Автоматизация промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Автоматические системы регулирования (АСР)

1.1. Принципы регулирования

1.2. Классификация автоматических регуляторов

2. Основные показатели качества регулирования

3. Классификация регуляторов

4. Описание установки ЭП-10

4.1. Назначение

4.2. Технические характеристики

4.3. Конструкция

5. Программный ПИД-регулятор ТРМ 151-01

5.1. Назначение

5.2. Основные функции

5.3. Схема прибора

5.4. Конструкция прибора

5.5. Лицевая панель прибора

6. Схема установки

Литература



Введение

Развитие человечества идет по пути постоянного усложнения и упрощения своей жизни, одновременно. Как это возможно? Технологическая составляющая всех происходящих процессов в жизнедеятельности современного общества, будь то нефтедобыча или приготовление ужина, постоянно усложняются ввиду поисков наиболее эффективных решений. Чтобы экономить ресурсы земли, проблема, которой уделяется все больше внимания, а так же снижать затраты на производство чего-либо, человечество внедряет новые технологии, нацеленные на повышение показателей экономичности. Снижение затрат на производство, пожалуй, даже более важный фактор, чем забота о матушке-планете, т.к. экономическую составляющую еще никто не отменял.

Так вот, для того, чтобы эффективно управлять предприятием или автомойкой, требуется внедрение АСУ. На каждую кнопку невозможно посадить отдельного человека, который бы занимался тем, что включал/выключал или регулировал параметры работы каждой отдельной единицы оборудования, а кто-то еще должен снимать информацию со счетчиков, датчиков, анализаторов и т.д., бегая между ними. духовку, пользуется автоматикой: как минимум, датчик температуры и таймер.

Автоматика, которая окружает нас повсюду, позволяет нам упростить жизнь, вернее сказать, оставить уровень загруженности человека рутинными операциями на прежнем уровне. Но, даже не смотря на это, нам не всегда хватает времени на решение каких-либо задач. Поэтому постоянное развитие систем автоматизации в мире происходит бурными темпами. Примерно каждые 10 лет можно проводить полную замену действующей системы управления по причине ее морального устаревания. Прежде, чем внедрять комплексные решения по автоматизации, необходимо пройти несколько этапов: проектирование, проведение испытаний, пуско-наладка систем, обучение персонала работе с новой техникой и ее последующее обслуживание, иными словами, колоссальный труд и задачи огромного числа инженеров во всем мире. Чем дальше развивается человечество, тем сложнее и «умнее» становятся АСУ.

Поэтому автоматизация предприятий - это то, что необходимо для всех производителей товаров или услуг. Это единственная возможность поднять производительность, снизить затраты на персонал и добиться более эффективного использования ресурсов. Конечно, так или иначе, АСУ реализованы почти во всех организациях, и вопрос стоит об интеграции более новых систем или усовершенствования старых. Ведь прогресс, который никогда не стоит на месте, постоянно предлагает более эффективные решения, которые расширяют возможности и снижают риски.

В дипломной работе ставиться задача определения оценки качества регулирования для различных методов определения настроек регулятора на примере ЭП - 10 и программного регулятора ТРМ 151-01. Так же будут изучены системы регулирования, их типы и показатели качества регулирования.



1. Автоматические системы регулирования (АСР)

“АСР” бывают двух типов: замкнутые и разомкнутые. (см. http://www.marshal-group.com/)

Разомкнутая система “ACP”

ЗУ - задающее устройство (задает сигнал управления)

УУ - управляющее устройство (измеряет и преобразует управляемый сигнал)

ИУ - исполнительное устройство

УО - управляемый объект

Замкнутая система “АСР”

Д - датчик

СУ - сравнивающее устройство

ОР - объект регулирования

1.1 Принципы регулирования

Если напряжение генератора возросло, возрастает сила “F” и увеличивается “R_B”, ток “I_B” падает и “U_Г” тоже падает.

U_Г^ > F^ > R_B^ > I_Bv > U_Гv

Регулирование по отклонению

1 - якорь

2 - рычаг

3 - обмотка электромагнита

4 - пружина

Регулирование по возмущению

В этих “ACP” выходной параметр не измеряется, а ведется “борьба” с нежелательными внешними воздействиями.

В данной схеме предполагается, что основным возмущающим воздействием является изменение частоты вращения ротора генератора, поэтому в цепь возбуждения включен реостат “R”, сопротивление которого изменяет центробежный регулятор “1”.

Если обороты генератора увеличатся, то под действием центробежной силы грузы регулятора будут перемещаться в направлении, показанном стрелками, движок реостата передвинется влево, ток возбуждения уменьшается, напряжение генератора уменьшается.

Комбинированное регулирование. При комбинированном регулировании используют регуляторы по отклонению и возмущению одновременно, это повышает точность регулировок и быстродействие.

1.2 Классификация автоматических регуляторов

В зависимости от значения регулируемого параметра различают регуляторы:

1.Стабилизирующие - они поддерживают постоянным регулируемый параметр.

2.Програмые - обеспечивают изменение регулируемого параметра по программе.

3.Следящие - обеспечивают закономерное изменение регулируемого параметра в зависимости от изменения внешних условий.



2. Основные показатели качества регулирования

К автоматическим системам регулирования предъявляются требования не только устойчивости процессов регулирования во всем диапазоне нагрузок на объект. Для работоспособности системы не менее необходимо, чтобы процесс автоматического регулирования осуществлялся при обеспечении определенных качественных показателей.

Такими показателями являются:

1).Ошибка регулирования (статистическая или среднеквадратическая составляющие). регулятор программный автоматический

2). Время регулирования.

3). Перерегулирование.

4). Показатель колебательности.

5). Динамический коэффициент регулирования Rd, который определяется из формулы:

где смысл величин Y0 и Y1 ясен из рисунка 2.5

Величина Rd характеризует степень воздействия регулятора на процесс, т.е. степень понижения динамического отклонения в системе с регулятором и без него.

Величина перерегулирования зависит от вида отрабатываемого сигнала. При отработке ступенчатого воздействия по сигналу задания величина перерегулирования

определяется по формуле:

где значения величин Xm и Xy показаны на рис.2.6

При отработке возмущающего воздействия, величина перерегулирования определяется из соотношения:

где значения величин Xm и X1 показаны на рис. 2.7

Время регулирования - это время, за которое регулируемая величина в переходном процессе начинает отличаться от установившегося значения менее, чем на заранее заданное значение , где - точность регулирования. Обычно принимается, что от величины скачка по сигналу задания.

Настройки регулятора необходимо выбирать так, чтобы обеспечить минимально возможное значение общего времени регулирования, либо минимальное значение первой полуволны переходного процесса. В непрерывных системах с типовыми регуляторами это время бывает минимальным при так называемых оптимальных апериодических переходных процессах. Дальнейшего уменьшения времени регулирования до абсолютного минимума можно достичь при использовании специальных оптимальных по быстродействию систем регулирования.

В некоторых САР наблюдается ошибка, которая не исчезает даже по истечении длительного интервала времени - это статическая ошибка регулирования

Данная ошибка не должна превышать некоторой наперед заданной величины.

У регуляторов с интегральной составляющей ошибки в установившемся состоянии теоретически равны нулю, но практически незначительные ошибки могут существовать из-за наличия зон нечувствительности в элементах системы.

Показатель колебательности M характеризует величину максимума модуля частотной передаточной функции замкнутой системы (на частоте резонанса) и, тем самым, характеризует колебательные свойства системы. Показатель колебательности наглядно иллюстрируется на графике рис. 2.8.

Условно считается, что значение M =1,5-1,6 является оптимальным для промышленных САР, т. к. в этом случае обеспечивается в районе от 20% до 40%. При увеличении M колебательность в системе возрастает.

В некоторых случаях нормируется полоса пропускания системы , которая соответствует уровню усиления в замкнутой системе 0,05. Чем больше полоса пропускания, тем больше быстродействие замкнутой системе. Однако при этом повышается чувствительность системы к шумам в канале измерения и возрастает дисперсия ошибки регулирования.



3. Классификация регуляторов

Автоматические регуляторы классифицируются по назначению, принципу действия, конструктивным особенностям, виду используемой энергии, характеру изменения регулирующего воздействия и т.п.

По принципу действия они подразделяются на регуляторы прямого и непрямого действия.

Регуляторы прямого действия не используют внешнюю энергию для процессов управления, а используют энергию самого объекта управления (регулируемой среды).

Примером таких регуляторов являются регуляторы давления.

В автоматических регуляторах непрямого действия для его работы требуется внешний источник энергии. По роду действия регуляторы делятся на непрерывные и дискретные. Дискретные регуляторы, в свою очередь, подразделяются на релейные, цифровые и импульсные.

По виду используемой энергии они подразделяются на электрические (электронные), пневматические, гидравлические, механические и комбинированные.

Выбор регулятора по виду используемой энергии определяется характером объекта регулирования и особенностями автоматической системы.

По закону регулирования они делятся на двух- и трехпозиционные регуляторы, типовые регуляторы (интегральные, пропорциональны, пропорционально-дифференциальные, пропорционально-интегральные, и пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы - сокращенно И, П, ПД, ПИ и ПИД - регуляторы), регуляторы с переменной структурой, адаптивные (самонастраивающиеся) и оптимальные регуляторы. Двухпозиционные регуляторы нашли широкое распространение, благодаря своей простоте и малой стоимости.

По назначению регуляторы подразделяются на специализированные (например, регуляторы уровня, давления, температуры и т.д.) и универсальные с нормированными входными и выходными сигналами и пригодные для управления различными параметрами.

По виду выполняемых функций регуляторы подразделяются на регуляторы автоматической стабилизации, программные, корректирующие, регуляторы соотношения параметров и другие.

С помощью ЭП-10 и ТРМ 151-01 в данной работе будет определена оценка качества регулирования.



4.Описание установки ЭП-10

4.1 Назначение

Эмулятор печи ЭП10 используется в качестве объекта управления при наладке установок (систем), функционирующих с применением терморегуляторов (ТРМ). Может использоваться при организации лабораторных работ в учебных заведениях, для изготовления различных экспериментальных стендов и демонстрационных макетов, для проверки работы системы управления без подключения к реальному объекту и т.д.

4.2 Технические характеристики

Напряжение питания: 220 В (±10 В) переменного тока частотой 50 Гц Потребляемая мощность: не более 10 Вт

Тип встроенного измерителя температуры: ТСМ 50М

Максимальная допустимая уставка: 125 °С

Габаритные размеры (Ш Ч В Ч Г) : 145Ч105Ч65 мм

Степень защиты корпуса: IP20

ЭП10 предназначен для эксплуатации в следующих условиях:

- температура окружающего воздуха +1...+50 °С;

- атмосферное давление 86...106,7 кПа;

- относительная влажность воздуха (при +25 °С) не более 80 %.

4.3 Конструкция

На печатной плате ЭП10 смонтированы встроенные нагреватель мощностью 10 Вт и измеритель температуры (термопреобразователь сопротивления ТСМ 50М), клеммные разъемы для подключения к сети питания (220 В) и терморегулятору ТРМ, а также светодиод для индикации протекания тока через нагреватель (при включении нагрева). Печатная плата установлена в корпусе с прозрачной крышкой, предназначенном для настенного крепления или размещения на горизонтальной поверхности.



5. Программный ПИД - регулятор ТРМ 151-01

5.1 Назначение

ТРМ 151-01 предназначен для построения автоматических систем контроля и управления производственными технологическими процессами в различных областях промышленности, сельского и коммунального хозяйства и др.

5.2 Основные функции ТРМ 151 -01

- изменение двух физических величин, контролируемых входными первичными преобразователями;

- цифровая фильтрация для уменьшения влияния на результат измерения промышленных импульсных помех;

- коррекция измеренных величин для устранения погрешностей первичных преобразователей;

- отображение результатов измерений на встроенном светодиодном четырехразрядном цифровом индикаторе;

- регулирование измеренных физических величин по ПИД или двухпозиционному закону;

- измерение установок регулируемых величин по заданной технологической программе;

- формирование аварийного сигнала при обнаружении неисправности первичных преобразователей с отображением его причины на цифровом индикаторе;

- отображение на встроенном светодиодном цифровом индикаторе текущих значений параметров технологической программы и мощности, подаваемой на исполнительный механизм;

- формирование команды ручного управления исполнительными механизмами и устройствами с клавиатуры прибора ;

- передача в сеть RS - 485 текущих значений любых измеренных или вычисленных величин, а также выходного сигнала регулятора и параметров программы технолога;

- изменение значений программируемых параметров прибора с помощью клавиатуры управления на его передней панели;

- изменение значений параметров с помощью компьютерной программы - конфигуратора при связи с компьютером по RS - 485;

- сохранение заданных программируемых параметров в энергозависимой памяти при отключении напряжения питания ТРМ 151-01.

5.3 Схема прибора

Прибор ТРМ 151-01 представляет собой двухканальный регулятор, который может работать в режиме ПИД или двухпозиционного (on/off ) регулирования. Регулирование в ТРМ 151-01 осуществляется по Программе технолога одновременно в двух каналам.



5.4 Конструкция прибора

- Прибор ТРМ 151-01 изготавливается в пластмассовом корпусе, предназначенном для утопленного монтажа на вертикальной плоскости щита управления электрооборудованием или для настенного монтажа.

- Корпус состоит из двух частей , соединяемых между собой при помощи четырех винтов. Внутри корпуса размещены две печатные платы, на которых располагаются элементы схемы прибора. Соединение плат друг с другом осуществляется при помощи плоских разъемных кабелей.

- крепление прибора на щите обеспечивается двумя фиксаторами, входящими в комплект поставки ТРМ 151-01

- для соединения с первичными преобразователями, источником питания и внешними устройствами прибор оснащен присоединительным клеммником с креплением «под винт». Клеммник у приборов щитового крепления находиться на задней стенке. В приборах настенного крепления клеммник расположен под верхней крышкой, при этом в отверстиях подвода внешних связей установлены резиновые уплотнители.

5.5 Лицевая панель прибора ТРМ 151-01



6. Схема установки



Литература

1. Теория систем автоматического регулирования. Попов Е.П. 1975 г.

2. ТАУ. Востриков А.С. 2003 г.

3. ТАУ для чайников. Поляков К.Ю. 2008 г.

4. ТАУ. Ротач В.Я. 2008 г.

5. Сайты: www.rusarticles.com, научная техническая интернет библиотека: www.kipiasoft.su)

Размещено на Allbest.ru

...