Автоматизированная система управления камерной печью
Определение типового регулятора необходимого для управления объектов. Выбор средств автоматизации: термопары, программного терморегулятора, магнитного пускателя, сигнальной арматуры, резистора, транзистора и пр. Размещение (монтаж) средств автоматизации.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | дипломная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 15.06.2014 |
Размер файла | 1,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
- Содержание
Введение
1 Характеристика объекта автоматизации
1.1 Назначение, техническая характеристика, устройство, принцип работы объекта
1.2 Блок - схема алгоритма управления
1.3 Функциональная схема объекта, ее описание
1.4 Принципиальная электрическая схема объекта, ее описание
2 Выбор контролируемого и регулируемого параметра технологического процесса
2.1 Выбор контролируемого параметра
2.2 Выбор регулируемого параметра
2.3 Определение типового регулятора необходимого для управления объектов
3 Выбор средств автоматизации
3.1 Выбор главных элементов управления, их обоснование
3.1.1 Выбор термопары ТХА2388
3.1.2 Выбор программного терморегулятора ТП403
3.2 Выбор вспомогательных элементов управления, их обоснование
3.2.1 Выбор реле промежуточного РПЛ 1220
3.2.2 Выбор автоматического выключателя А63М
3.2.3 Выбор магнитного пускателя ПМЛ-2100
3.2.4 Выбор универсального переключателя УП-5313
3.2.5 Выбор сигнальной арматуры АМЕ24
3.2.6 Выбор автоматического выключателя АЕ 2063
3.2.7 Выбор резистора ПЗВ
3.2.8 Выбор транзистора КТ815
3.2.9 Выбор конденсатора МБГО-2
3.2.10 Выбор тиристора Т 152-80-10
3.2.11 Выбор диода КД226В
4 Размещение средств автоматизации
4.1 Монтаж средств автоматизации
4.1.1 Монтаж щита
4.1.2 Монтаж реле промежеточного РПЛ 1220
4.1.3 Монтаж автоматического выключателя А63М
4.1.4 Монтаж пускателя магнитного ПМЛ-2100
4.1.5 Монтаж универсального переключателя УП-5313
4.1.6 Монтаж сигнальной арматуры АМЕ24
4.1.7 Монтаж автоматического выключателя АЕ 2063
4.1.8 Монтаж программного терморегулятора ТП403
4.1.9 Монтаж транзистора КТ815
4.1.10 Монтаж термопары ТХА2388
4.2 Пуско-наладка средств автоматизации
4.2.1 Пуско-наладка программного терморегулятора ТП403
4.3 Условия расположения средств автоматизации в производственном помещении
4.4 Обслуживание в условиях эксплуатации
4.4.1 Эксплуатация программного терморегулятора ТП403
4.4.2 Эксплуатация термопары ТХА2388
5 Техника безопасности при монтаже, наладке, эксплуатации и элементов автоматических устройств систем управления
6 Оценка экономического эффекта автоматизации производства
6.1 Расчет капитальных вложений
6.2 Определение экономии за счет снижения затрат
6.3 Выбор экономически выгодного варианта организации производства
Заключение
Список использованных источников
Введение
Автоматизация технологического процесса -- совокупность методов и средств, предназначенная для реализации системы или систем, позволяющих осуществлять управление самим технологическим процессом без непосредственного участия человека, либо оставления за человеком права принятия наиболее ответственных решений.
Автоматизация технологических процессов является одним из решающих факторов улучшения качества продукции, повышения производительности и улучшения условий труда. Все существующие и строящиеся промышленные объекты в той или иной степени оснащаются средствами автоматизации.
Автоматизированные процессы, в том числе управление, регулирование и (частично) контроль над ними, протекают автономно, в соответствии с заранее подготовленной и введенной на специальном программа носителе программой, так что не возникает необходимости непосредственного участия человека в их нормальном функционировании.
Камерные печи широко применяются для термообработки изделий в различных отраслях российской промышленности: в металлургии, энергетическом машиностроении, металлообработке, керамическом и стекольном производстве. Во время отжига деталей и металлоконструкций недопустимы даже незначительные отклонения температуры от значений, указанных в технологической карте.
Нарушения температурного режима могут привести к несоответствию механических свойств изделий, заявленных изготовителем, что, в свою очередь, может повлечь аварии на производстве.
Использование автоматизированных систем управления при тер-мической обработке повышает качество продукции и облегчает труд обслуживающего персонала.
Целью автоматизации камерной печи является поддержание постоянной температуры, так как это влияет напрямую на качество изделия и минимизирует фактор человеческого труда или полностью устраняет его участие в процессе поддержания температуры.
Задачами дипломного проекта являются:
- Описать назначение и дать технические характеристики, устройство, принцип работы печи
- Разработать блок-схему и функциональную схему
- Описать принцип электрической схемы
- Выбрать контролируемый и регулируемый параметры
- Определить типовой регулятор необходимый для управления печью
- Выбрать средства автоматизации
- Описать процесс монтажа, пуско-наладки, обслуживания и условие расположения средств автоматизации
- Оценка экономической эффективности автоматизации производства
1 Характеристика объекта автоматизации
1.1 Назначение, техническая характеристика, устройство, принцип работы объекта
Камерная электропечь с полезным объёмом предназначена для отжига процесса термообработки, включающего в себя нагрев до критической температуры 1000 ?С, выдержку и медленное охлаждение в печи. Каркас печи - остов 1, установлен на лапках, сваренный из швеллера и уголка. На основании плита - лист, который используют в целях противопожарной безопасности. Внутри каркаса печи заложена кладка 53 из кирпичей 65х114х230мм. С торцов и сзади остов печи обшит листом 4 сваркой. Сверху лист съемный, болтовое соединение. Передняя панель - щит 9 крепится к остову, соединение болтовое, в нем располагаются электропроводки и термопара. Электропечь имеет малые потери тепла и низкую температуру кожуха. Нагреватели расположены на боковых стенках и сверху на костылях и подвесках, выполнены из сплава ОЧ27Ю5А. Для повышения надежности при изготовлении нагревателей применяется толстая проволока диаметром 9мм. использование поддона 10 из жаропрочной стали позволяет значительно повысить эффективность термообработки и надежность электропечей. На нем устанавливают обрабатываемые изделия. Заслонка 2 - дверца печи состоит из двух плит, кладки из кирпичей и двух осей.
На рисунке 1 представлена камерная электрическая печь. В ней отжигают заготовки деталей. регулятор автоматизация магнитный резистор
Регулирование и контролирование температуры электропечи производится программным регулятором, позволяющим проводить режим термообработки с высокой точностью по заданной программе.
Подвод электропитания к нагревательным элементам производится с помощью шин, смонтированных на нижней плоскости каркаса.
Рисунок 1 - Электрическая печь для отжига заготовок: 1 - остов; 2 - заслонка; 3 - опора; 4 - рычаг; 5,6 - нагревательные элементы; 8 - лист; 9 - щит; 10 - поддон; 30,32,33 - обшивка; 53 - кладка.
Электрооборудование состоит из следующих частей:
- щита управления;
- понижающего трансформатора;
- нагревательных элементов;
- датчика температуры (термопары);
- электропроводки.
Повышение уровня автоматизации электрических печей получило в настоящее время значительное развитие. Это связано, с одной стороны, с об-
-работкой в них современных материалов, для которых требуются режимы со сложными графиками изменения температуры и высокой точностью её поддержания, непрерывным контролем и регулированием, с другой жёсткими требованиями к экономичности эксплуатации печей, а также стремлением к сокращению применения рабочей силы при обслуживании оборудования.
Щит управления электрической печью для отжига заготовок организует подачу электроэнергии на печь по специальному закону ПИД, вследствие чего процесс нагревания будет происходить очень точно с учетом тепловой инерционности печи. На дверце щита расположен программный терморегулятор ТП403, который управляет процессом нагрева печи. При этом на регулятор записывается специальная термическая программа. Он формирует управляющие импульсы для включения силовых тиристоров, при окончании сеанса нагрева и при чрезмерном нагреве производит отключение через тиристор силовых цепей. На аппаратной панели расположены блок силовых коммутаторов и релейный блок, которые обеспечивают нагрев печи. Требуемая программа нагрева печи устанавливаются в соответствии с материалом заготовок.
Для включения электропечи необходимо закрыть дверцу и включить электропечь на разогрев, затем загрузить изделия в электропечь. Порядок отключения электропечи:
1) открыть дверцу;
2) освободить рабочую камеру от изделий;
3) отключить электропитание на щите управления;
Измерение и регулирование температуры производится автоматически терморегулятором.
Режимы отжига:
- Нагрев до 940?-1000?С со скоростью 2?С/сек, продолжительность нагрева 8ч 30мин.
- 2 часа выдержки после выхода на режим.
- Отключить печь.
- Охлаждение до температуры окружающей среды.
Продолжительность охлаждения 7часов.
- Открыть печь.
Рисунок 2 - График режима отжига быстрорежущей стали Р6М5.
Термическая программа - это желаемая зависимость температуры объекта от времени. Часть программы, имеющая постоянную скорость изменения температуры, называется участком. Каждый участок характеризуется двумя параметрами - конечной температурой и временем. На рисунке 2 изображено три участка: 1 - нагрев, 2 - выдержка, 3 - охлаждение. Регулятор выполняет программу последовательно, участок за участком, пока не обнаружит участок конец программы, после чего прекращает выполнение программы и переходит в дежурный режим. В дежурном режиме термическая программа не выполняется основные и дополнительные выходы разомкнуты, тока в нагрузке нет. Здесь можно контролировать температуру объекта и вводить необходимые параметры, а при автоматическом режиме изменение заданных параметров невозможно.
При смене участка, обрыве термопары и перегреве печи программный регулятор вырабатывает звуковые сигналы. Аварийную температуру, при которой происходит срабатывание аварийного выхода и переход регулятора в дежурный режим обычно устанавливают на 20...50?С больше максимальной температуры термической программы, но не больше предельно-допустимой температуры для данного объекта. Регулятор в автоматическом режиме работы при пропадании сетевого напряжения сохраняет в памяти текущие параметры процесса и после появления питания продолжает выполнение термической программы с прерванного места.
Техническая характеристика камерной печи приведены в таблице 1.
Таблица 1- Техническая характеристика камерной печи
Параметры |
Значения |
||
Тип печи |
камерная |
||
Тип нагревателя |
проволока диаметром 9мм, зигзагообразная |
||
Мощность печи, кВТ |
18 |
||
Рабочая температура, ?С |
1000 |
||
Напряжение питающей сети, В |
380 |
||
Напряжение на нагревателе, В |
42 |
||
Время разогрева электропечи, ч: |
до номинальной температуры |
3 |
|
до установившегося теплового режима |
15 |
||
Масса электропечи, т |
1 |
Электротермическая технология, основанная на использовании электротермических установок - электропечей и электронагревательных устройств, применяется для получения новых высококачественных материалов, которые иным путем получить нельзя, а также для улучшения свойств уже существующих; для нагрева заготовок перед обработкой давлением, для термической обработки деталей и узлов машин механизмов и элементов различных конструкций и других назначений.
Применение электротехнологических процессов обеспечивает наименьшее по сравнению с другими процессами загрязнение окружающей среды; облегчает автоматизацию процессов, позволяет получить любое желательное распределение температур в рабочем пространстве и в том числе обеспечить высокую равномерность нагрева изделий и увеличивает производительность труда.
1.2 Блок-схема алгоритма управления
В автоматических процессах (объектах) достаточно часто необходимо изменять или поддерживать постоянными какие-либо физические величины, называемыми регулируемыми переменными, (например, частоту вращения вала турбины, координаты движущегося объекта, напряжение, температуру, уровень, давление и т.д.), в данном случае поддержание температуры. Регулируемые переменные характеризуют работу машины, технологического процесса или динамику движущегося объекта.
Для этого используют автоматические регуляторы или управляющие устройства (УУ) различной сложности.
Автоматический регулятор и УУ на основании измерения регулируемых переменных и задающих воздействий формирует управляющее воздействие на объект регулирования.
На рисунке 3 приведена блок-схема алгоритма управления электропечи для отжига заготовок с регулируемой величиной y(t) - температурой. Данная система предназначена для подержания необходимого режима, т.е. изменения температуры y(t) в электропечи по заданному закону.
Рисунок - 3 Блок схема алгоритма управления.
Схема состоит из объекта управления и устройства управления. Объект управления (ОУ) - это основной элемент системы, то есть электропечь, заданный режим работы которых должен поддерживаться устройством управления (программным терморегулятором) при помощи управляющих (регулирующих) органов.
Под управляющим подразумевается устройство, обеспечивающие процесс управления, т.е. целенаправленное действие, приводящие к желаемому изменению управляемой переменной(температурой нагрева, выдержки, охлаждения). Для уменьшения ошибки регулирования в систему вводят обратную связь.
Задающие устройство (ЗУ) оказывает управляющее воздействие Uз(t) на вход системы, формируя программу изменения регулируемой величины. ЗУ подает сигнал исполнительному механизму (ИМ) - трансформатору, который непосредственно является корректирующим звеном системы. Управляющие воздействие корректируется в зависимости от выходной величины y(t).чувствительный элемент (ЧЭ) преобразует управляемую величину в пропорциональную ей и удобную для использования в САУ.
В качестве данного элемента используется термопара , на выходе которой формируется напряжение, пропорциональное температуре в печи. Затем этот сигнал подается измерительное устройство. Выявления соответствий требуемого и полученного значения выполняет сравнивающие устройство. Если значение y(t) отклоняется от заданного, то происходит корректировка сигнала через усилительное устройство (УсУ) и корректирующее устройство.
1.3 Функциональная схема объекта, ее описание
Функциональная схема автоматизации - это графическое изображение принимаемых принципиальных решений автоматизации того или иного объекта с использованием условных обозначений по ГОСТ. Разработка функциональной схемы автоматизации начинается с упрощенного изображения технологической схемы системы или агрегата (например, упрощенное изображение системы отопления, системы вентиляции, кондиционирования воздуха, технологической схемы системы теплоснабжения, газоснабжения или теплогенерирующий установки и т.п.), технологическое оборудование на схеме показывается обычно в виде условных изображений, соединенных между собой линиями технологических связей, которые отражают направление потоков вещества или энергии.
Чтобы решать задачи управления, составляют функциональную схему(модель) системы, отражающую взаимодействие элементов в процессе работы под элементом подразумевают конструктивно обособленную часть системы управления, выполняющую одну определенную функцию. Система управления представляет собой совокупность управляющего устройства и объекта.
Функциональную схему автоматизации выполняют, как правило, на одном чертеже, на котором изображают аппаратуру всех систем контроля, регулирования, управления и сигнализации, относящуюся к донной технологической установке.
Функциональная схема - это схема, в которой каждая часть (элемент) предназначены для выполнения определенной функции. Под функциями понимают получение и преобразование информации, передачу и сравнение сигналов, формирование управляющего воздействия.
Сигнал об изменении температуры подается термопарой ТХА 2388 на терморегулирующее устройство ТП403, где в задающем устройстве происходит сравнение, с заданной оператором температурой, и выдается команда на включение или выключение нагрузки.
1.4 Принципиальная электрическая схема объекта, ее описание
Принципиальная электрическая схема - это схема электрических соединений, выполненная в развернутом виде. Она является основной схемой проекта электрооборудования производственного механизма и дает общее представление об электрооборудовании данного механизма, отражает работу системы автоматического управления механизмом, служит источником для составления схем соединений и подключений, разработки конструктивных узлов и оформления перечня элементов.
Принципиальная схема, принципиальная электрическая схема -- графическое изображение (модель) с помощью условных графических и буквенно-цифровых обозначений (пиктограмм) связей между элементами электрического устройства.
По принципиальной схеме осуществляется проверка правильности электрических соединений при монтаже и наладке электрооборудования. От качества разработки принципиальной схемы зависит четкость работы производственного механизма, его производительность и надежность в эксплуатации.
Основным назначением принципиальных электрических схем является отражение с достаточной полнотой и наглядностью взаимной связи отдельных приборов, средств автоматизации и вспомогательной аппаратуры, входящих в состав функциональных узлов систем автоматизации, с учетом последовательности их работы и принципа действия.
Принципиальные электрические схемы являются основанием для разработки других документов проекта: монтажных схем и таблиц щитов и пультов, схем соединения внешних проводок, схем подключения и др.
При разработке систем автоматизации технологических процессов обычно выполняют принципиальные электрические схемы самостоятельных элементов, установок или участков автоматизируемой системы, например схему управления задвижкой, схему автоматического и дистанционного управления насосом, схему сигнализации уровня в резервуаре и т. п.
На принципиальных электрических схемах в условном виде изображают приборы, аппараты, линии связи между отдельными элементами, блоками и модулями этих устройств.
Включив автоматические выключатели SF1 и SF, на программный терморегулятор A подается электрическое питание. Загорается лампочка EL4, сигнализирующая о наличии напряжения. терморегулятор соединен с термопарой, преобразующей температуру на электрический ток. на регулятор заранее пишется программа, по которой работает печь. Можно переключать в 3 режима работы - ручной Р, нулевой 0 и автоматический А.
При ручном режиме замыкается пускатель КМ, включающий через силовую цепь терморегулятор, из-за чего тиристоры VS1, VS2; VS3, VS4; VS5, VS6 подается напряжение на понижающий силовой трансформатор (тиристоры VS1, VS3, VS5 включаются переменно, т.к. в сети протекает переменный ток). О процессе нагревания, сигнализирует лампа EL3, которая включается через контакты КМ.
При достижении заданной температуры терморегулятор дает сигнал на реле К1, и замыкает катушку К1.1, К2.1, включается звуковой сигнал BF. При аварии срабатывает реле К2, тем самым разрывает силовую цепь пускателя КМ и на терморегуляторе включается лампа авария, а через контакты К2.1 загорается лампа EL2.
При автоматическом режиме в преобразователе терморегулятора выбираем режим автоматики. Принцип работы аналогичен ручному режиму. При остановке нулевой режим устанавливается.
2 Выбор контролируемого и регулируемого параметра технологического процесса
2.1 Выбор контролируемого параметра
Камерная печь предназначена для отжига процесса термообработки, включающего в себя нагрев, выдержку и медленное охлаждение в печи.
В камерных печах происходит термическая обработка, в которой необходимо поддерживать определенную температуру.
В системе камерной печи главным и решающим параметром является температура внутри печи, постоянство, которого обеспечивается терморегулятором. Таким образом, контролируемым параметром будет температура в печи.
Температуру контролируют при помощи термопары.
Термопара (термоэлектрический преобразователь) -- устройство, применяемое для измерения температуры в промышленности, научных исследованиях, медицине, в системах автоматики.
2.2 Выбор регулируемого параметра
Решение задачи управления технологическими процессами вручную не всегда представляется возможным вследствие ограниченности возможностей операторов по быстродействию, точности, безошибочности действий. Управление в таких случаях возможно только путем применения автоматических регуляторов и управляющих устройств (т.е. автоматических и автоматизированных систем управления).
Технологические параметры - это физико-химические величины, характеризующие состояние технологического процесса в объекте управления (температура, давление, скорость вращения и др.)
Регулируемый параметр - это технологический параметр, значением которого управляют с помощью специальных технических средств. Число регулируемых параметров, как правило, значительно меньше общего числа технологических параметров.
Регулируемым параметром является мощность подаваемая терморегулятором в нагревательные элементы(ТЭНы).
2.3 Определение типового регулятора необходимого для управления объектов
Главная задача систем регулирования состоит в том, чтобы стабилизировать параметры процесса на заданном уровне при воздействии внешних возмущающих воздействий, действующих на объект управления.
Регулятором называется устройство, которое следит за функционированием объекта управления и, постоянно анализируя его состояние, вырабатывает определенное управляющее воздействие. Основная задача при выборе регулятора -- определение закона регулирования, который должен реализовать регулятор применительно к динамическим свойствам объекта. При выборе закона регулирования необходимо воспользоваться программой «ТАУ Starter».
Нагрев деталей должен быть достаточно медленным, чтобы не возникли напряжения и трещины. Время нагрева зависит от химического состава стали, от формы и размеров деталей.
В камерной печи должна поддерживаться температура 1000°С и нагрев должен происходить равномерно. Время нагрева 498 минут.
Время выдержки должно быть достаточным, чтобы весь процесс превращения перлита в аустенит завершился полностью. Исходные данные приведены в таблице 2.
?Xвх=380В; ?Xвых=1000°С; фзап= 498минут
Таблица 2 - Исходные данные
tmin |
0 |
41 |
83 |
124 |
166 |
207 |
249 |
290 |
332 |
373 |
415 |
456 |
498 |
|
Xвых |
0 |
60 |
140 |
250 |
410 |
550 |
740 |
860 |
920 |
940 |
960 |
980 |
1000 |
По этим данным строим кривую переходного процесса (см. рисунок 4) с помощью программы ТАУ Starter версия 2.
Рисунок 4 - Кривая разгона объекта регулирования.
Выбрали наиболее подходящую передаточную функцию модели №3(см. рисунок 5).
Таблица 3 - Исходные данные для расчета:
Параметры |
Значения |
|
Коэффициент усиления К |
1000 |
|
Запаздывание |
tau = 0 |
|
Параметры передаточной функции: |
||
Коэффициенты числителя (степень m = 0): |
b[0] = 1.00000 |
|
Коэффициенты знаменателя (степень n = 3): |
a[0] = 1.00000 |
|
a[1] = 192,70000 |
||
a[2] = 13554,46333 |
||
a[3] = 308697,15900 |
Передаточная функция модели №3:
Рисунок 5 - Переходная кривая передаточной функции модели №3.
Далее строим кривую Д-разбиения (см. рисунок 6).
Таблица 4 - Исходные данные для расчета:
Параметры |
Значения |
|
Коэффициент усиления К |
1000 |
|
Запаздывание |
tau = 0 |
|
Параметры передаточной функции: |
||
Коэффициенты числителя (степень m = 0): |
b[0] = 1.00000 |
|
Коэффициенты знаменателя (степень n = 3): |
a[0] = 1.00000 |
|
a[1] = 192,70000 |
||
a[2] = 13554,46333 |
||
a[3] = 308697,15900 |
Рисунок 6 - Кривая Д-разбиения.
Расчет для АСР с ПИД-регулятором с alfa=0.15
Расчет кривой для заданной степени колебательности m= 0
Таблица 5 - Результаты расчета
Частота |
K0 |
K1 |
K2 |
|
0.00000 |
0.00000 |
0.00000 |
0.00000 |
|
0.10000 |
0.00091 |
0.13454 |
2.98523 |
|
0.20000 |
0.00359 |
0.54118 |
12.24488 |
|
0.30000 |
0.00805 |
1.21890 |
27.67950 |
|
0.40000 |
0.01430 |
2.16771 |
49.28822 |
|
0.50000 |
0.02234 |
3.38762 |
77.07093 |
|
0.60000 |
0.03216 |
4.87861 |
111.02760 |
|
0.70000 |
0.04376 |
6.64069 |
151.15822 |
|
0.80000 |
0.05715 |
8.67386 |
197.46278 |
|
0.90000 |
0.07233 |
10.97812 |
249.94129 |
|
1.00000 |
0.08929 |
13.55346 |
308.59375 |
|
1.10000 |
0.10804 |
16.39990 |
373.42015 |
|
1.20000 |
0.12857 |
19.51743 |
444.42049 |
|
1.30000 |
0.15089 |
22.90604 |
521.59478 |
|
1.40000 |
0.17499 |
26.56575 |
604.94301 |
|
1.50000 |
0.20088 |
30.49654 |
694.46519 |
|
1.60000 |
0.22856 |
34.69843 |
790.16131 |
|
1.70000 |
0.25802 |
39.17140 |
892.03137 |
|
1.80000 |
0.28926 |
43.91546 |
1000.07537 |
|
1.90000 |
0.32229 |
48.93061 |
1114.29332 |
|
2.00000 |
0.35711 |
54.21685 |
1234.68521 |
Для определения переходных процессов регуляторов исходя из графика Д-разбиения выбираем координаты точки К0=0.00091; К1=0.13454; К2=2.98252
Далее строим кривую переходного процесса для ПИ-регулятора. Для этого задаем точки К0=0.00091; К1=0.13454; К2=0.00000 (см. рисунок 7).
Таблица 6 - Показатели качества ПИ - регулятора:
Параметры |
Значения |
|
Статическая ошибка |
0,518651043163903 |
|
Установившееся значение |
0,481348956836097 |
|
Амплитуда А1 |
0 |
|
Амплитуда А2 |
0 |
|
Перерегулирование |
0 |
|
Степень затухания |
1 |
|
Время регулирования |
19,6 |
Рисунок 7 - Кривая переходного процесса для ПИ-регулятора.
Далее строим кривую переходного процесса для ПИД-регулятора. Для этого задаем точки К0=0.00091; К1=0.13454; К2=2,98252(см. рисунок 8).
Таблица 7 - Показатели качества ПИД - регулятора:
Параметры |
Значения |
|
Статическая ошибка |
0,387748293388044 |
|
Установившееся значение |
1,38774829338804 |
|
Амплитуда А1 |
0 |
|
Амплитуда А2 |
0 |
|
Перерегулирование |
0 |
|
Степень затухания |
1 |
|
Время регулирования |
19,2 |
Рисунок 8 - Кривая переходного процесса для ПИД-регулятора.
Строим кривую переходного процесса И-регулятора. Для этого задаем коэффициенты К0=0.00091, K1=0, K2=0(см. рисунок 9).
Таблица 8 - Показатели качества И - регулятора:
Параметры |
Значения |
|
Статическая ошибка |
0,982593903709555 |
|
Установившееся значение |
0,017406096290444 |
|
Амплитуда А1 |
0 |
|
Амплитуда А2 |
0 |
|
Перерегулирование |
0 |
|
Степень затухания |
1 |
|
Время регулирования |
19,6 |
Рисунок 9 - Кривая переходного процесса для И-регулятора.
Строим кривую переходного процесса П-регулятора.
Для этого задаем коэффициенты K0=0, К1=0.13454, K2=0 (см. рисунок 10).
Таблица 9 - Показатели качества П - регулятора:
Параметры |
Значения |
|
Статическая ошибка |
0,535467795018375 |
|
Установившееся значение |
0,464532204981624 |
|
Амплитуда А1 |
0 |
|
Амплитуда А2 |
0 |
|
Перерегулирование |
0 |
|
Степень затухания |
1 |
|
Время регулирования |
19,6 |
Рисунок 10 - Кривая переходного процесса для П-регулятора.
Статическая ошибка - разность между предписанным и действительным значением управляемой величины в установившемся режиме.
Статическая ошибка - П, И, ПИ, ПИД-регуляторов:
П-регулятора - 0,535467795018375
И-регулятора -0,982593903709555
ПИ-регулятора -0,518651043163903
ПИД-регулятора -0,387748293388044
Лучший показатель на статическую ошибку у ПИД-регулятора.
Перерегулирование - максимальное отклонение управляемой величины от установившегося значения. Чем меньше перерегулирование, тем лучше. Время перерегулирования всех регуляторов равно нулю.
Время регулирования - время от момента воздействия до некоторого заданного наперед значения управляемой величины. Чем быстрее процесс установится, тем лучше.
Время регулирования - П, И, ПИ, ПИД-регуляторов:
П-регулятора - 19,6
И-регулятора - 19,6
ПИ-регулятора - 19,6
ПИД-регулятора - 19,2
ПИ, И-регуляторы не регулируются, следовательно использование в данной системе не возможно.
Лучшие показатели у ПИД-регулятора, П-регулятора время регулирование и систематическая ошибка больше чем у ПИД-регулятора.
Проанализировав графики и показатели качеств, можно смело сказать что наиболее лучшим регулятором для данной системы автоматического управления является ПИД-регулятор. Этому закону регулирования соответствует пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор ТП403.
ПИД-регулятор измеряет отклонение стабилизируемой величины от заданного значения (так называемой уставки) и генерирует управляющий сигнал, являющийся суммой трёх слагаемых, первое из которых пропорционально этому отклонению, второе пропорционально интегралу отклонения и третье пропорционально производной отклонения.
3 Выбор средств автоматизации
Выбирая датчики и вторичные приборы для совместной работы, следует обращать внимание на согласование выходного сигнала датчика и входного сигнала вторичного прибора.
3.1 Выбор главных элементов управления, их обоснование
3.1.1 Выбор термопары ТХА2388
Термопара является генераторным датчиком. Действие термопары основано на том, что в цепи, составленной из двух или более металлических проводников из различных материалов, при неодинаковой температуре точек их соединения (спаев) возникает термоЭДС, величина которой зависит от разности этих температур. Горячий спай термопары помещается в среду, температуру которой надо измерить, при этом холодный спай находится в среде с комнатной температурой (желательно постоянная). Мощность выходного сигнала термопар очень мала; увеличить ее можно посредством увеличения массы спая, но при этом увеличиться и инерционность датчика, что нежелательно, поэтому термопары, как правило, работают с усилителями.
Рисунок 11 - Общий вид термопары ТХА2388.
Назначение: Для измерения температуры газообразных, жидких, химически не агрессивных, а также агрессивных сред, не разрушающих защитную арматуру.
3.1.2 Выбор программного терморегулятора ТП403
Программный терморегулятор ТП403 обеспечивает:
- Высокую точность поддержания температуры до 1°С.
- Широтное управление тиристорными и симисторными прерывателями с коммутацией в нулях питающего напряжения.
- Управление нагревом с произвольной схемой соединения электронагревателей в одно- и трехфазных печах.
- Предварительную задержку нагрева в начале каждой программы (при необходимости).
- Программирование срабатывания 4-х дополнительных выходов на любом участке термической программы.
- Коммутацию внешней сигнализации и силовых устройств по достижении установленной пользователем аварийной температуры.
- Одновременную цифровую индикацию всех значений текущих параметров: температуры, времени, номера выполняемой программы, номера участка этой программы и выходной мощности.
- Ввод и долговременное хранение программ общим объёмом до 100 участков. Задание параметров участка программы: температуры с шагом 1°С и времени (нагрева-охлаждения-выдержки) с шагом 1 сек или 1 мин.
- Индикацию типа участка (нагрев-охлаждение-выдержка) в автоматическом режиме работы.
- Возобновление выполнения программы в автоматическом режиме при кратковременном пропадании питающего напряжения.
- Звуковые сигналы при включении и выключении, смене участка, обрыве термопары и перегреве печи.
Рисунок 12 - Общий вид программного терморегулятора ТП403.
3.2 Выбор вспомогательных элементов управления, их обоснование
3.2.1 Выбор реле промежуточного РПЛ1220
Реле предназначены для применения в качестве комплектующих изделий в стационарных установках, в основном в схемах управления электроприводами при напряжении до 440В постоянного тока и до 660 В переменного тока частотой 50 и 60 Гц. Реле пригодны для работы в системах управления с применением микропроцессорной техники при шунтировании включающей катушки ограничителем ОПН или при тиристорном управлении. При необходимости на промежуточное реле может быть установлена одна из приставок ПКЛ и ПВЛ. Промежуточные реле исполнения М допускают также установку одной или двух приставок боковых ПКБ. Номинальный ток контактов - 16А.
Рисунок 13 - Общий вид реле промежуточного РПЛ1220.
Таблица 10 - Технические характеристики РПЛ 1220
Параметры |
Значения |
|
Номинальное напряжение по изоляции, В |
660 |
|
Номинальный ток главной цепи, А |
16 |
|
Номинальное напряжение втягивающей катушки, В |
24 - 600 В частоты 50Гц 36- 440 В частоты 60Гц |
|
Мощность, потребляемая катушкой пускателя (рабочая/пусковая, В,А) |
8±1.4/68±8 |
|
Номинальный рабочий ток, А (категория применения АС - 11 при напряжениях 380, 660 В) |
0.78; 0.5; 0.3 |
|
Износоустойчивость (механическая/коммутационная) при исполнении по износоустойчивости А,Б млн.циклов |
20/3; 20/1.6 |
|
Максимальная частота включений (без нагрузки/с нагрузкой), включений в час |
3600/1200 |
|
Габаритные/установочные размеры, мм (винтовое крепление) |
67х44х74.5/50х35 |
|
Габаритные/установочные размеры, мм (крепление на стандартные рейки ) |
69.5х44х79.5/35 |
|
Масса, кг, не более (винтовое крепление/крепление на стандартную рейку) |
0.32/0.35 |
3.2.2 Выбор автоматического выключателя А 63 М
Выключатели А63 (А 63) предназначены для проведения тока (постоянного и переменного) в нормальном режиме и отключения тока при перегрузках и коротких замыканиях, с замедлением в зоне перегрузок (обозначение МГ) или без замедления (обозначение М), а также для оперативных включений и отключений электрических цепей.
Основное назначение выключателей А63 - защита кабелей и проводов, а также электродвигателей. При правильно выполненной системе заземления выключатели предотвращают поражение человека электрическим током при косвенных прикосновениях. Выключатели выпускаются в исполнениях постоянного или переменного тока.
Рисунок 14 - Общий вид автоматического выключателя А63М.
Таблица 11 - Технические характеристики А63
Параметры |
Значения |
|
Тип исполнения |
А63-МУ3, А63-МТ3, А63-МХЛ3 А63С-МУ3, А63С-МГ3, А63С-МХЛ3 |
|
Номинальное напряжение |
380 В, 50 и 60 Гц переменного тока или 110 В постоянного тока |
|
Номинальные токи расцепителей In, А |
0,6; 0,8; 1,0; 1,25; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0 |
|
Кратность I / In тока уставки мгновенного срабатывания |
40 |
|
Износостойкость: общая, циклов ВО |
1,3; 2; 5; 10 1,3 |
|
Коммутационная, циклов ВО |
16000 |
|
Предельная коммутационная способность, кА: |
8000 |
|
Параметры |
Значения |
|
в цепи переменного тока 220 В |
3,5 |
|
в цепи переменного тока 380 В |
1,8 |
|
в цепи постоянного тока 110 В |
2,5 |
3.2.3 Выбор магнитного пускателя ПМЛ-2100
Пускатели электромагнитные серий ПМЛ и ПМЛН общепромышленного применения изготавливаются в пяти габаритах на номинальный коммутируемый ток от 9 до 95А. Пускатели предназначены для работы в электрической сети переменного тока частотой 50 Гц и напряжением до 660В.
Рисунок 15 - Общий вид магнитного пускателя ПМЛ-2100.
Таблица 12 - Технические характеристики ПМЛ-2100
Параметры |
Значения |
|
Номинальный ток главной цепи, А |
25 |
|
Напряжение катушки, В |
24, 36, 110, 220, 380 |
|
Назначение пускателя |
нереверсивный |
|
Исполнение |
без оболочки |
|
Степень защиты |
IP00 |
|
Наличие теплового реле |
без реле |
|
Наличие кнопок управления |
без кнопок |
|
Параметры |
Значения |
|
Число вспомогательных контактов |
13 |
|
Габаритные размеры, мм |
80,6 x 56 x 94,1 |
|
Масса, кг |
1,0 |
3.2.4 Выбор универсального переключателя УП-5313
Переключатели универсальные (УП) предназначены для коммутации электрических цепей управления и автоматики, для ручного переключения полюсов многоскоростных асинхронных электродвигателей малой мощности, а также в качестве переключателей электроизмерительных приборов.
Рисунок 16 - Общий вид универсального переключателя УП-5313.
Таблица 13 - Технические характеристики УП-5313
Параметры |
Значения |
|
Номинальный ток, А |
16 |
|
Номинальное напряжение, частотой 50 и 60 Гц, В. |
||
- постоянного тока |
440 |
|
- переменного тока |
380 |
|
Износостойкость, циклов ВО |
||
-механическая до 8 секций |
1000000 |
|
-механическая свыше 8 секций |
630000 |
|
-коммутационная |
200000 |
3.2.5 Выбор сигнальной арматуры АМЕ24
Арматура светосигнальная серий АЕ и АМЕ предназначена для работы в цепях световой индикации в стационарном оборудовании (шкафах, щитах, пультах и т.п.) для световой сигнализации состояния электрических сетей (предупреждающей, аварийной, положения и т.д.).
Рисунок 17 - Общий вид арматуры сигнальной АМЕ24.
Таблица 14 - Технические характеристики АМЕ24
Параметры |
Значения |
|
Тип |
коммутаторный КМ-24 |
|
Номинальное напряжение питания |
24 В |
|
Мощность |
не более 3.5 Вт |
|
Род тока |
постоянный и переменный частотой 50 Гц |
|
Сопротивление электрического контакта |
от -60 С до +100 С |
|
Повышенная относительная влажность |
0.1 Ом в нормальных климатических условиях |
|
0.2 Ом в условиях повышенной/пониженной температуры окружающей среды |
||
Сопротивление изоляции |
не менее 19 МОм |
|
Режим свечения арматуры |
постоянный |
|
Масса |
0.014 кг |
3.2.6 Выбор автоматического выключателя АЕ 2063
Трёхполюсные выключатели с электромагнитной (для АЕ 2063) и комбинированной (электромагнитной и тепловой для АЕ 2066) защитами. ТУ 16-522.148-80
Выключатели автоматические серии АЕ 2063 предназначены:
ѕ для защиты электрических цепей от токов перегрузки и токов короткого замыкания;
ѕ для оперативных включений и отключений электрических цепей с частотой до 30 включений в час;
ѕ для встраивания в комплектные устройства.
Рисунок 18 - Общий вид автоматического выключателя АЕ 2063.
Таблица 15 - Технические характеристики АЕ 2063
Параметры |
Значения |
|
номинальный ток, А |
16,0-250,0 |
|
напряжение, В |
660 |
|
количество полюсов, шт. |
3 |
|
габариты, мм |
211x112x110 |
|
масса, кг |
2,32 |
3.2.7 Выбор резистора ПЗВ
Рисунок 19 - Общий вид резистора ПЗВ.
Резисторы позволяют контролировать значения токов и напряжений в электрической цепи. Резисторы обеспечивают режим смещения транзистора в усилителе электрических сигналов. Измеряя напряжение на резисторе, можно регулировать токи эмиттера и коллектора транзистора. С помощью резисторов выполняются делители токов и напряжений в измерительных приборах.
Электрические характеристики резистора в значительной мере определяются материалом, из которого он изготовлен, и его конструкцией.
3.2.8 Выбор транзистора КТ815
Транзисторы КТ815 - кремниевые, мощные, низкочастотные, структуры - n-p-n. Применяются в усилительных и генераторных схемах. Корпус пластмассовый, с гибкими выводами. Масса - около 1 г. Маркировка буквенно - цифровая, на боковой поверхности корпуса, может быть двух типов. Кодированная четырехзначная маркировка в одну строчку и не кодированная - в две. Первый знак в кодированной маркировке КТ815 цифра 5, второй знак - буква, означающая класс. Два следующих знака, означают месяц и год выпуска. В не кодированной маркировке месяц и год указаны в верхней строчке. На рисунке ниже КТ815.
Рисунок 20 - Общий вид транзистора КТ815.
Таблица 16 - Технические характеристики КТ815
Параметры |
Значения |
||
Коэффициент передачи тока транзисторов КТ815А |
от 30 |
||
Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер: |
25 в |
||
Максимальный ток коллектора |
1,5 А постоянный |
||
3 А - импульсный |
|||
Рассеиваемая мощность коллектора |
10 Вт на радиаторе |
||
1 Вт - без |
|||
Обратный ток коллектора. При напряжении коллектор-база 40 в |
50 мкА |
||
Сопротивление базы. |
При напряжении эмиттер-база 5в |
ток коллектора 5 мА |
|
на частоте 800 кГц |
не более 800 Ом |
||
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер |
При коллекторном токе 0,5А |
не более 0,6 в |
|
При базовом 0,05А |
|||
Напряжение насыщения база-эмиттер |
При коллекторном токе 0,5А |
не более 1,2 в |
|
При базовом 0,05А |
|||
Граничная частота передачи тока |
3 МГц |
3.2.9 Выбор конденсатора MБГО-2
Конденсатор МБГО-2 10мкФ±20% 500В (аналог) металлобумажный, герметизированный. Предназначен для формирования мощных импульсов тока разряда в нагрузке, обладает высокой энергоемкостью. Выпускаются в металлических прямоугольных корпусах, герметизированных пайкой, с лепестковыми выводами. Номинальное напряжение 500В, номинальная емкость 10мкФ.
Рисунок 21 - Общий вид конденсатора МБГО-2.
Таблица 17 - Технические характеристики МБГО-2
Параметры |
Значения |
|
Типоразмер корпуса отечественный |
МБГО-2(MBGO-2) |
|
Минимальная наработка часов |
20 000 |
|
Вид приемки |
"1" |
|
Материал корпуса |
металл |
|
Герметичность |
герметизированный |
|
Конструкция выводов,контактов |
лепесток |
|
Метод монтажа |
Механический |
|
Кратность отгрузки |
1 |
|
Габаритные размеры L*W*H mm |
60х59х15 |
|
Длина выводов |
15 mm |
|
Параметры |
Значения |
|
Масса изделия gr |
59,98 |
|
Английская транскрипция |
MBGO-2 10µF±20% 500V |
|
Интервал рабочих температур, °C |
от -60 до +60 |
|
Номинальное напряжение |
500 V |
|
Номинальная емкость |
10 µF |
|
Допустимое отклонение емкости |
±20 % |
3.2.10 Выбор тиристора Т 152-80-10
Рисунок 22 - Общий вид тиристора Т 152-80-10.
Тиристор - полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости.
Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров - управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства.
Максимально допустимый средний ток в открытом состоянии - 80А
Основные особенности:
- Герметичные металлокерамические корпуса
- Таблеточная конструкция для двухстороннего охлаждения
- Внутреннее усиление сигнала управления
- Низкое время включения
3.2.11 Выбор диода КД226В
Рисунок 23 - Общий вид диода КД226В.
Предназначены для преобразования переменного напряжения частотой до 35 кГц. Диод КД 226В относится к классу "Выпрямительные диоды мощности".
Диоды широко используются для преобразования переменного тока в постоянный (точнее, в однонаправленный пульсирующий). Диоды применяются для защиты устройств от неправильной полярности включения, защиты входов схем от перегрузки, защиты ключей от пробоя ЭДС самоиндукции, возникающей при выключении индуктивной нагрузки и т. п.
4 Размещение средств автоматизации
4.1 Монтаж средств автоматизации
4.1.1 Монтаж щита
Щиты и пульты устанавливают в соответствии с проектными решениями и требованиями СНиП 3.05.07-85. В современных условиях индустриального монтажа щиты и пульты поставляют на строящийся объект в законченном для установки виде: на них смонтирована аппаратура. Вместе с щитами и пульта...
Подобные документы
Определение параметров объекта регулирования. Выбор типового регулятора АСР и определение параметров его настройки. Построение переходного процесса АСР с использованием ПИ-регулятора. Выбор технических средств автоматизации: датчики, контроллер.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 30.11.2009Основные приемы и технологический процесс производства деревянных панелей. Выбор аппаратных средств автоматизации системы управления линии обработки. Структурная схема системы управления технологическим процессом. Разработка системы визуализации.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 17.06.2013Разработка технологической схемы автоматизации электрообогреваемого пола. Расчет и выбор элементов автоматики. Анализ требований в схеме управления. Определение основных показателей надежности. Техника безопасности при монтаже средств автоматизации.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 30.05.2015Перечень средств автоматизации объекта. Выбор и монтаж закладных конструкций отборных устройств и первичных преобразователей. Схема внешних соединений. Технические требования к монтажу вторичных приборов. Расчет мощности двигателей типовых установок.
курсовая работа [49,7 K], добавлен 27.06.2015Автоматизация технологического процесса на ДНС. Выбор технических средств автоматизации нижнего уровня. Определение параметров модели объекта и выбор типа регулятора. Расчёт оптимальных настроек регулятора уровня. Управление задвижками и клапанами.
курсовая работа [473,6 K], добавлен 24.03.2015Выбор заготовки деталей с литниками. Анализ существующих методов и средств автоматизации процесса. Определение необходимого объема и параметров загрузочного и захватного устройств. Разработка циклограммы работы оборудования в автоматическом режиме.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 26.12.2014Основные элементы и характеристики печи АРП-16. Технические параметры системы контроля и управления нагревом. Разработка структуры автоматизации и алгоритма управления. Выбор программного обеспечения верхнего уровня. Математическое описание регулятора.
дипломная работа [1,0 M], добавлен 17.06.2017Значение автоматизации для увеличения эффективности производства. Комплексная автоматизация процессов химической технологии. Регулятор, расчет его настроек и выбор типового переходного процесса. Система автоматического управления по программе SamSim.
курсовая работа [536,7 K], добавлен 10.03.2011Анализ существующих типовых схем автоматики вентиляции производственных цехов. Математическая модель процесса вентиляции производственных помещений, выбор и описание средств автоматизации и элементов управления. Расчет себестоимости проекта автоматизации.
дипломная работа [5,9 M], добавлен 11.06.2012Проект автоматической системы управления технологическим процессом абсорбции оксида серы. Разработка функциональной и принципиальной схемы автоматизации, структурная схема индикатора. Подбор датчиков измерения, регуляторов и исполнительного механизма.
курсовая работа [4,7 M], добавлен 25.12.2010Обоснование автоматизации роботизированного технологического комплекса штамповки. Анализ путей автоматизации. Разработка системы и структурной схемы управления РТК. Выбор технических средств. Электромагниты, автоматические выключатели и источники питания.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 23.01.2014Обоснование эффективности автоматизации технологического комплекса медной флотации как управляемого объекта. Математическое моделирование; выбор структуры управления и принципов контроля; аппаратурная реализация системы автоматизации, расчет надежности.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 12.02.2013Предпосылки появления системы автоматизации технологических процессов. Назначение и функции системы. Иерархическая структура автоматизации, обмен информацией между уровнями. Программируемые логические контролеры. Классификация программного обеспечения.
учебное пособие [2,7 M], добавлен 13.06.2012Аппаратура технологического процесса каталитического риформинга. Особенности рынка средств автоматизации. Выбор управляющего вычислительного комплекса и средств полевой автоматики. Расчет и выбор настроек регуляторов. Технические средства автоматизации.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 23.05.2015Краткое описание технологического процесса, конструкция, режимы работы и технические характеристики центрального кондиционера. Выбор технических средств автоматизации, программного обеспечения и датчиков, расчет регулирующего и исполнительного механизма.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 26.05.2010Сравнительный анализ технических характеристик типовых конструкций градирен. Элементы систем водоснабжения и их классификация. Математическая модель процесса оборотного водоснабжения, выбор и описание средств автоматизации и элементов управления.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 04.09.2013Анализ состояния автоматизации технологического процесса обжига цементного клинкера. Требования к автоматизированным системам контроля и управления. Выбор технических средств автоматизации: датчик и регулятор температуры, исполнительный механизм.
курсовая работа [902,0 K], добавлен 14.10.2009Технические характеристики котельной. Приборы, монтаж и заземление средств автоматизации. Применяемая система контроля загазованности. Системы микропроцессорной автоматизации. Устройство и работа преобразователей. Программируемый логический контроллер.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 13.01.2018Необходимость организации и автоматизации складского учета на предприятии. Разработка и проектирование АСУП на предприятии. Классификация автоматизированных систем управления: по типу производства, принимаемого решения. Технические характеристики.
реферат [28,5 K], добавлен 11.02.2008Описание работы технологической линии. Требования к системе управления. Разработка алгоритма системы автоматического управления линией. Разработка полной принципиальной электрической схемы. Выбор средств автоматизации и разработка щита управления.
курсовая работа [362,3 K], добавлен 10.09.2010