Автоматизация процесса измельчения и классификации золотосодержащих руд

Для обработки сигналов, поступающих с объекта управления, необходимо выбрать модули ввода/вывода. В данном технологическом процессе требуется: модуль дискретного ввода S7 321 на 16 каналов; модуль дискретного вывода S7 322 на 16 канала; 2 модуля аналогового ввода сигналов SM 331 по 8 и по 32 канала.

Для организации обмена данными с компьютерами верхнего уровня контроллер подключен в сеть Ethernet с помощью модулей коммуникационных процессоров СР4 Все функции по программированию контроллеров реализованы в стандартном инструментальном программном пакете STEP 7 Professional фирмы Siemens, выполняющем следующие основные функции:

· составление технологических программ на языках STL, LAD и FBD стандарта технологического программирования EN 6.1131-3, включая функции автоматического регулирования по ПИД - закону;

· составление технологических программ на языке S7-SCL (язык высокого уровня), соответствующему стандарту EN 6.1131-3;

· конфигурирование и определение параметров аппаратных средств;

· задание параметров связи с контроллером;

· программирование контроллера - загрузка технологической программы;

· отладка технологических программ в реальном времени в контроллере;

· тестирование технологических программ в имитационном режиме;

· просмотр данных контроллера и определение причин сбоев в работе программы.

Модуль центрального процессора CPU 314 C является управляющим центром МК, имеет 48 Кбайт рабочей памяти (RAM), а также место под модуль NVFlash-EPROM емкостью до 8 Мбайт, применяемый в качестве расширения рабочей памяти, которая служит для хранения и отладки программ.

Электропитание контроллеров осуществляется от сети ~220В через блоки питания с выходным напряжением +24В. Для ослабления влияния скачков в первичной сети питания контроллеров подключение
осуществляется через источник бесперебойного питания UPS Smart APC 1000 VA. Такая организация электропитания позволяет избежать сбоев в работе автоматизированной системы контроля и управления, связанных с кратковременным отключением подачи электроэнергии, просадки питания при запуске мощного технологического оборудования или помех в сети при работе различных электротехнических аппаратов.

Блоки питания Sitop Power 24B (10 A) предназначены для формирования выходного напряжения 24 В, необходимого для питания центрального процессора и модулей контроллера Simatic S7-300.

Подача напряжения для сухих контактов осуществляется в каждом шкафу от отдельного блока питания с гальванической развязкой, вырабатывающего стабилизированное напряжение +24В с током до 5А.

Предусмотрена установка компьютер оператора измельчения. На компьютере установлена операционная система «MS Windows XP Professional», «MS Office 2007», на сервере «MS Windows Server 2003 Standard». Компьютер и контроллер объединены в локальную сеть Ethernet со скоростью передачи до 100Мбит/с. Сетевые взаимодействия осуществляются по протоколу TCP/IP.

Функции программного обеспечения верхнего уровня промышленной автоматизации выполняет комплекс приложений WinCC.

Комплекс программ WinCC на операторских компьютерах выполняет следующие основные функции: приём данных о технологическом процессе от драйвера контроллера и запись в базу данных с использованием заданных параметров архивирования;регистрация и просмотр событий о технологическом процессе по заданным фильтрам в базе данных; визуализация технологического процесса на экране монитора в виде мнемосхем и трендов; автоматическое формирование отчётных документов в формате WinCC и Excel.

Перечень выбранных блоков МПК:

- Модуль центрального процессора CPU 314;

- Модуль блока питания SITOP;

- Модуль ввода дискретных сигналов S7 321;

- Модуль ввода аналоговых сигналов SM 331 ;

- Модуль вывода аналоговых сигналов S7 332;

- Модуль подключения внешнего питания KL9210.

2.5 Выбор ЭВМ

Обработанная в контроллерах информация передается на станцию оператора и станцию инжиниринга.

Станция оператора - выполнена на базе персонального компьютера в комплекте с цветным графическим LCD монитором с диагональю 21 дюйм, офисной клавиатурой и манипулятором типа "мышь".

Основные характеристики:

- процессор - Athlon 64 X2 5000 + EE;

- материнская плата ASUSTeK M2N-X Plus <RET> (nForce 430 MCP, 2*DDR-II 800, PCI-E 16X+2*1X+3*PCI, звук HDA 5.1, S/PDIF-out coax, net, 1*PATA+4*SATA-II RAID 0+1/5, ATX);

- оперативная память - 1024 Mb;

- видеокарта - PCI-E 256Mb ATI Radeon HD3650;

- винчестер - HDD SATA 250 Gb Seagate/Maxtor;

- источник бесперебойного питания UPS 3000 BA;

- принтер лазерный.

Станция оператора предназначена для управления технологическим процессом, обработки и отображения оперативных данных от УСО, производства вычислительных функций, создания протоколов сообщений и выходных рабочих документов, а также накопления архивной информации, хранящейся на жестком диске.

На мониторе станции оператора отображается и фиксируется весь технологический процесс с контролем и регулированием. Территориально станция оператора располагается в помещении КИП. Станция инжиниринга - на базе персонального компьютера в комплекте с цветным графическим LCD монитором с диагональю 21 дюйм, офисной клавиатурой и манипулятором типа "мышь".

Основные характеристики:

- процессор - Athlon 64 X2 5000 + EE;

- материнская плата ASUSTeK M2N-X Plus <RET> (nForce 430 MCP, 2*DDR-II 800, PCI-E 16X+2*1X+3*PCI, звук HDA 5.1, S/PDIF-out coax, net, 1*PATA+4*SATA-II RAID 0+1/5, ATX);

- оперативная память - 1024 Mb;

- видеокарта - PCI-E 256Mb ATI Radeon HD3650;

- винчестер - HDD SATA 250 Gb Seagate/Maxtor;

Станция инжиниринга предназначена для внесения изменений и перенастройки как системы верхнего, так и нижнего уровня. Кроме этого, станция инжиниринга реализует те же функции, что и станция оператора.

2.6 Структура и функции АСУ ТП измельчения и классификации

Под структурой АСУ ТП понимают совокупность частей (элементов) системы, на которые ее можно разбить по определенным признакам, и путей передачи сигналов между ними.

Общие требования, реализуемые системой:

- обеспечение совместимости в локальных вычислительных сетях;

- применение оборудования с длительной наработкой на отказ;

- использование сертифицированных технических средств серийного производства;

- применение технологии CiR, позволяющей работать без останова при отказе элементов системы и производить их замену без останова работы контроллера;

- система диагностики непрерывно контролирует состояние системы и фиксирует все ошибки и специфические события (замена модулей, холодный перезапуск, останов и т.д.), диагностическая информация накапливается в кольцевом буфере;

- применение источников бесперебойного питания, снижающих помехи из сети и обеспечивающих работу системы до 15 минут при отсутствии питания;

- резервирование основных элементов системы.

Система автоматизации отделения измельчения и классификации обеспечивает выполнение следующих основных задач:

Поддержание параметров технологического процесса в заданных пределах, отображение и регистрацию текущих параметров, отклонение параметров от нормы;

Учёт переработки руды, расхода воды и пульпы, обращающихся в технологическом процессе;

Учёт времени работы механизмов;

Своевременное определение аварийных и предаварийных ситуаций и оповещение об этом технологического персонала;

Долговременное хранение истории технологического процесса на носителях информации.

Автоматизация системы управления технологическим процессом измельчения и классификации предусматривается иерархически в трехуровневом режиме.

Нижний уровень реализуется приборами и аппаратными средствами по месту и на местных щитах. Он предусматривает:

Контроль следующих параметров:

- расхода руды в мельницы МШР и ММС;

- нагрузки мельниц;

- протока масла мельниц;

- температура коренных подшипников мельниц;

- температура подшипников вал-шестерни мельниц.

Регулирование следующих параметров:

- плотность слива классификатора.

Сигнализация:

- предпусковая световая и звуковая сигнализации перед началом запуска мельниц, классификаторов и конвейеров.

Блокировки:

- защитно-блокирующие системы для контроля запуска мельниц, классификаторов и отсадочных машин.

Задача блокировок состоит в том, чтобы осуществлять запрет на выполнение различными агрегатами команд, которые могут привести к аварии или нарушению технологического процесса.

Второй уровень организуется в операторских пунктах с выходом по интерфейсу в общую сеть. Ко второму уровню также относится отдел информационных технологий, который является общим для всех цехов фабрики. Принцип построения АСУ ТП принят локальный, по каждым корпусам и отделениям с передачей информации в общую информационную сеть.

Третий уровень является автоматизированными рабочими местами административно-производственного персонала (АРМ АПП).

Проектом предусмотрена организация рабочего места оператора, с выносом на мнемосхему всех цепочек технологической линии отделения измельчения и классификации. АРМ оператора подключается к общей информационной сети фабрики, центральный сервер которой соединен с сервером ГОКа, обеспечивающим выход в сеть Internet.

На рисунке 6 приведена структура АСУ ТП отделения измельчения и классификации золотосодержащей руды.

1.1,1.2 Датчики давления масла в мельнице ММС(манометр ДМ2005Сг);

1.3 Датчик давления масла в мельнице МШР (манометр ДМ2005Сг);

1.4-1.5 Реле протока масла в маслостанции мельницы ММС (РПИ-25Р-1);

1.8-1.9 Реле протока масла в маслостанции мельницы МШР (РПИ-25Р-1);

1.11 - 1.18 Датчик температуры коренных подшипников мельницы ММС (термометр сопротивления ТС1288/1/50М, 300мм);

1.18-1.25 Датчик температуры коренных подшипников мельницы МШР (термометр сопротивления ТС1288/1/50М, 300мм);

1.26,1.27 Датчик температуры подшипников вал-шестерни мельницы ММС (термометр сопротивления ТС1288/1/50М, 160мм);

1.27,1.28 Датчик температуры подшипников вал-шестерни мельницы МШР (термометр сопротивления ТС1288/1/50М, 160мм);

1.29,1.30 Датчик температуры масла мельницы ММС (термометр сопротивления ТС1288/1/50М, 200мм);

1.31 Датчик температуры подшипников вал-шестерни мельницы ММС (термометр сопротивления ТС1288/1/50М, 200мм);

1.32 Тензодатчик измерения веса руды (весы конвейерные ВК-2М);

1.33 Датчик скорости движения конвейерной ленты (весы конвейерные ВК-2М);

1.34 Датчик плотности слива классификатора КСН 24(буек, тензометрический датчик силы ТДС-1А);

2.1 ИМ для регулирования расхода воды в классификатор (механизм электроисполнительный однооборотный фланцевый МЭОФ-40/63-0,63У-96-У2);

3.1 Блок управления электродвигателем реверсивный БУЭР 1-30-00 КГЖТ.421457.002ТУ;

4.1,4.2 Преобразователи измерительные переменного тока Омь-4 для контроля нагрузки мельниц;

4.3 Преобразователь микропроцессорный ВМП-1А для преобразования сигнала датчика плотности слива классификатора;

4.4 Регулятор конвейерных весов ВК-2М;

4.5 Блок управления релейного регулятора БУ-21;

5.1,5,2,5.3 Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР2М для конвейеров;

5.4-5.8 Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР2М для отсадочных машин;

5.9,6 Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР2М для мельниц;

6.1,6.2 Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР2М для классификаторов.



Рисунок 7 - Структура АСУ ТП измельчения и классификации

2.7 Описание функциональной схемы автоматизации процесса измельчения и классификации золотосодержащей руды

Все выбранные средства автоматизации представлены на функциональной схеме автоматизации процесса измельчения и классификации.

Система контроля расхода руды в мельницу мокрого самоизмельчения ММС 70х23 устроена следующим образом. Расход руды на ленточных конвейерах измеряется с помощью весов конвейерных тензометрических ВК-2М, имеющих в своем составе тензодатчик для измерения массы и датчик скорости , для измерения скорости движения конвейерной ленты. Затем измеренное значение расхода руды передаётся в виде унифицированного токового сигнала с регулятора конвейрных весов на МПК Simatic S7-300, где он преобразуется и поступает на панель оператора.

Контроль параметров масла, подаваемого в привод мельниц ММС и МШР, осуществляется набором следующих средств автоматизации. Контроль давления масла в маслостанции осуществляется датчиком давления ДМ2005Cr, контроль температуры масла осуществляется термометром сопротивления ТС1288. Контроль наличия протока масла осуществляется реле протока РПИ-25Н-I. Измеренные значения передаются в виде унифицированных токовых сигналов 0-5 мА и 4-20 мА на аналоговый вход МПК Simatic S7-300.

Контроль температуры масла в маслостанции мельниц ММС и МШР осуществляется термометрами сопротивления ТС1288. Измеренные значения температуры передаются в виде унифицированных токовых сигналов 0-5 мА и 4-20 мА на аналоговый вход МПК Simatic S7-300.

Контроль температуры коренных подшипников и подшипников вал-шестерни мельниц ММС и МШР осуществляется термометрами сопротивления ТС1288. Измеренные значения температуры передаются в виде унифицированных токовых сигналов 0-5 мА и 4-20 мА на аналоговый вход МПК Simatic S7-300.

При превышении предельной температуры (55°) коренных подшипников, подшипников вал-шестерни мельниц или температуры масла в маслостанции, срабатывает блокировка с электроприводом мельницы, с дискретного выхода МПК поступает сигнал на вход пускателя ПБР2М для остановки двигателя.

Контроль нагрузки мельниц осуществляется посредством измерительного преобразователя переменного тока Омь-4, затем сигнал с преобразователя в виде унифицированного сигнала поступает на дискретный вход МПК Simatic S7-300.

Для управления работой конвейеров, отсадочных машин МОД-2М и классификаторов КСН24-Б применяются пускатели бесконтактные реверсивные, типа ПБР-2М. Осуществляются два режима работы (включено, выключено). Пускатель бесконтактный реверсивный типа ПБР-2М предназначен для бесконтактного управления механизмами. Например при включении пускателя в поз. 23-1 происходит запуск электродвигателя, который впоследствии приводит в работу классификатор поз. 4.

Система автоматического регулирования плотности слива классификатора КСН 24 (поз. 25-1) работает следующим образом. Сигнал, пропорциональный плотности слива классификатора, от тензометрического датчика силы ТДС-1А (поз. 25-1) поступает на преобразователь-ВМП-1А. Далее сигнал поступает на аналоговый вход программируемого контроллера SIMATIC S7-300. C дискретного выхода контроллера сигнал поступает на блок релейного регулятора БУ-21(поз. 25.3), предназначенный для ручного переключения управления с автоматической на ручное управление и для коммутации цепей ручного управления. При поступлении сигнала на аналоговый вход контроллера происходит его преобразование и сравнение с заданным значением. Если измеренное значение больше или меньше необходимого значения 1,18 г/см3, то вырабатывается управляющее воздействие, которое поступает на вход электроисполнительного механизма МЭОФ-40/63 (поз.25-5), который приводит в движение дисковый поворотный затвор Гранвэл (поз. 25-6) в ту или иную сторону в зависимости от вида управляющего воздействия, изменяя таким образом расход воды в песковые желоба классификатора, тем самым регулируя плотность слива на выходе классификатора.

3. Специальная часть. Расчет автоматической системы регулирования плотности слива классификатора КСН 2

В данном разделе выполнен расчёт автоматической системы регулирования плотности слива классификатора КСН-24.

3.1 Идентификация спирального классификатора КСН-24 как объекта управления по каналу регулирования плотности слива

Расчёт ведётся при внешнем ступенчатом возмущающем воздействии амплитудой ДXвх = 0,5 мА.

Экспериментальные данные приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Ординаты экспериментальной кривой разгона при ДXвх = 0,5 мА

t, с	Дс,
0	0
7,5	0
15	0,005
30	0,04
45	0,075
60	0,096
75	0,11
90	0,122
105	0,123
120	0,1232

График возмущающего воздействия X(t) и кривая разгона объекта - плотность слива классификатора ?H(t), представлены на рисунке 8 и 9.



Рисунок 8 - Возмущающее воздействие

Рисунок 9 - Экспериментальная кривая разгона объекта

Единичная с0(t) и нормированная сН(t) переходные функции определяются по следующим формулам:

с0(t) = с(t) / A, (3.1)

сН(t) = с0(t) / с0(Tу), (3.2)

где A - скачкообразное возмущающее воздействие, при котором снята переходная характеристика (А = 0,5 мА);

Tу - время переходного процесса;

с0(Tу) - установившееся значение переходной характеристики (с0(Tу) =0,2464 .

Результаты расчётов единичной и нормированной переходных функций сведены в таблицу 8.

Таблица 8 - Ординаты единичной и нормированной переходных функций

t, с	Дс0,	ДсН
0	0	0
7,5	0	0
15	0,01	0,04058
30	0,08	0,32467
45	0,15	0,6088
60	0,192	0,7792
75	0,22	0,8929
90	0,244	0,9906
105	0,246	0,9984
120	0,2464	1

На рисунке 10 приведена единичная переходная характеристика, а на рисунке 11 - нормированная переходная характеристика.

Рисунок 10 - Единичная переходная характеристика



Рисунок 11 - Нормированная переходная характеристика

Из зависимости с0(t) находится величина коэффициента усиления объекта Kоб:

Kоб = с0(Tу) =0,2464. (3.3)

Определим динамические характеристики объекта при аппроксимации его последовательным соединением апериодического звена и звена запаздывания.

Транспортное запаздывание объекта определяется как отрезок времени (0; ), на котором выполняется неравенство:

0 сн(t) ,

где = (0,01..0,02) сн(tу).

Тогда по графику на рисунке 11 определяем = 11,5 с;

Дополнительное запаздывание д находится по формуле:

= , (3.4)

где:

= (0,1ч0,15) и = (0,7ч0,8);

и ;

(tБ, ) и (tА, ) - точки пересечения аппроксимированной и экспериментальной кривых разгона.

По графику на рисунке 11 определяем значения tА = 20 с при = 0,125 и tБ = 60 с при = 0,78.

Таким образом, дополнительное запаздывание будет:

= = 4,631 с.

Найдем общее запаздывание объекта по формуле:

об = + д; (3.5)

об=4,631 + 11,5 = 16,13 с.

Постоянная времени объекта определяется из следующего выражения:

= ; (3.6)

= 28,97 с.

Аппроксимирующая передаточная функция определяется по формуле:

W(p) = . (3.7)

Таким образом, аппроксимирующая передаточная функция имеет вид:

W(p)= .

Для определения точности аппроксимации экспериментальной переходной функции решением дифференциального уравнения первого порядка с запаздывающим аргументом рассчитываются ординаты аппроксимирующей кривой:

= (3.8)

Для определения среднеквадратической ошибки аппроксимации вычисляется отношение dAn:

= (3.9)

Результаты расчётов сведены в таблицу 9.

Таблица 9 - Ординаты переходных функций

t, с			dАп104
0	0	0	0
7,5	0	0	0
15	0,04058	0	16,4709479
30	0,32467	0,380425162	31,0804433
45	0,6088	0,630810571	4,85952795
60	0,7792	0,780009087	0,00621428
75	0,8929	0,868912818	5,73330707
90	0,9906	0,921888368	46,746446
105	0,9984	0,953455197	20,1793457
120	1	0,972265095	7,69224963

На рисунке 12 изображён график переходной характеристики при аппроксимации решением дифференциального уравнения первого порядка вместе с нормированной переходной характеристикой.

Рисунок 12 - Переходная характеристика при аппроксимации решением дифференциального уравнения и нормированная переходная характеристика.

По данным таблицы 5 рассчитывается среднеквадратичная ошибка аппроксимации по формуле (3.10)

(3.10)

Так как ошибка аппроксимации превышает 3%, необходимо осуществить аппроксимацию объекта последовательным соединением двух апериодических звеньев и звена запаздывания (решением дифференциального уравнения второго порядка с запаздывающим аргументом).

Передаточная функция будет иметь вид:

, (3.11)

где Kоб и об были найдены ранее.

Аппроксимация такой передаточной может быть выполнена по графикам, представленным на рисунке 13, на которых приведены зависимости T1* = T1 / t7 и T2*= T2 / t7 от t17* = t1 / t7.

Рисунок 13 - Зависимости относительных значений постоянных времени передаточной функции от относительного времени t17*

По кривой разгона на рисунке 11 находим времена t1 и t7, при которых ординаты переходной функции составляют 0,1 и 0,7 установившегося значения соответственно:

t1 = 7,5 c и t7 = 40,5 c.

Вычисляем относительное время t17 = t1/t7 = 7,5/40,5 = 0,185.

По графику на рисунке 11 определяем относительные значения постоянных времени:

с и с.

Определяем действительные значения постоянных времени:

с и с.

Передаточная функция будет иметь вид:

.

Для определения точности аппроксимации рассчитываются ординаты аппроксимирующей кривой:

Результаты расчётов сведены в таблицу 10.

Таблица 10 - Ординаты переходных функций

t, с			dАп104
0	0	0	0
7,5	0	0	0
15	0,04058	0	16,4709
30	0,32467	0,3538	8,4950
45	0,6088	0,6176	0,7824
60	0,7792	0,7775	0,0294
75	0,8929	0,8709	4,82968
90	0,9906	0,9251	42,4578
105	0,9984	0,9565	17,4908
120	1	0,97480	6,3504

На рисунке 14 изображён график переходной характеристики при аппроксимации решением дифференциального уравнения второго порядка вместе с нормированной переходной характеристикой.



Рисунок 14 - Переходная характеристика при аппроксимации решением дифференциального уравнения второго порядка и нормированная переходная характеристика

По данным таблицы 6 рассчитывается среднеквадратичная ошибка аппроксимации по формуле:

Погрешность аппроксимации удовлетворительная ( < 3%), поэтому окончательно принимаем аппроксимацию объекта дифференциальным уравнением второго порядка.

3.2 Выбор закона регулирования АСР плотности слива спирального классификатора

Показатели качества регулирования, определяемые технологическим процессом:

- ДXвх.макс. = 1,5 мА;

- время регулирования tр ? 95 с;

- динамическое отклонение Дс1 = 0,13 ;

- статическая ошибка Дсcт. = 0 ;

- требуемый характер переходного процесса - с минимумом интегрального квадратичного критерия.

Для выбора закона регулирования (типа регулятора) воспользуемся аппроксимацией объекта решением дифференциального уравнения первого порядка с запаздывающим аргументом.

Исходными данными для определения настроек регулятора являются:

- параметры объекта управления - Kоб = 0,2464 , Tоб = 28,97 с, фоб = 16,13 с;

- требования к качеству переходного процесса в АСР, приведенные выше.

Тип регулятора ориентировочно выбирается по отношению фоб/Tоб:

фоб/Tоб = 16,13/28,97 = 0,557 < 1,

следовательно, выбираем непрерывный регулятор.

Для получения требуемого качества переходного процесса (в пределах допустимых значений с1, tр и сcт) необходимо выбрать закон управления, для этого рассчитаем динамический коэффициент регулирования:

Rд = = = 0,352. (3.12)

Для переходного процесса с минимумом интегрального квадратичного критерия выбирается простейший закон управления, обеспечивающий значение Rд ниже расчетного. Для Rд = 0,352 и фоб/Tоб = 0,557 только ПИД-закон регулирования обеспечивает такое значение.

Далее необходимо провести проверку, обеспечит ли выбранный регулятор допустимое время регулирования. Для ПИД-закона регулирования , откуда время регулирования , что меньше допустимого времени регулирования tр = 95 c.

Выбранный закон управления гарантирует отсутствие статической ошибки, т.е. = 0.

Таким образом, окончательно выбираем ПИД-закон регулирования.

3.3 Определение настроек регулятора АСР плотности слива спирального классификатора

Расчёт настроек регулятора может выполняться следующими способами:

- графо-аналитическим на основе амплитудно-фазовой характеристики объекта и М-критерия (показателя колебательности);

- по расширенным амплитудно-фазовым характеристикам;

- по приближенным формулам;

- с помощью математического моделирования.

На практике настройки регуляторов определяют обычно по приближённым формулам (таблица 2.2 [2]), а затем производят их уточнение.

Настройки ПИД-регулятора по приближённым формулам для процесса с минимумом интегрального квадратичного критерия имеют следующие значения:

= 1,4 = 1,4 = 10,2 , (3.13)

= 1,3 = 1,3 16,13 = 20,97 с, (3.14)

= 0,5 = 0,516,13 = 8,065 с. (3.15)

Уточнение настроек регулятора произведём в среде MATLAB с помощью встроенного пакета Simulink. Модель автоматической системы регулирования в Simulink представлена на рисунке 15.

Рисунок 15 - Модель одноконтурной системы автоматического регулирования для оптимизации настроек ПИД-регулятора

Для задания настроек встроенного в Simulink ПИД-регулятора необходимо перевести значения времени интегрирования и времени предварения в значения коэффициентов интегральной и дифференциальной составляющих ПИД-закона регулирования:

- коэффициент пропорциональной составляющей Kп = Kр = 10,2;

- коэффициент интегральной составляющей Kи = Kр/Tи = 0,478 ;

- коэффициент дифференциальной составляющей Kд = Kр•Tд = 82,263 .

При задании в командной строке MATLAB значений коэффициентов составляющих закона регулирования:

>> Kp=10.2; Ki=0.478; Kd=82.263

и моделировании в Simulink получается переходной процесс, изображённый на рисунке 16.

Рисунок 16 - Переходной процесс при внешнем ступенчатом воздействии 0,5 мА при исходных настройках регулятора,

Для оптимизации настроек регулятора необходимо в блоке Signal Constraint задать ограничения на вид переходного процесса (рисунок 17), указать параметры Kp, Ki и Kd в качестве настраиваемых. После этого можно запустить процесс оптимизации.

Рисунок 17 - Оптимизация параметров регулятора в блоке Signal Constraint пакета Simulink Response Optimization

В результате получается переходный процесс, изображённый на рисунке 18.

Рисунок 18 - Переходной процесс при внешнем ступенчатом воздействии 0,5 мА при оптимальных настройках регулятора,

Для получения значений настроек регулятора в командной строке MATLAB вводится команда:

>>Кp,Ki,Kd.

В результате в рабочее окно будут выведены оптимизированные значения настроек регулятора:

Ki = 0.3454;

Kd = 59.3922;

Kp =10.2858.

В результате оптимизации были получены следующие настройки ПИД-регулятора:

- коэффициент усиления регулятора;

- время изодрома ;

- время предварения Tд = Kd/Kp = 5,818 с.

3.4 Проверка АСР плотности слива спирального классификатора на устойчивость

После определения настроек регулятора необходимо исследовать устойчивость АСР, а также определить запас устойчивости системы по модулю и по фазе, используя частотный критерий Найквиста. Для этого сначала рассчитывается амплитудно-фазовая характеристика (АФХ) объекта. Ее получают подстановкой р = j в передаточную функцию разомкнутой системы.

Построим АФХ разомкнутой системы, используя возможности ПП Mathcad.

Расчет в ПП Mathcad представлен ниже.

Рисунок 19 - АФХ разомкнутой системы

Годограф Найквиста не охватывает точку (-1; jw) на комплексной плоскости, поэтому система в замкнутом состоянии устойчива и имеет значительный запас устойчивости по амплитуде Да = 0,452 и по фазе Дг = 44 °.

3.5 Построение переходного процесса в АСР плотности слива спирального классификатора

Необходимо проверить правильность расчета и оптимизации настроек регулятора. Изменим настройки на 20 % в большую сторону (Kр = 12,343 , Ки = 0,4145 , Кд = 71,268 ) и в меньшую сторону (Kр =8,2286, Ки = 0,2832, Кд = 47,5138), и получим графики переходных процессов с измененными параметрами (рисунок 20).

Рисунок 20 - Проверка настроек регулятора на оптимальность: 1 - переходной процесс с оптимальными настройками регулятора, 2 - процесс с увеличенными настройками, 3 - процесс с уменьшенными настройками

Определим параметры переходного процесса при оптимальных настройках:

- максимальное динамическое отклонение:

, (3.16)

Дс1 = 0,046·0.5 = 0,023 ;

- перерегулирование ;

- статическая ошибка Gст = 0;

- время регулирования tр = 95 с.

Из графиков на рисунке 18 видно, что при уменьшении настроек регулятора увеличивается динамическое отклонение и время регулирования, при увеличении - уменьшается динамическое отклонение, время регулирования и перерегулирование увеличиваются. Отсюда делаем вывод, что при изменении параметров регулятора качество процесса регулирования ухудшается, но при этом система остается устойчивой, следовательно, найденные параметры регулятора оптимальны.

3.6 Проверка АСР плотности слива спирального классификатора на грубость

Зачастую параметры объекта управления изменяются во времени либо определены с ошибкой. В этих условиях необходимо проверять рассчитанную систему на нечувствительность (грубость, робастность) к возможным вариациям параметров системы для наихудших условий - увеличение коэффициента передачи Коб и запаздывания фоб объекта управления. Для этого оценивают возможные отклонения параметров объекта регулирования и проверяют систему регулирования с новыми параметрами на устойчивость путем построения переходного процесса. Переходные процессы с оптимальными настройками регулятора и с исходными параметрами объекта, с увеличенным Коб на 15 % и увеличенным фоб на 15 % приведены на рисунке 21.

Рисунок 21 - Переходные процессы с оптимальными настройками регулятора для проверки системы на грубость: 1- при исходных параметрах объекта (Коб = 0,2464, фоб = 11,5 с), 2 - при увеличенном на 15% Kоб (Kоб = 0,2834), 3 - при увеличенном на 15% фоб ( фоб = 13,23)

Из рисунка 21 видно, что при изменении коэффициента усиления и времени запаздывания качество процесса регулирования ухудшается, однако система остается устойчивой и, следовательно, является робастной (грубой) к изменениям параметров объекта.

Таким образом, в данном разделе проекта выполнен расчет АСР плотности слива спирального классификатора, выполнена аппроксимация объекта дифференциальным уравнением второго порядка с запаздывающим аргументом. На основании расчетов выбран ПИД-регулятор непрерывного действия, определены оптимальные настройки регулятора (, , Tд = 5,818 с.) и выполнена проверка настроек на оптимальность. Разработанная АСР исследована на устойчивость и робастность. Анализ устойчивости показал, что система обладает достаточным запасом по амплитуде и фазе (Да = 0,452 и по фазе Дг = 44 є), проверка на грубость доказала робастность системы к изменениям параметров объекта.

Заключение

спиральный классификатор плотномер тензометрический

В данном курсовом проекте рассмотрена автоматизация процесса измельчения и классификации золотосодержащей руды в условиях ООО.

Анализ технологии измельчения и классификации золотосодержащей руды позволяет сделать вывод о необходимости внедрения в данный процесс автоматизации с целью осуществления контроля и регулирования ряда параметров, что в свою очередь позволит добиться повышения безопасности данного производства и снизить его издержки.

В разделе «Автоматизация» сделан анализ процесса измельчения и классификации сульфидной золотосодержащей руды как объекта автоматизации, разработана трехуровневая структура АСУ ТП. Нижний уровень технических средств включает в себя приборы и аппаратуру контроля и регулирования. К среднему уровню относится АРМ оператора, реализующее функции контроля состояния основного оборудования, выбора режима управления, обработки сигналов, вывода информации о состоянии технологических объектов на экран монитора, накопления и передачи данны. В качестве микропроцессорного контроллера выбран Simatic S7-300. Микропроцессорный контроллер Simatic S7-300 объединен с центральной рабочей станцией в единую локальную вычислительную сеть и после начальной загрузки функционирует автономно, но может передавать и принимать информацию с верхнего уровня. Также в разделе выявлены основные контролируемые и регулируемые параметры. Сделан выбор и обоснование средств автоматизации данного процесса.

В специальной части курсового проекта произведен расчет АСР плотности слива спирального классификатора, в результате которого найдена передаточная функция объекта, выбран промышленный ПИД-регулятор непрерывного действия и найдены его оптимальные настройки (,, Tд = 5,818 с). Разработанная АСР исследована на устойчивость и робастность. Анализ устойчивости показал, что система обладает достаточным запасом по амплитуде и фазе (Да = 0,452 и по фазе Дг = 44є), проверка на грубость доказала робастность системы к изменениям параметров объекта.

Список использованных источников

1. СТО 4.2-07-2008 Система менеджмента качества. Общие требования к построению, изложению и оформлению документов учебной и научной деятельности. - Введ. впервые; дата введ. 01.07.2008. - Красноярск: ИПК СФУ, 2008. - 47с.

2. Лапаев И.И., Буралков А.А. Автоматизация технологических процессов металлургических предприятий: Учебно-методическое пособие/ ГАЦМиЗ.- Красноярск, 1998. - 136с.

3. Автоматизация управления обогатительными фабриками: уч.пособ./ Б.Д. Кошарский, А.Я. Ситковский, А.В. Красномовец и др. - Изд. 2-е, перераб. и доп. М.:”Недра”, 1977. - 527с.

4. Дробление, измельчение и подготовка руд к обогащению: учеб. пособие/ М.В. Верхотуров, Л.П. Пехова, Т.А. Колесникова; ГОУ ВПО «Государственный университет цветных металлов и золота». - Красноярск, 2005. - 106с.

5. Автоматизация обогатительных фабрик: учебное пособие/ Г.А. Хан, В.П. Картушин, Л.В. Сорокер, Д.А. Скрипчак М.: «Недра», 1974. - 280с.

6. Теория автоматического управления: учеб. для вузов / В.Н. Брюханов, М.Г. Косов, С.П. Протопопов и др., Под ред. Ю.М. Соломенцева. - 3-е изд., стер. - М.: Высш. шк.; 2000. - 268с.

Размещено на Allbest.ru

...