Розрахунок автоматизованої системи регулювання тиску в камері збивання

Введення

Автоматизація виробничих процесів є одним з провідних напрямків технічного прогресу, важливим чинником підвищення ефективності та продуктивності праці, а також підвищення якості продукції, що випускається у всіх сферах виробництва.

Автоматизація технологічних процесів здійснюється шляхом впровадження систем контролю, регулювання та управління на базі комплексу технічних засобів загальнопромислового та галузевого призначення. В даний час накопичений вже значний досвід автоматизації технологічних процесів.

Широкому впровадженню автоматизації в промисловості сприяє наявність ряду передумов. У їх числі безперервність, потоковість, комплексна механізація технологічних процесів, великі обсяги виробництва, серійний випуск необхідних приладів і технічних засобів автоматизації.

Номенклатура приладів загальнопромислового призначення зазнала значні якісні і кількісні зміни. Освоєно серійне виробництво так званої Державної системи приладiв, що володіє підвищеною надійністю, уніфікованими габаритними розмірами і величинами вихідних сигналів.

Застосовують як автоматизовані системи, у яких частина функцій управління покладається на оперативний персонал, так і автоматичні, коли функції управління виконуються тільки технічними засобами. Найбільш широко використовують локальні автоматизовані системи, призначені для управління окремими агрегатами.

Впроваджують також автоматизовані централізовані системи, що забезпечують управління роботою групи технологічного обладнання або технологічними процесами в цілому.

Як показала практика, в результаті автоматизації підвищується продуктивність праці, знижуються втрати сировини, забезпечується виконання вимог як санітарно-гігієнічних, так і техніки безпеки.

Автоматизація технологічних процесів дозволяє виконувати окремі операції без безпосередньої участі людини. При індивідуальному веденні господарства важливо використання принципово нових автоматизованих систем управління мікроЕОМ. Автоматизація технологічного процесу забезпечує скорочення частки важкої і малокваліфікованої фізичної праці, що веде до підвищення продуктивності, неодмінної економічному зростанню.

1. Аналіз існуючої системи управління

1.1 Опис технологічного процесу

Технологічний процес збивання зефірної маси під тиском зображений на функціональній схемі.

У ємності Е - 1, Е - 2, Е - 3, Е - 4 і Е - 5 надходять рецептурні компоненти. У Е - 1 - яблучне пюре, Е - 2 - білок, Е - 3 - сахароагаровий сироп, в Е - 4 - кислота і барвник есенцією, в Е - 5 - цукровий пісок.

На кожній ємкості встановлені датчики рівня, а на виході - датчики витрати. Компоненти з ємностей перекачуються плунжерними насосами. Витрата компонентів з ємності регулюються за допомогою регулюючих клапанів 1-3, 2-3, 3-3, 4-3, 5-3, 6-3. У ємності Е - 6 готується рецептурна суміш, в яку надходять всі компоненти суміші. Готова рецептурна суміш надходить з ємності Е - 6 через теплообмінник Т-1 на якому встановлені датчики температури і тиску, де суміш нагрівається до 60 º С. Суміш насосом Н-6 перекачується в камеру для збивання зефірної маси СЕ-1. Камера являє собою роторний відцентровий змішувач-емульсатор. У ньому встановлені датчики тиску і температури.

При цьому в суміш вводиться під тиском 0,4 МПа повітря, що надходить з ресивера.

1.2 Опис установки

Установка для збивання складається з рознімної збивальної камери і приводу з варіатором. Усередині збивальної камери поміщено два статора, один з яких нерухомо скріплений з корпусом, а другий - з кришкою камери. На внутрішній стороні кожного статора є зуби, розташовані шістнадцятьма концентричними рядами. Між зубами статорів проходять зуби ротора; розміри зубів обрані такими, що утворюється кільцевої канал звивистій форми шириною 1 мм. Рецептурна суміш разом з повітрям, що надходить від компресора під тиском 0,4 - 0,6 МПа, подається всередину камери. Ротор виготовлений з бронзи і має діаметр 348 мм. Внутрішня поверхня збивальної камери виконана з нержавіючої сталі, а статори - з бронзи. Взбивальная камера забезпечена сорочкою для водяного охолодження. Бульбашки повітря на виході з камери розширюються і таким чином відбувається збивання зефірної маси. Готова маса по трубопроводу подається на виливок.

1.3 Постановка завдання

У спеціальній частині даного курсового проекту буде проведений розрахунок автоматизованої системи регулювання тиску в камері збивання.

Для цього необхідно:

1. провести аналіз існуючих систем управління;

2. розробити систему збивання зефірної маси під тиском;

3. зробити необхідний вибір відповідного промислового обладнання;

4. побудувати автоматизовану систему регулювання тиску.

2. Синтез АСУТП збивання зефірної маси під тиском

2.1 Структурна схема АСУТП

Структурна схема АСУТП збивання зефірної маси під тиском представлена ​​на малюнку 2 і складається з трьох рівнів.

Верхній рівень включає в себе персональний комп'ютер Р4 і SCADA-систему TRACE MODE. SCADA-система - це система диспетчерського керування та збору даних, необхідна для візуалізації і диспетчеризації технологічного процесу. SCADA-система - це спеціальне програмного забезпечення, що забезпечує рішення задачі введення і виведення інформації в системі АСУТП, відстеження аварійних і передаварійних ситуацій, подання на пульт оператора графічної інформації про процес, підтримці звітів про виконання технологічного процесу.

До середнього рівня відноситься мікропроцесорний контролер Modicon Micro ПЛК TSX 37-05, призначений для отримання в реальному часі інформації з датчика, для її порівняння, перетворення і обміну з автоматизованим робочим місцем оператора, а також для передачі керуючих сигналів на виконавчий механізм.

Датчик і виконавчий механізм підключаються до Modicon Micro за допомогою індивідуальних кабельних зв'язків. Усередині контролера сигнали обробляються в цифровій формі.

Нижній рівень складається з виконавчого механізму і датчика.

Датчик використовується для перетворення фізичних параметрів технологічного процесу в електричні сигнали з технологічного об'єкта управління і що надходять на багатофункціональний, мікропроцесорний контролер;

Виконавчий механізм перетворює і передає вплив з мікропроцесорного контролера на технологічний об'єкт керування.

Малюнок 2.1 - Структурна схема АСУТП

2.2 Вибір датчиків

Малогабаритні датчики для вимірювання тиску Метран-55

Призначені для роботи в різних галузях промисловості, системах автоматичного контролю, регулювання та управління технологічними процесами і забезпечують безперервне перетворення вимірюваних величин надлишкового (ДІ), абсолютного (ДА) тиску, розрідження (ДВ), тиску-розрідження (ДІВ) нейтральних і агресивних середовищ в уніфікований струмовий вихідний сигнал.

Переваги датчиків:

- Похибка вимірювань ± 0,15%;

- Діапазон перенастроювання 10:1;

- Безперервна самодіагностика;

- Вбудований фільтр радіоперешкод;

- Мікропроцесорна електроніка;

- Можливість простий і зручного настроювання параметрів двома кнопками.

Вимірювані середовища: рідина, пара, газ (у т.ч. газоподібний кисень).

Діапазон вимірюваних тисків:

- Мінімальний 0-0,06 МПа;

- Максимальний 0-100 МПа.

Вихідний сигнал: 4-20, 0-5, 0-20 мА.

Оновлений комплекс малогабаритних датчиків тиску і рівня Метран-55 має наступний ряд унікальних споживчих властивостей:

- Широка область застосування датчиків в хімії, фармацевтиці, харчової промисловості, теплоенергетиці;

- Застосування спеціальних матеріалів чутливих елементів: кераміка A1203, полівінілхлорид (PVC), полівінілденфторид (PVDF);

- Великий вибір варіантів електричних і механічних з'єднань;

- Широкий діапазон вимірюваних тисків мінімальний 0-0,6 кПа; максимальний 0-220 МПа;

- Похибка вимірювань до ± 0,1%;

- Діапазон температур вимірюваного середовища від - 40 ° С до +300 ° С;

- Вихідний сигнал 4 ... 20 мА, 0 ... 20 мА, 0 ... 10 В, 0 ... 5 В, 0 ... 1 В, 1 ... 6 В;

- Довгострокова стабільність, менше 0,1% на рік;

- Висока перевантажувальна здатність до 80 разів;

- Індикаторний пристрій з перенастраиваемом релейним виходом;

- Ступінь захисту від впливу пилу і води IP 65 ÷ 68;

- Іскробезпечне виконання: ЕхiaIIСТ4.

Прилад є простим і зручним у виконанні. Використання вітчизняної приладу серії Метран 55 зменшить витрати на його встановлення, ремонт і експлуатацію. Простота конструкції, надійність, малі габарити, невисока вартість забезпечують підвищений попит споживачів. Однак застосування пристроїв цих серій не виключає і можливості застосування приладів інших фірм.

Перетворювачі термоелектричні ТХА Метран-231.

Змінна термометрична вставка - термопарний кабель КТМС-ХА (ГК) ТУ 16-505.757-75.

Діапазон вимірюваних температур: Про ... 600 ° С.

Номінальна температура застосування: 585 ° С.

Клас допуску: 2 по ГОСТ 8.585.

Робочий спай: ізольований.

Матеріал голівки: сплав АК12.

Стандартний ряд монтажних довжин L: 80, 100, 120, 160, 200 мм.

Вид виконання по ремонтопридатності:

- Вирiб, що ремонтується;

- Неремонтіруемое виріб.

Кліматичне виконання: У1.1 за ГОСТ 15150, але для значень температури навколишнього повітря від -45 ° до 85 ° С; ТЗ по ГОСТ 15150, але для значень температури навколишнього повітря від -10 ° до 85 ° С з відносною вологістю до 98% при температурі 35 ° С.

Маса: 1,25 ... 3,6 кг в залежності від довжини монтажної частини і виконання.

2.3 Вибір виконавчого механізму

Регулюючі клапани серії Emerson Process Management конструкції GX.

Робоче середовище: газ, пара, рідини.

Діаметр умовний DN: 25 ... 100 мм (DIN), 1-4 "(ANSI).

Тиск умовний PN: 1 ... 4 МПа (DIN), клас 150 і 300 (ANSI).

Робоча температура: від -29 (-46) ° С до +232 (+371) ° С.

Клас герметичності: IV, V та VI (ANSI).

Матеріал сідла: сталь, сплави.

Матеріал корпусу та кришки: сталь, сплави.

Регулюючий клапан конструкції GX призначений для управління потоком середовища (регулювання або відсікання) і являє собою односідельним клапан з напрямком потоку вгору, з вгвинчуються сідлом, з одним із трьох типів трима (комплекту внутрішніх деталей): з направляючою по штоку, з направляючим сідлом або з розвантаженим плунжером.

2.4 Вибір контролера

Програмовані логічні контролери MICRO розроблені з урахуванням вимог виробників комплектного обладнання, верстатів і агрегатів (OEM). Ці контролери дозволяють вирішувати найрізноманітніші завдання, що у цій галузі - введення, обробку та формування дискретних і аналогових сигналів, PID - регулювання, позиціювання, швидкий рахунок, організацію діалогу з оператором, скорочення часу реакції пристрою керування на зовнішні впливи і т.д. Можливе застосування контролерів MICRO для створення АСУТП з числом входів / виходів до 200 ... 300. Контролери MICRO володіють розвиненими мережевими можливостями, що дозволяє застосовувати типові мережні рішення на основі комунікаційних мереж з різними функціональними можливостями і ціновими характеристиками.

При використанні контролерів MICRO зменшуються витрати на автоматизацію завдяки скороченню витрат часу і праці на програмування, налагодження, і діагностування алгоритмів керування (інструментальні засоби PL7 MICRO), на монтажні роботи (система TELEFAST), на експлуатацію системи управління (оболонка PL7ProDyn). У руках технолога або програміста виявляється потужний інструмент розробки додатків на спеціалізованих мовах, рекомендованих МЕК (стандарт IEC1131-3) для використання в аналізованої предметної області.

Контролер TSX Micro зручний для застосування в малих системах, системах, покликаних бути легко переміщуваними, а також у ситуаціях, де мінімальний простір вимагає максимальної компактності або коли умови навколишнього середовища вимагають надійної роботи.

Таблиця 1 - Технічна характеристика Modicon Micro ПЛК TSX 37-05

Технічні характеристики додаткових модулів аналогового в / в:

- TSX AEZ802 8 вх. 0-20mА/4-20mА, 12 біт;

- TSX ASZ401 4 вих. 11 біт + знак (+ 10 В, 0-20 мА, 4-20 мА).

Технічні характеристики PLC TSX Micro

Базова конфігурація Micro включає в себе електроживлення (24 В постійного струму або 220 В змінного струму), блок центрального процесора з пам'яттю, міні-дисплей для діагностики, а також різні комунікаційні порти і плати.

Задовольняючи різних потреб за обсягом завдань, Micro пропонує на вибір 5 модульних конфігурацій, кожна з яких передбачає кілька рівнів інтеграції (введення / виведення, лічильники) і відкритість (PCMCIA-карти для зв'язку).

Micro пропонує більше 40 різних спеціалізованих модулів, включаючи швидкі лічильники, модулі виміру й регулювання, модуль безпеки, входи / виходи на 24 В постійного струму або 220 В змінного струму.

Модулі можуть бути в розмір слота або половини слота на різну кількість точок (8, 16, 32, 64). Всі типи модулів дискретного вводу / виводу можуть використовуватися в рамках однієї і тієї ж конфігурації контролерів. Micro можна також інтегрувати з іншими компонентами Schneider Electric, наприклад, перетворювачами частоти Altivar, терміналами оператора Magelis, для створення простих і ефективних глобальних рішень.

Програмне забезпечення PLC TSX Micro PL7 має можливість програмування на 5 мовах. Меню з наперед заданими налаштуваннями спрощує конфігурування різних прикладних модулів. Під час налагодження або обслуговування PL7 дозволяє змінювати налаштування точок в основному для того, щоб визначити невідомі значення або виявити помилки програми.

Завдяки PL7, загальному середовищі програмування для Micro і Premium, забезпечується неперевершена гнучкість вибору вашого наступного рішення. Прикладні програми стерпні і можуть використовуватися на обох платформах.

Архітектура PLC TSX Micro

Micro встановлюється без додаткових дорогих або великих пристроїв (обмежувачів перенапруги, додаткових батарей, пристроїв захисту виходів і джерел живлення).

Компактність TSX Micro досягається за допомогою змінних клемних колодок або зовнішніх клем. Використання системи швидкого монтажу Telefast 2 гарантує зручне, швидке і безпомилкове підключення, яке інтегрує захист, розподіл харчування та адаптацію каналів. Модулі входів / виходів високої щільності і промаркіровані на заводі кабелі дозволяють безпосередньо підключати виконавчі пристрої для побудови компактного, надійного і економічного рішення.

Модулі AS-i Master спрощують з'єднання і зменшують вартість системи. При установці великої кількості пристроїв Micro вимагає меншої кількості кабелів і забезпечує більш швидке підключення обладнання, скорочуючи час установки системи.

Мережеві рішення для PLC TSX Micro

Реалізація системи на базі TSX Micro з використанням мережі Ethernet дає багато переваг. Використання стандарту TCP / IP Modbus Ethernet - це універсальне мережеве рішення для системних інтеграторів і кінцевих користувачів. Підключення до Ethernet забезпечує взаємозв'язок датчиків і пристроїв керування (перетворювачів частоти, засобів вимірювання або візуального відображення) без обмежень, пов'язаних з закритими рішеннями.

Обладнаний модулем зв'язку на 100 МГц Micro пропонує розширений доступ до прикладних програм і миттєву реакцію. Ethernet також забезпечує швидке підключення та встановлення ПЗ. Без додаткового інтерфейсу, Micro підтримує можливість для підключення в локальному режимі, що необхідно для коригування або налагодження прикладних програм.

Розташований окремо від процесора, модуль ETZ адаптує потік інформації, доступний для передачі через термінальний чи PCMCIA-порт, одночасно підтримуючи обмін з іншими об'єктами.

Діагностика, коригування або завантаження програми без спеціального програмного забезпечення або драйверів, підключаючи Micro до ПК через стандартний модем, використовуючи вбудований порт зв'язку RS 232 (56 Kbps) і протокол PPP в режимі TCP / IP.

Після установки початкових параметрів, модуль Ethernet дозволяє отримати повноцінний графічний доступ до екранів обслуговування, конфігурації і діагностики, використовуючи тільки стандартний браузер, що входить до складу ОС Windows.

2.5 Вибір SCADA-системи.

ТРЕЙС Моуді - це програмний комплекс, призначений для розробки, настройки і запуску в реальному часі систем управління технологічними процесами. Усі програми, що входять до ТРЕЙС Моуді, діляться на дві групи:

- Інструментальна система розробки АСУ;

- Виконавчі модулі (runtime).

Інструментальна система включає в себе три редактори:

- Редактор бази каналів;

- Редактор представлення даних;

- Редактор шаблонів.

У них розробляються: база даних реального часу, програми обробки даних і управління, графічні екрани для візуалізації стану технологічного процесу і управління ним, а так само шаблони для генерації звітів про роботу виробництва.

У залежності від ліцензії інструментальна система дозволяє створювати проекти на різну кількість каналів. Існують такі градації інструментальних систем по кількості точок вводу / виводу в одному вузлі проекту: 128, 1024, 32000х16, 64000х16.

Редактор бази каналів

У редакторі бази каналів створюється математична основа системи управління: описуються конфігурації робочих станцій, контролерів і УСО, а також настроюються інформаційні потоки між ними. Тут же описуються вхідні і вихідні сигнали і їх зв'язок з пристроями збору даних і управління. У цьому редакторі задаються періоди опитування або формування сигналів, настроюються закони первинної обробки та управління, технологічні кордону, програми обробки даних і управління. Тут настроюється архівування технологічних параметрів, мережевий обмін, а також вирішуються деякі інші завдання.

Результатом роботи в цьому редакторі є математична та інформаційна структури проекту АСУТП. Ці структури включають в себе набір баз каналів і файлів конфігурації для всіх контролерів і операторських станцій (вузлів) проекту, а також файл конфігурації всього проекту. Файл конфігурації проекту має розширення ct m і зберігається в робочій директорії системи розробки. Для зберігання всіх інших файлів проекту в робочій директорії створюється каталог, ім'я якого збігається з ім'ям файлу конфігурації. При цьому бази каналів зберігаються у файли з розширеннями dbb.

Редактор представлення даних

Вхід в редактор представлення даних здійснюється або подвійним натисканням ЛК на відповідному ярлику в папці ТРЕЙС Моуді 5.0, або запуском виконавчого модуля picman.exe. Тут розробляється графічна частина проекту системи управління. При цьому створюється статичний малюнок технологічного об'єкта, а потім поверх нього розміщуються динамічні форми відображення і управління. Серед них такі, як поля виводу чисельних значень, графіки, гістограми, кнопки, області введення значень і переходу до інших графічним фрагментів і т.д.

Крім стандартних форм відображення (ФО), ТРЕЙС Моуді дозволяє вставляти в проекти графічні форми подання даних або управління, розроблені користувачами. Для цього можна використовувати стандартний механізм Active-X.

Всі форми відображення інформації, управління та анімаційні ефекти пов'язуються з інформаційною структурою, розробленої в редакторі бази каналів.

Графічні бази вузлів проекту, створені в редакторі представлення даних, зберігаються у файлах з розширенням dbg. Їх збереження здійснюється у відповідні директорії проектів. Виконавчі модулі - це програми, під управлінням яких запускається АСУ, створена в інструментально ой системі. До групи виконавчих модулів входять наступні програми:

- МРВ;

- NetLink МРВ;

- Adaptive Control МРВ;

- МРВ Модем +;

- Double Force МРВ;

- Double Force NetLink МРВ;

- Adaptive Control Double Force МРВ;

- NetLink Light;

- SUPERVISOR;

- Глобальний реєстратор;

- Сервер документування;

- Консоль тривог;

- Мікро МРВ;

- Мікро МРВ Модем +;

- Мікро МРВ GSM +;

- GSM - активатор;

- Web - активатор.

Перші дванадцять моніторів призначені для організації роботи верхнього та адміністративного рівнів АСУ.

Мікро МРВ, Мікро МРВ Модем + і Мікро МРВ GSM + призначені для роботи в контролерах нижнього рівня систем управління, природно, за умови наявності в них операційної системи MS DOS.

Монітор реального часу (МРВ)

Цей монітор призначений для запуску на АРМ операторів, з його допомогою здійснюють супервизорного контроль і управління технологічними процесами. Під управлінням МРВ виконуються такі завдання, як:

- Запит даних про стан технологічного процесу з контролерів нижнього рівня за допомогою одного з вбудованих протоколів або через драйвер;

- Передача на нижній рівень команд управління з будь-якого з вбудованих протоколів або через драйвер;

- Обмін даними з платами УСО;

- Збереження даних в архівах;

- Обмін по мережі з віддаленими МРВ;

- Передача даних по мережі на наступний рівень АСУ;

- Обмін з базами даних через ODBC;

- Представлення оператору графічної інформації про стан технологічного процесу;

- Автоматичне і супервизорного управління технологічним процесом;

- Обмін даними з іншими додатками WINDOWS через DDE / NetDDE / OPC;

- І інші функції.

NetLink МРВ

За своїми функціями цей монітор аналогічний МРВ. Однак у ньому блоковані обмін з драйвером, обмін за вбудованим протоколами MODBUS і ADAM, а так само клієнтські функції OPC та DDE. Таким чином, NetLink МРВ може застосовуватися тільки в складі систем управління, де на нижньому рівні використовуються PC-контролери, програмовані за допомогою ТРЕЙС Моуді.

Adaptive Control МРВ

Функції цього монітора повністю збігаються з МРВ. Однак, на відміну від останнього, даний монітор підтримує бібліотеку алгоритмів адаптивного регулювання.

МРВ Модем +

Цього монітор відрізняється від МРВ підтримкою обміну даними по комутованих лініях.

Double Force МРВ

Double Force МРВ працює як звичайний МРВ, але підтримує додатково функції гарячого резервування.

Double Force NetLink МРВ

Double Force NetLink МРВ підтримує функції гарячого резервування і відрізняється від Double Force МРВ тим же, чим NetLink МРВ від МРВ - дозволяє створювати системи управління тільки за умови використання на нижньому рівні PC-сумісних контролерів, програмованих за допомогою ТРЕЙС Моуді.

Adaptive Control Double Force МРВ

Цей монітор на додаток до функцій МРВ підтримує гаряче резервування і адаптивне регулювання.

NetLink Light

Даний монітор не підтримує функцій обробки даних і автоматичного керування. Він є додатковою графічної консоллю, яка може підключатися з віддаленого комп'ютера до запущеному МРВ. Таким чином, маючи в мережі один монітор реального часу, можна, використовуючи NetLink Light, створити необхідну кількість робочих місць, рівноправних із МРВ з функцій відображення та супервизорного управління.

SUPERVISOR

Цей монітор ТРЕЙС Моуді призначений для створення АРМ адміністратора. Він, так само як NetLink Light, є графічною консоллю і підключається по мережі до МРВ або Глобального реєстратору. При цьому SUPERVISOR можна використовувати для оперативного управління (як NetLink Light), а так само можна перемкнути в режим відображення даних з архівів. Архівні дані можна переглядати по тимчасовим зрізами або із заданою швидкістю в режимі playback.

Глобальний реєстратор (ГР)

Це спеціальний монітор ТРЕЙС Моуді, призначений для ведення глобального архіву по всьому проекту. Він архівує дані, їх надсилали по мережі моніторами реального часу. Після збереження даних в архів Глобальний реєстратор може передавати їх для перегляду моніторів.

SUPERVIZOR

Для організації дублювання глобального архіву слід запустити в мережі ще один монітор Глобальний реєстратор. При цьому обидва ГР будуть приймати дані, що їх посилають для архівування, і зберігати в свої архіви. Дубльований глобальний реєстратор підтримує функції синхронізації архівів при роботі в реальному часі і при запуску.

Глобальний реєстратор може так само виступати як OPC та DDE сервер і підтримує обмін з базами даних через ODBC.

Сервер документування

Сервер документування використовується для вирішення завдання документування технологічної інформації. Він по команді МРВ, власним сценарієм або команді оператора інтерпретує створені заздалегідь шаблони, запитує в МРВ необхідні дані і формує по них готові документи. Ці документи можуть бути роздруковані на принтері, відправлені по E - mail або опубліковані на WEB-сервері.

Мікро монітор реального часу (Мікро МРВ)

Мікро МРВ призначений для управління завданнями збору даних і управління в контролерах нижнього рівня АСУТП. Він може бути використаний в будь-яких IBM-сумісних контролерах.

За можливостями математичної обробки, управління, обміну даними з іншими моніторами ТРЕЙС Моуді Мікро МРВ ідентичний монітора реального часу. Однак для нього не реалізовані функції графічного виведення інформації та архівування.

Мікро МРВ Модем +

Функції цього монітора збігаються з Мікро МРВ. Єдиним його відмінністю є вбудована підтримка обміну даними за допомогою модема по комутованих каналах, що дозволяє використовувати Мікро МРВ для створення віддалених пунктів збору інформації, що обмінюються даними через телефонну мережу.

Мікро МРВ GSM +

Цей монітор відрізняється від Мікро МРВ підтримкою архівів, обміну по мережі GSM, використовуючи механізм SMS, і відсутністю підтримки мережевого обміну. Він має ті ж параметри запуску, що і звичайний Мікро МРВ за винятком пов'язаних з мережевим обміном. До іменам виконавчих модулів Мікро МРВ GSM + додаються символи - G.

GSM-активатор

Обмін даними між моніторами ТРЕЙС Моуді по GSM-мережі реалізується у вигляді SMS-повідомлень (Short Message Service). Для підтримки такого обміну на рівні операторських станцій призначений виконавчий модуль GSM-активатор, а на рівні контролерів - спеціалізована модифікація Мікро МРВ - Мікро МРВ GSM +.

3. Синтез САР

3.1 Математична модель об'єкта управління

Математичним моделюванням є процес встановлення відповідності даному реальному об'єкту певного математичного об'єкту, званого математичної моделлю, а також дослідження цієї моделі, що дозволяє отримувати характеристики аналізованого реального об'єкта. Вид математичної моделі залежить як від природи реального об'єкта, так і завдань дослідження об'єкта і необхідної достовірності і точності вирішення цього завдання.

Будь-яка математична модель описує реальний об'єкт лише з деякою мірою наближення до дійсності. Найбільш повне дослідження процесу функціонування системи можна провести, якщо відомі явні залежності, що зв'язують шукані характеристики з початковими умовами, параметрами і змінними системи.

Структурна схема представлена ​​на малюнку 3.1.

Малюнок 3.1 - Структурна схема змішувача-емульсатора

Вхідні параметри:

1 - тиск повітря

2 - температура води

Вихідні параметри:

3 - тиск повітря

4 - температура маси

Перешкоди:

5 - концентрація суміші

3.2 Побудова експериментальної перехідної функції об'єкта управління

Побудуємо графік перехідного процесу.

Рисунок 3.2 - Графік стрибкоподібної зміни вхідного впливу

Після чого значення зміни вихідної величини y (t) заносимо в таблицю.

Таблиця 3.1 - Експериментальні дані для побудови перехідної функції об'єкта управління

За даними таблиці 3.1 будується перехідна функція об'єкта управління y (t) у програмі MathCad

Малюнок 3.3 - Отримання перехідної функції об'єкта управління y (t)

Малюнок 3.4 - Визначення динамічних параметрів

Вид отриманої вище експериментальної перехідної функції дозволяє зробити висновок, що з достатньою для практичних завдань точністю даний об'єкт можна апроксимувати послідовним з'єднанням наступних типових динамічних ланок: ланкою чистого запізнювання і апериодическим ланкою першого порядку. Таким чином, вираз для передатної функції об'єкта керування буде мати вигляд:

Величини характеризують динамічні властивості об'єкта управління такі як К _об - коефіцієнт посилення об'єкту, T - постійна часу об'єкта і τ - час запізнювання об'єкта можна визначити за допомогою даного графіка.

Таким чином:

• Час запізнювання τ = 0, 43 сек.;

• Постійна часу Т = 4,1 сек.;

• Коефіцієнт посилення До _об = = 0,63

Отримані дані про об'єкт управління є вихідними для розрахунків настроювальних параметрів для регулятора

3.3 Ідентифікація об'єкта управління

1 - розрахункова перехідна функція y (t), 2 - експериментальна функція перехідного процесу y (t)

Малюнок 3.5 - Ідентифікація експериментальної і розрахункової перехідної функції

Таблиця 3.2 - Експериментальні та розрахункові дані

R = 0,83 * 100% = 83%

Оскільки коефіцієнт детермінації має досить високе значення, можна сказати про адекватність математичної моделі в межах діапазону вихідних даних.

3.4 Вибір закону регулювання і типу регулятора

Розглянутий об'єкт управління володіє самовирівнювання і апроксимується апериодическим ланкою першого порядку. Виходячи з цього, в якості типового приймемо аперіодичний процес.

Параметри регулятора визначимо з формули:

К _р = 9,081

Т _і = 2,46

Таким чином, передатна функція ПІ-регулятора набуде вигляду:

Параметри регулятора визначимо з формули:

К _р = 14,378

Т _і = 1,032

Т _п = 0, 172

3.5 Аналіз стійкості САР за критерієм Найквіста

Поняття стійкості є найважливішою якісною оцінкою динамічних властивостей САР. Здатність системи відновлювати стан рівноваги, з якого вона була виведена в результаті будь-якого впливу, називається стійкістю.

Теорема (критерій Найквіста). Для стійкості САУ необхідно і достатньо, щоб годограф розімкнутої системи W (i ω) при зміні ω від 0 до ∞ охоплював l / 2 раз у позитивному напрямку точку (-1, i 0), де l-число коренів характеристичного рівняння розімкнутої системи, лежать у правій півплощині.

Для отримання передавальної функції розімкнутого САР з ПІ - регулятором:

W (p) = W (p) _об * W (p) _рег

Для отримання передавальної функції розімкнутого САР з ПІД - регулятором:

W (p) = W (p) _об * W (p) _рег

3.6 Оцінка стійкості САР

Побудова АФЧХ розімкнутої системи з ПІ - регулятором.

Малюнок 3.6 - АФЧХ розімкнутої системи з ПІ-регулятором

За АФЧХ розімкнутої системи з ПІ - регулятором можна зробити висновок, що замкнута система з ПІ - регулятором є стійкою за критерієм Найквіста. Провівши додаткові побудови, визначимо: запас стійкості по амплітуді складає А = 1 / U = 2,5, по фазі запас стійкості Q = 50 ⁰

Побудова АФЧХ розімкнутої системи з ПІД - регулятором.

За критерієм Найквіста замкнута система з ПІД - регулятором є стійкою. Провівши додаткові побудови, визначимо: запас стійкості по амплітуді складає А = 1 / U = 1,6, по фазі запас стійкості Q = 30 ⁰

Малюнок 3.7 - АФЧХ розімкнутої системи з ПІД-регулятором

3.7 Визначення показників якості управління замкнутої САР

Передавальна функція замкнутої САР рівня з ПІ-регулятором:

Графік перехідної функції замкнутої АСР рівня з ПІ-регулятором.

За графіком перехідного процесу визначаємо такі показники якості:

Час регулювання t _рег.

Час регулювання визначається як час, при досягненні якого вихідна величина досягає 95% від сталого значення і більше не виходить за діапазон 95% -105%. Час регулювання становить 10 секунд;

Ступінь загасання (ψ)

Малюнок 3.9 - Перехідний функції замкнутої САР рівня з ПІ-регулятором

Ступенем загасання ψ називається відношення різниці збільшень щодо сталого значення двох сусідніх односпрямованих амплітуд одного знака кривої перехідного процесу до більшої з них, ψ визначається за формулою:

Перерегулювання показує максимальне відхилення вихідної величини h _max (t) від сталого значення h (∞). Значення σ обчислюємо за формулою:

Аналізуючи показники якості перехідного процесу в замкнутій системі, переконуємося в правильності синтезу даної системи.

Передавальна функція замкнутої САР рівня з ПІД-регулятором:

Графік перехідної функції замкнутої АСР рівня з ПІД-регулятором:

Малюнок 3.10 - Перехідний функції замкнутої САР рівня з ПІД-регулятором

За графіком перехідного процесу визначаємо такі показники якості:

Час регулювання t _рег.

Час регулювання визначається як час, при досягненні якого вихідна величина досягає 95% від сталого значення і більше не виходить за діапазон 95% -105%. Час регулювання становить 7 секунд;

Ступінь загасання (ψ)

Ступенем загасання ψ називається відношення різниці збільшень щодо сталого значення двох сусідніх односпрямованих амплітуд одного знака кривої перехідного процесу до більшої з них, ψ визначається за формулою:

Перерегулювання показує максимальне відхилення вихідної величини h _max (t) від сталого значення h (∞). Значення σ обчислюємо за формулою:

Аналізуючи показники якості перехідного процесу в замкнутій системі, переконуємося в правильності синтезу даної системи.

Висновки

Для аналізу якості перехідних процесів в системах автоматичного регулювання з ПІ-і ПІД - регуляторами представимо показники цих процесів у вигляді таблиці. У розглянутому прикладі і ПІ-і ПІД - регулятор дозволяють забезпечити необхідну якість регулювання. Найбільш кращу якість регулювання забезпечить ПІД - регулятор.

Таблиця 3.3 - Показники якості ПІ-і ПІД - регулятора

Висновок

Наведені вище графіки та розрахунки дозволяють зробити обгрунтований вибір регулятора. Якщо вибір зроблений правильно, це дозволить забезпечити підтримку регульованого параметра в заданому діапазоні, отже, підвищити якість регулювання і мінімізувати втрати сировини та енергії.

Для розглянутого об'єкта управління обраний ПІД - регулятор.

Список джерел

1. А.І. Драгілев, І.С. Лур'є. «Технологія кондитерських виробів» Москва «Делі принт» 2003.

2. Н.І. Шиянова, Є.Г. Валітова «Теорія автоматичного керування» навчальний посібник. - Мелеуз, філія ДОЗ ВПО «МҐУТУ», 2008.