Модернизация АСР (автоматическая система регулирования) молотковой дробилки типа ДДМЛитература. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ Параметры объекта Т 1 , с = 35 Т 2 , с =70 тр ,с =20 К 0 ,% Х.Р.О.= 2 Требования технологии У зад =У ст1 ,А=70 s доп ,А = 5 А 1доп ,А=12 t рег , доп , с = min, t max,% ХРО = 20 Система регулирования должна отвечать следующим требованиям технологии : Система должна быть максимально быстродействующей. Реализовывать переходные процессы с заданным качеством. Иметь внешнее управление заданием. Иметь ручной режим управления ИМ. Иметь дополнительные функции по сигнализации положения регулируемой величины. ВВЕДЕНИЕ. Автоматизация производства – одно из главных направлений комплексной программы научно-технического прогресса. Главная цель – обеспечить оптимальное течение технического процесса в реальных условиях при достижении заданного качества и эффективности. Надёжность и достоверность технологического контроля и автоматического управления во многом определяются качеством наладки контрольно – измерительных приборов, средств автоматизации, систем и устройств технологической сигнализации, защиты и блокировки. Пищевые производства основаны на химико-технических процессах. Развитие пищевой технологии привело к созданию аппаратов большой единичной мощности, и привело к необходимости созданию автоматизации этих производств. Измерительные приборы и автоматические устройства обеспечивают оптимальное протекания технологического процесса, недоступное ручному управлению. Поэтому автоматизация позволяет наиболее эффективно использовать все ресурсы пищевого производство, улучшить качество выпускаемой продукции и значительно повысить производительность труда. В зависимости от роли человека различают в управлении автоматически и автоматизированные системы управления (АСУ). Автоматизированные системы управления технологическим процессом (АСУТП) представляет собой организационно техническую систему управления технологическим процессом. В целом в соответствии с принятым критериям управления, в котором для сбора и обработки информации используется вычислительная техника. Роль человека сводиться к содержательному участию в выработке решений там, где задачи могут быть формализованы и их выполнение, не может быть полностью автоматизировано. В соответствии с существующей терминологией автоматические системы управления принадлежат к той же области АСУТП, но являются высшей ступенью их развития, на которой человек полностью выведен из процесса непосредственного управления. Комплекс технических средств АСУТП включает и средство локального контроля, сигнализации, регулирования, которые могут функционировать автономно. Автоматизация производства – непрерывно развивающийся процесс, причём истинностью его развития является то, что переход к более высокой ступени не означает помимо исчезновения характерных черт развития на лучшей ступени, так как каждая последующая ступень является продолжением и развитием низшей ступени. Анализ структурных схем автоматической системы регулирования (АСР) показывает, что основным элементом системы является объект управления, без которого, какой либо разговор о системе управления теряет всякий смысл. Объект управления (регулирования) – это промышленная установка, в которой есть необходимость управлять технологическим процессом автоматически, следовательно, без участия человека. Очевидно, что при создании АСР свойства объекта управления будет играть существенное значение при выборе элементов для реализации этой системы, а также на свойства системы в целом. При этом надо отменить, что если характеристиками элементов можно как – то варьировать, то свойства объекта управления остаются, практически неизменными. Поэтому изучение характеристик объекта управления относятся к одной из основных задач теории автоматического управления и регулирования. В данной курсовой работе Я разрабатываю АСР для молотковой дробилки типа ДДМ-1, в соответствии с требованием данной технологии. Обеспечить оптимальный режим работы в выборе типа регулятора и закона регулирования, в соответствии с параметрами объекта. Моя система должна обладать достаточным запасом устойчивости. Данная курсовая работа имеет следующие сокращения: АСР – автоматическая система регулирования; ОУ – объект управления; РВ – регулируемая величина; П; ПИ; ПИД – относительные законы регулирования; АР – автоматический регулятор; АФЧХ – амплитудно фаза - частотная характеристика; ДУ – дифференциальное управление; 1. ПОСТРОЕНИЕ ПЕРЕХОДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОУ. В качестве ОУ для всех вариантов даны технологические аппараты, которые описываются дифференциальными уравнениями второго порядка, которые имеют вид:
 С помощью уравнения (1.2) можно рассчитать переходную характеристику объекта.
Вычисляем приблизительную длительность процесса по формуле: t п 3 · (Т1+Т2) (1.3) Время t п разделим на 20 – 25 одинаковых интервалов. Подставим свои значения в формулу 1.3. t п 3 · (35+70) = 315; Тогда интервал равен t 315:25=12,6 мин. Примем интервал = 13. Теперь подставим в уравнение (1.2) значение времени (t) кратные выбранному интервалу, найдём значение выходной величины в выборе момента времени. Результат подсчетов запишем в виде таблицы. Таблица 1.1
Соединение имеет вид: Рисунок 2.1
Аппроксимацию можно выполнить как аналитическим, так и графическим способом. Выполняем графическим способом. Наиболее простой из графических методов, является «метод касательной». Определив параметры ОУ при помощи этого метода, по построенному графику.
Результаты записываем в таблицу: Таблица 2.1
Свойства ОУ, его классификация. Объект является статическим, классификация по окончанию переходного процесса регулирующая величина приходит к установившемуся значению. Объект является с сосредоточенными параметрами, потому что ток, имеет определённое значение. Дробилка является простым объектом, так как описывается простым ДУ второго порядка. Дробилка является одно-емкостным объектом. Дробилка обладает транспортным и небольшим емкостным запаздыванием. Значениями динамических параметров определены в результате аппроксимации следующие: К 0 , Т 0 , 0 . Из двух принципов по регулированию и по отключению, выбирают по отключению. Основное значение по отключению «точность»; хотя и есть недостаток – запаздывание по отключению и возмущающему воздействию. 3.ВЫБОР ТИПА РЕГУЛЯТОРА И ЗАКОНА РЕГУЛИРОВАНИЯ. Выбор типа регулятора начинают с анализа требований технологии к качеству переходных процессов в АСР. Из трех типовых оптимальных процессов (апериодического, с 20% перерегулированием, с минимальной площадью) выбираем тот, который максимально отвечает требованиям выходных данных. Так как перерегулирование - это самое ответственное из показателей качества, то и выбор переходного процесса в АСР нужно начинать с него. Для этого нужно: 1) Определив тип регулятора, перехожу до определения закона регулирования. Для этого определяю динамический коэффициент регулирования:
Подставим свои значения в формулу (3.3) К д =12/(2 · 20)=0,3. Определив К д и зная отношение 0 /Т 0 по номограмме выбора закона регулирования, которые могут обеспечить требуемое значение А, в АСР. По номограмме мне подходит все законы регулирования, выбираю П – закон регулирования. Теперь провожу проверку на статическое отклонение по формуле; s =(К 0 · мах )/(1+К С ) (3.4) где К с =К 0 · К р – коэффициент передачи системы, его находим по формуле: К с =в/( /Т 0 ); (3.5) где в=1,0 т.к. у меня F min . К с = 1 , 0 /0, 23 = 4,3 Теперь у меня есть все данные для того, чтобы произвести проверку на статическое отклонение. s =2 · 20/1+ 4,3 = 7,5 (3.6) У меня статическое отклонение превышает допустимое значение и поэтому я и выбираю ПИ закон регулирования. Соответственно с типом переходного процесса и законом регулирования определяем: t p = 0 · К п (3.7) где К п – относительный коэффициент т.к. у меня П I – закон регулирования и типовой переходной процесс F min , то принимаю К п = 16, в соответствии с таблицей. Подставляю значения в формулу (3.7) t p =33 · 16=528; Следовательно подходит ПИД – регулятор потому, что t р в ПИД законе регулирования получается меньше, так как мы стремимся к минимальному значению. После окончания выбора типа регулятора необходимо определить параметры качества процесса регулирования с выбранным регулятором. А именно: - А 1 =К д · К 0 · max (3.8) т.к. все значения есть, то подставим в формулу: А 1 =0, 3 · 2 · 20= 12 Последним пунктом является вычисление параметров настройки АР, для этого по таблице, методом Котельникова выбираем необходимые параметры настройки. По таблице Котельникова нашёл пересечение ПИД – регулятора и F min ; получилась формула: К р = 1,4 / K 0 · ( 0 / Т 0 ) Подставляем значения: К р = 1,4 / 2 · ( 33 / 143) = 0,16 T и = 1,3 · 0 Подставляем значения: T и = 1,3 · 33 = 42,9 T п = 0,5 · 0 Подставляем значения: T п = 0,5 · 33 = 16,5 4.ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТОЙКОСТИ АСР. Для определения стойкости работы проектируемой АСР при расчетах параметрах настройки АР воспользуемся ( критерием Найквиста ). В основе критерия лежит анализ АФЧХ разомкнутой АСР. При провидении эксперимента, схему АСР разбиваю в любой точке, получаю разомкнутую систему, подаю постоянные по амплитуде и по частоте от 0 до синусоидальная комбинация, фиксирующая зависимость амплитуды и фазы выходных колебаний от частоты входных, получают АФЧХ. Данные по её положению на комплексной площади, делают вывод про стойкость системы. Выполняем следующие действия: а. Строим упрощённую структурную схему разработанной АСР. Рисунок 4.1.
Разорвали главную обратную связь, получили разомкнутую систему вида: Рисунок 4.2.
 (4.5) АФЧХ соединение может быть представлено как сумма АФЧХ каждого из элементов соединения.
Воспользуюсь самым простым вариантом. С точки функций получим модуль характеристики и её фазу для каждого из элементов: Запаздывающее звено: А( )=1; ( )=- t; Апериодическое звено:
Аналогично получаю выражение для регулятора. Дальше подставляя в выражение значение , рассчитаю характеристику. Результаты расчётов запишу в таблицу. Таблица 4.1.
Приложение 3-годограф. 5 .РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ АСР. В данном разделе требуется разработать функциональную схему АСР. Для этого необходимо определить тип датчика, наличие нормирующего преобразователя и др. Функциональная схема АСР молотковой дробилки ДДМ-1 предусмотрена для размола сыпучих продуктов. Привод осуществляется от электродвигателя, который запускается в свою очередь через магнитный пускатель ( NS) и сеть (напряжением 380 В). Для того чтобы FC «ПРОТАР» знал когда нагрузка на электродвигатель больше или меньше и подавал сигнал на магнитный пускатель (NS), чтобы ИМ зак рывал заслонку больше или меньше, у меня стоит трансформатор, который следит за одним из проводов, подходящих к электродвигателю, следовательно когда нагрузка на электродвигатель больше,то по проводу идёт и ток больше, и наоборот, когда меньше тогда и ток идёт меньше. У меня также есть и другой трансформатор к нему подсоединяется амперметр, что вдруг если выйдет из строя FC «ПРОТАР» то оператор переключась в ручной режим, может следить по нему за изменением управляющим воздействием ( GI) и регулировать по показаниям прибора «амперметра» (EI), заслонкой. А также у меня есть сигнализация (А), она срабатывает при превышении рассогласования. Отсюда можно сделать вывод, что при нагрузке двигателя, ИМ автоматически призакрывает задвижку, до освобождения дробилки от сыпучего продукта. А также при не загруженности приоткрывает задвижку. 6.ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ. В данном разделе мне нужно выбрать элементную базу для разработанной АСР, следовательно, выбрать конкретный АР, ИМ, пускового устройства, датчика и других элементов схем. Выбор элементной базы. От того как Я рассчитал значения регулирования и необходимые дополнительные функции, а также учитывая количество возможных в объекте контуров регулирования выбираем регулирующий прибор «Протар-110». Что создаёт новые возможности при создании схем автоматизации, но одновременно требует новых подходов и АСУП. Для программирования и настройки прибор имеет выносной пульт оператора. Прибор имеет средства самодиагностики и отказа, облегчающие поиск неисправностей. Специальных знаний в области математического программирования от персонала, осуществляющего наладку и обслуживание, не требуется. Далее мне необходимо выбрать нормирующий преобразователь. Выбираю нормирующий преобразователь Е-842, предназначенный для преобразования тока трансформатора в унифицированный сигнал 0-5А. Для измерения регулируемой величины в качестве датчика используем трубу Вентури. Ставим два трансформатора тока; один предназначен для регулирования, а второй для измерения регулируемой величины, используем амперметр. В качестве нормирующего преобразователя использую преобразователь, который преобразует сигнал в унифицированный сигнал ГСП. Выбираю тип пускового устройства. Регулируемым параметром дробилки является ток нагрузки электрического двигателя, который контролирует трансформатор тока ТА и электродвигатель, и регулирует подачу продукта при помощи регулируемой задвижки. В качестве ИМ выбираю МЭО, так как этого требует данная технология. На станции ручного управления предусмотрел кнопки для переключения на автоматическое и ручное управление. Управление электродвигателем осуществляется через ключ F1 , через контакт магнитных пускателей NS, а также контакт теплового реле КК1. Спецификация приведена в таблице 6.1. Таблица 6.1.
Описание принципа действия принципиальной монтажной схемы АСР заключается в следующем. Управление электро двигателем молотковой дробилки осуществляется по сети напряжением 380 (В). Также управление электродвигателем осуществляется через ключ F1, также контакт теплового реле КК1. Для измерения и подачи тока на амперметр, я установил трансформатор ТА1. Трансформатор будит следить за нагрузкой двигателя, чтобы оператор мог при неработоспособности «ПРОТАР» переключившись сначала в ручной режим ПК2 , заслонкой, через кнопки Zб Zм через МЭО заслонкой. Когда в дробилке будет большое количество сыпучего продукта, тогда двигатель будит больше нагружен, следовательно к трансформатору ТА2 пойдёт ток больше чем при недосыпании дробилки. У меня также есть и второй измеряющий трансформатор ТА2. Он измеряет нагрузку на двигателе, тоисть ток идущий к двигателю. Следовательно чем ток больше, тогда и «ПРОТАР» изменяет положение заслонки, закрывая её через реле подведённое к контактам МЭО, и наоборот. Поскольку регулирующий прибор типа «Протар - 110» имеет входной ток до 5 мА, то устанавливаем преобразователь Е842 который преобразует ток 5А в ток 5мА. Для преобразования 5мА в 0,2 ставится шунт. Также на схеме предусмотрена сигнализация ТСБ/2, которая, срабатывает при превышении рассогласования. 8.РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АСР. Данный раздел выполняется в зависимости от типа выбранного регулятора. Так как для информационного обеспечения недостаточно функциональной и принципиально-монтажной схем, прибор «Протар-110» требует программирования. Для получения оптимального использования возможностей прибора необходимо самостоятельно разработать программу Записываю разработанную программу: Таблица 8.1
Построение переходной характеристики реального ОУ и определение постоянной времени и запаздывания. В этом разделе я подставил в программу KURSAR2000 свои исходные данные и программа мне подсчитала t п =315, время t мин , и регулируемую величину Y,C. Я по значениям t мин – времени, и регулируемой величине Y построил график реального ОУ. 2 -й раздел. После построения графика реального ОУ Я «методом касательной», провёл касательную и определил = 33 и Т 0 =143, подставив в программу KURSAR2000 свои исходные данные и = 33 и Т 0 =143 мне программа выдала время t мин , и регулируемую величену Y,C, поскольку эти значения я получил, я построил график аппроксимированного ОУ. 3 -й раздел. В этом разделе я подсчитал перерегулирование = 17% поскольку оно меньше 20 % Я выбирал процесс с F min перерегулированием; Выбрал тип АР из соотношения 0 /Т 0 = 0,23 .Выбрал непрерывный регулятор потому, что от 0,2 до 1 нужно выбирать этот. Провёл многочисленные проверки и понял что мне нужно выбрать ПИД регулятор. Потом по таблице я нашел формулы необходимые мне. Подставив все значения в программу САР я получил график. 4-й раздел. Подставив в программу KURSAR2000 данные которые на тот момент у меня уже были, мне программа выдала таблицу по которой я и построил АФЧХ. Определил устойчивость системы с выбранным регулятором и переходным значением, а также проанализировал полученную АФЧХ и определил по ней запас устойчивости по амплитуде и по фазе ; Моя система получилась устойчива как по амплитуде так и по фазе. l=0,94; =57 . 5-й раздел. В этом разделе я разрабатывал функциональную схему, определил тип датчика, определил нужен ли мне нормирующий преобразователь, ставил сигнализацию, магнитный пускатель. 6-й раздел. Выбирал по католугу элементную базу для монтажной схемы: ключ, сигнализацию, авторегулятор, магнитный пускатель, кнопки. 7-й раздел. Разрабатывал принципиально монтажную схему: потключал к «ПРОТАР», преобразователь, шунт, реле и т.д. 8-й раздел. Разрабатывал информационное обеспечение. |
где - рост температуры в печи ( С) t - время (мин; сек) 
- запаздывание (мин; сек) Уравнение (1.1) - это обычное линейное дифференциальное уравнение второго порядка с постоянным коэффициентом и запаздыванием. 
В ТАУ принято ДУ записывать таким образом, чтобы в правой половине находилась входная величина и её производная и запись показывает, что с момента введения входного сигнала должно пройти t времени до того времени, пока начнет изменяться выходная величина, при изменении на величину ,а в левой - выходная величина и ее производная. 
Записываем уравнение статики которое получаем из уравнения (1.1). 2) Чтобы рассчитать переходной процесс в динамике необходимо решить уравнение 1.1. Его решение при нулевых начальных условиях имеет вид: 
Определить допустимое перерегулирование в системе: (3.1) (3.2) Подставим свои значения в формулу (3.1), а=>u в (3.2); У max =70+12=82;т.к. У max равен 82, то теперь можно подставить все значения в формулу (3.1) 
Следовательно можно использовать переходной процесс с F min . Определив тип переходного процесса, переходим к определению типа регулятора. Тип АР выбирают из соотношения 0 /Т 0 . Из моего графика я определил, что 0 = 33 ; а Т 0 = 143 => => 33 / 143 =0, 23 . Так как при отношении 0 /Т 0 от 0,2 до 1, нужно выбрать непрерывный регулятор.
Соединение типовых динамических звеньев которыми является АР и ОУ будет иметь общую передаточную функцию: W р . с (Р) = W ар (Р) · W 3 (P) · W а (Р) где W ар (Р) – передаточная функция выбранного АР. W 3 (P) – передаточная функция запаздывающего звена. 
