Автоматизация питающего бункера чесальной машины

Автоматизация питающего бункера чесальной машины

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности

Кафедра электротехники и автоматизированных промышленных установок

КУРСОВАЯ РАБОТА

по предмету

«Автоматизация технологических процессов и производств»

Тема: «Автоматизация питающего бункера чесальной машины»

Выполнила:

Студентка 5 курса ЭМ факультета

гр. 523

Специальность 220301

Шифр 0-202029

Якимова Т.Г.

Проверил:

К. т. н., доцент

Руппель А.А.

г. Омск 2008

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

I. Технологический раздел

1.1 Описание технологического процесса

1.2 Обоснование необходимости автоматизированного контроля и управления

1.3 Требования к автоматизированным системам контроля и управления

II. Раздел автоматизации

2.1 Идентификация объекта автоматизации

2.2 Обоснование выбора типа регулятора

2.3 Оптимизация параметров настройки регулятора

2.4 Анализ устойчивости и качества системы управления

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

Введение

Технологический процесс ткачества характеризуется как наиболее многомашинный участок текстильных предприятий, и для него в полной мере характерны особенности массового производства. Вид перерабатываемых волокон (хлопковое, шерстяное, шелковое, льняное) почти не влияет на набор технологического оборудования и на объем автоматизации технологического процесса.

Высокие темпы развития шинной, химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности неразрывно связаны с проведением больших работ по автоматизации.

Разнообразие технических средств автоматизации, выпускаемых отечественной приборостроительной промышленностью, глубокое знание процессов химической технологии, а также достаточно хорошо разработанная теория автоматического управления позволяют успешно внедрять автоматизацию.

Задачи, которые решаются при автоматизации современных шинных производств, весьма сложны и требуют от специалистов знания не только устройства различных приборов, но и общих принципов составления систем автоматического управления.

Автоматизация приводит к улучшению главных показателей эффективности производства: увеличению количества, улучшению качества и снижению себестоимости выпускаемой продукции. Внедрение автоматических устройств обеспечивает высокое качество продукции, сокращение брака и отходов, уменьшение затрат сырья и энергии, уменьшение численности основных рабочих, снижение капитальных затрат на строительство зданий (производство организуется под открытым небом), удлинение межремонтных сроков эксплуатации оборудования (оборудование работает в оптимальных режимах, которые были учтены при его расчете и изготовлении).

Проведение некоторых современных технологических процессов возможно только при условии их полной автоматизации (например, процессы на атомных установках и в паровых котлах высокого давления, процессы дегидрирования и др.). При ручном управлении такими процессами малейшее замешательство человека и несвоевременное воздействие его на процесс могут привести к серьёзным последствиям.

Внедрение специальных автоматических устройств способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнение атмосферного воздуха и водоемов промышленными отходами.

В шинной промышленности вопросам автоматизации уделяется особое внимание. Это объясняется сложностью и большой скоростью протекания технологических процессов, высокой чувствительностью их к нарушению режима, вредностью условий работы, взрыва - и пожароопасностью перерабатываемых веществ и т.д.

1. Технологический раздел

1.1 Описание технологического процесса

В настоящее время существует около 30 модификаций чесальных машин, предназначенных для чесания волокон различных видов и отличающихся друг от друга производительностью.

Чесальная машина ЧМД-5 предназначена для выработки чесальной ленты из средневолокнистого хлопка, а также из смеси этого хлопка с химическими волокнами длиной до 40 мм (до 25% химических волокон), удовлетворяющей требованиям, предъявляемым к полуфабрикату для пневмомеханического прядения. Машина может применяться в автоматических поточных линиях.

На машине производится разделение пучков волокон на отдельные волокна путем многократного чесания, а также очистка их от сорных примесей с удалением пуха и непрядомых волокон. Очищенное и расчесанное волокно на выходе преобразуется в ленту, укладываемую лентоукладчиком в таз.

Машина эксплуатируется в чесальных цехах хлопкопрядильного производства.

Однако во всех случаях для электропривода чесальных машин применяют асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, так как процесс чесания не требует регулирования скорости рабочих органов машины. Следует отметить, что электропривод чесальных машин работает в исключительно тяжелых условиях. Это объясняется значительными маховыми массами вращающихся органов машины, которые в 100--300 раз превосходят маховые моменты приводных электродвигателей. Вследствие этого в год выходит из строя около 40% электродвигателей, установленных на чесальных машинах.

С целью повышения надежности работы электропривода чесальных машин привод рабочих органов осуществляется от двух асинхронных электродвигателей, один из которых приводит в действие главный и приемный барабаны, вентилятор и гребенную коробку, а второй -- систему питания.

Трехскоростной электродвигатель М2 обеспечивает заправочную скорость и одну из двух рабочих скоростей (установочную), что достигается переключением обмоток статора в звезду, треугольник или и двойную звезду, т. е. изменением числа полюсов электродвигателя.

Рисунок 1. Структурная схема управления чесальной машиной

Структурная схема управления чесальной машиной (см. рисунок 1) предусматривает:

· пуск и реверсирование электродвигателя М1;

· пуск электродвигателя М2 системы питание--выпуск на заправочную и рабочие скорости;

· автоматическое отключение электродвигателя М2 при нарушении технологического процесса (утонение или обрыв ленты перед лентоукладчиком, открывание крышки лентоукладчика, забивание ленты);

· аварийный останов машины;

· останов электродвигателей М1 и М2 кнопками;

· автоматический останов машины при снятии ограждений и срабатывании холста;

· автоматическое регулирование линейной плотности ленты;

· сигнализацию о наличии напряжения, срабатывании холста, обрыве ленты.

Пуск машины производится следующим образом. Сначала при отключенной фрикционной муфте главного барабана включают электродвигатель М1. Разгон его длится 5--10 с. В это время путевые выключатели фрикционной муфты исключают возможность пуска электродвигателя М2. Затем включается фрикционная муфта и начинается разгон главного барабана машины (60--120 с). После разгона главного барабана мри включенной фрикционной муфте включают электродвигатель М2: сначала кнопкой «заправка» на пониженную скорость, а затем кнопкой «работа» -- на рабочую скорость.

При всех нарушениях технологического процесса отключается электродвигатель М2 и зажигается сигнализация. После устранения технологических неполадок пуск электродвигателя М2 производится в приведенной выше последовательности.

Фрагмент функциональной схемы автоматизации чесальной машины показан на рисунке 2. Мнемосхема выполненная в GENESIS на рисунке 3.

Рисунок 2. Фрагмент функциональной схемы автоматизации чесальной машины.

Регулятор ЛПЛ на чесальной машине ЧМД-5, разработанный во ВНИИЛтекмаше, имеет пневматический датчик ПД, который устанавливают на выходе вытяжной пары. Привод выпускного цилиндра осуществляется с постоянной частотой вращения от основного электродвигателя, а привод питающего цилиндра - с переменной частотой вращения через вариатор, коэффициент передачи которого изменяется в соответствии с сигналом регулятора ЛПЛ.

При изменении ЛП ленты на выходе вытяжной пары сигнал с пневматического датчика ПД подается на вход преобразователя ПЭП, и далее на вторичный прибор, где сравнивается с заданием. Сигнал рассогласования подается на реверсивный двигатель РД, который перемещает ремень вариатора и тем самым изменяя коэффициент передачи вариатора.

Рисунок 3. Мнемосхема чесальной машины

1.2 Обоснование необходимости автоматизированного контроля и управления

Одной из основных операций на чесальных, ленточных и прядильных машинах является «утонение» продукта, причем к равномерности свойств получаемого продукта по длине (толщине, прочности и т.д.) предъявляются очень высокие требования.

Задачу выравнивания продукта решают разными методами. В некоторых случаях - за счет увеличения переходов (продукт утоняют вытягиванием, а затем, складывая несколько лент, снова их вытягивают). Однако в последнее время все большее внимание уделяется автоматическим методам выравнивания продукта, позволяющим получать продукцию высокого качества с меньшим количеством технологического оборудования. Развивается тенденция к сокращению не только отдельных однотипных машин (например, ленточных), но и целых переходов.

Основным показателем, характеризующим равномерность продукта (ленты, ровницы, пряжи) по толщине, является линейная плотность. В существующих системах автоматического регулирования ОПЛ контролируется в основном механическими, индуктивными, пневматическими, фотоэлектрическими и радиоактивными первичными преобразователями.

Регуляторы ЛПЛ, или системы автоматического выравнивания продукта (САВ), нашли применение на трепальных машинах, на ленточных машинах в камвольном прядении шерсти, в хлопкопрядении при бесхолстовом питании и в льнопрядении. Ведутся разработки САВ для чесальных машин различных конструкций. Регулирование ЛПЛ, как правило, осуществляется изменением вытяжки за счет изменения скорости вытяжных (питающих или выпускных) цилиндров машин.

1.3 Требования к автоматизированным системам контроля и управления

Требования к функциям АСУ

АСУ в необходимых объемах должна, автоматизировано выполнять:

* сбор, обработку и анализ информации (сигналов, сообщений, документов и т. п.) о состоянии объекта управления;

* выработку управляющих воздействий (программ, планов и т. п.);

* передачу управляющих воздействий (сигналов, указаний, документов) на исполнение и ее контроль;

* реализацию и контроль выполнения управляющих воздействий;

* обмен информацией (документами, сообщениями и т. п.) с взаимосвязанными автоматизированными системами.

Состав автоматизированных функций (задач, комплексов задач - далее функций) АСУ должен обеспечивать возможность управления соответствующим объектом в соответствии с любой из целей, установленных в ТЗ на АСУ.

Состав автоматизированных функций АСУ и степень их автоматизации должны быть технико-экономически и (или) социально обоснованы с учетом необходимости освобождения персонала от выполнения повторяющихся действий и создания условий для использования его творческих способностей в процессе работы.

Требования к техническому обеспечению АСУ

Комплекс технических средств АСУ должен быть достаточным для выполнения всех автоматизированных функций АСУ. В комплексе технических средств АСУ должны в основном использоваться технические средства серийного производства. При необходимости допускается применение технических средств единичного производства.

Тиражируемые АСУ и их части должны строиться на базе унифицированных технических средств.

Технические средства АСУ должны быть размещены с соблюдением требований, содержащихся в технической, в том числе эксплуатационной, документации на них, и так, чтобы было удобно использовать их при функционировании АСУ и выполнять техническое обслуживание.

Размещение технических средств, используемых персоналом АСУ при выполнении автоматизированных функций, должно соответствовать требованиям эргономики: для производственного оборудования по ГОСТ 12.049-80, для средств представления зрительной информации по ГОСТ 21829-76, в том числе для табло коллективного пользования из цифровых знакосинтезирующих электролюминесцентных индикаторов по ГОСТ 21837-76.

Технические средства АСУ, используемые при взаимодействии АСУ с другими системами, должны быть совместимы по интерфейсам с соответствующими техническими средствами этих систем и используемых систем связи.

В АСУ должны быть использованы технические средства со сроком службы не менее десяти лет. Применение технических средств с меньшим сроком службы допускается только в обоснованных случаях и по согласованию с заказчиком АСУ.

Любое из технических средств АСУ должно допускать замену его средством аналогичного функционального назначения без каких-либо конструктивных изменений или регулировки в остальных технических средствах АСУ (кроме случаев, специально оговоренных в технической документации на АСУ).

Технические средства АСУ допускается использовать только в условиях, определенных в эксплуатационной документации на них. В случаях, когда необходимо их использование в среде, параметры которой превышают допустимые значения, установленные для этих технических средств, должны быть предусмотрены меры защиты отдельных технических средств АСУ от влияния внешних воздействующих факторов.

В АСУ должны быть использованы средства вычислительной техники, удовлетворяющие общим техническим требованиям по ГОСТ 22552-84.

2. Раздел автоматизации

2.1 Идентификация объекта автоматизации

Под идентификацией динамических объектов понимают процедуру определения структуры и параметров их математических моделей, которые при одинаковом входном сигнале объекта и модели обеспечивают близость выхода модели к выходу объекта при наличие какого-то критерия качества.

Обычно идентификация - многоэтапная процедура. Основные ее этапы следующие:

1. Структурная идентификация - заключается в определении структуры математической модели на основании теоретических соображений.

2. Параметрическая идентификация - включает в себя проведение идентифицирующего эксперимента и определение оценок параметров модели по экспериментальным данным.

3. Проверка адекватности - проверка качества модели в смысле выбранного критерия близости выходов модели и объекта.

Для проведения идентификации технологического объекта управления воспользуемся пакетом System Identification Toolbox (SIT) из состава MATLAB.

Пакет System Identification Toolbox содержит средства для создания математических моделей линейных динамических объектов (систем) на основе наблюдаемых входных/выходных данных. Он имеет удобный графический интерфейс, позволяющий организовывать данные и создавать модели. Методы идентификации, входящие в пакет применимы для решения широкого класса задач - от проектирования систем управления и обработки сигналов до анализа временных рядов.

Обработка массива данных с помощью пакета System Identification Toolbox предполагает следующие этапы:

1. обработка и преобразование данных с целью создания файла данных;

2. непараметрическое оценивание данных с целью предварительного определения основных характеристик ТОУ;

3. параметрическое оценивание данных с целью создания различных видов моделей с тета-формате;

4. задание структуры модели;

5. изменение и уточнение структуры модели (если это необходимо);

6. проверка адекватности и сравнение различных видов моделей с целью выбора наилучшей;

7. преобразование модели тета-формата в вид удобный для дальнейшего использования при анализе и синтезе системы управления.

В результате проведенного эксперимента был получен массив данных состоящий из 2 тысяч значений входного параметра (скорость вытягивающей пары, м/с) и 2 тысяч значений выходного параметра (линейная плотность, ктекс). Интервал дискретизации равен 2.5 (ts=2.5). Для загрузки в рабочую область MATLAB массива данных необходимо выполнить команду:

>> load datta

После выполнения команды в рабочей области появились массив входных переменных u и массив выходного параметра y.

Интервал дискретизации указывается дополнительно:

>> ts=2.5

ts = 2.5

Для объединения исходных данных в единый файл воспользуемся командой:

>> dan=iddata(y(951:1050),u(951:1050),ts)

Time domain data set with 100 samples.

Sampling interval: 2.5

Outputs Unit (if specified)

y1

Inputs Unit (if specified)

u1

Сформированный файл указывает, что он содержит результаты 100 измерений с интервалом дискретизации 2.5 с. Входными переменными является массив u, а выходным параметром y.

Для наглядности сформированного файла необходимо в его структуру ввести обозначения входных и выходных данных, а также их размерностей:

>> set(dan,'InputName','Скорость вятягивающей пары','OutputName','Линейная плотность')

>> set(dan,'InputUnit','м/с','OutputUnit','ктекс')

Для просмотра полной информации о полученном файле воспользуемся командой:

>> get(dan)

ans =

Domain: 'Time'

Name: []

OutputData: [100x1 double]

y: 'Same as OutputData'

OutputName: {'Линейная плотность'}

OutputUnit: {'ктекс'}

InputData: [100x1 double]

u: 'Same as InputData'

InputName: {'Скорость вятягивающей пары'}

InputUnit: {'м/с'}

Period: Inf

InterSample: 'zoh'

Ts: 2.5000

Tstart: []

SamplingInstants: [100x0 double]

TimeUnit: ''

ExperimentName: 'Exp1'

Notes: []

UserData: []

Для графического представления данных воспользуемся командой:

>> plot(dan)

Рисунок 2.1.1 Графическое представление исходных данных

Для дальнейшего использования полученных исходных данных необходимо провести предварительную обработку этих данных с целью удаления тренда из набора данных и если необходимо отфильтровать данные с помощью имеющихся средств в пакете System Identification Toolbox. Данные операции проведем в графическом интерфейсе System Identification Toolbox, который запускается из командной строки командой:

>> ident

Opening ident ....... done.

В результате выполнения этой команды появляется диалоговое окно показанное на рисунке 2.1.2. На начальной стадии идентификации с использованием графического интерфейса после проведения эксперемента необходимо сформировать файл данных, в нашем примере таким файлом является dan.

В левом верхнем углу окна выберем в раскрывающемся списке Data вариант Import. Это приведет к открытию диалогового окна показанного на рисунке 2.1.3.

Рисунок 2.1.2 Окно графического интерфейса SIT

В поле окна Data Format for Signals выбираем IDDATA object. В поле Iddata вводим название нашего файла dan (см. рисунок 2.1.3)

Рисунок 2.1.3 Окно параметров импорта

Запустим режим быстрого старта, для чего в падающем меню Operations выберем Quick Start (см. рисунок 2.1.4).

Страницы: 1, 2