Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання

Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання

Зміст


ВСТУП

1.АВТОМАТИЧНИХ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ НЕПЕРЕРВНИМИ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

2. ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ЩОДО РОЗРОБКИ АВТОМАТИЧНИХ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ НЕПЕРЕРВНИМИ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ

2.1 Перший етап проектування - побудова математичних моделей об'єктів керування

2.2 Другий етап проектування – вибір пристроїв незмінної та змінної частин системи

2.3 Третій етап проектування – вирішення задачі аналізу чи синтезу

2.4 Задачі синтезу

3.РОЗРОБКА АСК НЕПЕРЕРВНИМИ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ. Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання

3.1 Принцип роботи змішувальної установки

3.2 Розрахунок невідомих значень технологічних параметрів

3.3 Аналіз технологічного процесу змішування як об'єкта керування

3.4 Побудова функціональної схеми автоматизації змішувальної установки

3.5 Синтез автоматичної системи регулювання

3.5.1 Розробка структурної схеми АСР і математичних моделей

3.5.2 Основи методу квадратур

3.5.3 Розрахунок оптимальних настроювань регулятора

3.5.4 Розрахунок частотних характеристик АСР

3.5.5 Розрахунок перехідного процесу системи регулювання

ВИСНОВОК

ЛІТЕРАТУРА


Вступ


Тема курсової роботи «Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання».

Мета курсової роботи – навчитися та набути навики з розробки та проектування систем автоматизації неперервними технологічними процесами.

У хімічній технології автоматизованому управлінню технологічними процесами приділяється особлива увага. Це пояснюється складністю і високою швидкістю протікання хімічних реакцій, а також чутливістю технологічних процесів до порушення режимних параметрів, шкідливістю умов роботи, пожежо- і вибухонебезпечністю перероблюваних речовин тощо.

Автоматизація виробництва приводить до покращення основних показників ефективності: підвищення якості та зменшення собівартості вироблюваної продукції. Впровадження автоматизованих систем управління технологічними процесами приводить до того, що на оператора покладається тільки спостерігаюча роль – виконує аналіз результатів управління, розробляє завдання та програми для автоматизованих систем, проводить налагоджування складних автоматичних пристроїв тощо.


1.АВТОМАТИЧНИХ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ НЕПЕРЕРВНИМИ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ


Автоматизація передбачає регулювання, контроль, сигналізацію та блокування технологічних параметрів за допомогою відповідних автоматичних пристроїв. Прикладом системи є будь-який регульований технологічний процес, який підлягає керуванню. На рис. 1 показані принципи автоматизації теплообмінника змішування. Протікання процесу контролюється датчиками Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання. Вироблювані сигнали датчиків Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання та Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання, котрі пропорційні регульованим вихідним координатам Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання та Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання, за допомогою вимірювальних перетворювачів Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання і Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання перетворюються на відповідні уніфіковані сигнали і надходять на регулятори Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання та Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання, на які одночасно подаються керуючі сигнали Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання та Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання. Останні формують відповідний алгоритм регулювання та видають сигнали Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання та Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання на виконавчі механізми ВМ1 та ВМ2, котрі встановлені на відповідних лініях матеріальних потоків х1 та х3 (вхідні координати системи). На систему діють збурення Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання . Причому Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання – температура матеріального потоку Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання; Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання – витрата потоку Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання з температурою Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання.

Автоматичному контролю підлягають наступні технологічні параметри: температура на виході теплообмінника (вимірюється датчиком Д1), рівень рідини в апараті (вимірюється датчиком Д2), витрати матеріальних потоків (вимірюються датчиками Д3 і Д4), а також температури цих потоків (вимірюються датчиками Д5 і Д6).

Сигналізації (лампи Л1…Л4) підлягають витрати матеріальних потоків (за їх мінімумом і максимумом), температура потоку на виході (за максимумом) і рівень рідини в апараті (за максимумом і мінімумом).


Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання

Рис. 1. Схема керування технологічним процесом.


Для проведення технологічного процесу необхідно мати інформацію як про вхідні, так і вихідні параметри. Вимірювальну інформацію одержують з допомогою відповідних перетворювачів, котрі реалізують той чи інший метод вимірювання.

Перед кожним об’єктом вимірювання ставиться відповідна вимірювальна задача, яка полягає у визначенні значення фізичної величини з необхідною точністю в даних умовах вимірювань. Для розв’язання такої задачі необхідна вимірювальна система, яка включає первинні вимірювальні й проміжні перетворювачі, а також засоби відображення інформації (вторинні прилади, дисплеї, принтери тощо).

Розробка АСК неперервними технологічними процесами починається з вивчення фізичних або фізико-хімічних процесів об′єкта керування. На основі аналізу технологічного процесу як об′єкта керування розробляються математичні моделі технологічного процесу, структурні схеми автоматичних систем регулювання (АСР), які мають враховувати принцип регулювання, вимоги до точності та надійності, а також комплексу технічних засобів: датчиків, нормуючих і проміжних перетворювачів, підсилювачів, регуляторів, виконавчих механізмів, регулюючих органів тощо.

Задачі синтезу АСK, як правило, зводяться до вибору типу та параметрів регуляторів, компенсаторів і коректуючих пристроїв, здатних найточніше відтворювати регулярні сигнали керування.


2. ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ЩОДО РОЗРОБКИ АВТОМАТИЧНИХ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ НЕПЕРЕРВНИМИ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ


Сучасні АСК представляють собою складні динамічні системи, які забезпечують високу точність управління в умовах дії різноманітних збурень і перешкод. При великих величинах збурень і рівнів перешкод порушуються нормальні експлуатаційні режими, зменшується точність і погіршуються показники якості перехідних процесів в системах по відношенню до заданих технічними умовами. Проектування таких АСК представляє собою достатньо складну проблему, так як до них входять пристрої та об'єкти керування різної фізичної природи.

Для одержання необхідних характеристик АСК проектувальнику приходиться знаходити компромісні рішення, так як вимоги до точності та показників якості перехідних процесів взаємовиключаючі. Основний шлях подолання такого протиріччя – використання в АСК елементів з великими коефіцієнтами підсилення та корегуючих пристроїв з переналагоджувальними під час роботи параметрами. Але з ростом коефіцієнтів підсилення зростає вплив нелінійностей в елементах, що призводить до порушення принципу суперпозиції та необхідності врахування при проектуванні керуючих і збурюючих дій. З їх зміною в системах появляються поперемінно режими стійкого, нестійкого руху та автоколивання.

Переналагоджування параметрів корегуючих пристроїв може проводитися неперервно або стрибкоподібно. У результаті порушується стаціонарність процесів в елементах, динаміка яких у цих випадках описується диференціальними, інтегральними або різницевими рівняннями зі змінними параметрами. При проектуванні АСК досить часто необхідно мати амплітудно-фазові частотні характеристики, за якими знаходять запаси стійкості всієї АСК. Користуючись такими характеристиками, можна оцінити вплив зміни параметрів елементів системи та об'єктів на її стійкість у замкненому стані. Методи дослідження систем у частотній області дозволяє знаходити показники якості та характеристики точності.

Стійкість є необхідною, але не достатньою умовою нормального функціювання АСК. Наявність стійкості свідчить лише про те, що перехідний процес, який викликаний дією зовнішнього впливу або існуючими ненульовими початковими умовами, є загасаючим. Але при цьому не визначаються ні час загасання, ні максимальне відхилення регулюючої величини, ні кількість коливань. А якраз ці показники характеризують якість протікання процесів регулювання.

Незалежно від способу виконання робіт – традиційним ручним методом чи автоматизованим шляхом з використанням обчислювальної техніки – весь процес проектування ділиться на декілька характерних етапів.


2.1 Перший етап проектування - побудова математичних моделей об'єктів керування


Знаючи фізичні процеси, які протікають в об'єкті, можна при деяких припущеннях описати його поведінку аналітично, звичайно з допомогою диференціальних, інтегро-диференціальних чи різницевих рівнянь. Як правило, побудова детермінованих математичних моделей об'єктів керування базується на рівняннях їх теплових і матеріальних балансів, а стохастичних – на експериментальних результатах досліджень. При цьому проектувальник знає номінальні значення вхідних і вихідних координат, діапазони їх зміни, вимоги до них технологічного регламенту, за якими можна розрахувати коефіцієнти математичних моделей. На основі математичних моделей проектувальник може скласти структурну схему об'єкта керування з допомогою матриць, передавальних функцій або графів. Одержані моделі є математичною формалізацією процесів у реальних об'єктах, при чому один і той же об'єкт у залежності від прийнятих припущень може бути описаний у різній формі.


2.2 Другий етап проектування – вибір пристроїв незмінної та змінної частин системи


До незмінної частини прийнято відносити виконавчі механізми і регулюючі органи, підсилювачі потужності, проміжні перетворювачі та вимірювальні засоби. Їх вибирають не тільки з урахуванням вимог до точності та якості регулювання, але, в основному, за надійністю дії, вартістю, стійкістю до впливу агресивного середовища, вибухобезпечності тощо. До змінної частини системи відносять регулятори, мікропроцесорні пристрої, компенсатори, а також пристрої корекції динамічних характеристик.

На другому етапі проектувальник складає математичні моделі пристроїв керування, які входять до незмінної частини системи. Це забезпечує основу для побудови структури всієї АСК. Якщо повністю ви

значена структура АСК, то подальше проектування зводиться до вирішення задачі аналізу, в іншому випадку – до вирішення задачі синтезу.


2.3 Третій етап проектування – вирішення задачі аналізу чи синтезу


Якщо ставиться задача аналізу АСК, то при цьому процес проектування зводиться до розрахунково-теоретичної роботи. Проектувальник повинен знайти математичні моделі замкнених і розімкнених систем регулювання. При цьому широко використовуються методи структурних перетворень, котрі дозволяють багатоконтурні системи представити у вигляді одноконтурних.

Прийнятий порядок аналізу АСК полягає в послідовному виконанні наступних дій: визначення еквівалентних передавальних функцій об'єкта керування, дослідження стійкості, якості й точності регулювання. Досліджувати якість неперервних і дискретних лінійних систем можно, аналізуючи розташування нулів і полюсів передавальної функції замкненої системи, а також за кореневим годографом, інтегральними оцінками, дійсної та уявної частотних характеристик замкненої системи або за кривими перехідних процесів.

Проблема підвищення динамічної точності є основною, так як без її вирішення неможливо забезпечити виконання покладених на систему задач (системи стабілізації не зможуть підтримувати режими регулювання з заданою точністю, системи програмного керування можуть вивести об'єкт на недопустимі робочі режими тощо).

На характеристики точності значний вплив чинять не тільки сигнали керування та збурення, але й перешкоди, які поступають ззовні або які створюються всередині системи. Тому при аналізі АСК враховують два типи похибок: регулярні та випадкові. Для зменшення регулярних похибок необхідно збільшувати коефіцієнти підсилення пристроїв керування. Але при цьому слід пам'ятати, що одночасно збільшується небажаний вплив нелінійностей на поведінку системи. З ростом коефіцієнта підсилення збільшується смуга пропускання системи, що приводить до зростання похибки від дії шумів.

Шляхом підбору додаткових корегуючих пристроїв можна підвищити порядок астатизму системи регулювання. Але підвищувати астатизм системи вище 3-го порядку недоцільно, так як це приводить до значного збільшення впливу перешкод на точність системи.


2.4 Задачі синтезу


Задачі синтезу АСК зводяться до вибору типу та параметрів послідовних, паралельних і послідовно-паралельних корегуючих пристроїв, які забезпечують найбільш точне відтворення регулярних сигналів керування. Розрізняють структурний і параметричний синтез АСК. Постановка задачі структурного синтезу зводиться до того, що необхідно визначити тип корегуючого пристрою, який забезпечує мінімальну середньоквадратичну похибку перешкоди при заданій динамічній похибці й часу протікання перехідного процесу. У результаті вирішення задачі синтезу в обох випадках у систему вводяться лінійні корегуючі пристрої. Вони реалізуються у вигляді RC-фільтрів або робочих програм для мікропроцесорних контролерів. Постановка задачі параметричного синтезу зводиться до того, що необхідно визначити параметри регуляторів і корегуючих пристроїв, які забезпечують задані показники якості системи регулювання.

Якщо результати моделювання АСК відповідають технічним умовам, то на цьому процес проектування закінчується і розробляється ескізний проект системи регулювання.


3.РОЗРОБКА АСК НЕПЕРЕРВНИМИ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ

Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання


3.1 Принцип роботи змішувальної установки


Змішувальна установка (рис. 2) призначена для неперервного змішування двох електропровідних рідин з різними концентраціями (процес запуску змішувальної установки не розглядається).

Принцип роботи змішувальної установки полягає в наступному. При постійному перемішуванні рідини в установку через регулюючі клапани 1 і 2 постійно завантажуються дві рідини з витратами: Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання (концентрація Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання, густина Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання) і Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання (концентрація Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання, густина Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання), а через регулюючий клапан 3 рідина виводиться з устаноки. Рівень рідини в установці повинен дорівнювати Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання. Для проводення процесу в автоматичному режимі неохідно стабілізувати рівень рідини в установці та її концентрацію, а також вести автоматичний контроль за наступними технологічними параметрами: витратами потоків Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання і Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання, рівнем рідини Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання та концентрацією Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання цільового компоненту на виході з установки. Приймаємо, що процес перемішування відноситься до процесу ідеального перемішування. Зміною температури в установці знехтуємо. Блокування виконується за перевищенням рівня Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання в установці шляхом перекриття потоків Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання і Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання.


Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання

Рис. 2. Схема змішувальної установки.


На рис. 2 показано: 1,2, 3 – клапани; 4 – перемішувач; 5 – переливний патрубок; 6 – привід перемішувача; 7 – датчик аварійної зупинки установки.


3.2 Розрахунок невідомих значень технологічних параметрів


Розраховуємо масові витрати матеріальних потоків:


Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання;

Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання;

Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання.


Розрахуємо номінальне значення концентрації на виході з установки за формулою:


Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання.


3.3 Аналіз технологічного процесу змішування як об'єкта керування


Для нормальної роботи змішувальної установки в неперервному режимі роботи необхідно стабілізувати два технологічних параметри: рівень Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання рідини в установці та концентрацію Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання на її виході.

Рівень в установці доцільно стабілізувати за рахунок зміни витрати Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання рідини на її виході. Для стабілізації концентрації Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання на виході установки використаємо витрату Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання, враховуючи, що концентрація Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання. Збурюючими технологічними параметрами будуть: витрата матеріального потоку Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання і концентрації Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання та Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання. Так як витрата Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання є змінною координатою, яка не використовується для регулювання, то її необхідно стабілізувати. Структурно-логічна схема змішувальної установки показана на рис. 3.


Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання

Рис. 3. Структурно-логічна схема змішувальної установки.


3.4 Побудова функціональної схеми автоматизації змішувальної установки


Для нормальної роботи установки достатньо трьох автоматичних систем регулювання:

- АСР стабілізації рівня рідини в установці;

- АСР стабілізації концентрації на виході установки;

- АСР стабілізації витрати Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання.

Для вимірювання рівня рідини в установці використаємо тензометричний рівномір типу “Сапфір-22 ДГ, який має вихідний електричний сигнал 4 ... 20 мА. Так як технологічний процес перемішування не відноситься до пожежо-вибухонебезпечних, то використаємо електричну систему приладів. Згідно з технологічним регламентом статична похибка регулювання не допускається. Тому для регулювання використаємо електронний регулятор з ПІ-законом регулювання. Вихідний сигнал рівноміра поступає на підсилювач напруги, підсилювач потужності і далі на виконавчий механізм, яким служить реверсивний двигун постійного струму. Вал останнього жорстко зв'язаний з регулюючим органом, яким служить односідловий клапан.

Для вимірювання концентрації речовини на виході установки використаємо кондуктометричний аналізатор з вихідним електричним сигналом 0 ... 20 мВ. Згідно з технологічним регламентом статична похибка регулювання не допускається. Тому для регулювання використаємо електронний регулятор з ПІ-законом регулювання. Вихідний сигнал аналізатора поступає на підсилювач напруги, підсилювач потужності і далі на виконавчий механізм, яким служить реверсивний двигун постійного струму. Вал останнього жорстко зв'язаний з регулюючим органом, яким служить односідловий клапан.

Так як витрата Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання невелика, а рідина електропровідна, то для її вимірювання використаємо індукційний витратомір з вихідним сигналом 0 ... 1 В. Згідно з технологічним регламентом статична похибка регулювання не допускається. Тому для регулювання використаємо електронний регулятор з ПІД-законом регулювання, так як трубопровід має достатньо великий час чистого запізнення.. Вихідний сигнал витратоміра поступає на підсилювач напруги підсилювач потужності і далі на виконавчий механізм, яким служить реверсивний двигун постійного струму. Вал останнього жорстко зв'язаний з регулюючим органом, яким служить односідловий клапан.

Для забезпечення нормальної роботи установки необхідно побудувати такі інформаційно-вимірювальні системи (ІВС): - витрати потоків Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання і Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання; - концентрації Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання і Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання; - рівня Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання рідини в установці.

Для побудови ІВС витратами використаємо індукційні витратоміри з вихідним сигналом 0 ... 1 В. Вторинними приладами служитимуть автоматичні потенціометри типу КСП-4.

Для побудови ІВС концентраціями використаємо кондуктометричні аналізатори з вихідним сигналом 0 ... 20 мВ. Вторинними приладами служитимуть автоматичні потенціометри типу КСП-4.

Для побудови ІВС рівня використаємо тензометричний датчик “Сапфір 22-ДГ” з вихідним сигналом 4 ... 20 мА. Вторинним приладом служитиме автоматичний міліамперметр типу А 541.

Сигналізація здійснюється за такими технологічними параметрами: рівнем Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання в установці (мінімум і максимум - лампи Л3 і Л4); витратами Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання і Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання (мінімум - лампи Л1 і Л2) і концентрація Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання (лампа Л5).

Блокування здійснюється при аварійному перевищенні рівня в установці до значення Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання. У цьому випадку датчик 7 видає сигнал, який приводить до закриття клапанів КВ. Функціональна схема автоматизації змішувальної установки приведена на рис. 4.


Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання

Рис. 4. Функціональна схема автоматизації змішувальної установки


3.5 Синтез автоматичної системи регулювання


3.5.1Розробка структурної схеми АСР і математичних моделей

Згідно зі завданням потрібно виконати параметричний синтез АСР рівня рідини в установці. Структурна схема одноконтурної системи стабілізації рівня рідини показана на рис. 5.


Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання

Рис. 5. Структурна схема АСР стабілізації рівня рідини.


Порядок синтезу АСР буде наступним.

1.Розробимо або виберемо передавальні функції всіх динамічних ланок АСР. Так як згідно з умовою для стабілізації рівня необхідно використати ПІ-регулятор, то його передавальна функція має вигляд Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання, де Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: