Министерство образования и науки российской федерации
Федеральноеагентство по образованию
ФГОУ СПО Каменскийхимико-механический техникум
Курсовой проектТема: Синтез системыавтоматического управления процессом электрической очистки газа
г. Каменск-Шахтинский 2010 г.
Содержание
Введение
1.Специальная часть
1.1 Расчёт передаточной функции объектауправления
1.2 Выбор регулятора и расчет его настроек
1.3 Выбор типового переходного процесса
1.4 Построение временной характеристикиСАУ по управляющему воздействию с помощью программы SamSim
1.5 Построение АФХ разомкнутой САУ AdvancedGrapher v1.61
2. Техническая часть
2.1 Посторенние структурной схемы САУ
2.2 Описание приборов
2.3 Работа САУ
Заключение
Список используемой литературы
Введение
В химической промышленностиавтоматизации и механизации уделяется большое внимание. Это объясняется сложностьюи высокой скорость. Протекания технологических процессов, а так же чувствительностьюих к нарушению режима, вредностью условий работы, взрыво- и пожароопасность перерабатываемыхвеществ.
Автоматизация позволяет улучшитьосновные показатели эффективности производства: увеличение количества, улучшениекачества и снижение себестоимости выпускаемой продукции, повышение производительноститруда.
В автоматизированном производствечеловек переключается на творческую работу – анализ результатов управления, составлениезаданий и программ для автоматических приборов, наладку сложных автоматических устройстви т.д. При этом от специалистов требуются знания не только устройства различныхприборов, но и общих принципов составления системы автоуправления.
Комплексная автоматизацияпроцессов химической технологии предполагает не только автоматическое обеспечениенормального хода этих процессов с использованием различных автоматических устройств,но и автоматическое управление пуском и остановкой аппаратов для ремонтных работи в критических ситуациях.
Процесс кристаллизации относитсяк непрерывным технологическим процессам, при этом необходимо поддерживать постояннымирежимные параметры.
Показателем эффективностиданного процесса является степень очистки газа.
Для решения задачи построенаодноконтурная система управления процессом электрической очистки газа. Выбран регулятори построена математическая модель системы управления. На модели определены оптимальныепараметры регулятора.
Выбраны приборы для основногоконтура регулирования.
1. Специальная часть
1.1 Расчёт передаточнойфункции объекта управления
Исходные данные: кривая разгона,величина входного воздействия в безразмерной форме (/>/>=1800мм/ч).
В данном случае, кривая разгонаобъекта с самовыравниванием. Это объект с самовыравниванием, с динамическими свойствамисложного звена, являющегося сочетанием звена запаздывания и апериодического звенапервого порядка.
Далее производим определениекоэффициентов />и /> производится в следующей последовательности:
1. Определим по графикузначение y1 ,y0
/> /> />
где y1-значение регулируемой величины, соответствующееновому состоянию равновесия. где /> — значение регулируемой величины, соответствующееначальному состоянию равновесия.
2. Для определения /> рассчитаем y2 ,y3; t1,t2 по формулам:
/>
/>
Для определения t1,t2 по значениям y2 ,y3 спроецируем на осьT.
T1=27мм T2=38мм
В соответствии с полученнымизначениями рассчитаем t1,t2 по формулам:
/>; />
Подставим рассчитанные значения:
T0=1.25(t2-t1)=1.25(76-54)=27.5(с)
3. Рассчитаем время запаздывания/>:
/>=0,5(3t1-t2)=0.5(3*54-76)=43 (с)
4. Для определения коэффициентаК0, рассчитаем
∆φ/>
В соответствии с полученнымизначениями рассчитаем К0:/>
/>
5. Проверяем достоверность найденных коэффициентовна графике опытной кривой, строим расчетную кривую, вычисляя ее точки по уравнению:
/>
где t- текущее время.
Рассчитаем значение y:
/>
/>=/>
Остальные расчёты точек пооси y выполняются аналогично и заносятся в таблицу
Таблица 1t 37 45 54 63 72 81 y 25.5 37.3 46.2 53 59.36 61.15 62.8
Построим расчётную кривуюразгона по результатам расчёта представленных в таблице 1.
Вывод: По результатам построения видно, чторасчётная кривая совпадает с опытной, поэтому считаем, что коэффициенты передаточнойфункции объекта определены верно.
6. Напишем дифференциальноеуравнение:
/> />
/>
/> />
1.2 Выбор регулятора ирасчет его настроек
При выборе регулятора в первуюочередь выбирается:
· Тип переходного процесса;
· Закон регулирования;
· Производится расчетнастроек регулятора.
И на основании выше изложенноговыбирается сам регулятор.
1.3 Выбор типового переходногопроцесса
Он выбирается в соответствиис требованиями технологического регламента к качеству процесса регулирования. Вданном курсовом проекте условием к качеству процесса регулирования является регулированиебез статической погрешности и с временем переходного процесса от 4 Тзап до 6 Т зап.
В связи с этим условием наиболееподходящим переходным процессом является переходной процесс с 20-% — ным перерегулированием.Он характеризуется более длительным регулирующим воздействием, чем при апериодическомпереходном процессе и меньшей динамической погрешностью. Время регулирования увеличивается.В целом этот переходной процесс по своим показаниям занимает среднее положение междупервым и третьим переходными процессами и допускается в качестве оптимального когдадопустимо минимальное время первого полупериода колебаний степень затухания/>.
Выбор закона регулированиязависит от качества работы САУ. Если есть ограничение по времени регулирования от4/>,- то ПИД- регулятор.
Выбор производится в соответствиек качеству регулирования к достоинствам и недостаткам законов регулирования
/> - регулятор импульсного действия.
После выбора переходного процессаи закона регулирования рассчитываются настройки регулятора, используя формулы, подходящиепод данный переходной процесс и закон регулирования.
ПИ-регулятор:
/>
/>
/>
ПИД-регулятор:
/>
/>
/>
1.4 Построение временнойхарактеристики САУ по управляющему воздействию
Модулирование происходит впрограмме SamSim.
/>
Рис. 1 структурные схемы переходныхпроцессов с ПИ и ПИД регуляторами.
/>/>/>
Рис.2 графики переходных процессов
1- Переходной процесс в системес ПИ регулятором
2- Переходной процессв системе с ПИД регулятором
По полученным результатамстроим таблицу для выбора наиболее
подходящего регулятора:
Таблица 2Параметры САУ Настройки регулятора Тип переходного процесса Параметры процесса
Коэффициент
усиления Время интегрирования
Время деферинциро
вания Время регули-ровани
Динами
ческая погреш
ность
Статическая погреш
ность
Затуха
ние САУ с ПИ регулятором 0,015 2010 Апериодический переходной процесс 256 0,13 100 САУ с ПИД регулятором 0,0278 59 4 256 0,11 100
Вывод: По результатам сравнения выбран переходнойпроцесс САУ с ПИД- регулятором т.к. у Пи и ПИД- регуляторов время регулированияодинаковое Тр=256(с), выбираем закон регулирование по динамической погрешности.Т.к у ПИД- регулятора меньшая динамическая погрешность чем у ПИ- регулятора- выбираемПИД закон регулирования.
Произведем моделирование разомкнутойСАУ в программе SamSim:
/>
/>
Рис. 3 АФХ разомкнутой САУс ПИД регулятором в программе Samsim.
1.5 Построение АФХ разомкнутойСАУ в Advanced Grapher v1.61
Построение АФХ разомкнутойСАУ выполняем после предварительного аналитического расчета выберем координаты точекграфика из программы SamSim (рис.3) и записи их в таблицу 2.
Таблица 3.w Re(w) Im(w) 0,009 0,14 -1,36 0,01 0,13 -1,25 0,0149 0,098 -1,009 0,017 0,063 -0,89 0,0189 0,038 -0,77 0,026 -0,053 -0,57 0,034 -0,116 -0,41 0,037 -0,137 -0,36 0,043 0,171 -0,266 0,046 -0,179 -0,22 0,05 -0,185 -0,191 0,052 -0,18 -0,158 0,057 -0,187 -0,118 0,071 -0,158 -0,009 0,075 -0,14 0,017 0,097 0,05 0,078 0,15 0,047 0,0065
После выбора точек строимграфик с табличными значениями Х(Re(w)) и Y(Im(w)) с помощью программы Advanced Grapherv1.61
Затем строим прямую по таблице3.
Таблица 4.Re(w) 0,095 Im(w) -0,993
/>
Рис.1
После построения графиков в Advanced Grapherv1.61 определяем запас по модулю и по фазе.
Запас по фазе определяетсячерез arctg угла α:
α/>
2. Техническая часть
2.1 Посторенние структурнойсхемы САУ
Целью управления технологическимпроцессом является поддержание определенной концентрации очищенного газа путем электрическойочисткой.
Параметрами, от которого зависитконцентрация пыли на выходе из электрофильтра являются: напряжение питания U; нагрузка G; температура газа t; давление газа Р; влажность m.
Для сухих электрофильтровполучено уравнение, дающие представление о зависимости конечной концентрации Скот указанных параметров:
/>, где Сн – начальная концентрация.
Из уравнения следует, чтонаиболее сильно на концентрацию Ск влияет начальная концентрация Сн, напряжениеи расход; параметры P,t,r влияют меньше, они определяются ходом предыдущего технологическогопроцесса, и с их изменением в объект будут поступать возмущающие воздействия.
Типовое регулирование электрофильтрапо напряжению имеет существенный недостаток- среднее значение рабочего напряженияоказывается ниже оптимального вследствие его периодического снижения. Более перспективнымявляется регулирование подачи неочищенного газа в электрофильтр.
В результате структурная схемапо управлению регулирования расхода на электрофильтр для получения определеннойконцентрации очищенного газа.
/>
Рис.2
2.2 Описание приборов
Программируемый регуляторРП-5М1:
Назначение: Предназначен для управления технологическимипроцессами в различных отраслях промышленности. Является одноконтурным программируемымизделием ГСП. Кол-во входов аналоговых-4,
Функциональные возможности: формирование совместно с электрическимисполнительным механизмом постоянной скорости; регулирует по П- ПИ- ПИД- законамрегулирования; формирования сигнала задания и его ручная установка, программныйвыбор вида входного сигнала для каждого вида его масштабирование; автоматическийи ручной режимы управления; цифровая индикация сигнала контролируемого параметра.
Входной сигнал: Аналоговый, унифицированный- 0…0,5мА,0…20мА, 4…20мА, напряжение 0…50мВ.
Выходной сигнал: импульсный, состояние ключей больше- меньшес нагрузочной способностью 24В, ток до 0,2А.
Предел регулирование по заказу.
Основная погрешность 0,5%
Зона возврата 0,2-2%
Постоянная времени 5…500с, дифференцирования 0…100
Питание 220В, 50гЦ, 10ВА.
Измеритель дыма типаАИД-210 «Энергия»:
Назначение: предназначен для непрерывного измерения дымности. Может применятьсядля определения эффективности пылеулавливающих установок. Прибор является одноканальнымфотометром; действие его основано на измерении ослабления светового потока, прошедшегочерез контролируемую среду.
Пределы измерения 0—50 % дымности.
Основная относительнаяпогрешность ±5 % от диапазона измерения.
Выходной сигнал 0—5 мА.
Время прогрева прибора60 мин.
Температура контролируемойсреды 70—250 °С,
содержание влаги 20 %,
разрежение в точке контроля4 кПа.
Расход 25 м3/с. Для работыизмерителя необходим воздух давлением 0,6 МПа.
Блоки питания БПЭ являются аналогами блоков 4БП36, БПС90П и другое.
Одноканальные, двухканальныеи четырёх канальные блоки питания моделей ПБЭ (далее – прибор или приборы) предназначеныдля питания стабилизированным напряжением постоянного тока 24 В или 36 В
измерительных преобразователейс унифицированным токовым выходом (термопреобразователи температуры, давления мидругих физически величин) в промышленных установках. Приборы выпускаются в щитовоми настенном исполнении.
Технические характеристики:
Количество каналов 1,2 или4
Выходное напряжение канала24±0,48 или 36±0,72
Ток нагрузки, мА (по одномуканалу) 0 – 50
Диапазон рабочих температур,0Сот 5 до35
Ток срабатывания защиты, неболее, мА 100
Ток короткого замыкания, неболее, мА 20
Напряжение питания блока 220В,50Гц
Потребляемая мощность, неболее, ВА 3 – для одноканального БП;
8 – для двухканального БП;
15 – для четырёхканальногоБП.
Пыле- влагозащищённость Щитовоеисполнение IP 20 ГОСТ 14254-96
Настенное исполнение IP 54 ГОСТ 14254-96
Климатическое исполнение УХЛ**3.1
Устойчивость к мех. ВоздействиямN 2 ГОСТ 12997-84
Пускатель бесконтактныйреверсивный ПБР-2М
Пускатель бесконтактный реверсивныйПБР-2М предназначен для бесконтактного управления электрическими исполнительнымимеханизмами, в приводе которых используются однофазные конденсаторные электродвигатели.Область применения: системы автоматического регулирования технологическими процессамив энергетической и других отраслях промышленности.
Технические характеристики.
· Входной сигнал: 24Впостоянного пульсирующего тока или замыкание ключей
· Входное сопротивлениепускателя: 750 Ом
· Максимальный коммутируемыйток: 4А
Построение АФХ разомкнутойСАУ выполняем после выбора координат точек графика из программы SamSim и записиих в таблицу 2.
· Быстродействие: 25мс
· Разница между длительностямивходного и выходного сигналов не более: 20 мс
· Напряжение источникапитания цепей управления: 22-26В (среднее значение двухполупериодного выпрямленноготока)
· Электрическое питание:220В, 50 Гц
· Потребляемая мощность:7 Вт.
Состав и устройство
Пускатель ПБР-2М состоит изплаты, кожуха и передней панели. На передней панели расположены две клеммные колодкидля подключения пускателя к внешним цепям, а также винт заземления. Клеммные колодкизакрываются крышками. На плате устанавливаются элементы схемы пускателя. Плата вставляетсяв кожух и закрепляется двумя винтами. Пускатель ПБР-2М рассчитан на установку навертикальной или горизонтальной плоскости. Положение в пространстве — любое. Креплениепускателя осуществляется двумя болтами М6, которые установлены на задней стенкекожуха.
Регулирующий клапан25ч939нж
25ч939нж применяют на трубопроводахдля жидких и газообразных неагрессивных сред. Внутренняя расходная характеристикалинейная. Управление от электрического исполнительного механизма типо МЭО предназначендля установки на трубопроводах c диаметром Ду-25, 40, 50, 65 мм., температура окружающейсреды от -15 до 50 0С.
2.3 Работа САУ
Работа системы определяетсяcстепенью очистки газа. При её отклоненииот задания датчик АИД-210 преобразует информацию концентрации в сигнал постоянноготока 0-5мА и передаёт на регулятор РП-5М1. Он вычисляет рассогласование между заданными текущим значениями концентрации и формирует управляющий сигнал по ПИД закону регулированияв виде
ШИМ- сигнала который подаётсячерез пускатель ПБР-2М на исполнительное
устройство типа 25ч939нж,которое изменяет расход неочищенного газа. В процессе изменения расхода загрязненногогаза меняется концентрация газа к заданному значению. Изменение расхода прекратитсяпри наступлении равенства текущего значения концентрации газа к заданному.
Заключение
При расчете данного курсовогопроекта мы получили следующие итоги:
1. Передаточная функция объектас самовыравниванием имеет вид:
/>
2. Тип регулятора и его настройки:
ПИД – регулятор, Кр=0,0278;Ти=52(с). />
3. Запас устойчивости (рассчитываемпо графику разомкнутой САУ)
/> – устойчивость САУ по фазе.
СЕ=1,095 – запас устойчивостипо модулю.
4. Построена временная характеристикаh(t) и определены её показатели качества
— время регулирования tp = 256с;
— динамическая погрешность0,11;
— статическая погрешность0;
5. В результате полученныхнастроек и закона регулятора, из комплекса приборов ЗЭИМ г. Чебоксары был выбранрегулятор РП-5М1
автоматизацияхимический технология
Список используемой литературы
1.В.В. Черенков Справочник « Промышленные приборы исредства автоматизации»
2.Голубятников. Шувалов «Автоматизацияпроизводственных процессов»
3.Никишин Ю.В. Методические указания «Автоматическоеуправление»