Автоматизация сновальной машины

Автоматизация сновальной 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 сновальной машины»

Выполнил:

Студент 5 курса ЭМ факультета

гр. 523

Специальность 220301

Шифр 0-201028

Гераскин Д.В.

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, взрывов и пожара опасностью перерабатываемых веществ и т.д.

I. Технологический раздел

1.1 Описание технологического процесса

Снованию подвергают только основную пряжу, которая после перематывания на бобинах поступает в сновальный отдел. Снование - промежуточный этап в подготовке основы ткацкого станка. Снование - объединение нитей с большого числа мотальных паковок на одну сновальную паковку.

В процессе снования на сновальный валик или ткацкий навой навивается определённое число нитей расчётной длины.

Различают 3 способа снования:

Партионный:

Сущность способа заключается в след - нити основы частями навиваются на сновальные валики (m1+m2+….+mn) с определённым числом нитей, которые образуют партию (n валиков) с общим числом нитей равным числу нитей на ткацком навое (Сумма mi = Mо) Партией сновальных валиков на-зся определённое число валиков с общим числом нитей равным числу нитей на ткацком навое. Партионное снование применяется в том случае если по условиям технологии необходимо шлихтование пряжи (для х/б пряжи, льняной, шерстяной гребенной пряжи, искусств и синтетических нитей и пряжи).

Ленточный способ:

Сущность способа - нити с большого числа мотальных паковок навиваются отдельными лентами на специальный барабан. Общее число нитей в лентах (m1+m2+….+mn) равно числу нитей на ткацком навое. Затем все ленты одновременно перевиваются со сновального валика на ткацкий навой. Ленточный способ используется: для шерст аппаратной пряжи т.к. она имеет высокую линейную плотность и не шлихтуется (отходы при этом процессе минимальные, шерст пряжа качественнее др. видов сырья и дороже); при сновании искусств шёлка если на навое большое число нитей (10-12 тыс. и более); при сновании цветных нитей, т.е. основ с манером, в случае сложного переплетения. Манер основы - последовательность цветных нитей в основе.

Секционный способ:

Используется для подготовки основ технических тканей. Сущность способа - нити с большого числа мотальных паковок навиваются на отдельные секции (с небольшой заправочной шириной). Общее число нитей на витое на отдельные секции равно числу нитей на ткацком навое. Затем отдельные секции набираются на общий ствол и образуют ткацкий навой.

Сновальная машина СП-140 состоит из шпулярника (сновальной рамки) и самой сновальной машины. Шпулярник предназначен для размещения бобин. Состоит из двух секций (крыльев) расположенных по отношению к машине под определённым углом на расстоянии 1,5-2 м от машины. Размеры шпулярника зависят от его марки (ёмкости). Ёмкость шпулярника - максимальное число рабочих бобин, которое можно разместить на шпулярнике. На шпулярнике на специальных стойках размещаются бобины, натяжные приборы и рядки для распределения нитей.

Рисунок 1 Структурная схема сновальной машины.

На рисунке 1 представлена структурная схема управления сновальной машиной. Привод сновального валика 1 осуществляется от электродвигателя М1, скорость которого можно изменять с помощью регулятора скорости. В качестве такого электродвигателя применен электродвигатель постоянного тока с тиристорным регулятором скорости или на магнитных усилителях. Кроме того, для поворота бобинодержателей шпулярника, установки и зажима сновального валика пинолями установлены три вспомогательных асинхронных двигателя М2, М3 и М4, которые имеют независимое управление.

Для стабилизации линейной скорости снования использована система мерильного валика 2, который вращается под действием нитей основы 3. Мерильный валик 2 кинематически связан с тахогенератором 7 и счетчиком метража 6. Выход тахогенератора 7 подключен к управляющему входу регулятора скорости. Таким образом, по мере наработки сновального валика увеличивается не только его диаметр, но и линейная скорость нитей, что определяет возрастание ЭДС на выходе тахогенератора 7. Благодаря обратной отрицательной связи по скорости, вводимой в регулятор скорости, частота вращения электродвигателя М1 уменьшается и линейна скорость снования остается постоянной. Для контроля обрыва нити на машине имеется устройство контроля натяжения нити 4 рычажного типа, подключенное к схеме сигнализации 5 места обрыва нити. При обрыве одной из нитей с устройства контроля натяжения сигнал подается в схему управления машиной, что вызываете останов. С целью быстрого торможения машины предусмотрены включение ленточного тормоза 8 и динамическое торможение электродвигателя постоянного тока путем отключения якорной цепи от источника питания и закорачивая ее на тормозное сопротивление. Таким образом, совместное действие механического и динамического торможения обеспечивает эффективный останов машины.

Так как при останове машины все нити основы провисают, устройство контроля натяжения 4 включается только после пуска машины, когда все нити будут натянуты.

В схеме управления предусмотрен также останов машины при поступлении со счетчика метража 6 сигнала о наработке заданного метража основы или при открытии дверок ограждений

В требованиях к автоматическим системам управления выражены те необходимые качественные показатели, которым должны удовлетворять системы, и отражено их назначение. Любая автоматическая система должна быть устойчивой. Однако не всякая устойчивая система соответствует своему назначению. Остальные требования (характеристики) можно разделить на две группы: характеристики качества управления; технические характеристики. Основные характеристики, определяющие качество управления, связываются с переходной характеристикой, среди них выделяют точность управления (в большинстве случаев определяют для установившегося режима, при единичном ступенчатом воздействии такой характеристикой является статическая точность) и динамические показатели качества: время регулирования (быстродействие); перерегулирование; число колебаний за время регулирования.

Для автоматических систем управления, работающих при случайных воздействиях, основным показателем качества управления является точность, характеризуемая среднеквадратичным отклонением или дисперсией ошибки. К техническим характеристикам можно отнести надежность, стоимость, габаритные размеры, массу, энергетические показатели, простои оборудования из-за обрывности др.

1.2 Обоснование необходимости автоматизированного контроля и управления

Чтобы основа обладала хорошими техническими свойствами к процессу снования, предъявляют следующие требования:

В процессе снования не должны ухудшаться физико-механические свойства пряжи или нити.

Натяжение снующихся нитей должно быть одинаковым и по возможности постоянным в течении всего процесса.

Длина снования должна быть рассчитана, из сновальных валиков должно получиться целое число ткацких навоев.

Форма намотки должна быть строго цилиндрической и удельная плотность намотки должна соответствовать принятому значению.

Производительность процесса снования должна быть максимальной, а отходы минимальными.

1.3 Требования к автоматизированным системам контроля и управления

Требования к функциям АСУ

АСУ в необходимых объемах должна автоматизированно 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-экономические 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 намотки м/с) и 2 тысяч значений выходного параметра (натяжение нитей основы, Н). Интервал дискретизации равен 0.1 (ts=0.1). 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=0.1

ts = 0.1

Для объединения исходных данных в единый файл воспользуемся командой:

>> kurs=iddata(y(251:350),u(251:350),ts)

Time domain data set with 100 samples.

Sampling interval: 0.1

Outputs Unit (if specified)

y1

Inputs Unit (if specified)

u1

Сформированный файл указывает, что он содержит результаты 100 измерений с интервалом дискретизации 0.1 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(kurs,'InputName','Скорость намотки','OutputName','Натяжение нитей')

>> set(kurs,'InputUnit','м/с','OutputUnit','Н')

Для просмотра полной информации о полученном файле воспользуемся командой:

>> get(kurs)

ans =

Domain: 'Time'

Name: []

OutputData: [100x1 double]

y: 'Same as OutputData'

OutputName: {'Натяжение нитей'}

OutputUnit: {'Н'}

InputData: [100x1 double]

u: 'Same as InputData'

InputName: {'Скорость намотки'}

InputUnit: {'м/с'}

Period: Inf

InterSample: 'zoh'

Ts: 0.1000

Tstart: []

SamplingInstants: [100x0 double]

TimeUnit: ''

ExperimentName: 'Exp1'

Notes: []

UserData: []

Для графического представления данных воспользуемся командой:

>> plot(kurs)

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

Страницы: 1, 2