Рефераты. Автоматизация заводской котельной установки

Микропроцессорный электронный преобразователь датчиков с МП, МП1 принимает аналоговый сигнал от преобразователя давления и преобразовывает его в цифровой код.

Микроконтроллер принимает цифровой сигнал, производит коррекцию и линеаризацию характеристики преобразователя давления, передает цифровой сигнал в цифро-аналоговый преобразователь, который преобразует его в выходной токовый.

Энергонезависимая память АЦП предназначена для хранения коэффициентов коррекции характеристик преобразователя давления.

Блок регулирования и установки параметров предназначен для изменения параметров датчика.

Применение микропроцессорной электроники обеспечило возможность самодиагностики, контроля и настройки параметров датчиков непосредственно на месте эксплуатации.

Контроль и настройка параметров датчика осуществляются с помощью трехкнопочного переключателя и индикаторного устройства (жидкокристаллический индикатор ЖКИ).

Кнопки 1 и 2 переключателя используются для:

- контроля настройки параметров датчика;

- установки нуля;

- настройки единиц измерения;

- настройки времени установления выходного сигнала (демпфирования).

Кнопка 3 используется при:

- настройке диапазона измерений;

- установке «смещенного» начального значения выходного сигнала;

- выборе прямой или инверсной характеристики;

- выборе системы единиц измерения;

- калибровке датчика.

Измеритель-регулятор микропроцессорный программируемый типа ТРМ12-PIC совместно с датчиком предназначен для измерения входного параметра и импульсного управления электроприводом запорно-регулирующих и трехходовых клапанов по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону. Прибор позволяет обеспечить высокую точность поддержания значения измеряемого параметра для объектов с большой инерционностью и с малым запаздыванием.

Прибор, оснащенный по желанию заказчика платой расширения ПР-01, формирует стандартный ток, пропорциональный измеряемому значению для регистрирующего устройства, например самописца, а также обеспечивает работу под управлением ЭВМ с регистрацией на ней измеряемого значения. Подключение прибора к ЭВМ производится через адаптер сети АС2, выпускаемого предприятием-изготовителем данного прибора.

Прибор предназначен для автоматизации систем отопления, горячего водоснабжения, а также управления технологическими процессами в пищевой и медицинской промышленности, сельском и коммунальном хозяйстве.

Технические характеристики

Напряжение питания

220 В 50 Гц

Допустимое отклонение напряжения питания

-15…+10%

Потребляемая мощность

не более 6 ВА

Диапазон контроля при использовании на
входе прибора (в скобках указана разрешающая способность) ТСМ

-50…+200 °С (0,1 °С)

Предел допустимой основной приведенной погрешности измерения входного параметра (без учета погрешности датчика)

±0,25 или ±0,5% в зависимости
от класса точности прибора

Максимально допустимый
ток нагрузки

электромагнитных реле

8 А при напряжении
220 В и cos ф>0,4

транзисторных n-p-n ключей

0,2 А при напряжении +30 В

Длительность шага регулирования

4 сек

Число шагов s, при котором длительность регулирующих импульсов остается неизменной

1…99

Способ отображения контролируемой величины

цифровой

Количество разрядов цифрового индикатора

4

Интерфейс связи с ЭВМ через адаптер сети *

RS-232

Длина линии связи прибора с адаптером сети *

не более 1000 м

Диапазон тока регистрации на нагрузке 200…1000 Ом*

4…20 мА или 0…20 мА

Предельно-допустимая основная приведенная погрешность сигнала регистрации на нагрузке 400 Ом относительно измеренного значения

не более 0,5%

Допустимая температура воздуха, окружающего корпус прибора

+5… +50 °С

Атмосферное давление

86…107 кПа

Относительная влажность воздуха

30…80%

Степень защиты корпуса (щитовой / настенный)

IP20/IP44

Габаритные размеры прибора (щитовой / настенный)

96х96х160 мм/105х115х65 мм

Масса прибора не более

1,2 кг

5. Построение и описание обобщённой функциональной и структурной схем системы автоматизации

Обобщенная функциональная схема системы стабилизации разрежения сушильного барабана

На схеме приняты следующие обозначения: УМ-усилитель мощности; ИМ-исполнительный механизм; РУ-регулирующее устройство; РО-регулирующий орган; ОУ-объект управления; ДТ-датчик температуры.

РО, КД и ДТ образуют объект регулирования. Блоки БФЗР, УМ, ИМ составляют регулирующее устройство.

В соответствии с исходными данными для проектирования РУ должно быть ПИ-регулятором. ПИ-закон регулирования формируется блоком БФЗР.

На схеме приняты следующие обозначения: З - задатчик; ВФЗР - блок формирования закона регулирования; РП - регулятор положения; УМ - усилитель мощности; ИМ - исполнительный механизм; ДП - датчик положения; РУ - регулирующее устройство; РО - регулирующий орган; ОУ - объект управления (сушильный барабан); ДР - датчик разрежения; х - регулируемая величина; у - регулирующая величина; g - задающее воздействие; е = g - х - отклонение регулируемой величины от задающего воздействия.

РО, КД и ДР образуют объект регулирования. Блоки БФЗР, РП, УМ, ИМ, ДП составляют регулирующее устройство.

РУ в соответствии с заданием на проектирование должно обеспечить ПИ-закон регулирования. Формирователем ПИ-закона является БФЗР. Для исключения искажения закона регулирования все последующие после БФЗР блоки РУ должны быть в динамическом отношении усилительными звеньями.

Это условие выполняется для УМ. Блок ИМ в динамическом отношении является интегрирующим звеном с передаточной функцией

где ТИМ - постоянная времени исполнительного механизма.

Для «превращения» ИМ из интегрирующего в усилительное звено и исключения вносимых им искажений в закон регулирования исполнительный механизм вместе с УМ охвачены отрицательной обратной связью. Причем, в цепи обратной связи включен датчик положения вала ИМ, а в прямой ветви - пропорциональный регулятор положения. Структурная схема ИМ, охваченного жесткой обратной связью, приведена на рис. 3.

Датчик и регулятор положения являются усилительными звеньями с передаточными функциями WДП(р) = КДП и WРП(р) = КРП соответственно.

Поскольку на практике, как правило, выполняется условие

> , (14)

то динамические свойства рассматриваемого (см. рис. 5) встречно-параллельного соединения определяются только усилительным звеном обратной связи, а передаточная функция ИМ, охваченного жесткой обработкой связью будет равна

. (15)

Рис. 3. Структурная схема исполнительного механизма, охваченного жесткой отрицательной обратной связью

Для улучшения выполнения условия (14) обратной связью охватывают также РП и УМ.

Динамические свойства датчика разрежения регулирующего органа характеризуются усилительным звеном, а объекта управления - апериодическим звеном с запаздыванием (см. исходные данные на проектирование).

С учетом вышеизложенного структурная схема системы автоматизации, реализующей Пи-закон регулирования, принимает вид, показанный на рис. 4, на котором обозначено:

- передаточная функция (ПФ)

усилительного звена БФЗР;

- ПФ интегрирующего звена БФЗР;

- передаточная функция

регулятора положения;

- ПФ усилителя мощности; (16)

- ПФ исполнительного механизма;

- ПФ датчика положения;

- ПФ регулирующего органа;

- ПФ объекта управления;

- ПФ датчика разрежения.

Используя принципы преобразования структурных схем, получим передаточную функцию системы автоматизации в следующей последовательности.

1. Передаточная функция БФЗР

2. ПФ регулирующего устройства

или с учетом (15)

Рис. 4. Структурная схема системы стабилизации разрежения в топке котла

3. Передаточная функция объекта

а с учетом (16)

. (17)

4. ПФ системы автоматического регулирования

. (18)

Соотношение (17) является искомым аналитическим выражением передаточной функции системы автоматизации, укрупненная структурная схема которой приведена на рис. 5.

Рис. 5. Укрупненная структурная схема системы автоматизации

6. Анализ динамических свойств объекта управления

Анализ динамических свойств ОУ производят по временным и частотным характеристикам.

Работа ОУ характеризуется обыкновенным дифференциальным уравнением первого порядка.

(1)

Анализ динамических свойств ОУ производят по временным и частотным характеристикам.

Временные и частотные характеристики ОУ определяем в следующей последовательности:

Преобразуем исходное уравнение (1) по Лапласу и получаем алгебраическое уравнение

(2)

2. Находим решение алгебраического уравнения

(3)

3. Определяем аналитическое выражение передаточной функции ОУ

, которое имеет вид (4)

4. Находим изображение переходной характеристики

где 1/p- изображение единичной функции 1 (t).

5. Используя формулу Хевисайда

где Pi - корни характеристического уравнения,

H(Pi) и Q(Pi) - соответственно полином числителя и знаменателя функции W(p).

С учетом того, что H(0)= kоу =2, Q(0)=1, pi= - 1/T = -1/12, Q'(pi)= Tоу =12

Находим аналитическое выражение переходной характеристики.

(5)

6. Подставляя в полученное уравнение значения t от 0 до 120 с построим график переходной характеристики.

Рис. 1. Переходная характеристика ОУ.

7. Находим аналитическое выражение импульсной переходной характеристики.

(6)

Подставляя в полученное уравнение значения t от 0 до 100 с построим график импульсной переходной характеристики.

Рис. 2. Импульсная переходная характеристика ОУ.

1. Определим амплитудно-частотную характеристику объекта управления.

Запишем передаточную функцию объекта управления.

Осуществим замену комплексной переменной p на jw, где и домножим выражение на комплексно сопряженное число.

Выделим из Wоу(jw) вещественную V(w) и мнимую U(w) части.

(7)

Определим амплитудно-частотную характеристику объекта управления.

(8)

10. Определим фазочастотную характеристику объекта управления.

(9)

Подставляя в полученные выражения 8 и 9 значения w построим графики амплитудно-частотной характеристики и фазо-частотной характеристики.

Рис. 3. Амплитудно-частотная характеристика объекта управления

Рис. 4. Фазочастотная характеристика объекта управления

Частотные характеристики свидетельствуют о том, что объект регулирования является сравнительно низкочастотным, т.е. может реагировать только на медленные изменения регулирующей величины.

7. Выбор параметров настройки регулирующего устройства

Для определения коэффициента передачи датчика разрежения КДР необходимо вычислить отношение максимального значения выходной величины датчика к максимальному значению входной его величины. Для выбранного датчика имеем

(исходя из выбранного датчика).

С помощь программы VISSIM получаем:

Более точный график см. рис. 12.

Из графика видим что:

Вычисляем коэффициент передачи объекта

;

При ПИ-регуляторе и апериодическом законе регулирования имеем:

Расчёт устойчивости системы автоматизации

В соответствии с заданием, исследование устойчивости системы автоматизации проводим по критерию Найквиста.

Так как ф по заданию равно 0, то . Тогда параметрической заменой переменной р на jщ получаем выражение для комплексной частотной характеристики:

После домножения числителя и знаменателя комплексно-сопряжённую величину (1 - jщТоб), выполнения элементарных преобразований получаем:
, где
Рис. 12. Годограф КЧХ разомкнутой системы стабилизации

Список литературы

1. Автоматика и автоматизация производственных процессов / Под общ. ред. проф. Г.К. Нечаева - Киев: Вища школа, 1985.

2. Андреев А.А. Автоматические электронные показывающие, регистрирующие и регулирующие приборы. - Л.: Машиностроение, 1981.

3. Бушуев С.Д., Михайлов В.С. Автоматика и автоматизация производственных процессов. - М.: высшая школа, 1990.

4. Промышленные приборы и средства автоматизации. Справочник / Под ред. В.В. Черенкова - Л.: Машиностроение, 1988.

Страницы: 1, 2, 3



2012 © Все права защищены
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.