Автоматизация методической печи. Разработка АСР температуры

 

Определение динамического коэффициента регулирования.

 

     Так как выбран регулятор непрерывного действия, то необходимо определить величину динамического коэффициента регулирования.

Динамический коэффициент регулирования – величина, показывающая степень воздействия регулятора на объект регулирования уменьшающая динамическое отклонение регулируемой величины.

 

 

Определение простейшего закона регулирования.

 

      Простейший закон регулирования (И, П, ПИ или ПИД) определяется по номограмме для выбранного апериодического переходного процесса.

 

1 И – регулятор ; 2 П – регулятор;

3 ПИ – регулятор; 4 ПИД – регулятор.

Рисунок 4 – номограмма . По номограмме выбирается ПИД регулятор.

 

 

 

Определение времени переходного процесса для выбранного ПИД закона регулирования.

 

      Необходимо проверить обеспечит ли выбранный ПИД закон регулирования заданное допустимое время регулирования

(tp доп).

Для этого определяется относительное воемя регулирования .

Относительное время регулирования определяется по номограмме для выбранного апериодического переходного процесса и выбранного ПИД закона регулирования.

1 И – регулятор; 2 П – регулятор;

3 ПИ – регулятор: 4 ПИД – регулятор.

Рисунок 5 – номограмма . По номограмме (рисунок 5)

Определяется .

По найденной величине определяется абсолютное время регулирования . Полученное время регулирования необходимо сравнить с допустимым временем регулирования .

Полученное время регулирования меньше допустимого значения следовательно выбранный ПИД закон регулирования обеспечит требуемую устойчивость переходного процесса

 

Выбор конкретного типа регулятора.

 

      После выбора закона регулирования необходимо выбрать вид регулятора (гидравлический, пневматический или электрический) для реализации полученного закона регулирования.

При выборе вида регулятора необходимо руководствоваться следующими достоинствами и недостатками регуляторов:

1) Гидравлические регуляторы надежно работают в условиях вибрации, запылённости, загрязнённости, повышенной температуры, имеют большую выходную мощность и так далее.

Однако их номенклатура не позволяет создавать сложные законы регулирования, сложные системы автоматизации, они имеют ограниченное расстояние между регулятором и объектом.

2) Пневматические регуляторы могут обеспечивать любой закон регулирования, создавать систему любой сложности.

Однако они требуют сложного оборудования для подготовки сухого и чистого сжатого воздуха, требуют абсолютной герметичности соединительных линий, допускают передачу управляющих и измерительных сигналов на расстояние не более 300м. Пневматические регуляторы нашли применение для регулирования параметров во взрывоопасных, пожароопасных и газоопасных производствах.

3) Электрические регуляторы получили наибольшее применение.

Они могут передавать сигналы практически на неограниченное расстояние, имеют широкую номенклатуру измерительных, регулирующих и исполнительных устройств, позволяющих создавать современные сложные системы регулирования и управления. Электрические регуляторы должны устанавливаться в чистых взрывобезопасных и пожаробезопасных помещениях, оборудованных приточной и вытяжной вентиляцией. По принципу управления исполнительным механизмом электрические регуляторы бывают релейноимпульсные и аналоговые. Импульсные регуляторы работают совместно с электродвигательными исполнительными механизмами и дроссельными регулирующими органами. Аналоговые регуляторы работают в комплекте с пропорциональными исполнительными устройствами и широко используются в качестве корректирующих регуляторов в каскадных системах регулирования. Электрические регуляторы могут работать непосредственно с естественными сигналами или с датчиками унифицированного сигнала постоянного тока или напряжением. Современные электрические регуляторы выпускаются в составе комплектов технических средств автоматизации, в которые входят различные функциональные блоки и модули для предварительной обработки информации и позволяющие реализовать современные сложные системы регулирования и управления. Особое место занимают микропроцессорные регулирующие устройства. В этих устройствах процесс регулирования ведётся с помощью выбранного алгоритма управления, входящего в его виртуальную структуру.

В курсовом проекте выбирается электрический регулятор.

 

3.2 Расчёт и выбор параметров  настройки регулятора.

Параметры статической настройки регулятора и системы регулирования.

 

      В процессе статической настройки производится предварительная наладка регулятора и системы регулирования.

В процессе статической настройки выполняются следующие наладочные работы:

1) Проверяется правильность и полярность (фазировка) подключения входных сигналов, сигнала задания, сигналов управления исполнительным механизмом и регулирующим органом.

Полярность, фазировка и направление регулирующего воздействия регулятора должны быть направлены в сторону управления рассогласования.

2) Производится расчёт и установка масштабных коэффициентов для подстройки величины сигналов, подаваемых на вход суммирующей части регулятора.

Для этого необходимо иметь статические характеристики по каждому входу относительно регулирующего воздействия. По статическим характеристикам определяется коэффициент передачи по каждому из входных сигналов. Входной сигнал, имеющий наибольший коэффициент передачи подаётся на вход регулятора через коэффициент масштабирования, равным единице, остальные входные сигналы подстраиваются на величину, меньшую, во сколько их коэффициенты передачи меньше коэффициентов передачи основного сигнала.

3) Выбирается и устанавливается диапазон действия внешнего задающего устройства.

Диапазон действия задатчика должен соответствовать диапазону изменения заданного значения регулируемой величины в процессе управления технологическим процессом.

4) Обеспечивается  балансировка измерительной части  регулятора при отсутствии входных  сигналов или при заданном  значении регулируемой величины (или соотношения нескольких величин).

Балансировка производится путём подключения к выходу измерительной части регулятора контрольного прибора и установки его в равновесие с помощью специального корректора.

5) Устанавливается  необходимый диапазон перемещения  регулирующего органа и  исполнительного  механизма, то есть диапазон необходимого  регулирующего воздействия.

Выбранное регулирующее воздействие (изменение расхода регулирующего потока Q макс-Q мин) должны полностью устраивать все возможные отклонения регулируемой величины и обеспечить заданное значение параметра. Необходимое регулирующее воздействие выбирается путём расчёта и выбора размера регулирующего органа и настройки его сочленения с выходным валом исполнительного механизма. Для установки заданного диапазона перемещения регулирующего органа необходимо правильно настроить длину и расположение рычагов и тяг, связывающих исполнительный механизм с регулирующим органом, так чтобы соотношение перемещений механизма и затвора регулирующего органа было пропорциональным и линейным.

После настройки крайних заданных положений регулирующего органа и выходного вала исполнительного механизма необходимо настроить ограничители перемещения исполнительного механизма в крайних положениях выходного вала. В пневматических и гидравлических регуляторах для этого используются механические упоры, установленные в крайних положениях. В электрических исполнительных механизмах для этой цели используют конечные выключатели, встроенные в исполнительные механизмы. Конечные выключатели настраиваются смещением кулачков, управляющих микропереключателями с размыкающими и замыкающими контактами. Размыкающие контакты обычно включаются в цепи управления исполнительным механизмом от регулятора или органом ручного управления в сторону «Больше» и «Меньше». Замыкающие контакты включаются в схему сигнализации достижения этих крайних положений исполнительного механизма или в схему переключения и логического управление процессом.

Дополнительно предусмотрены также механические упоры.

 

Динамические настройки регулятора.

 

     Динамическая настройка регулятора и системы регулирования служит для получения устойчивого регулирования, удовлетворяющего заданным требованием качества переходного процесса. Конкретные параметры динамической настройки зависят от выбранного закона регулирования, а их численные значения – от динамических свойств и параметров объекта регулирования.

 

Параметры настройки пропорционально – интегрально – дифференциальных (ПИД) регуляторов.

 

     ПИД – регуляторы перемещают исполнительный механизм (регулирующий орган) пропорционально отклонению регулируемой величины (П – часть), интегралу отклонения регулируемой величины во времени (И – часть) и скорости отклонения регулируемой величины (Д – часть). При отклонении регулируемой величины в первый момент регулирующее воздействие вырабатывает Д – часть, улучшая чувствительность регулятора, затем П – часть за счёт обратной связи останавливает исполнительный механизм, обеспечивая устойчивость регулирования, а потом И – часть приводит параметр к заданному значению.

Уравнение регулятора:

где: y – перемещение исполнительного механизма (регулирующий орган).

- отклонение  регулируемой величины (рассогласование).

- параметры  динамической настройки ПИД – регулятора.

- коэффициент  пропорциональности (коэффициент передачи, предел пропорциональности) регулятора.

- постоянная  времени интегрирования – параметр настройки И – части регулятора.

- постоянная  времени дифференцирования (предварения) – это условное время, в течении которого на управляющий сигнал регулятора воздействует Д – часть.

Дифференциальная часть регулятора обычно формируется реального дифференцирующего звена (дифференциатора), которое включается в структурную схему регулятора или подключается к нему в виде отдельного блока (блока дифференцирования, предварения).

Применение Д – части увеличивает чувствительность срабатывания регулятора, уменьшает динамическую ошибку регулирования.

Существуют регуляторы с обратным дифференцированием (предварением) в которых, наоборот, Д – часть производит задержку формирования управляющего сигнала. Такое преобразование называетсч апериодическим (А – преобразованием). А – преобразование широко используется для устранения колебаний регулируемой величины (демпфирование рассогласования), для ограничения скорости изменения регулируемой величины и так далее.

 

 

 

 

 

 

 

 

4 построение и описание функциональной  схемы АСР расхода воздуха  в трубопроводе, подаваемого на  нагревательную печь.

 

      Функциональная схема – это основной проектный документ по автоматизации технологических процессов.

При разработки функциональной схемы решаются следующие вопросы:

- выбор системы  контроля, регулирования, управления, защиты и сигнализации параметров проектируемого документа;

- выбор способов  контроля, регулирования, управления, защиты и сигнализации;

- выбор конкретного  оборудования для реализации  систем контроля, регулирования, управления, защиты и сигнализации;

- выбор размещения  аппаратуры АСР.

Функциональная схема АСР расхода воздуха в трубопроводе, подаваемого на нагревательную печь представлена на рисунке 6.

Расход воздуха трубопроводе измеряется с помощью сужающего устройства (позиция 1а), которое преобразует его в перепад давлений . Сигнал с преобразователя поступает на датчик перепада  давлений типа Метран 100 ДД (позиция 1б), где преобразуется в унифицированный токовый сигнал , так как , то в АСР предусмотрен блок извлечения корня (позиция 1в). Сигнал с блока извлечения корня (позиция 1в) поступает на вторичный прибор показывающий регистрирующий и цифровой типа Диск – 250 М (позиция 1г). Вторичный прибор показывает и регистрирует действительное значение расхода воздуха в трубопроводе.

Далее сигнал подаётся на суммирующую часть регулятора расхода (позиция 1е).

На суммирующую помимо действительного значения расхода полаётся заданное значение, которое устанавливается с помощью задающего устройства (позиция 1д).

Действительное и заданное значения сравниваются и выявляется сигнал рассогласования.

Регулятор формирует управляющее воздействие в виде сигнала 24В.

В системе регулирования предусмотрен блок ручного управления работающий в двух режимах: автоматическое регулирования и ручное управление.

Напряжение 24В преобразуется с помощью пускателя бесконтактного, реверсивного (позиция 1и) до величины 220В для привода механизма электрического однооборотного типа МЭД (позиция 1л), установленным в трубопроводе воздуха.   Положение клапана контролируется с помощью указателя положения (позиция 1м).