Разработка системы автоматизации процесса стабилизации температуры охлажденного продукта (стр. 3 из 5)
| Функциональный узел | Функции Узла | Позиционное Обозначение элемента | Наименование и тип элемента. Технические данные | Место установки элемента | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||||
| HS 1 | Дистанционное управление и сиг-нализация состоя-ния насоса | 1-1 | Персональный компьютер оператора ASUS F3-Series. (фирма ASUS, Япония) Предназначен для построения интерфейсов “человек – машина”. Процессор Intel Core2DUO Коммуникационные порты RS-485 и RS-232. ЖК-дисплей 15. | Пульт оператора | ||||
| 1-2 | Программируемый логический контроллер ОВЕН-ПЛК154. Предназначен для обработки и обмен информацией, логическое управление. Встроенные интерфейсы Ethernet, RS-232/485, USB. 6(4) дискретных и 4(2) аналоговых входов (выходов). Температура от -10°С до +70°С. Влажность до 85%. | Шкаф управления | ||||||
| 1-3 | Пускатель магнитный ПМ-12.01 – не реверсивный. Напряжение питания ~380 В, температура среды от 0 до +65 °С; влажность до 95 % | По месту | ||||||
| PISA 2 | Измерение, индикация, защита и сигнализация давления хладоагента. | 2-1 | Измерительный преобразователь давления Метран-45. Точность ±.5% Выходной сигнал 4-20мА. Диапазон 0,1кПа-100МПа. Питание 10В. Допустимая температура среды от -10°С до +70°С. | По месту | ||||
| 2-2 | Пускатель магнитный ПМ-12.01. Напряжение питания ~380 В, температура от 0 до +65 °С; влажность до 95 % | По месту | ||||||
| 2-3 | Сирена СИ-1. Предназначена для звуковой сигнализации. Напряжение 220В. | По месту | ||||||
| 1-2 | Программируемый контроллер ОВЕН-ПЛК154. | Шкаф правления | ||||||
| 1-1 | Промышленный компьютер PPC-153 | По месту | ||||||
| LISA 3 | Измерение, индикация, защита и сигнализация уровня конденсата в выносной камере. | 3-1 | Ультразвуковой датчик уровня LUC-Тхх-х5. Бесконтактное определение уровня жидкости. Выходной сигнал 4-20мА. Диапазон 0-1,6м. Допустимая температура среды от -10°С до +70°С. | По месту | ||||
| 2-2 | Пускатель магнитный ПМ-12.01. Напряжение питания ~380 В, температура от 0 до +65 °С; влажность до 95 % | По месту | ||||||
| 2-3 | Сирена СИ-1. Предназначена для звуковой сигнализации. Напряжение 220В. | По месту | ||||||
| 1-2 | Программируемый контроллер ОВЕН - ПЛК154. | Шкаф правления | ||||||
| 1-1 | Промышленный компьютер PPC-153 | По месту | ||||||
| TIRC 4 | Измерение, индикация, регистрация и регулирование температуры охлажденного продукта. | 4-1 | ТХА Метран – 201. Измерение температуры жидких и газообразных сред не разрушая оболочку. Температура от -40°С до+1000°С. | По месту | ||||
| 2-2 | Пускатель магнитный ПМ-12.01. Напряжение питания ~380 В, температура от 0 до +65 °С; влажность до 95 % | По месту | ||||||
| 1-2 | Программируемый контроллер ОВЕН-ПЛК154. | Шкаф правления | ||||||
| 1-1 | Промышленный компьютер PPC-153 | Пульт оператора | ||||||
| FIR 5 | Измерение, индикация, регистрация расхода маточного раствора. | 5-1 | Измерительный преобразователь расхода XMT-868. (фирма GE Panametrics) Выходной сигнал токовый 4…20 мА и порт RS232/485; Температура от -20°С до +60°С. | По месту | ||||
| 1-2 | Программируемый контроллер ОВЕН - ПЛК154. | Шкаф правления | ||||||
| 1-1 | Промышленный компьютер PPC-153 | Пульт оператора | ||||||
3. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТА
На рис. 3.1. представлена структурная схема технологического объекта управления.
Рис. 3.1 - Структурная схема технологического объекта управления
На структурной схеме обозначены: U –управляющее воздействие, – регулируемая переменная, Pк- возмущающее воздействие (давление конденсата).
Исходные данные для расчёта САР:
1) Передаточная функция управляющего канала объекта:
,где Ku=0.9; T0=35c; τ0=5c.
2) Диапазон изменения возмущающего воздействия: WF(0.06-0.14) МПа;
3) Коэффициент передачи возмущающего канала объекта: Kр=0.2;
4) Допустимые значения прямых показателей качества:
= °c; 
= 100 мин; 
0.75=; 
=0.9°C,где
, 
, 
, 
– допустимые значения, соответственно, динамической ошибки, времени регулирования, степени затухания, статической ошибки;5) Заданное значение регулируемой величины Топ=(7.2 – 16.8)°С;
Произведём расчёт параметров настройки регулятора с помощью программы IPC-CAD:
Опыты проводим для трех процессов: апериодический, с умеренным затуханием и колебательный. Выбираем регулятор П, ПИ или ПИД, при этом качество переходных процессов должно соответствовать заданию.
Необходимо произвести перерасчет значений регулируемой переменной, из относительных единиц (процент шкалы) в абсолютные единицы (°C). Это делается путем умножения регулируемой переменной, выраженной в процентах шкалы, на коэффициент перевода, который определяется из следующего выражения.
Графики, полученные в процессе настройки отображены на рис. 3.2, 3.3.
Данные моделирования представлены в таблице 3.1.
Рис. 3.2 - График переходных процессов в САР при нанесении возмущения «По нагрузке» в режимах «Настройка» (1) и «Проверка на грубость» (2) апериодического процесса
Рис. 3.3 - График переходных процессов в САР при нанесении возмущения «По нагрузке» в режимах «Настройка» (1) и «Проверка на грубость» (2) колебательного процесса
Таблица 3.1 - Результаты расчета и моделирования в одноконтурной САР
| Типовой процесс | Параметры настройки ПИ регулятора | Режим моделирования | Показатели качества регулирования | |||
 |  |  |  |  | ||
| Апериодический |  |  | Настройка | 0.218 | 0.999 | 48 |
| Проверка на грубость | 0.266 | - | 40 | |||
| С умеренным затуханием |  |  | Настройка | 0.259 | 0.997 | 60 |
| Проверка на грубость | 0.261 | 0,997 | 54 | |||
| Колебательный |  |  | Настройка | 0.174 | 0.874 | 26 |
| Проверка на грубость | 0.224 | 0.552 | 76 | |||
В соответствии с табл. 3.1, предпочтение отдаем параметрам настройки ПИ-регулятора, которые получены для типового переходного процесса «с умеренным затуханием».
Анализ качества регулирования
Степень затухания в обоих случаях выше 0.75, следственно система устойчива и робастна.
Статическая ошибка равна нулю, т.к. достигается установившееся значение переменной.
Время регулирования в нормальном режиме и при проверке на грубость: 60 мин и 54 мин соответственно, при допустимом 100 мин.
Как видно из графика, при проверке на грубость величина перерегулирования недопустима по заданию. Поэтому проведём оптимизацию параметров ПИ-регулятора в соответствии с одним из законов. Получим следующие параметры регулятора: Кр=1.987; Tи=17.5;
Результаты моделирования с новыми значениями параметров ПИ-регулятора представлены на рис. 3.4.
Рис. 3.4 - Графики переходных процессов в САР при нанесении возмущения «По заданию» в режимах «Настройка» (1) и «Проверка на грубость» (2)
Как видно из графика, колебательность переходного процесса существенно уменьшилась, перерегулирование при проверке на грубость составляет 20%, что соответствует техническому заданию.