Розробка багатоконтурної системи регулювання дифузійної установки на базі контролера Реміконт-130

Размещено на http://www.allbest.ru

22

Размещено на http://www.allbest.ru

Міністерство освіти і науки України

Національний університет харчових технологій

Кафедра автоматизації і комп'ютерно-

інтегрованих технологій

Курсова робота

з дисципліни

„Автоматизація технологічних процесів”

на тему

Розробка багатоконтурної системи регулювання дифузійної

установки на базі контролера Реміконт-130

Виконав:

студентка групи АКС-4-1

Давиденко Є.В.

Київ 2009

Зміст

автоматичне регулювання дифузійний апарат

Вступ

1. Вибір і обгрунтування критерію управління

2. Аналіз статичних і динамічних властивостей ТОУ та вибір каналів управління

3. Розробка структури системи (алгоритму управління) та розрахунок її параметрів

4. Конфігураційна схема системи

Висновок

Література

Вступ

Автоматизація технологічних процесів - одне з найважливіших напрямків технологічного прогресу. Без неї неможлива сучасна промисловість. В результаті автоматизації інтенсифікуються процеси випуску продукції, підвищується продуктивність та покращуються санітарно - гігієнічні умови праці, досягається стабільно висока якість та надійність продукції, ресурсозбереження, поліпшення екології навколишнього середовища, підвищення продуктивності праці, скорочення витрати матеріалів і енергії, впровадження прогресивних методів управління виробництвом і підвищення надійності роботи, виконання робіт у важкодоступних чи взагалі недоступних людині сферах, а також можливість виконання важкореалізуємих операцій. Особливого значення набуває автоматизація технологічних процесів в цукровій промисловості.

Функції управління автоматизованим виробництвом виконує машина - автоматичний керуючий пристрій. Роль людини в автоматизованому виробничому процесі обмежується операціями випробування, налагодження та включення автоматичної системи в роботу та періодичним наглядом за її функціонуванням.

Сучасне цукрове виробництво базується на безперервності технологічного процесу з використанням основного безперервно діючого обладнання, а отже, є можливість комплексно або повністю автоматизувати дану галузь.

Сучасний стан розвитку систем управління характеризується широким впровадженням управляючої мікропроцесорної техніки та комп'ютерно - інтегрованих систем управління, які приходять на зміну традиційним локальним засобам автоматизації.

Алгоритм управління об'єктом реалізується програмним шляхом, це дає можливість швидкої адаптації системи управління та його корегування ( у разі необхідності), з'являється можливість спростити з точки зору оператора нагляд та втручання в процес, збільшити швидкодію та більш плавно регулювати тією чи іншою величиною. При змінах у алгоритмі управління необхідно лише ввести зміни у програмі. Мікропроцесорні засоби дозволяють значно покращити якість управління процесом, тобто надавати більш широку інформацію та зменшувати навантаження оператора.

1. Вибір і обгрунтування критерію управління

Для оцінки працездатності автоматичних систем керування використовуються різні показники, але загальними вимогами є : стійкість - це необхідна але не достатня умова, для автоматичних систем регулювання це означає збіжність перехідних процесів, тобто обмежений час їх тривалості; якість - що характеризується якістю перехідних процесів : відхилення від заданого режиму в статиці та динаміці, ступінь затухання і тривалість перехідних процесів; надійність, яка доповнюється додатковими вимогами щодо вартості, зручності науково-технічного рівня і т.д. Часто якість перехідних процесів оцінюють інтегральними показниками :

Інтегральним лінійним показником:

(1)

Інтегрально- квадратичним показником

(2)

Інтегральним поліпшеним показником:

(3)

де : - час перехідного процесу, - ваговий коефіцієнт

Інтегральний лінійний критерій якості має суттєвий недолік - для перехідного процесу з малим відхиленням, але із значною амплітудою можна отримати один мінімум, а поліпшений квадратичний інтегральний критерій потребує додаткового обчислення похідної, тому обираємо інтегрально - квадратичний критерій якості. Реалізація такого процесу регулювання приводить до мінімальних технологічних витрат.

Таблиця 1. Технологічні вимоги

Назва змінної	Одиниця виміру	Номінальне значення	Допустимі відхилення
			короткочасні	довгострокові
Температура соко-стружкової суміші в 1-й зоні апарату	°С	68	±2	±0,5
Температура соко-стружкової суміші в 2-й зоні апарату	°С	72	±2	±0,5

Рис.1 Параметрична схема нахиленої дифузійної установки

- відповідно температура стружки, температура в 1-й зоні апарату, в 2-й зоні апарату та в 3-й зоні апарату;

- витрата пари відповідно у 1-у та 2-у зони апарата.

2. Аналіз статичних та динамічних властивостей ТОУ та вибір каналів управління

Аналіз статичних та динамічних характеристик ТОУ виконується на основі математичної моделі об'єкта (4), що виведена в курсовій роботі з дисципліни „Ідентифікація та моделювання технологічних об'єктів”.

(4)

кг/с°С; кг/с°С; кг/с°С;

кг/с°С; кг/с°С.

- відповідно температура стружки, температура в 1-й зоні апарата, в 2-й зоні апарата, в 3-й зоні апарата, температура пари, що подається в 1-у та 2-у зони апарата;

- витрата пари відповідно у 1-у та 2-у зони апарата.

Таблиця 2. Вхідні дії на об'єкт

Назва вхідної дії	Одиниця виміру	Номінальне значення	Можливі зміни
			вигляд	амплітуда
Витрата гріючої пари у 1-у зону, ДD1	кг/с	0,136	Управління	+0,094 -0,1247
Витрата гріючої пари у 2-у зону, ДD2	кг/с	0,091	Управління	+0,059 -0,0834
Температура стружки, Дt0	°С	28	Стрибок	±5,6
Температура суміші у 3-й зоні, Дt3	°С	72	Стрибок	±14,4

Аналіз математичної моделі показує, що для управління температурою в 1-й та 2-й зонах апарата, необхідно вибрати витрати пари у відповідні зони. Перевіримо це, оцінивши зміни вихідної величини (у статиці) в залежності від впливу вхідних дій. Вплив керуючої дії на регульовану змінну не повинен бути меншим впливу найбільшого із збурень, тобто при виконанні умови:

(5)

де - коефіцієнти передачі відповідно за каналами керування та збурення;

- діапазон зміни керувальної дії, - діапазон зміни дії збурення

Для перевірки умови (5), підставимо перше, третє та четверте рівняння математичної моделі у друге:

;

;

;

;

Розраховуємо зміну при дії

(°С)

При

(°С)

При

(°С)

При

(°С)

Отже найбільший вплив має витрата пари у другу зону апарата , тому це і буде управлінням, а основне збурення - .

Аналогічно перевіряємо для першого контуру управління:

|14,06| ? |3,136|

Отже управління температурою здійснюється витратою пари , а збуренням виступає температура стружки на вході в апарат .

3. Розробка структури системи та розрахунок її параметрів

Розробка структури полягає у виборі серед типових алгоритмів управління такий, що забезпечить потрібну якість процесу регулювання відносно обраного критерію управління.

В якості закону регулювання використаємо ПІ - закон. В ідеальному випадку даний закон забезпечує достатню якість і час регулювання та відсутність статичної похибки, але в реальних системах в яких присутня зона нечутливості, присутня також і статична похибка. Допустимі межі цієї похибки становлять ±0,5 від діапазону вимірювання параметра.

Для вимірювання температури використаємо датчик, аналогом якого є аперіодична ланка першого порядку з Т = 100 с і К=1. Всі промислові пристрої для вимірювання та регулювання мають поріг нечутливості, який становить не більше 0,1 діапазонна вимірювання, тому необхідно ввести в модель зону нечутливості регулятора (тобто ланку нечутливості) з параметрами ± 0,1. Оскільки в реальних системах є обмеження на управляючу дію, то вводимо також ланку насичення, параметри якої розраховуємо із співвідношення:

Для витрати гріючої пари у 1-у зону:

0,136 - 60% 0,136 - 60%

х - 100%, звідси х=0,23 кг/с у - 5%, звідси у=0,0113 кг/с

отже параметри будуть: 0,23-0,136=+0,094 та 0,011-0,136=-0,1247

Аналогічно розраховуємо параметри для витрати гріючої пари у другу зону:

0,091 - 60% 0,091 - 60%

х - 100%, х=0,15 кг/с у - 5%, у=0,0076 кг/с

0,15-0,091=+0,059 та 0,0076-0,091=-0,0834

Для розрахунку оптимальних настройок регулятора використаємо метод Циглера-Нікольса. Цей метод полягає у відключенні І - складової та виведення системи на межу стійкості (поступовим збільшенням kp до моменту появи в системі явно виражених незатухаючих коливань). Далі фіксуємо значення коефіцієнта передачі , при якому виникли незатухаючі коливання, та період цих коливань , далі оптимальні настройки регулятора визначаються за формулами (5) та (6).

(5)

(6)

Для першого контуру регулювання :

; .

с

Для другого контуру регулювання Дt2:

;

c

Перехідні процеси з оптимальними настройками регуляторів та ±20% від оптимальних настройок зображенні на рис.2, 3, 4, 5, 6, 7

Рис.2 Перехідний процес в одноконтурній САР з ПІ-регулятором по каналу з оптимальними настройками регулятора , , І1=77,32



Рис.3 Перехідний процес в одноконтурній САР з ПІ-регулятором по каналу з оптимальними настройками регулятора , , І2=231

Рис.4 Перехідний процес в одноконтурній САР з ПІ-регулятором по каналу з настройками регулятора +20% , , І1=85,19



Рис.5 Перехідний процес в одноконтурній САР з ПІ-регулятором по каналу з настройками регулятора +20% , , І2=233,8

Рис.6 Перехідний процес в одноконтурній САР з ПІ-регулятором по каналу з настройками регулятора -20% , , І1=112



Рис.7 Перехідний процес в одноконтурній САР з ПІ-регулятором по каналу з настройками регулятора -20% , , І2=319,5

Наступним етапом розробки структури системи є перехід до моделювання багатоконтурної АСР, це робиться для зменшення динамічної та статичної похибок.

Оскільки дифузійна установка є багатовимірним об'єктом (має кілька регульованих змінних та перехресні зв'язки), то об'єкт можна вважати багатозв'язаним. Для регулювання таких об'єктів використовують зв'язане регулювання із застосуванням автономних багатоконтурних систем. Такі системи дають можливість проводити незалежне регулювання взаємозалежних змінних. Вони мають у своєму складі додаткові динамічні компенсатори. Основою побудови цих систем є принцип автономності. На рис.8 зображена структурна схема системи автономного регулювання.



Рис. 8 Структурна схема автономної АСР

Передаточні функції зовнішніх динамічних компенсаторів визначаються через передаточні функції об'єкта:

(7)

Тобто відношення передаточних функцій по перехресному та прямому каналах.

Розраховуємо передаточні функції об'єкта за прямими та перехресними каналами:

За формулами (7) знаходимо передаточні функції компенсаторів.

,

даний компенсатор реалізується за допомогою послідовно з'єднаних аперіодичної ланки першого порядку та інтегрально-диференціювальної ланки.

,

другий компенсатор фізично реалізується аналогічно першому - послідовним з'єднанням інтегрально-диференціювальної та аперіодичної ланок.

Рис.10 Перехідний процес замкненої системи з компенсатором по каналу , І1=140,1



Рис.11 Перехідний процес замкненої системи з компенсатором по каналу , І2=281,4

4. Конфігураційна схема системи

Для реалізації структури використовуємо контролер типу Реміконт-130. Бібліотека стандартних аморитмів регулюючої моделі Р-130, вміщує алгоритми автоматичного регулювання. Ця модель дозволяє вести локальне, каскадне, програмне, супервізорне та багатозв'язане регулювання; вручну або автоматично вмикати, вимикати, перемикати або конфігурувати контури регулювання. Одним із основних алгоритмів є РИМ - регулювання імпульсне. На вході цого алгоритму формується сигнал розузгодження, який потім фільтрується, обмежується зоною нечутливості і обробляється відповідно із законом регулювання за умови задання параметрів настроювання.

Вимірювальний канал складається із датчика температури (термометр опору типу ТСМ), БУС20 (підсилювач для термометрів опору), виконавчого механізму типу МЕО та регулюючого органу.

Размещено на http://www.allbest.ru

22

Размещено на http://www.allbest.ru

Рис.12 Конфігураційна схема регулювання температури

Оскільки використовується виконавчий механізм типу МЕО (розглядається як інтегральна ланка), то

(8)

- коефіцієнт передачі інформаційно-вимірювального каналу, - крефіцієнт передачі регульованої частини.

Перерахуємо значення параметрів настроювання у розмірності, необхідні для їх встановлення на контролері:

Розрахуємо значення коефіцієнта передачі регульованої частини за формулою (8)

,

Размещено на http://www.allbest.ru

22

Размещено на http://www.allbest.ru

Рис. 13 Конфігураційна схема регулювання температури

Аналогічно розраховуємо значення коефіцієнта передачі регульованої частини для другого контуру регулювання, при .

Висновок

В даній курсовій роботі було розроблено та досліджено систему автоматичного регулювання температури в 1-й та 2-й температурних зонах нахиленого дифузійного апарата з використанням контролера Реміконт - 130.

Із- за наявності зворотніх зв'язків між 1-ю та 2-ю зонами дифузійного апарату, позитивний вплив на одну вихідну величину перетворився у негативний вплив на іншу. Одним із методів запобігання цього є впровадження автономної системи регулювання, що і було зроблено. Розрахувавши значення компенсаторів та ввівши їх в систему, зняли перехідні процеси.

Порівнявши перехідні процеси для двох контурів регулювання з ПІ-регулятором та з компенсатором, можна зробити висновок, що компенсатор не покращив роботу системи. Дана система відповідає поставленим вимогам до технологічного процесу, як з компенсатором, так і без нього. Тому в даному випадку, його використання не є доцільним.

Література

1. Азрилевич М.Я. Технологическое оборудование сахарных заводов. - М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1982. - 391с.

2. Автоматизация сахарного производства/ Волошин З.С. и др. - М.: Агропромиздат, 1990. - 271с.

3. Сапронов А.Р. Технология сахарного производства. - М.: Колос, 1998. - 495с.

4. І.В. Ельперін. Промислові контролери. - К.: НУХТ, 2003.

5. Трегуб В.Г., Ладанюк А.П. Проектирование, монтаж и эксплуатация систем автоматизации пищевых производств. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1980. - с. 352.

Размещено на Allbest.ru