Курсовая работа: Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання
Для проведення технологічного процесу необхідно мати інформацію як про вхідні, так і вихідні параметри. Вимірювальну інформацію одержують з допомогою відповідних перетворювачів, котрі реалізують той чи інший метод вимірювання.
Перед кожним об’єктом вимірювання ставиться відповідна вимірювальна задача, яка полягає у визначенні значення фізичної величини з необхідною точністю в даних умовах вимірювань. Для розв’язання такої задачі необхідна вимірювальна система, яка включає первинні вимірювальні й проміжні перетворювачі, а також засоби відображення інформації (вторинні прилади, дисплеї, принтери тощо).
Розробка АСК неперервними технологічними процесами починається з вивчення фізичних або фізико-хімічних процесів об′єкта керування. На основі аналізу технологічного процесу як об′єкта керування розробляються математичні моделі технологічного процесу, структурні схеми автоматичних систем регулювання (АСР), які мають враховувати принцип регулювання, вимоги до точності та надійності, а також комплексу технічних засобів: датчиків, нормуючих і проміжних перетворювачів, підсилювачів, регуляторів, виконавчих механізмів, регулюючих органів тощо.
Задачі синтезу АСK, як правило, зводяться до вибору типу та параметрів регуляторів, компенсаторів і коректуючих пристроїв, здатних найточніше відтворювати регулярні сигнали керування.
2. ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ЩОДО РОЗРОБКИ АВТОМАТИЧНИХ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ НЕПЕРЕРВНИМИ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ
Сучасні АСК представляють собою складні динамічні системи, які забезпечують високу точність управління в умовах дії різноманітних збурень і перешкод. При великих величинах збурень і рівнів перешкод порушуються нормальні експлуатаційні режими, зменшується точність і погіршуються показники якості перехідних процесів в системах по відношенню до заданих технічними умовами. Проектування таких АСК представляє собою достатньо складну проблему, так як до них входять пристрої та об'єкти керування різної фізичної природи.
Для одержання необхідних характеристик АСК проектувальнику приходиться знаходити компромісні рішення, так як вимоги до точності та показників якості перехідних процесів взаємовиключаючі. Основний шлях подолання такого протиріччя – використання в АСК елементів з великими коефіцієнтами підсилення та корегуючих пристроїв з переналагоджувальними під час роботи параметрами. Але з ростом коефіцієнтів підсилення зростає вплив нелінійностей в елементах, що призводить до порушення принципу суперпозиції та необхідності врахування при проектуванні керуючих і збурюючих дій. З їх зміною в системах появляються поперемінно режими стійкого, нестійкого руху та автоколивання.
Переналагоджування параметрів корегуючих пристроїв може проводитися неперервно або стрибкоподібно. У результаті порушується стаціонарність процесів в елементах, динаміка яких у цих випадках описується диференціальними, інтегральними або різницевими рівняннями зі змінними параметрами. При проектуванні АСК досить часто необхідно мати амплітудно-фазові частотні характеристики, за якими знаходять запаси стійкості всієї АСК. Користуючись такими характеристиками, можна оцінити вплив зміни параметрів елементів системи та об'єктів на її стійкість у замкненому стані. Методи дослідження систем у частотній області дозволяє знаходити показники якості та характеристики точності.
Стійкість є необхідною, але не достатньою умовою нормального функціювання АСК. Наявність стійкості свідчить лише про те, що перехідний процес, який викликаний дією зовнішнього впливу або існуючими ненульовими початковими умовами, є загасаючим. Але при цьому не визначаються ні час загасання, ні максимальне відхилення регулюючої величини, ні кількість коливань. А якраз ці показники характеризують якість протікання процесів регулювання.
Незалежно від способу виконання робіт – традиційним ручним методом чи автоматизованим шляхом з використанням обчислювальної техніки – весь процес проектування ділиться на декілька характерних етапів.
2.1 Перший етап проектування - побудова математичних моделей об'єктів керування
Знаючи фізичні процеси, які протікають в об'єкті, можна при деяких припущеннях описати його поведінку аналітично, звичайно з допомогою диференціальних, інтегро-диференціальних чи різницевих рівнянь. Як правило, побудова детермінованих математичних моделей об'єктів керування базується на рівняннях їх теплових і матеріальних балансів, а стохастичних – на експериментальних результатах досліджень. При цьому проектувальник знає номінальні значення вхідних і вихідних координат, діапазони їх зміни, вимоги до них технологічного регламенту, за якими можна розрахувати коефіцієнти математичних моделей. На основі математичних моделей проектувальник може скласти структурну схему об'єкта керування з допомогою матриць, передавальних функцій або графів. Одержані моделі є математичною формалізацією процесів у реальних об'єктах, при чому один і той же об'єкт у залежності від прийнятих припущень може бути описаний у різній формі.
2.2 Другий етап проектування – вибір пристроїв незмінної та змінної частин системи
До незмінної частини прийнято відносити виконавчі механізми і регулюючі органи, підсилювачі потужності, проміжні перетворювачі та вимірювальні засоби. Їх вибирають не тільки з урахуванням вимог до точності та якості регулювання, але, в основному, за надійністю дії, вартістю, стійкістю до впливу агресивного середовища, вибухобезпечності тощо. До змінної частини системи відносять регулятори, мікропроцесорні пристрої, компенсатори, а також пристрої корекції динамічних характеристик.
На другому етапі проектувальник складає математичні моделі пристроїв керування, які входять до незмінної частини системи. Це забезпечує основу для побудови структури всієї АСК. Якщо повністю ви
значена структура АСК, то подальше проектування зводиться до вирішення задачі аналізу, в іншому випадку – до вирішення задачі синтезу.
2.3 Третій етап проектування – вирішення задачі аналізу чи синтезу
Якщо ставиться задача аналізу АСК, то при цьому процес проектування зводиться до розрахунково-теоретичної роботи. Проектувальник повинен знайти математичні моделі замкнених і розімкнених систем регулювання. При цьому широко використовуються методи структурних перетворень, котрі дозволяють багатоконтурні системи представити у вигляді одноконтурних.
Прийнятий порядок аналізу АСК полягає в послідовному виконанні наступних дій: визначення еквівалентних передавальних функцій об'єкта керування, дослідження стійкості, якості й точності регулювання. Досліджувати якість неперервних і дискретних лінійних систем можно, аналізуючи розташування нулів і полюсів передавальної функції замкненої системи, а також за кореневим годографом, інтегральними оцінками, дійсної та уявної частотних характеристик замкненої системи або за кривими перехідних процесів.
Проблема підвищення динамічної точності є основною, так як без її вирішення неможливо забезпечити виконання покладених на систему задач (системи стабілізації не зможуть підтримувати режими регулювання з заданою точністю, системи програмного керування можуть вивести об'єкт на недопустимі робочі режими тощо).
На характеристики точності значний вплив чинять не тільки сигнали керування та збурення, але й перешкоди, які поступають ззовні або які створюються всередині системи. Тому при аналізі АСК враховують два типи похибок: регулярні та випадкові. Для зменшення регулярних похибок необхідно збільшувати коефіцієнти підсилення пристроїв керування. Але при цьому слід пам'ятати, що одночасно збільшується небажаний вплив нелінійностей на поведінку системи. З ростом коефіцієнта підсилення збільшується смуга пропускання системи, що приводить до зростання похибки від дії шумів.
Шляхом підбору додаткових корегуючих пристроїв можна підвищити порядок астатизму системи регулювання. Але підвищувати астатизм системи вище 3-го порядку недоцільно, так як це приводить до значного збільшення впливу перешкод на точність системи.
2.4 Задачі синтезу
Задачі синтезу АСК зводяться до вибору типу та параметрів послідовних, паралельних і послідовно-паралельних корегуючих пристроїв, які забезпечують найбільш точне відтворення регулярних сигналів керування. Розрізняють структурний і параметричний синтез АСК. Постановка задачі структурного синтезу зводиться до того, що необхідно визначити тип корегуючого пристрою, який забезпечує мінімальну середньоквадратичну похибку перешкоди при заданій динамічній похибці й часу протікання перехідного процесу. У результаті вирішення задачі синтезу в обох випадках у систему вводяться лінійні корегуючі пристрої. Вони реалізуються у вигляді RC-фільтрів або робочих програм для мікропроцесорних контролерів. Постановка задачі параметричного синтезу зводиться до того, що необхідно визначити параметри регуляторів і корегуючих пристроїв, які забезпечують задані показники якості системи регулювання.
Якщо результати моделювання АСК відповідають технічним умовам, то на цьому процес проектування закінчується і розробляється ескізний проект системи регулювання.
3.РОЗРОБКА АСК НЕПЕРЕРВНИМИ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ
Автоматизування змішувальної установки на основі одноконтурних систем регулювання
3.1 Принцип роботи змішувальної установки
Змішувальна установка (рис. 2) призначена для неперервного змішування двох електропровідних рідин з різними концентраціями (процес запуску змішувальної установки не розглядається).