приховати рекламу

Автоматика теплових процесів

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Введення

Визначальна роль у вирішенні завдань забезпечення ефективності виробництва, надійності та безпеки експлуатації технологічного устаткування належить автоматизованих системах управління технологічними процесами (АСУ ТП).

Питання розробки АСУ ТП, вибору засобів вимірювань та автоматики тісно пов'язані зі специфікою технологічних процесів і повинні бути вирішені на стадії проектування відповідних технологічних установок, тобто інженер теплоенергетик, який бере участь у проектуванні технологічної установки, повинен мати відповідні знання.

Ці знання майбутні фахівці, які навчаються за спеціальністю 10.07.00 «Промислова теплоенергетика» отримують при вивченні дисципліни «Автоматика теплових процесів». Курсова робота, передбачена робочою програмою цієї дисципліни сприяє закріпленню, поглибленню й узагальненню знань, отриманих студентами за час навчання, і застосування цих знань до комплексного вирішення конкретних інженерних завдань щодо розробки схем теплотехнічного контролю і автоматизації теплоенергетичних установок.

Курсова робота включає в себе розробку системи теплового контролю і автоматики технологічної установки, вибір технічних засобів, визначення динамічних властивостей об'єкта регулювання і розрахунок настройок регулятора.

1. Зміст і склад курсової роботи

1.1 Загальні положення

Курсова робота з проектування системи автоматичного регулювання теплових процесів складається з пояснювальної записки та графічної частини.

Текстова частина (пояснювальна записка) курсової роботи включає наступні основні розділи:

  1. Введення.

  2. Характеристика об'єкта автоматизації і розробка функціональної схеми автоматики.

  3. Вибір засобів автоматизації і теплового контролю.

  4. Розрахунок оптимальних налаштувань автоматичного регулятора

  5. Список літератури

Орієнтовний обсяг пояснювальної записки до курсової роботи - - 10 ... 15 сторінок друкованого тексту.

Графічна частина складається з одного креслення - функціональної схеми автоматизації заданої технологічної установки. Детальні вказівки щодо виконання функціональної схеми приведені в розділі 4.

2. Пояснення до текстової частини проекту

2.1 Вступ

Розглядають спільні завдання автоматизації даної галузі промисловості. Обгрунтовують доцільність автоматизації рекомендованого в завданні технологічного процесу.

2.2 Характеристика об'єкта автоматизації і розробка функціональної схеми автоматики

Коротко описують технологічний процес і апарати, в яких він здійснюється. На основі аналізу технологічного процесу вибирають параметри, регулювання яких необхідно здійснювати для забезпечення безпечної експлуатації технологічної установки, економічності її роботи та високої якості отримуваної продукції.

Після вибору регульованих і регулюючих параметрів вибирають параметри, що підлягають вимірюванню, реєстрації (параметри, необхідні для розрахунку техніко-економічних показників роботи технологічної установки, підстроювання регуляторів і т.п.), сигналізації і так далі.

На основі проведеного аналізу технологічного процесу розробляється функціональна схема автоматизації і теплового контролю заданої технологічної установки.

2.3 Вибір засобів автоматизації і теплового контролю

Засоби автоматизації, що використовуються для управління технологічним процесом, повинні бути обрані з урахуванням динамічних властивостей об'єкта регулювання, переважно вітчизняні, що випускаються серійно.

Необхідно прагнути до застосування однотипних засобів вимірювання уніфікованих систем, що характеризуються простотою поєднання, взаємозамінністю і зручністю компонування на щитах управління. Використання однотипної апаратури дає значні переваги при монтажі, наладці, експлуатації, забезпечення запасними частинами і т.п.

В якості локальних засобів збору та накопичення первинної інформації (автоматичних датчиків), вторинних приладів, що регулюють і виконавчих пристроїв слід використовувати прилади та засоби автоматизації Державної системи промислових приладів (ГСП).

У висновку цього розділу наводиться специфікація на всі вибрані засоби автоматизації та вимірювання. Вказівки щодо заповнення специфікації наведені в розділі 4.

2.4 Вибір і розрахунок оптимальних параметрів автоматичного регулятора

За заданою розгінної характеристиці знаходяться параметри характеризують динамічні властивості об'єкта регулювання і записується його передавальна функція. Використовуючи методику викладену в розділі 6 виконується розрахунок настройок автоматичного регулятора реалізує П-, ПІ-, і ПІД - закони регулювання

3. Вказівки з вибору засобів автоматизації

Конкретні типи засобів автоматизації вибирають з урахуванням особливостей технологічного процесу і його параметрів.

У першу чергу беруть до уваги такі чинники, як пожежо-та вибухонебезпечність, агресивність та токсичність середовища, число параметрів, що беруть участь в управлінні, та їх фізико-хімічні властивості, дальність передачі сигналів інформації та управління, необхідні точність і швидкодію. Ці фактори визначають вибір методів вимірювання технологічних параметрів, необхідні функціональні можливості регуляторів і приладів (закони регулювання, показання, запис і т.д.), діапазони вимірювання, класи точності, вид дистанційної передачі і т.д.

Прилади й засоби автоматизації слід підбирати за довідковій літературі (9, 12, 15, 16), виходячи з таких міркувань:

- Для контролю і регулювання однакових параметрів технологічного процесу необхідно застосовувати однотипні засоби автоматизації, що випускаються серійно;

- При великій кількості однакових параметрів рекомендується застосовувати багатоточкові прилади;

- При автоматизації складних технологічних процесів необхідно використовувати обчислювальні й керуючі машини;

- Клас точності приладів повинен відповідати технологічним вимогам;

- Для автоматизації технологічних апаратів з агресивними середовищами необхідно передбачати встановлення спеціальних приладів, а в разі застосування приладів у нормальному виконанні потрібно захищати їх.

Найбільш поширені типи промислових вторинних приладів, що входять до ДСП, представлені нижче:

Вхідний сигнал

Тип вимірювач-

ного приладу

Тиск стисненого повітря

ПВ

Постійна напруга

КСП

Постійний струм

КСУ

Електричний опір

КСМ

Взаімоіндуктівность

КСД

Прилади ПВ є вторинними приладами пневматичної системи «Старт» і застосовуються для вимірювання будь-яких технологічних параметрів, попередньо перетворених в тиск стисненого повітря (уніфікований пневматичний сигнал). Зокрема, прилад ПВ 10.1Е призначений для роботи з одним із регуляторів системи «Старт». Він записує на стрічкову діаграму величину регульованого параметра, показує значення сигналу завдання та керуючого впливу в прилад входить станція управління регулятором.

Автоматичні потенціометри КСП урівноважені мости КСМ, міліамперметри КСУ застосовують для вимірювання, запису та регулювання (за наявності регулюючого пристрою) температури та інших параметрів, зміна яких може бути перетворено у зміну напруги постійного струму, активного опору, сили струму постійного струму.

Потенціометри КСП-4 в залежності від модифікації можуть працювати або в комплекті з однією або декількома (якщо прилад багатоточковий) термопарами стандартних градуювань, або з одним чи кількома джерелами постійної напруги.

Урівноважені мости КСМ-4 працюють у комплекті з одним або декількома термометрами опору стандартних градуювань, а міліамперметри КСУ-4 - в комплекті з одним або кількома джерелами сигналів постійного струму.

Вторинні прилади КСД працюють в комплекті з первинними вимірювальними перетворювачами, забезпеченими диференційно-трансформаторними датчиками.

Кожен тип приладів, зазначених вище, випускається в різних модифікаціях, що відрізняються розмірами, діапазонами вимірювання, кількістю вхідних сигналів, наявністю допоміжних пристроїв і т.д.

Вибираючи той чи інший прилад за функціональною ознакою, необхідно простоту і дешевизну апаратури поєднувати з вимогами контролю та регулювання даного параметра. Найбільш важливі параметри слід контролювати самописними приладами, більш складними і дорогими, ніж показують прилади. Регульовані параметри технологічного процесу необхідно, також контролювати самописними приладами, що має значення для коригування налаштування регуляторів.

При виборі вторинних приладів для спільної роботи з однотипними датчиками однієї градуювання і з однаковими межами вимірювання слід враховувати, прилади КСП, КСМ, КСД випускаються з числом точок 3,6,12. У багатоточкових приладах є перемикач, автоматично і по черзі підключає датчик до вимірювальної схемою. Друкувальний пристрій, розташоване на каретці, робить на діаграмі точки з порядковим номером датчика.

При виборі виду уніфікованого сигналу каналу зв'язку від датчика до вторинного приладу приймається до уваги довжина каналу зв'язку. При довжині до 300 м можна застосовувати будь-який уніфікований сигнал, якщо Технологічні процеси, що не є пожежо-і вибухонебезпечним. При пожежо-та вибухонебезпечності та відстані не більше 60 м доцільно використовувати пневматичні засоби автоматизації, наприклад регулятори і прилади системи «Старт». Електричні засоби автоматизації характеризуються набагато меншим запізненням і перевершують пневматичні засоби по точності вимірювання (клас точності більшості пневматичних приладів - 1,0, електричних - 0,5). Застосування електричних засобів спрощує впровадження обчислювальних машин.

Вибираючи датчики та вторинні прилади для спільної роботи, слід звертати увагу на узгодження вихідного сигналу датчика і вхідного сигналу вторинного приладу.

Наприклад, при струминним вихідним сигналом датчика вхідний сигнал вторинного приладу теж повинен бути струмовим, причому рід струму і діапазон його зміни у датчика і вторинного приладу повинні бути однаковими. Якщо ця умова не виконується, то слід скористатися наявними в ДСП проміжними перетворювачами одного уніфікованого сигналу в інший (табл. 1).

Таблиця 1. Найбільш поширені проміжні перетворювачі ДСП

Тип перетворювача

Вхідний сигнал

Вихідний сигнал

ПТ-ТП 68

ЕРС термопари

Постійний струм 0 ... 5 мА

ПТ-ТС 68

Електричне

опір

Постійний струм 0 ... 5 мА

НП-ТЛ1-М

ЕРС термопари

Постійний струм 0 ... 5 мА

НП-СЛ1-М

Електричне

опір

Постійний струм 0 ... 5 мА

НП-3

Напруга

постійного

струму 0 ... 2В

Постійний струм 0 ... 5 мА

ЕПП-63

Постійний струм

0 ... 5мА

Тиск стисненого повітря 0,2 ... 1,0 кгс/см2

Проміжний перетворювач НП-П3 використовується як нормує для перетворення вихідного сигналу диференційно-трансформаторного перетворювача в уніфікований струмовий сигнал.

Перетворювачі ЕПП-63 і ПЕ-55М здійснюють перехід відповідно з електричною гілки ДСП на пневматичну і з пневматичної гілки ДСП на електричну.

При виборі датчиків і приладів слід звертати увагу не тільки на клас точності, але й на діапазон вимірювання. Слід пам'ятати, що номінальні значення параметра повинні знаходитися в останній третині діапазону вимірювання датчика або приладу. При невиконанні цієї умови відносна похибка вимірювання параметра значно перевищить відносну приведену похибку датчика або приладу. Таким чином, не слід вибирати діапазон вимірювання з великим запасом (досить мати верхню межу вимірювання, не більше ніж на 25% перевищує номінальне значення параметра).

Якщо вимірювана середу хімічно активна по відношенню до матеріалу датчика або приладу (наприклад, пружинного манометра, гідростатичного рівнеміра, дифманометра для вимірювання витрати за методом змінного перепаду тиску), то його захист здійснюють за допомогою розділових судин або мембранних роздільників.

При автоматизації хіміко-технологічних процесів для зміни витрати рідких середовищ зазвичай використовують пневматичні регулюючі клапани, що включають виконавчий механізм з пневмоприводом та регулюючий орган.

4. Вказівки щодо виконання функціональних схем автоматизації

Функціональна схема теплового автоматики і контролю розробляється відповідно до вимог відповідних нормативних документів [3-7] і оформляється за ГОСТ 21.404-85.

Розробка функціональної схеми автоматики і теплового контролю починається зображення схеми технологічної системи або агрегату (наприклад, зображення системи опалення, системи вентиляції, кондиціонування повітря, технологічної схеми системи теплопостачання, газопостачання або теплогенеруючої установки і т.п.).

Технологічне обладнання та комунікації при розробці функціональних схем повинні зображуватися спрощено, без вказівки окремих технологічних апаратів і трубопроводів допоміжного призначення. Однак зображена таким чином технологічна схема повинна давати чітке уявлення про принцип її роботи.

На технологічних трубопроводах показують ту регулюючу та запірну арматуру, яка безпосередньо бере участь в управлінні процесом, а також запірні і регулюючі органи, необхідні для визначення відносного розташування місць відбору імпульсів. Технологічні комунікації і трубопроводи рідини і газу зображують умовними позначеннями відповідно до ГОСТ 2.784-70, наведеними в табл. 2.

Таблиця 2. Умовні цифрові позначення трубопроводів для рідин і газів за ГОСТ 2.784-70

Найменування середовища, що транспортується

трубопроводом

Позначення


Вода

-1-1 -

Пар

-2-2 -

Повітря

-3-3 -

Азот

-4-4 -

Кисень

-5-5 -

Масло

-14-14 -

Рідке пальне

-15-15 -

фреон

-18-18 -

Протипожежний трубопровід

-26-26 -

На технологічну схему проектованої системи наносять всі елементи системи автоматичного регулювання. Прилади й перетворювачі показуються у вигляді умовних зображень і об'єднуються в єдину систему лініями функціональних зв'язків.

Функціональну схему теплового контролю виконують, як правило, на одному аркуші, на якому зображують апаратуру всіх систем контролю, регулювання, управління і сигналізації, що відноситься до даної технологічної установки.

Складні технологічні схеми рекомендується розчленовувати на окремі технологічні вузли і виконувати функціональні схеми цих вузлів у вигляді окремих креслень на кількох аркушах або на одному.

Приклад функціональної схеми показаний на малюнку 1.

Контури технологічного обладнання на функціональних схемах рекомендується виконувати лініями товщиною 0,6-1,5 мм; трубопровідні комунікації 0,6-1,5 мм;

прилади та засоби автоматизації 0,5-0,6 мм; лінії зв'язку 0,2-0,3 мм; прямокутники, що зображують щити і пульти, 0,6-1,5 мм.

Прилади, засоби автоматизації, електричні пристрої та елементи обчислювальної техніки на функціональних схемах автоматизації показуються відповідно до ГОСТ 21.404-85 та галузевими нормативними документами.

ГОСТ 21.404-85 передбачає систему побудови графічних і буквених умовних позначень за функціональними ознаками, виконуваних приладами. Прилади зображуються колами розділеними горизонтальною лінією. У верхній частині кола наносяться літерні позначення вимірюваної величини і функціонального ознаки приладу (таблиці 3, 4, 5). У нижній частині кола наноситься позиційне позначення (цифрове або буквенноціфрових), що служить для нумерації окремих елементів j комплекту вимірювання.

Таблиця 3. Літерні умовні позначення за ГОСТ 21.404-85



Позна-чення

Вимірювана величина

Функції виконуються приладом



Основне призначення першої літери

Додаткове

призначення, що уточнює призначення першої літери


Відображення інформації


Формування вихідного сигналу


Додаткове призначення

А



Сигналізація



У






З

-

-

-

Регулювання, управління



D

Щільність

Різниця перепад,

-

-

-

Е

Будь-яка електричний величина


-

-

-

F

Витрата

Співвідношення, частка дріб

-

-

-

G

Розмір, положення переміщення

-

-

-

-

Н

Ручне вплив

-

-

-

Верхня межа вимірюваної вів.

I



Показання

-

-

J

.

Автоматичне ське переклю чення обегіте ня

-

~

-

R

Радіоак гів - ність

-

Реєстрація

-

-

S

Швидкість, частота

-

-

Включення, відключення, перемикання, сигналізація

-

T

Температура


-


-

U

Кілька різнорідних вимірюваних величин





V

В'язкість

-

-


-

W

Маса





Х

Нерекомен дуємо

резервна літера

-

-

-

-

До

Час,

тимчасова програма

-

-

-

-

L

Рівень

-

-

-

Нижня межа вимірюваної вів.

М

Вологість

-

-

-

-

N

Резервна літера


-

-

-

0

Резервна літера

-

-

-

-

Р

Тиск, вакуум

-

-

-

-

Q

Величина, яка характери-зующие

якість,

склад, концентрація-цію і т. п

Інтегрувати вання, сума вання за часом

-

-

-

Таблиця 4. Додаткові літерні позначення, що відображають функціональні ознаки приладів за ГОСТ 21.404-85

Найменування

Позначення

Чутливий елемент (первинне перетворення)

Е

Дистанційна передача (проміжне перетворення)

Т

Станція управління

До

Перетворення; обчислювальні функції

Y

Таблиця 5. Додаткові позначення, що відображають функціональні ознаки перетворювачів сигналів і обчислювальних пристроїв по ГОСТ 21.404-85

Найменування

Позначення

Рід сигналу:

електричний

пневматичний

гідравлічний


Е

Р

G

Види сигналу:

аналоговий

дис ретний


А

D

Приклад побудови умовного позначення приладу для вимірювання, реєстрації і автоматичного регулювання перепаду тиску наведено на рис. 2.

Рис. 2. Приклад побудови умовного позначення приладу для вимірювання, реєстрації і автоматичного регулювання перепаду тиску



Всім приладів та перетворювачів, зображеним на функціональній схемі, присвоюються позиційні позначення, що складаються з двох частин: арабських цифр - номера функціональної групи і малі літери російського алфавіту - номери приладу і ТСА в даній функціональній групі (наприклад, 5а, 3б і т.п. ).

Літерні позначення присвоюють кожному елементу функціональної групи в порядку алфавіту в залежності від послідовності проходження сигналу - від пристроїв отримання інформації до пристроїв впливу на керований процес (наприклад, приймальний пристрій - датчик, вторинний перетворювач, задатчик, регулятор, покажчик положення, виконавчий механізм, регулюючий орган ).

Допускається замість букв російського алфавіту використовувати арабські цифри (наприклад, 5-1, 3-2 і т.д.).

Приклади зображення окремих вимірювальних каналів наведені на малюнках 3-11



Рис. 3. Індикація і реєстрація температури (TIR).



101-1 Термоелектричний термометр тип ТХА, гр. ХА, межі вимірювання від -50 ° С до 900 ° С, матеріал корпусу Ст0Х20Н14С2, марка ТХА-0515

101-2 Перетворювач термоЕРС в стандартний струмовий сигнал 0 ... 5 мА, гр. ХА, марка Ш-72

101-3 Міліамперметр показує реєструючий на 2 параметри, марка А-54

Рис. 4. Індикація, реєстрація та регулювання температури за допомогою пневматичного регулятора (TIR С, пневматика).

102-1 Термоелектричний термометр тип ТХА, гр. ХА, межі вимірювання від -50 ° С до 900 ° С, матеріал корпусу Ст0Х20Н14С2, марка ТХА-0515

102-2 Перетворювач термоЕРС в стандартний струмовий сигнал 0 ... 5 мА, гр. ХА, марка Ш-72

102-3 электропневмопреобразователь, вхідний сигнал 0 ... 5 мА, вихідний - стандартний пневматичний 0,02 ... 0,1 МПа, марка ЕПП-63 (або ЕПП-180)

102-4 пневматичний вторинний прилад на 3 параметри зі станцією управління, марка ПВ 10.1Е (з електроприводом діаграмній стрічки)

102-5 Пневматичний ПІ-регулятор ПР 3.31

Рис. 5. Індикація і регулювання температури за допомогою мікропроцесорного регулятора (TI С, ел.).

103-1 Термоелектричний термометр тип ТХА, гр. ХА, межі вимірювання від -50 ° С до 900 ° С, матеріал корпусу Ст0Х20Н14С2, марка ТХА-0515

103-2 Трьохканальний мікропроцесорний регулятор типу «Протерм-100»

103-3 Регулюючий клапан для неагресивних середовищ, корпус з чавуну, гранична температура Т = 300 ° С, тиск Р у = 1,6 МПа, умовний діаметр D у = 100 мм, тип 25нч32нж

Рис. 6. Приклад схеми контролю тиску. Індикація тиску (PI).

210-1 Манометр пружинний М-...

Рис. 7. Сигналізація тиску (PA).

202-1 Пневматичний первинний перетворювач тиску, межа вимірювання 0 ... 1,6 МПа, вихідний сигнал 0,02 ... 0,1 МПа, марка МС-П-2 (манометр сильфонний з пневмовиходу)

202-2 Електроконтакта манометр з сигнальною лампою ЕКМ-1

202-3 Лампа сигнальна Л-1

Рис. 8. Індикація і реєстрація тиску (PIR, ел.).

204-1 Первинний перетворювач тиску зі стандартним струмовим виходом 0 ... 5 мА, марка МС-Е (або Сапфір-22ДІ і т.д.)

204-2 Міліамперметр показує реєструючий на 2 параметри, марка А-542


Рис. 9. Індикація і регулювання тиску

205-1 Пневматичний первинний перетворювач тиску, межа вимірювання 0 ... 1,6 МПа, вихідний сигнал 0,02 ... 0,1 МПа, марка МС-П-2 (манометр сильфонний з пневмовиходу)

205-2 пневматичний вторинний прилад на 3 параметри зі станцією управління, марка ПВ 10.1Е (з електроприводом діаграмній стрічки)

205-3 Пневматичний ПІ-регулятор ПР 3.31

205-4 Регулюючий клапан для неагресивних середовищ, корпус з чавуну, гранична температура Т = 300 ° С, тиск Р у = 1,6 МПа, умовний

205-5 Електроконтакта манометр з сигнальною лампою ЕКМ-1

205-6 Лампа сигнальна Л-1

Рис. 10. Схеми контролю витрати.

Для вимірювання витрати рідини первинні перетворювачі встановлюються в перетині трубопроводу, тому на схемі їх позначення зображуються вбудованим в трубопровід.

При використанні звужуючих пристроїв, наприклад, діафрагм, перепад тисків на них заміряється дифманометрами, тому схеми автоматизації аналогічні схемами контролю тиску.

301-1 Діафрагма марки ДК6-50-II -а/г-2 (діафрагма камерна, тиск Р в = 6 атм, діаметр D у = 50 мм)

301-2 Дифманометр з пневмовиходу 0,02 ... 0,1 МПа, марка ДС-П1 (для пневматики) або Сапфір-22ДД (для електричної схеми)

302-1 Ротаметр РД-П (с пневмовиходу) або РД-Е (з електричним виходом)

5. Вказівки до виконання специфікації на прилади та засоби автоматизації

Специфікація на всі показані на функціональній схемі прилади і перетворювачі оформляється у вигляді таблиці. Приклад специфікації для фрагмента функціональної схеми контролю температури наведено нижче

Форма специфікації до ФВА.

поз.


Параметри середовища,

вимірювані параметри

Найменування і технічна

характеристика

Марка

К-сть

Примі-

примітку

101-1


Температура в апараті

Термоелектричний термометр тип ТХА, гр. ХА, межі вимірювання від -50 ° С до 900 ° С

марка ТХА-0515

1

На трубопроводі

101-2

Температура в апараті

Перетворювач термоЕРС в стандартний струмовий сигнал 0 ... 5 мА, гр. ХА

марка Ш-72


1

за місцем

101-3

Температура в апараті

Міліамперметр показує реєструючий на 2 параметри

марка А-542

1

На щиті

Графи таблиці заповнюються таким чином:

у графі 1 - буквено-цифрове позначення приладу у відповідності з його позиційним позначенням на схемі; спочатку заносяться прилади з цифровим індексом 1, тобто прилади першого комплекту (1-1, 1-2, 1-3, ...), потім - другого комплекту (2-1, 2-2, ...) і т.д.;

у графі 2 - повне найменування контрольованого або регульованого параметра, наприклад: «рівень щелока в випарної апараті», «тиск в колекторі ретортной газу»;

у графі 3 - робоче значення параметра, наприклад: «2,5 кПа», «10 Н / м 2»; для параметрів, що змінюються в великому діапазоні, зокрема за програмного регулювання, наводяться мінімальне та максимальне значення параметра;

у графі 4 - марка (шифр) приладу;

у графі 5 - кількість однотипних приладів, встановлених на об'єкті;

у графі 6 - місце встановлення приладу («за місцем» - безпосередньо у об'єкту, або «на щиті»).

  1. Вибір і розрахунок оптимальних параметрів автоматичного регулятора

Для того щоб вибрати тип регулятора і визначити його настройки необхідно знати:

  1. Статичні і динамічні характеристики об'єкта управління.

2. Вимоги до якості процесу регулювання.

3. Показники якості регулювання для серійних регуляторів.

4. Характер збурень, що діють на процес регулювання.

6.1 Визначення динамічних характеристик об'єкта регулювання

В даний час при розрахунку настройок регуляторів локальних систем широко використовуються прості динамічні моделі промислових об'єктів управління. Зокрема, використання моделей інерційних ланок першого або другого порядку з запізненням для розрахунку настройок регуляторів забезпечує в більшості випадків якісну роботу реальної системи управління.
Залежно від виду перехідної характеристики (кривій розгону) задаються найчастіше одним з двох видів передавальної функції об'єкта управління:
- У вигляді передавальної функції інерційної ланки першого порядку

(1)

де - коефіцієнт посилення, постійна часу і запізнювання, які повинні бути визначені в околиці номінального режиму роботи об'єкту.

Для об'єкта управління без самовирівнювання передавальна функція має вигляд

(2)

За кривою розгону оцінюється характер об'єкта управління (з самовирівнювання або без) і визначаються параметри відповідної передавальної функції. Передавальну функцію виду (1) рекомендується застосовувати для об'єктів управління з явно вираженою домінуючою постійної часу (одноемкостний об'єкт). Перед початком обробки криву розгону рекомендується пронормувати (діапазон зміни нормованої кривої 0 - 1) і виділити з її початкової ділянки величину чистого тимчасового запізнювання.

Методи першого порядку

Передавальна функція і розгінна характеристика об'єкта регулювання

W м (s) = ,

h (t) = K (1 - ). 1 (t). (3)

Визначення параметрів моделі

Постійна часу Т визначається як довжина подкасательной, проведеної до кривої в точці t = t (рис. 12, а) або в точці перегину t = t w (рис. 12, б). У цьому випадку вводиться додаткове запізнювання t д (рис. 12, б), а модель характеризується еквівалентним запізненням.

t е = t + t д.

Описаний метод є досить грубим, його можна використовувати для попередньої оцінки властивостей об'єкта.

Інтерполяційний метод Орман.

Нехай основне запізнювання вже виділено (рис. 10), початок координат зміщене в точку t = t. Поребуем, щоб перехідна крива моделі проходила через точки А і В.

Підставляючи координати (t A, D y A) і (t B, D y B) точок А і В і t = t д у формулу (27), для D y (t) отримаємо систему з двох рівнянь:

D y А = K (1 - ) D х,

D y В = K (1 - ) D х.

Рішення системи (4) відносно t д і Т має вигляд:

t д = ,

Т = - .

Якщо прийняти D y А = 0,33. D y вуст, а D y В = 0,7. D y вуст, то вирази (5) значно спрощуються:

t д = 0,5. (3. t А - t В), Т = 1,25. (t В - t А).

Для перевірки точності моделі ординати експериментальної кривої в точках t 1 = 0,8. Т + t д, t 2 = 2. Т + t д порівнюються з відповідними ординатами перехідної кривої моделі D y 1 = 0,33. D y вуст, D y 2 = 0,865. D y вуст. Похибка не повинна перевищувати (0,02 + 0,03. D y уст).

6.2 Вибір типу регулятора

Завдання проектувальника полягає у виборі такого типу регулятора, який при мінімальній вартості і максимальній надійності забезпечував би задану якість регулювання. Розробником можуть бути обрані релейні, безперервні або дискретні (цифрові) типи регуляторів.

Вибір типу регулятора зазвичай починається з простих двохпозиційних регуляторів і може закінчуватися самонастраивающимся мікропроцесорними регуляторами. Зауважимо, що за вимогами технологічного регламенту багато об'єктів не допускають застосування релейного керуючого впливу.

Розглянемо показники якості серійних регуляторів. В якості серійних передбачаються аналогові регулятори, реалізують І, П, ПІ і ПІД - закони управління.  

Теоретично, з ускладненням закону регулювання якість роботи системи поліпшується. Відомо, що на динаміку регулювання найбільший вплив робить величина відносини запізнювання до постійної часу об'єкта Ефективність компенсації ступеневої обурення регулятором досить точно може характеризуватися динамічного коефіцієнта регулювання , А швидкодія - величиною часу регулювання.

Мінімально можливий час регулювання для різних типів регуляторів при оптимальній їх налаштування визначається таблицею 6.



Таблиця 6.

Закон регулювання

П

ПІ

ПІД

6.5

12

7

де - час регулювання, - Запізнювання в об'єкті.

Теоретично, в системі з запізненням, мінімальний час регулювання

Керуючись таблицею можна стверджувати, що найбільшу швидкодію забезпечує П-закон управління. Однак, якщо коефіцієнт посилення П-регулятора малий (найчастіше це спостерігається в системах з запізненням), то такий регулятор не забезпечує високої точності регулювання, тому що в цьому випадку велика величина статичної помилки. Якщо має величину рівну 10 і більш, то П-регулятор прийнятний, а якщо то потрібно введення в закон керування інтегральної складової.

Найбільш поширеним на практиці є ПІ-регулятор, який володіє наступними перевагами:

1. Забезпечує нульову статичну помилку регулювання;

2. Досить простий в налаштуванні, тому що настроюються тільки два параметри, а саме коефіцієнт посилення і постійна інтегрування . У такому регуляторі є можливість оптимізації , Що забезпечує управління з мінімально можливою середньоквадратичної помилкою регулювання;
3. Мала чутливість до шумів в каналі вимірювання (на відміну від ПІД-регулятора).

Для найбільш відповідальних контурів можна рекомендувати використання ПІД-регулятора, що забезпечує найбільш високу швидкодію в системі. Обнако слід враховувати, що ця умова виконується тільки при його оптимальних настройках (настроюються три параметри). Зі збільшенням запізнювання в системі різко зростають негативні фазові зрушення, що знижує ефект дії диференціальної складової регулятора. Тому якість роботи ПІД-регулятора для систем з великим запізненням стає порівнянно з якістю роботи ПІ-регулятора. Крім цього, наявність шумів в каналі вимірювання в системі з ПІД-регулятором призводить до значних випадковим коливанням керуючого сигналу регулятора, що збільшує дисперсію помилки регулювання і знос виконавчого механізму. Таким чином, ПІД-регулятор слід вибирати для систем регулювання, з відносно малим рівнем шумів і величиною запізнювання в об'єкті управління. Прикладами таких систем є системи регулювання температури.

При виборі типу регулятора рекомендується орієнтуватися на величину відношення запізнювання до постійної часу в об'єкті . Якщо то можна вибрати релейний, безперервний або цифровий регулятори. Якщо , То повинен бути вибраний безперервний або цифровий, ПІ-або ПІД-регулятор. Якщо , То вибирають спеціальний цифровий регулятор з упредітелем, який компенсує запізнювання в контурі управління. Однак цей же регулятор рекомендується застосовувати і при менших відносинах .



6.3 Формульний метод визначення настройок регулятора

Метод використовується для швидкої, наближеної оцінки значень параметрів настройки регулятора для трьох видів оптимальних типових процесів регулювання.

Метод застосуємо як для статичних об'єктів з самовирівнювання (таблиця 2.2), так і для об'єктів без самовирівнювання (таблиця 2.3).

Таблиця 5.

Регулятор

Типовий процес регулювання


аперіодичний

з 20% перерегулювання

І

П

ПІ

ПІД

де T, , - Постійна часу, запізнювання і коефіцієнт посилення об'єкту.
У цих формулах передбачається, що настроюється регулятор із залежними настройками, передатна функція якого має вигляд:



, (6)

де - коефіцієнт посилення регулятора, - Час ізодрома (постійна інтегрування регулятора), - Час передування (постійна диференціювання).



Таблиця 6.

Регулятор

Типовий процес регулювання


аперіодичний

з 20% перерегулювання

П

-

ПІ

ПІД

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Методичка
158.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Автоматизація теплових процесів на прикладі кожухотрубчасті теплообмінника
Автоматика
Компютрі і автоматика
Залізнична автоматика і телемеханіка
Пожежна автоматика при забезпеченні пожежної безпеки
Устаткування теплових мереж
Визначення теплових втрат теплоізольованого трубопроводу
Парові турбіни як основний двигун на теплових електростанціях
Моделювання теплових процесіів в елементах енергетичного обладнанн
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru