измерения от -50 до 1500С. Инерционность 30 с. Виброустойчивый. Класс точности 1.

°С погрешность 2,5°С

Тогда 100% =81,25% шкалы.

Погрешность датчика°С, т.е. меньше допустимого по технологии отклонения.



Рисунок 3. - Термометр сопротивления

Принцип действия термометров сопротивления основан на свойстве металлов изменять своё электрическое сопротивление с изменением температуры. Электрическое сопротивление металла увеличивается с повышением температуры в связи с возрастающим рассеянием электронов проводимости на неоднородностях кристаллической решётки, обусловленным увеличением тепловых колебаний ионов около своих положений равновесия. В качестве материала для изготовления используют только чистые металлы. В нашем случае медь.

К достоинству медных термометров сопротивления можно отнести дешевизну, простоту получения тонкой проволоки в различной изоляции, возможность получения проводниковой меди высокой чистоты и линейный характер градуировочной зависимости.

Для контроля и сигнализации наличия и уровня муки в расходных емкостях используем емкостный датчик типа ДЕ-14. Работает при атмосферном давлении.



Рисунок 4. - Емкостный датчик типа ДЕ-14

Принцип работы емкостных датчиков основан на свойстве конденсатора изменять емкость с изменением геометрических размеров или относительной диэлектрической проницаемости.

Достоинства емкостных датчиков: высокая чувствительность, малый вес и размеры, малая инерционность, простота конструкции, отсутствие

Расход воды контролируем с помощью ультразвукового расходомера СУ30-150. Принцип действия основан на распространении ультразвука от скорости движения потока.

Расходомер представляет собой излучатель 1, генератор звуковых колебаний 2, приемник ультразвука 3 и 4, и вторичный преобразователь 5.

В качестве излучателей и приемников выступают пьезоэлементы. Излучатель работает на обратном пьезоэфекте, приемники работают на прямом. В качестве пьезоэлементов используются титанат бария(свинца) и кварц. Принцип действия:

Пьезоэлемент 1 возбужденный генератором 2 создает ультразвуковые колебания направленные перпендикулярно оси трубы. По мере возрастания потока жидкости ультразвуковой луч больше отклоняется от прямолинейного движения. Соответственно количество энергии, попадающее на приемник 3 уменьшается, а на приемник 4 увеличивается.



Рисунок 5. - Схема ультразвукового расходомера.

В зависимости от разности ЭДС возникающей на приемниках 3 и 4 делается вывод о скорости движения жидкости.

Преимущества - простота, широкий диапазон диаметров труб по которым протекает жидкость. Бесконтактный способ измерения.

Недостатки - ограниченная точность измерения из-за малых углов отклонения вектора электрозвука. Увеличение погрешности в зависимости от изменения физико-химических свойств. Зависимость погрешности от изменения профиля скоростей.

Для увеличения точности ультразвуковых преобразователей источники и приемники ультразвука располагают под углом 15-20° относительно оси трубопровода.

2. Анализ системы автоматического регулирования

Исходные данные:

РЭ:

ИМ1:

ИМ2:

ОУ:

ГОС:

F:

2.1 Составление структурной схемы системы

Структурной схемой называется наглядное графическое изображение математической модели (математического описания) системы.

При математическом описании систему разбивают на отдельные звенья направленного действия, передающие воздействия только в одном направлении - с входа на выход.

На структурной схеме каждое звено изображается прямоугольником, внутри которого записывается математическое описание звена. Связи между звеньями структурной схемы изображаются линиями со стрелками, соответствующими направлению прохождения сигналов.

Элементы, осуществляющие сложение и вычитание сигналов на структурной схеме, изображают в виде окружностей. Над стрелкой проставляется знак сигнала. Иногда окружность разбивают на сектора. Тогда сектор, к которому подходит вычитаемый сигнал, затушёвывается.

Математическое описание звеньев составляют на основании законов той области знаний, к которой относится рассматриваемое звено. Если звено описывается линейным дифференциальным уравнением, то его называют линейным. Если звено описывается нелинейным уравнением, то его называют нелинейным. Системы, которые содержат только линейные звенья, являются линейными. Если система содержит хотя бы одно нелинейное звено, то она является нелинейной. Линейное описание звеньев и систем является приближённым и описывает их поведение в отклонениях от установившегося режима.

Определим передаточные функции звеньев:

= ;

= ;

= ;

= ;

= ;

= .

Составляем структурную схему звеньев. Она изображена на рисунке 5.



Рисунок 6. - Структурная схема САУ.

2.2 Определение передаточных функций системы по управляющему и возмущающему воздействиям и для ошибок регулирования

Передаточная функция замкнутой САР по управляющему воздействию определяет взаимосвязь между изменением регулируемой величины У и изменением задающего воздействия G:

Wзу(р) = ,

где Wn(p) - передаточная функция прямой цепи системы;

Wp(p) - передаточная функция разомкнутой системы;

Wос(р) - передаточная функция обратной связи системы.

Обычно мысленно размыкают главную обратную связь перед сравнивающим устройством.

Перед нахождением передаточных функций систему необходимо привести к одноконтурной, избавившись от перекрёстных связей и заменив звенья, охваченные местными обратными связями и соединённые параллельно, на эквивалентные.

Передаточная функция параллельно соединенных звеньев определяется по формуле:

= ,

В нашем случае:

;

Передаточную функцию разомкнутой системы найдём по формуле:

;

Для рассматриваемого примера замкнутой САР по управляющему воздействию G:

;

Передаточная функция замкнутой САР по возмущающему воздействию определяет взаимосвязь между изменением регулируемой величиной Y и изменением возмущающего воздействия F:

где WF(p) - передаточная функция цепи звеньев от места приложения возмущающего воздействия до регулируемой величины.

Передаточная функция САР для ошибки по возмущающему воздействию определяет взаимосвязь между изменением ошибки е и изменением возмущающего воздействия G:

Передаточная функция САР для ошибки по возмущающему воздействию определяет взаимосвязь между изменением ошибки е и изменением возмущающего воздействия F:

.

.

2.3 Анализ устойчивости системы

Устойчивость - это свойство системы возвращаться в исходный или близкий к нему установившийся режим после снятия воздействия, вызвавшего выход из установившегося режима.

Выходная величина устойчивой системы остаётся ограниченной в условиях действия на систему ограниченных по величине воздействий.

Неустойчивая система является неработоспособной, поэтому проверка устойчивости является обязательным этапом анализа системы.

Условием устойчивости линейной системы является отрицательность

действительной части корней характеристического уравнения системы. При нулевых корнях система находится на границе устойчивости. Поскольку решение уравнений высокого порядка сопряжено с определёнными трудностями, то анализ устойчивости линейных систем проводится по алгебраическим и частотным критериям. Наиболее часто используют алгебраический критерий Гурвица и частотные критерии Михайлова и Найквиста.

2.3.1 Анализ устойчивости по критерию Гурвица

Критерий Гурвица формулируется следующим образом: «Для устойчивости линейной системы необходимо и достаточно, чтобы при а0>0 все диагональные миноры определителя Гурвица были положительными ».

Определим устойчивость САР для нашего случая. Для этого можно воспользоваться любой из полученных ранее передаточных функций системы, из которых следует, что характеристическое уравнение системы:

.

Для анализа устойчивости воспользуемся основными условиями устойчивости. Так как а0 =48>0, найдём значения диагональных миноров. Составим определитель Гурвица.

Определяем значения диагональных миноров.

>0

Так как все диагональные миноры положительны, то система устойчива.

2.3.2 Анализ устойчивости по критерию Михайлова

Этот критерий устойчивости был предложен советским учёным А.В.Михайловым и позволяет судить об устойчивости замкнутой системы на основании рассмотрения некоторой кривой.

Формулировка критерия Михайлова сводится к следующему: чтобы замкнутая система автоматического управления была устойчива, необходимо и достаточно, чтобы кривая Михайлова при изменении частоты от 0 до , начинаясь при на вещественно положительной полуоси, обходила только против часовой стрелки последовательно n квадрантов, уходя в бесконечность в последнем квадранте, где n - порядок характеристического уравнения.

Определим устойчивость САР для нашего случая.

В характеристическом уравнении для замкнутой системы вместо оператора р подставим значение (jw) и получим:

где

Выделим вещественную и мнимую части.

,

.

Давая различные значения частоте w, находим координаты и точек годографа Михайлова. Полученные данные заносим в таблицу 1 и строим по ним годограф.

Таблица 1.

	0	0,1	0,62	1	1,48
	1	0	0	-58	0
	0	2,82	-33	-47	-203,48

Рисунок 7. - Годограф Михайлова .

Вывод. Годограф Михайлова начинается на вещественно положительной полуоси и при изменении w от 0 до проходит против часовой стрелки 4 квадрата, где 4-порядок характеристического уравнения. Таким образом, система является устойчивой.

2.3.3 Анализ устойчивости по критерию Найквиста

Критерий устойчивости Найквиста основан на использовании амплитудно-фазовой частотной характеристики (АФЧХ) разомкнутой системы.

Строится график АФЧХ в координатах и . Для этого рассчитываются и при изменении частоты от 0 до . Длина вектора, соединяющего начало координат с графиком АФЧХ, равна значению при частоте , а угол поворота от оси R равен .

Если система в разомкнутом состоянии устойчива, то для устойчивости замкнутой системы необходимо и достаточно, чтобы АФЧХ разомкнутой системы при изменении частоты от нуля до бесконечности не охватывала точку с координатами (-1,j0). Если система в разомкнутом состоянии находится на границе устойчивости (является астатической), то для устойчивости замкнутой системы необходимо и достаточно, чтобы АФЧХ разомкнутой системы, дополненная дугой бесконечно большого радиуса против часовой стрелки до действительной полуоси, не охватывала точку с координатами (-1,j0) в положительном направлении к/2 раз, где к - число корней характеристического уравнения с положительной действительной частью. Определим устойчивость САР для нашего случая.

Передаточная функция разомкнутой системы по задающему воздействию имеет вид:

Находим частотную передаточную функцию, подставляя вместо :

Так как , получим

Для построения АФЧХ разомкнутой системы представим частотную передаточную функцию в виде:

Вещественная часть частотной передаточной функции:

.

Мнимая часть частотной передаточной функции:

.

Найдём координаты точек, которые являются местом пересечения годографа с осью ординат.

Для этих точек координата по оси абсцисс равна нулю (=0). То есть годограф пересекает ось , если числитель равен нулю, а именно:

.

Решая это уравнение находим корни. Для решения используем только положительные значения. В нашем случае и .

Подставляя найденные значение в выражение для находим координаты искомой точки на оси ординат и .

Найдём координаты точек, которые являются местом пересечения годографа с осью абсцисс. Для этих точек координата по оси ординат нулю (=0). То есть годограф пересекает ось , если числитель равен нулю, а именно:

.

Решая это уравнение, находим корни. Для решения используем только положительные значения. В нашем случае и .

Подставляя найденные значение в выражение для находим координаты искомой точки на оси ординат и .

Полученные значения заносим в таблицу 2. Строим график.

Таблица 2.

	0	0,11	0,265	0,5	1	1,14
	0	-0,27	0	2,25	0,2	0
	0	0	-2,72	0	0,98	0,82



Рисунок 8. - АФЧХ разомкнутой системы .

Вывод: АФЧХ разомкнутой системы не охватывает точку с координатами (-1,j0), поэтому замкнутая система устойчива.

2.3.4 Определение запаса устойчивости

При оценке устойчивости систем одного факта устойчивости недостаточно. Необходимо также оценивать величину запаса устойчивости, т.е. степени удалённости системы от границы устойчивости.

Основное распространение в качестве меры запаса устойчивости получили вытекающие из критерия Найквиста две величины - запас устойчивости по фазе и запас устойчивости по амплитуде А.

Запас устойчивости по фазе определяется величиной, на которую должно возрасти запаздывание по фазе, чтобы система оказалась на границе устойчивости.

Запас устойчивости по амплитуде определяется величиной допустимого увеличения АЧХ, при котором система окажется на границе устойчивости.

Величины и А показаны на рисунке 8. Для определения проводится дуга радиусом 1 до пересечения с АФЧХ. При проектировании САУ рекомендуется выбирать и А0,7. Для рассматриваемого примера САР , А=1, что удовлетворяет рекомендуемой величине запаса по фазе и имеет достаточный запас по амплитуде.

2.4 Оценка качества управления

Устойчивость САУ или САР является необходимым, но еще не достаточным условием практической полезности системы. Например, устойчивая система при отработке задающих и возмущающих воздействий может оказаться недостаточно точной или переходные процессы в ней совершаются слишком медленно, иногда не обеспечивается необходимая плавность выхода системы и т. п.

Следовательно, к системе должен быть предъявлен еще целый комплекс требований, который объединяется понятием качества процесса управления.

Оценка качества САУ ведется по так называемым показателям качества или критериям качества, к которым относятся, в частности:

точность системы в установившемся состоянии;

качество переходного процесса (или показатели качества переходной характеристики).

Любая система независимо от своего назначения и конструкции должна осуществлять управление каким-либо объектом с определенной точностью, т. е. качество управления зависит от мгновенных (переходных) величин ошибки , равных разности между заданными и фактическими значениями управляемой величины:

.

Оценка качества управления

Качество САУ по переходной характеристике оценивается обычно по следующим показателям (рисунок 3.4): величине перерегулирования h, статической ошибке , времени переходного процесса , числу колебаний с (колебательность), степени затухания .

Величина перерегулирования определяется по выражению:

,

где - амплитуда первого отклонения, - значение задания.

.

Перерегулированием оценивают разность между максимальным значением переходной характеристики и значением задания . Перерегулирование косвенно определяет также запас устойчивости. Допустимое значение перерегулирования может быть установлено на основании опыта эксплуатации подобных систем. В большинстве случаев считается, что запас устойчивости является достаточным, если величина перерегулирования не превышает 10...30%.

Время переходного процесса характеризует быстродействие системы, под которым понимается промежуток времени от начала приложения воздействия до вхождения в коридор , где - допустимая динамическая погрешность. Обычно принимают иногда до 20%, т. е. переходной процесс в САУ считают закончившимся, когда отличается от своего установившегося значения не более чем на 1...5%. Обычно выбирают равным 5%.

.

Полученное значение допустимой динамической ошибки переносим на график.

Рисунок 9. - Переходная характеристика САУ

Вывод: из переходной характеристики САУ (рисунка 9) видно, что оценить показатели качества переходных процессов является невозможным, поскольку за время эксперимента переходная характеристика САУ не вошла в коридор , что указывает на незаконченность переходного процесса.

Заключение

В данной курсовой работе описан технологический процесс приготовления водочной продукции, описаны все основные параметры, которые необходимо регулировать при этом процессе, оговорены диапазоны их изменения, описана конструкция и принцип действия датчиков для контроля температуры, расхода и уровня. Составлена схема автоматизации процесса. Составлена структурная схема системы. Выполнен анализ устойчивости системы по критериям Найквиста, Гурвица, Михайлова. Определён запас устойчивости. Проведена оценка качества управления по переходным характеристикам.

Схема автоматизированного технологического процесса имеет существенные преимущества перед неавтоматизированной, так как улучшается контроль за процессом, уменьшаются затраты рабочей силы, а так же даётся возможность следить и управлять всем технологическим процессом одному квалифицированному оператору.

Была проведена проверка системы на устойчивость. Система оказалась устойчивой по критериям Михайлова, Гурвица и Найквиста. Запас устойчивости по амплитуде равен 1.

Повышение автоматизации технологических процессов в перерабатывающей промышленности является одним из важнейших условий для повышения качества выпускаемой продукции и закрепления ее на рынке.

Список используемых источников

1. Благовещенская Н.Н. Автоматика и автоматизация пищевых производств. - М.: Агропромиздат, 1991.

2. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник/ Под ред. В.В. Черенкова. - Л.: Машиностроение, 1987г.

3. Кошарский Б. Д. Справочник по приборам теплового контроля и авторегулирования для электростанций и промышленных котельных. - М.: - Л., издательство «Энергия», 1964.

4. Митин В. В. и др. Автоматика и автоматизация производственных процессов мясной и молочной промышленности. М.: Агропромиздат, 1987.

Размещено на Allbest.ru