Автоматизация сушильно-промывной линии ЛПС-120

Таблица 2.1.5.2.

Технические характеристики регулятора

Вид регулятора	Аналоговый регулятор Импульсный регулятор (с импульсным выходами)
Режимы работы регулятора	Локальный, каскадный, соотношения, дистанционный, ручной, автоматический
Структура регулятора (законы регулирования)	П, ПИ, ПД, ПИД

2.1.6. Выбор исполнительного механизма

В качестве регулирующих органов был выбран электрический регулирующий клапан типа 3213/5824. Регулирующие клапаны с диаметром условного прохода от Ду 65 до Ду 250 состоят из проходного клапана и шагового двигателя с силовым замыканием типа 5824.

Рис.2.1.6.1. Электрический регулирующий клапан типа 3213/5824

Принцип действия: среда протекает через односедельный проходной клапан в направлении указанном стрелкой. Положение штока конуса определяет сечение потока между конусом и седлом клапана.

2.1.7. Выбор операторской панели управления

Терминалы операторских интерфейсов (HMI) обеспечивают значительно большую функциональность чем традиционные механические панели управления. HMI позволяет оператору на заводе наблюдать текущие условия системы управления и, если необходимо изменять параметры системы. HMI соединяются с контроллерами обычно через серийный коммуникационный порт. HMI может быть запрограммирована для просмотра и/или изменения текущих значений сохраненных в памяти контроллера. HMI может соединяться с различными устройствами без каких-либо дополнительных настроек аппаратной части панели. Была выбрана операторская панель управления типа HMI601, технические характеристики операторской панели приведены в таблице 4.7.1.

Таблица 2.1.7.1.

Технические характеристики HMI601

Напряжение питания, В	24
Общая память, Мb	4
Тип дисплея	5.7” STN CCFL QVGA
Количество портов	2
Тип портов	RS232 / RS485 /RS422 / CMOS
Рабочая температура, оС	0-50

Рис.2.1.7.1. Схема подключения контроллера к панели.

Рис.2.1.7.2. Схема подключения компьютера к панели.

2.2. Описание схемы принципиальной электрической

Для защиты трехфазных асинхронных двигателей линии было выбрано устройство защитного отключения трехфазного электродвигателя ОВЕН УЗОТЭ-2У. ОВЕН УЗОТЭ-2У предназначен для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей, работающих в тяжелых производственных условиях: при перегрузках, вызванных пониженным напряжением в сети, при повышенной влажности и температуре, высокой запыленности.

Функциональная схема ОВЕН УЗОТЭ-2У представлена на Рис.6.1.

Рис.2.2.1. Функциональная схема ОВЕН УЗОТЭ-2У.

УЗОТЭ-2У включает в себя 4 блока контроля состояния электродвигателя:

- блок контроля температуры корпуса двигателя (БКТ);

- блок контроля тока утечки обмотки статора двигателя (БКУ);

- блок контроля перекоса фаз (БКФ);

- блок контроля тока, потребляемого двигателем (БКП).

Превышение уровня сигнала в любом из каналов контроля приводит к срабатыванию выходного реле и аварийному отключению электродвигателя.

2.3. Описание щита системы автоматизации

Щит системы автоматизации предназначен для размещения на нем средств контроля и управления технологическим процессом, контрольно-измерительных приборов, сигнальных устройств, аппаратуры управления, автоматического управления, защиты, блокировки, линий связи между ними.

Щит системы автоматизации соответствует ОСТ3613-76, ОСТ 36ЭД1-13-79 и руководящим материалам РМ3-82-83. Он предназначен для установки в закрытых помещениях с температурой окружающей среды от - 30 до +50 при относительной влажности не более 80% и отсутствии вибрации, агрессивных газов, паров токопроводящей пыли. Если на щите будут установлены приборы или аппаратура, рассчитанная на работу в меньшем диапазоне изменения температур или при меньшей влажности, то требования к температуре окружающей среды в месте установки щита должны определяться техническими условиями на эксплуатацию этих приборов или аппаратуры.

На щите располагаются два программируемых микроконтроллерных регулятора DL-05 и операторская панель управления HMI601. Щит имеет размеры 525*455 мм и имеет глубину 87,5мм.

2.4. Идентификация объекта управления

Объектом управления является промывная ванна ВРМ-120. Регулирование процесса подачи воды в нее осуществляется с помощью промышленного клапана.

Переходная характеристика объекта управления представлена на Рис.2.2.2.

Рис.2.2.2. Переходная характеристика объекта управления.

Запаздывание равно

? = 5 с

Время регулирования

t = 45 с

Аппроксимацию переходной характеристики проводится методом Симаю. Выполняется расчет основных коэффициентов передаточной функции:

Woy = k /(a0p2 + a1p + 1)

a0 = F1 a1 = F2

F1 = ?t{? [(1 - hi)] - 0.5 [1 - h0] }

?t = t /n = 5 с

n - число отрезков

F2 = ?t F1{? [(1 - hi) (1 - ?i)] - 0.5 [1 - h0] }

?i = i??t /F1

Таблица. Значения коэффициентов передаточной функции ОУ.

n	hi	F1	?i	F2	a0	a1	b'
0	0	14,21	0	46,15	12.96	34.725	0
1	0.4		0.606
2	0.7		0.212
3	0.86		0.818
4	0.95		2.424
5	0.97		3.03
6	0.98		3.636
7	0.995		4.242

Woy = (22,58p +1) /(220.09 p2 + 31.26 p + 1)

Точность аппроксимации определяют по графику переходной характеристики, полученной при обратном преобразовании Лапласа функции ОУ:

3. Расчет регулятора давления

3.1. Снятие и аппроксимация кривой разгона

Снятие кривой разгона предусматривает нанесение на объект ступенчатого возмущения путем энергичного изменения степени открытия проходного сечения регулирующего органа; при этом отмечают величину и момент нанесения возмущения. Изменение выходной величины регистрируют до тех пор, пака объект не примет нового установившегося значения (объект устойчивый) или пока скорость изменения выходной величины не станет постоянной (объект нейтральный).

Кривые разгона определяют на действующем (находящемся в промышленной эксплуатации) объекте, изменяя его входную величину на несколько процентов. Использование такого сравнительно небольшого возмущения обусловлено тем, что реакция объекта не должна выходить за пределы ограничений, установленных технологическими соображениями.

Кривая разгона была снята при изменении управляющего воздействия, расхода греющего пара, от номинального = 0,3 т/ч до F = 0.33 т/ч. Значения для построения кривой разгона приведены в таблице 3.1.

Таблица 2.1. Значения кривой разгона.

t, c	0	2,0	2,6	3,0	3,4	3,9	4,5	5,2	6,0	7,2	10,0
Р, кгс/см?	1, 20	1,21	1,22	1,23	1,24	1,25	1,26	1,27	1,28	1,29	1,30

Передаточная функция объекта управления по экспериментально снятой кривой разгона определяется следующим образом.

По приведенным в табл.2.1.1. данным, строится кривая разгона (рис.2.1.1). Из рисунка следует, что за конечное значение давления можно принять давление 1,3 кгс/см?, а полученное экспериментально время запаздывания равно = 1,2 с. Проведя касательную к точке перегиба кривой разгона, определяется = 0,6 с,= 4 c, отношение =0.15. Сравнивая это значение с данными табл. II.3 [1], объекту присваивается 2-й порядок.

Поскольку порядок объекта выше первого, определяется постоянная времени входящих в него апериодических звеньев.

Для объекта 2-го порядка вычисляется значение Т

	(2.1.1)

Значение времени запаздывания

	(2.1.2)

Определяется значение условного времени запаздывания

	(2.1.3)

Окончательное значение времени запаздывания ?

	(2.1.4)

Коэффициент усиления объекта k находится исходя из соотношения

	(2.1.5)

- установившееся давление после проведения эксперимента, кгс/см?;

- температура продукта до проведения эксперимента, кгс/см?;

= 0,3 т/ч - расход греющего пара до проведения эксперимент;

= 0,33 т/ч - расход греющего пара после проведения эксперимента.

Искомая передаточная функция объекта управления определяется по

	(2.1.6)
	(2.1.7)

Чтобы показать соответствие найденной передаточной функции объекта его переходной характеристике h(t), а затем и кривой разгона при нанесенном возмущении, нужно умножить передаточную функцию (2.1.7) на изображение возмущения 1(t). Получим изображение выходной величины, по которому с помощью зависимостей, приведенных в табл. II.1 [1], а также, учитывая свойства запаздывания в области вещественного переменного можно найти соответствующий объекту оригинал.

	(2.1.8)

После подстановки числовых значений выражение (2.1.8) принимает вид

	(2.1.9)

Кривую разгона объекта управления находят из зависимости

	(2.1.10)

Откуда

	(2.1.11)

По расчетному выражению зависимости (2.1.11), значения которой приведены в табл.2.1.2, строится график аппроксимированного переходного процесса. Он изображен пунктиром на рис.2.1.1.

Таблица 2.1.2. Значения аппроксимированной кривой разгона.

t, c	0	2.0	2.6	3.0	3.4	3.9	4.5	5.2	6.0	7.2	10.0
P, кгс/см?	1, 200	1,212	1,224	1,231	1,238	1,246	1,257	1,268	1,275	1,284	1,293

Точность аппроксимации объекта передаточной функцией (2.1.7) оценивается по формуле [3].

	(2.1.12)

где - значения кривых разгона экспериментальной и аппроксимированной.

Точность аппроксимации удовлетворяет требованиям инженерных расчетов.

3.2. Выбор типа регулятора давления и определение его параметров

По номограмме рис.5 [3] выбираем ПИ-регулятор.

Оптимальные параметры настройки ПИ-регулятора рассчитываются по частотным характеристикам [3].

Строится АФЧХ объекта управления (рис.2.2.1)

Рис. 3.2.1. АФЧХ объекта управления.

По АФЧХ объекта управления строится АФЧХ разомкнутой системы для и нескольких (любых) значений , удобных для построения характеристик

	2.2.1

При этом каждый вектор АФЧХ объекта управления следует повернуть на 90? по часовой стрелке и уменьшить в раз. Затем из начала координат проводится прямая линия под углом ? к вещественной отрицательной полуоси и строятся окружности с центром на этой оси, касающиеся АФЧХ и этой прямой (рис.2.2.2).

	(2.2.2)

Показатель колебательности М выбирается равным 1.6.

Предельное значение коэффициента передачи регулятора для каждого значения времени изодрома определяется по формуле [3]

	(2.2.3)

Значения предельных коэффициентов передачи регулятора при различных значениях времени изодрома приведены в таблице 3.2.1.

Таблица 2.2.1. Предельные значения коэффициента передачи регулятора.

	R
0.7	5.9	0.17
1.0	3.9	0.26
1.5	2.6	0.39
2.0	1.9	0.54
2.5	1.6	0.64

По результатам расчета в плоскости параметров настройки регулятора и можно построить границу области, в которой максимум АЧХ замкнутой системы относительно воздействия не превышает заданного значения. Оптимальной настройке регулятора соответствует точка в этой области, для которой соотношение / максимально. Этому условию удовлетворяет точка касания касательной, проведенной к границе области допустимого запаса устойчивости из начала координат.

Расчет и построение АФЧХ разомкнутой системы с использованием программы Mathcad 2000.

Рис. 3.2.2. АФЧХ разомкнутой системы.

3.3. Анализ качества замкнутой системы

Передаточная функция ПИ-регулятора имеет вид

	(2.3.1)
	(2.3.2)

Передаточная функция замкнутой системы по управлению рассчитывается по выражению

	(2.3.3)

где - передаточная функция регулятора, - передаточная функция объекта управления.

После подстановки числовых значений и некоторых преобразований

	(2.3.4)

При аппроксимации выражение (3.3.4) принимает вид

	(2.3.5)

Переходная функция h(t), соответствующая реакции замкнутой системы с передаточной функцией на единичную ступенчатую функцию 1(t), находится по ее изображению с помощью обратного преобразования Лапласа.

	(2.3.6)

Обратное преобразование Лапласа проведено с использованием программы Mathcad 2000.

	(2.3.7)

Рис.3.3.1. Реакция замкнутой системы на единичное ступенчатое воздействие.

По графику переходного процесса (рис.2.3.1) можно определить время регулирования - 21 с. Перегулирование ? = 0. Переходный процесс монотонный.

Раздел 3. расчет регулятора уровня

3.1. Снятие и аппроксимация кривой разгона

Кривая разгона была снята при изменении управляющего воздействия, расхода химочищенной воды, от номинального = 3 т/ч до F = 3.3. т/ч. Значения для построения кривой разгона приведены в таблице 3.1.1.

Таблица 3.1.1. Значения кривой разгона.

t, c	0	20	26	30	34	39	45	52	60	72	100
L, см	120	121	122	123	124	125	126	127	128	129	130

Передаточная функция по экспериментально снятой кривой разгона определяется также, как и в разделе 3.1.

По приведенным в табл.3.1.1. данным, строится кривая разгона (рис.3.1.1). Из рисунка следует, что за конечное значение уровня L можно принять давление 130 см, а полученное экспериментально время запаздывания равно = 12 с. Проведя касательную к точке перегиба кривой разгона, определяется = 6 с,= 40 c, отношение =0.15.

Сравнивая это значение с данными табл. II.3 [1], объекту присваивается 2-й порядок.

Поскольку порядок объекта выше первого, определяется постоянная времени входящих в него апериодических звеньев.

Для объекта 2-го порядка вычисляется значение Т

	(3.1.1)

Значение времени запаздывания

	(3.1.2)

Определяется значение условного времени запаздывания

	(3.1.3)

Окончательное значение времени запаздывания ?

	(3.1.4)

Коэффициент усиления объекта k находится исходя из соотношения

	(3.1.5)

L - установившийся уровень после проведения эксперимента, мм;

- уровень до проведения эксперимента, мм;

= 3 т/ч - расход воды до проведения эксперимента;

= 3,3 т/ч - расход воды после проведения эксперимента.

Искомая передаточная функция объекта управления определяется по (2.1.6)

	(3.1.6)

Чтобы показать соответствие найденной передаточной функции объекта его переходной характеристике h(t), а затем и кривой разгона при нанесенном возмущении, нужно умножить передаточную функцию (2.1.7) на изображение возмущения 1(t). Получим изображение выходной величины, по которому с помощью зависимостей, приведенных в табл. II.1 [1], а также, учитывая свойства запаздывания в области вещественного переменного (см. Приложение 1, формула (11) [1]), можно найти соответствующий объекту оригинал (2.1.8).

После подстановки числовых значений выражение (2.1.8) принимает вид

	(3.1.7)

Кривую разгона объекта управления находят из зависимости

	(3.1.8)

Откуда

	(3.1.9)

По расчетному выражению зависимости (3.1.9), значения которой приведены в табл.3.1.2, строится график аппроксимированного переходного процесса. Он изображен пунктиром на рис.3.1.1.

Таблица 3.1.2. Значения аппроксимированной кривой разгона.

t, c	0	2.0	2.6	3.0	3.4	3.9	3.5	5.2	6.0	7.2	10.0
L,cм	120.0	121.2	122.4	123.1	123.8	123.6	125.7	126.8	127.5	128.4	129.3

Точность аппроксимации объекта передаточной функцией (2.1.7) оценивается по формуле (2.1.12) [3].

Точность аппроксимации удовлетворяет требованиям инженерных расчетов.

3.2. Выбор типа регулятора уровня и определение его параметров

По номограмме рис.5 [3] выбираем ПИ-регулятор.

Параметры настройки регулятора уровня определяются также, как у регулятора давления.

Строится АФЧХ объекта управления (рис.3.2.1), а затем АФЧХ

Рис.3.2.1. АФЧХ объекта управления.

разомкнутой системы при нескольких значениях времени изодрома (рис.3.2.2).

Рис.3.2.2. АФЧХ разомкнутой системы.

Значения предельных коэффициентов передачи регулятора при различных значениях времени изодрома приведены в таблице 3.2.1.

Таблица 3.2.1. Предельные значения коэффициента передачи регулятора.

	R
0.7	59	0.017
1.0	39	0.026
1.5	26	0.039
2.0	19	0.054
2.5	16	0.064

Оптимальные параметры настройки регулятора уровня: = 0,7 с, = 0.017.

3.3. Анализ качества замкнутой системы

Анализ качества замкнутой системы с регулятором уровня проводится аналогично 2.3. Строится график переходного процесса с помощью обратного преобразования Лапласа (рис.3.3.1).

Передаточная функция замкнутой системы имеет вид

	(3.3.1)

Переходная характеристика

	(3.3.2)

Рис.3.3.1. График переходного процесса.

Заключение

В данном курсовом проекте была произведена автоматизация сушильно-промывной линии типа ЛПС-120 в соответствии с современными стандартами.

Был произведен выбор элементной базы для автоматизации производства. При использовании выбранной элементной базы достигается линейность характеристик системы, высокая степень агрегативности, легкость управления, высокая чувствительность, малая себестоимость, высокая надежность, эргономичность.

В ходе выполнения курсового проекта разработаны схема функциональная, выполнен эскиз щита системы автоматизации.

Были выбраны оптимальные настройки регулятора.

Список литературы

Бельцов В.М. - Оборудование для отделки хлопчатобумажных тканей. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1982. - 352 с.

Малышков М.М. и др. - Автоматизация красильно-отделочного производства - М.: Легкая индустрия, 1976. - 280 с.

Беленький Л.И. и др. - Автоматическое управление технологическими процессами отделочного производства - М.: Легпромбытиздат, 1990. - 208 с.: ил.

Климов В.А., Архипов А.В., Бардачев Ю.Н. и др. - АСУТП в текстильной и легкой промышленности - М.: Легпромбытиздат, 1986. -256 с.

Майзель М.М., Пятов Л.И. Автоматизация производственных процессов легкой промышленности. Учебное пособие для вузов. М., "Машиностроение", 1973. - 320 с.

http: // www. atmel. com/literature

http: // www. samson. de

http: // www. metran. ru

Страницы: 1, 2