Автоматизация химического производства

автоматизация технологический преобразователь роегулятор

Где: У- регулируемая величина; Х -регулирующее воздействие

Т0 - постоянная времени объекта; К0 - его коэффициент передачи; Те - время разгона объекта; t - время; t - время запаздывания.

Для выявления динамических свойств объекта найдем численные значения Т0, К0, t, Те, t по полученным экспериментально переходным характеристикам ( Л.М. Лапшенков, Г.И. Полоцкий. Автоматизация химических производств. Теория, расчет и проектирование систем автоматизации).

Выбор типа регулятора (закон регулирования). При выборе закона регулирования учитываются свойства объекта, максимальная величина возмущения, принятый для данного технологического процесса вид типового переходного процесса, допустимые значения показателей качества процесса регулирования (динамическая ошибка У1 доп, статическая ошибка Уст.доп, время регулирования tр доп..

Протекание в конкретном объекте заданного переходного процесса, имеюўего требуемые значения заданных параметров качества может быть обеспечено регуляторами разных типов. Целесообразно использовать регуляторы наиболее простых типов.

Определение параметров настройки регулятора. Оптимальные значения настроечных параметров регуляторов можно найти несколькими методами: организованным поиском, расчетным путем, а также по формулам или графическим зависимостям, полученным при моделировании автоматической системы регулирования на компьютере.

В моей выпускной квалификационной работе я выбрал метод графических зависимостей. Графические зависимости оптимальных настроек интегральных (И), пропорциональных (П), прапорционально-интегральных (ПИ) и прапорционально-интегрально-дифференциальных (ПИД) регуляторов, установленных на устойчивых объектах приведены на рис. По осям абцисс отложено отношение t/Т, а по осям ординат - значения настроечных параметров регуляторов.

Выбираем тип и определим оптимальные настроечные параметры регулятора, установленного на нашем объекте ( устойчивый объект первого порядка) с запаздыванием при следующих условиях:

Параметры объекта:

Коэффициент передачи k0 = 1.1; постоянная времени Т0 = 180 с; время запаздывания t= 48 с; отношение t/Т = 0, 22.

Система регулирования должна обеспечить переходный процесс с 20%-ным перерегулированием.

Параметры качества переходного процесса не должны превышать следующих допустимых значений:

Динамическая ошибка регулирования У1 доп = 0,06

Статическая ошибка регулирования Уст.доп = 0,02

Время регулирования tр доп = 500 сек

Регулирующее воздействие, соответствующее максимальному изменению возмущения хв = 0.9.

Найдем максимальное отклонение регулируемой величины

У0 = к0 хв = 1,1 * 0,9 = 0,99

По графикам определяем динамический коэффициент передачи регулятора Rд = у1 / уо систем регулирования различных типов:

И-регулятор ……………….0,58

П-регулятор ……………….0,36

По формуле у1 = Rд к0 хв определим величины у1 для этих систем:

И-регулятор ……………….0,0811

П-регулятор ……………….0,0569

В системе с И-регулятором у1 больше у1 доп и поэтому И-регулятор не может быть применен.

Проверим систему с П-регулятором на величину Уст. Для этого по графику динамических коэффициентов регулирования Rд, статической ошибки регулирования и времения регулирования устойчивых объектов найдем величину Уст * для процесса с 20%-ным перерегулированием и вычисляем Уст:

Уст = Уст * У0 =0,24 * 0, 108 = 0,03072

В системе с П-регулятором Уст больше Уст. доп и заданное качество регулирования не будет обеспечен.

Проверим системы с ПИ- и ПИД-регуляторами на время регулирования tр, определяемое по графикам. Для системы с ПИ-регулятором имеем tр = 12* 48 =576 с, в случае Пид - регулятора tр = 8* 48 = 384 с. Отсюда видно, что для системы с ПИД-регулятором tр меньше tр, доп.. Следовательно, для обеспечения заданных параметров качества регулирования нашего объекта необходимо выбрать ПИД-регулятор.

Оптимальные значения параметров настройки ПИД-регулятора определим по настроечным кривым ПИД-регуляторов:

кр = кр * к0 / к0 = 3,6 / 0,9 = 4

Ти = Ти / t * t = 2,0 * 48 = 96 сек.

ТД = ТД / t * t = 0,4 * 48 = 192 сек.

На основании заданных значений передаточных функций построим схему системы автоматического регулирования температуры в установке для получения смешанных удобрений в SIMULINK (рис. 1).

Wдатчика=1/ (10s+1), Wрабочего органа=1/ (70s+1),

Wисполнительного механизма=1/ (80s+1).

Рис. 1 Схема САР температуры

С помощью LTI построим переходную характеристику (рис.2).

Рис. 2 Переходная характеристика САР

По виду переходной характеристики можно сказать, что имеющиеся показатели качества не удовлетворяют заданным:

? время регулирования составляет 48.2 с.

? установившееся значение - 2.34

? время нарастания - 16.3 с.

? статическая ошибка - 0,98

Заданные показатели качества и запасы устойчивости:

· время регулирования ?58 с;

· статическая ошибка ?0,08;

· перерегулирование ?15 %;

· время нарастания ?25 с;

По виду переходного процесса ясно, что для обеспечения заданных показателей качества и точности переходного процесса необходимо введение в систему линейного регулятора.

Необходимым условием надежной устойчивой работы АСР является правильный выбор типа регулятора и его настроек, гарантирующий требуемое качество регулирования.

В зависимости от свойств объектов управления, определяемых его передаточной функцией и параметрами, и предполагаемого вида переходного процесса выбирается тип и настройка линейных регуляторов.

Основные области применения линейных регуляторов определяются с учетом следующих рекомендаций: И - регулятор со статическим ОР - при медленных изменениях возмущений и малом времени запаздывания (ф/Т<0.1);

П - регулятор со статическим и астатическим ОР - при любой инерционности и времени запаздывания, определяемом соотношением ф/Т<0.1;

ПИ - регулятор - при любой инерционности и времени запаздывания ОР, определяемом соотношением ф/Т<1;

ПИД-регуляторы при условии ф/Т<1 и малой колебательности исходных процессов.

Исходя из выше изложенных рекомендаций и учитывая, что вид переходной характеристики напоминает изодромный процесс, видно, что в данную систему подойдет ПИД - регулятор.

Целью является анализ и возможность управления технологическим процессом при помощи идентифицированной компьютерной модели и нахождение оптимальных параметров управляемой системы.

Рассмотрим составления автоматизированной системы управления и расчета параметров оптимального управления системы.

Входной параметр Выходной параметр

x(t1) y(t2)

Рис 1 Управляемый параметр - x(t1) Управляющий параметр - y(t2)

Данные основных параметров берётся из расчета технологического параметра.

Основные показатели, определяющий ход технологического процесса:

пределы его изменения примем равным: tср=75 0С, tmax=800С, tmin=700С. Тогда пределы изменения температуры будет равно t= tmax - tср или tmax - tmin.

t= tmax - tср = 80- 75 = 50С

Изменение параметров расхода управляющего агента - нагревателя считаем в пределах: Gср = 50 м3/ч, Gmax = 100 м3/ч,

Gmin = 0 м3/ч.

Значит, максимальные пределы изменения температуры:

tmax = tmax- tср = 80-75 = 50С

t = 50С.

Для перехода в компьютерную программу и ввода параметров переходим в безразмерную величину, т.е. параметры регулирующего и регулируемого значений изменяем следующим способом: