Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• 1. Постановка задачи
• 2. Описание объекта управления
• 2.1 Структурная схема ОУ
• 2.2 Функциональная схема ОУ
• 3. Синтез АСУ
• 3.1 Выбор динамической модели ОУ
• 3.2 Параметры моделей объекта
• 3.3 Выбор структуры АСУ
• 3.4 Модель исполнительной системы
• 3.5 Синтез закона регулирования
• 3.6 Алгоритмическое обеспечение АСУ
• 4. Испытания и отладка системы управления
• 4.1 Изменение влажности шихты на входе объекта
• 4.2 Изменение расхода шихты
• 4.3 Совместное влияние контролируемых возмущений
• 4.4 Изменение задания на влажность
• 5. Выводы и дальнейшее развитие системы

1. Постановка задачи

Дано:

1) Объект управления - процесс увлажнения агломерационной шихты при ее окомковании.

2) Внешние контролируемые возмущающие воздействия:

- цш - влажность поступающей шихты;

- цк - влажность поступающего кокса;

- Qш - расход поступающей шихты;

3) Управляющие воздействия:

- Qк - расход поступающего кокса;

- Qв - расход воды;

4) Выходная величина ТП - ц - влажность окомкованной шихты.

5) Базовые значения входных величин:

- Q*ш = 300 (т/ч);

- ц*ш = 0,04;

- Q*к = 3 (т/ч);

- ц*к = 0,04;

- Qв = 6(т/ч);

6) Модель внутреннего механизма процесса - уравнение материального баланса:

7) Диапазоны изменения внешних воздействий на объект управления:

- Qminш = 250(т/ч); Qmaxш = 350(т/ч);

- Qminк = 1 (т/ч); Qmaxк = 5(т/ч);

- Цminш = 0,02; Цmaxш = 0,08;

- Цminк = 0,03; Цmaxк = 0,05;

8) Класс точности систем измерения:

- Расход шихты дQш = 1,0 %;

- Расход кокса дQк = 1,0 %;

- Влажность поступающей на окомкование шихты в потоке дцш = 5,0 % ;

- Влажность кокса дцк = 5,0 %.

- Влажность выхода дц = 1,5 %.

Помехи измерения аддитивны.

9) Диапазоны измерения:

- цш - 0 - 0,12

- Qш - 0 - 400 (т/ч)

- Qк - 0 - 6 (т/ч)

- ц - 0 - 0,1

Требуется

1) Провести имитационные испытания на модели объекта, с целью определить информативности входных величин и степень влияния их на ход ТП.

2) Выбрать и обосновать структуру системы управления ТП.

3) Провести имитационные испытания АСУ.

2. Описание объекта управления

автоматизация управление шихта окомкование

Объект управления представляет собой барабан-окомкователь, в который непрерывным потоком поступает по конвейеру аглошихта и вода для увлажнения этой шихты. Влажность окомкованной шихты измеряется в промежуточном бункере с помощью нейтронного влагомера. Объект управления подвержен влиянию контролируемых возмущений W (изменение расхода аглошихты на окомкование). Управление процессом окомкования осуществляется изменением управляющего входа U - расхода воды на окомкование. Изменение расхода воды U осуществляется посредством исполнительного органа, состоящего из реверсивного электрического исполнительного механизма, сочлененного с регулирующим органом (клапаном), врезанном в трубопровод воды.

2.1 Структурная схема ОУ

2.2 Функциональная схема ОУ

Имитируя максимальные отклонения по входным переменным, оценим информативность каждого входного воздействия. Сформулируем правило оценки информативности сигнала, исходя из класса точности системы измерения. Если при максимальном отклонении входной величины значение выхода не изменится на значение большее максимально-допустимой погрешности системы измерения, то сигнал будем считать не информативным.

1) Влияние расхода шихты на влажность.

Класс точности системы измерения влажности дц = 1,5 %.

Возьмем максимальный расход шихты Qmaxш = 350(т/ч). Тогда влажность окомкованной шихты будет равна:

Отклонение от базовой величины составит:

Найдем максимально допустимую погрешность измерения исходя из определения класса точности и диапазона измерения 0 - 0,1:

Возьмем минимально-возможный расход шихты Qminш = 250(т/ч)

Сравнив максимально и минимально-возможные отклонения от базовой величины с максимально допустимой погрешностью измерительной системы, приходим к выводу, что расход шихты является информативной величиной.

2) Влияние расхода кокса на влажность.

Класс точности системы измерения влажности дц = 1,5 %.

Возьмем максимальный расход кокса Qmaxк = 5(т/ч). Тогда влажность окомкованной шихты будет равна:

Возьмем минимальный расход кокса Qminк = 1(т/ч). Тогда влажность окомкованной шихты будет равна:

Сравнив максимально и минимально-возможные отклонения от базовой величины с максимально допустимой погрешностью измерительной системы, приходим к выводу, что расход кокса не информативная величина и влияние ее колебаний ниже порога чувствительности измерительной системы.

3) Влияние влажности шихты на входе на влажность окомкованной шихты:

Класс точности системы измерения влажности дц = 1,5 %.

Возьмем максимально-возможную влажность исходного кокса Цmaxш = 0,08, тогда влажность продукта будет равна:

Возьмем минимально-возможную влажность исходного кокса Цminш = 0,02, тогда влажность продукта будет равна:

Сравнив максимально и минимально-возможные отклонения от базовой величины с максимально допустимой погрешностью измерительной системы, приходим к выводу, что влажность поступающей шихты информативная величина.

4) Влияние влажности кокса на влажность окомкованной шихты.

Класс точности системы измерения влажности дц = 1,5 %.

Возьмем максимально-возможную влажность кокса Цmaxк = 0,05. Тогда влажность окомкованной шихты будет равна:



Возьмем минимально-возможную влажность кокса Цminк = 0,03. Тогда влажность окомкованной шихты будет равна:

Сравнив максимально и минимально-возможные отклонения от базовой величины с максимально допустимой погрешностью измерительной системы, приходим к выводу, что влажность кокса не информативная величина и влияние ее колебаний ниже порога чувствительности измерительной системы.

Таким образом проведя имитационные испытания модели мы приходи к выводу, что существенное влияние на влажность окомкованной шихты влияет лишь влажность подаваемой шихты и ее расход.

3. Синтез АСУ

3.1 Выбор динамической модели ОУ

Барабан-окомкователь в совокупности с конвейерами можно считать достаточно сложным объектом. Выбор модели осуществлялся эвристическим методом. Конвейер в упрощенном виде представляет собой звено чистого транспортного запаздывания, а барабан-окомкователь по каналу регулирования «расход воды - влажность», характеризуется интегрирующим звеном с отсечкой:

Не существует типового регулятора для интегрирующего звена с отсечкой. Но существует возможность аппроксимации его апериодическим звеном первого порядка с запаздыванием:

Можно исключить из рассмотрения влияние влажности коса и расхода кокса на влажность конечного продукта, так как результаты испытаний на статической модели объекта показали, что это влияние не существенно. Моделями каналов «влажность шихты - влажность конечного продукта» и «расход шихты - влажность конечного продукта» являются апериодические звенья первого порядка. Если учесть транспортное запаздывание конвейера, то модели будут выглядеть следующем образом:



3.2 Параметры моделей объекта

Из условий, что конвейер движется с постоянной скоростью х = 2,6 м/с, а длина пути для шихты равна 50 м. можно вычислить транспортное запаздывание:

Используя базовые значения входных величин, рассчитаем базовые значения на выходе объекта управления:

Q* = Q*ш + Q*к = 303 (т/ч);

Для нахождения коэффициента передачи K каждой из модели нужно взять частную производную по Qш, Qв и Цш от уравнения материального баланса:

Стоит учесть некоторую особенность измерительной системы - ее запаздывание, которое составляет около 90 секунд.

3.3 Выбор структуры АСУ

При синтезе структуры автоматизированной системы управления будем руководствоваться тем, что объект характеризуется относительно большими запаздываниями, значительно большими чем инерционность самого процесса. Отсюда можно сделать вывод, что при наличии высокочастотных возмущений типовая система регулирования не будет поддерживать показатели технологического процесса в приемлемых границах, а значит, не будет справляться с поставленной перед ней задачей. Для решения такого рода проблем воспользуемся одной из модификаций прогнозирующей «САУ Ресвика» - «ВП САУ». Ее укрупненная структура имеет следующий вид:

СУИМ - система управления исполнительным механизмом, автоматическая система более нижнего уровня, основной целью которой является точная реализация управлений, выработанных на верхнем уровне.

3.4 Модель исполнительной системы

Перемещение Ц регулирующего органа РО ограничено диапазоном 0-90 градусов. При Ц=0 - клапан полностью закрыт, при Ц=90 клапан полностью открыт. Максимальная скорость перемещения регулирующего органа определяется характеристиками исполнительного механизма, имеющего постоянную скорость вращения выходного вала, при подаче на него управляющего сигнала, составляющую n=0,01 об/сек. То есть минимальное время, за которое клапан может переместиться из одного крайнего положения в другое, составляет 25 секунд. В номинальном режиме, когда давление воды в подводящей магистрали находится на номинальном уровне расход воды U может меняться в диапазоне от Uнmin=0 (при Ц=0) до Uнmax=12 куб. м/час (при Ц=90).

С учётом сказанного выше, а также того, что жидкость несжимаема, примем модель регулирующего органа следующего вида:

Коэффициент передачи регулирующего орган равен:

Математическую модель исполнительного механизма можно представить в следующем виде:

µ(t) представляет собой последовательность знакопеременный импульсов различной длительности, генерируемых ШИМом.

Kим можно найти из следующих соображений. Исполнительный механизм полностью перейдет из открытого состояния в закрытое (или наоборот) за 25 секунд. При этом Ц изменится на 90 градусов:

3.5 Синтез закона регулирования

Подходов к синтезу типовых законов регулирования достаточно много. Они базируются на эвристическом или полуэвристическом выборе структуры и коэффициентов на основе аналитических формул и монограмм. Отличается от этих методов, метод Ротача В. Я. Этим методом сразу выбирается структура закона регулирования и его настроечные коэффициенты. Типовой ПИ-регулятор имеет следующий вид:

; ;

С помощью преобразования Лапласа его можно представить в следующей форме:

Получим типовой ПИ-регулятор в дискретной форме:



3.6 Алгоритмическое обеспечение АСУ

Алгоритм работы ШИМ:

Алгоритм работы системы управления верхнего уровня:

Алгоритм работы системы управления нижнего уровня:

Алгоритм расчета:

4. Испытания и отладка системы управления

Задачей созданной системы является поддержание регулируемой величины (влажности конечного продукта) на заданном уровне. Проведем имитационные испытания для оценки качества функционирования разработанной системы. Оценку будем проводить по показателям переходного процесса: времени переходного процесса, и максимальному среднеквадратичному отклонению от базового значения.

Максимальная величина ошибки влажности конечного продукта не должна превышать 0,5%. Для этого поэтапно будем наносить ступенчатые воздействия поочередно по всем каналам объекта. Для простоты исключим все возможные параметрические и прочие неконтролируемые возмущения, в том числе и неточности настройки регулятора, и будем считать, что они являются первопричиной ошибок регулирования. Перед испытанием система была установлена в устойчивое состояния, все параметры технологического процесса имели базовое значение.

4.1 Изменение влажности шихты на входе объекта

Подобного рода возмущения могут быть вызваны различными причинами: начиная от изменения климатических условий и микроклимата помещения, в котором хранятся шихтовые материалы, и заканчивая погрешностями системы измерения влажности, которая также может вносить свой вклад в конечный результат. Для оценки работы системы имитируем ступенчатое воздействие с изменением влажности поступающей шихты на +/-1%. Результат работы системы представлен следующими графиками.

При ступенчатом воздействии возмущений, в виде изменения влажности поступающей шихты на 1%, получены следующие оценки эффективности работы системы:

СКО = 0,001258

Тпп = 134 с.



4.2 Изменение расхода шихты

Данное контролируемое возмущение может быть вызвано ошибкой системы дозирования шихтовых материалов, ошибками измерительной системы, а так же изменением задания для вышестоящей дозирующей системы. Для оценки работы системы имитируем ступенчатое воздействие с изменением расхода поступающей шихты на +/-50 т/час. Результат работы системы представлен следующими графиками.

При ступенчатом воздействии возмущений, в виде изменения расхода шихты на 50 т/ч., получены следующие оценки эффективности работы системы:

СКО = 0,000391

Тпп = 80 с.

4.3 Совместное влияние контролируемых возмущений

В реальных условиях протекания технологического процесса возмущения не будут действовать по очереди, их действия будут совместны. Рассмотрим, как система будет бороться с совместным воздействием возмущений на объект управления. Известно, что при увеличении влажности исходного материала - влажность конечного продукта также увеличится, а при увеличении расхода шихты - влажность конечного продукта уменьшается. Тогда с имитируем такие ступенчатые возмущение по каналам объекта, эффекты влияния которых, будут однонаправленные. Сформируем ступенчатое воздействие по каналу «влажность шихты - влажность продукта», увеличив влажность поступающей шихты на 1%. А также ступенчатое воздействие по каналу «расход шихты - влажность продукта», уменьшив расход шихты на 50 т./час. Совместное воздействие этих возмущений приведет к существенному снижению влажности конечного продукта. Результат работы системы представлен следующими графиками:

При одновременном ступенчатом воздействии возмущений, в виде уменьшения расхода шихты на 50 т/ч. и снижении влажности, получены следующие оценки эффективности работы системы:

СКО = 0,0016

Тпп = 136 с.

4.3 Изменение задания на влажность

В процессе функционирования системы может потребоваться изменение задания на влажность конечного продукта. Для оценки работы системы, в условиях изменяющегося задания сформируем ступенчатое воздействие на АСУ изменением задания на влажность конечного продукта на 1%. При ступенчатом изменении задания на влажность на 1%, получены следующие оценки эффективности работы системы: СКО = 0,003407 Тпп = 85 с.



5. Выводы и дальнейшее развитие системы

Несмотря на большое запаздывание и инерционность процесса САУ спровляется с поставленными перед ней задачами. СКО при переходных процессах не превышает 0,5 % интервал. Нужно иметь ввиду то, что объект динамичный и параметры его меняются с изменением входных величин. Таким образом для достижения минимальных СКО и времени переходного процесса регулятор необходимо адаптировать под каждое изменение входного параметра.

Размещено на Allbest.ru

...