Размещено на http://www.allbest.ru/

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 . Вироблювані сигнали датчиків та , котрі пропорційні регульованим вихідним координатам та , за допомогою вимірювальних перетворювачів і перетворюються на відповідні уніфіковані сигнали і надходять на регулятори та , на які одночасно подаються керуючі сигнали та . Останні формують відповідний алгоритм регулювання та видають сигнали та на виконавчі механізми ВМ1 та ВМ2, котрі встановлені на відповідних лініях матеріальних потоків х1 та х3 (вхідні координати системи). На систему діють збурення . Причому – температура матеріального потоку ; – витрата потоку з температурою .

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).

Рис. 1. Схема керування технологічним процесом.

Для проведення технологчного процесу необхдно мат нформацю як про вхдн, так вхдн параметр. Вмрювальну нформацю одержують з допомогою вдповднх перетворювачв, котр реалзують той ч ншй метод вмрювання.

Перед кожнм обктом вмрювання ставться вдповдна вмрювальна задача, яка поляга у взначенн значення фзчно велчн з необхдною точнстю в данх умовах вмрювань. Для розвязання тако задач необхдна вмрювальна сстема, яка включа первнн вмрювальн й промжн перетворювач, а також засоб вдображення нформац (вторинні прилади, дспле, прнтер 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.