Разработка системы автоматизации процесса перемещения сыпучих материалов

Строим график переходного  процесса в САР при нанесении  возмущения «По заданию» при параметрах настройки регулятора соответствующих  выбранным, по оптимальным критериям.

Рис. 3.6. Графики переходных процессов в САР при нанесении возмущения «По заданию» в режимах «Настройка» (1) и «Проверка на грубость» (2)

Показатели качества регулирования  представлены в виде таблицы 3.5.

Таблица 3.5.

Режим моделирования	Показатели качества регулирования
	,		,
Настройка	0,11346	---	36,25
Проверка на грубость	0,309981	0,946254	32,5

 

Динамические  ошибки в нормальном режиме и при проверке на грубость 6 кг/м и 18 кг/м не превышают допустимую 24 кг/м.

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

36,25 с и 32,5 с не превышают допустимое 100 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

4. АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ  ОБЕСПЕЧЕНИЕ

4.1 Алгоритм и программа автоматической защиты и сигнализации на языке SFC

Разработка алгоритма работы подсистемы автоматической сигнализации и защиты от опустошения бункера производится на основе ФСА. Блок-схема алгоритма автоматической сигнализации и защиты от опустошения бункера представлена на рис. 4.1.

Рис. 4.1 Алгоритм автоматической сигнализации и защиты от опустошения бункера:

 

L_ПР, L_АВ – заданное значение уровня материала в бункере для включения предупредительной и аварийной сигнализации.

В соответствии с разработанным  алгоритмом (см. рис. 4.1.) составлена на языке SFC и представлена на рис. 4.2 программа работы контроллера при реализации им функций защиты и сигнализации в программируемой системе.

Рис. 4.2. Программа работы контроллера  для реализации функций защиты и  сигнализации на языке SFC: Init – начальный шаг, Trans – переход, Step – текущий шаг

 

 

 

4.2 Программа работы контроллера для реализации функции дистанционного управления электродвигателем

Программа, составленная на языке LD, представлена на рис. 4.3.

          

Рис. 4.3. Программа дистанционного управления электродвигателем насоса:

IN1, IN2 – входные битовые переменные, поступающие с компьютера при подаче оператором команд вкл/выкл;

QX1 – выходная битовая переменная, управляющая включением/выключением пускателя;

LAMPA1 – выходная битовая переменная, управляющая световым сигналом на экране компьютера “Пускатель включен”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3. Программа работы  контроллера для реализации       функции автоматического регулирования  погонной загрузки конвейера

Программа для автоматического регулирования  контроллером технологического параметра (см. ФСА проектируемой системы) составляется на языке FBD  с использованием в качестве основного функционального блока функции ПИД - регулирования (рис. 4.4) из библиотеки ОВЕН функциональных блоков управления и регулирования. Параметры настройки ПИД - регулятора устанавливаются в соответствии с данными, полученными при расчете соответствующей САР.

                  

Рис. 4.4. Функциональный блок ПИД-регулирования без автонастройки регулятора    

ВХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ (см. рис. 4.4)

PV: REAL;             – значение регулируемой величины (сигнал обратной связи, приходящий с датчика);

PV TIME: WORD; – время получения значений регулируемой величины (циклическое время), используется для вычисления интегральной и дифференциальной составляющих. Отсчитывается в сотых долях секунды и берется из

 

модуля UNIVERSAL Sensor, переменной Circular time (т. е. указывается для входной переменной адрес соответствующего модуля конфигурации контроллера в разделе PLC Configuration) или получается по сети от приборов ОВЕН. Если функциональный блок используется не с измерителем ОВЕН, то необходимо завести переменную, в которую прибавлять время, равное периодичности вызова блока (периоду вызова POU). Единица времени в этой переменной должна равняться 1/100 сек, при переполнении значение должно обнуляться и накопление значения времени должно продолжаться;

SP: REAL;  – уставка регулятора;

PB: REAL; – полоса пропорциональности (в единицах регулируемой величины). Показывает насколько сильно действует обратная связь – чем шире полоса пропорциональности, тем меньше величина выходного сигнала OUT при одном и том же отклонении (рассогласовании);

TI: DINT; – постоянная интегрирования (4-байтовое целое число со знаком, в секундах). Задает инерционность объекта регулирования;

TD: REAL; – постоянная дифференцирования. Рекомендованное соотношение TD/TI для большинства объектов лежит в диапазоне от 0,15 до 0,3;

IMIN: REAL; – минимальное ограничение накопления интегральной составляющей в диапазоне от -100 до 100;

IMAX: REAL; – максимальное ограничение накопления интегральной составляющей в диапазоне от -100 до 100.

Выход блока:

OUT: REAL; – выходной сигнал регулятора, от минус 100 до +100 % относительной мощности.

 

 

 

 

 

 

5.РАЗРАБОТКА  ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ

Принципиальная  электрическая схема (ПЭС) определяет полный состав приборов, аппаратов и устройств (а также связь между ними), действие которых обеспечивает решение задач управления, регулирования, защиты, измерения и сигнализации.

На рис. 5.1 представлена ПЭС процесса стабилизации погонной загрузки конвейерной ленты.

Погонная загрузка ленты измеряется тензо-датчиком Т24. Сигнал об изменении количества материала поступает на аналоговый вход контроллера ОВЕН ПЛК 150 и обрабатывается в соответствии с программой. Управление шнековым питателем осуществляется по средством двигателя М1 через преобразователь частоты G-540. Включение/отключение конвейерной ленты осуществляется электродвигателем М2 в режиме дистанционного управления с помощью промышленного компьютера через магнитный пускатель ПМ-12.

На рис. 5.2 изображена электрическая схема соединений элементов процесса стабилизации процесса стабилизации погонной загрузки конвейерной  ленты.

Контроллер  ОВЕН ПЛК 150 посредством кабеля 1 подключается к прибору Т24, а при помощи кабеля 2 к ПЧ, через соответствующие контакты. Силовой кабель 3 соединяет ПЧ и трехфазную питающую сеть. М1 соединен с ПЧ кабелем 4.

Кабелем 5 соединена силовая цепь с магнитным  пускателем, а кабелем 6 соединены  ПЛК и кнопки магнитного пускателя.

 

 

Рис. 5.1. ПЭС процесса стабилизации погонной загрузки конвейера

Рис. 5.2. Схема  соединений процесса стабилизации погонной загрузки.

 

 

 

 

 

 

6.РАСЧЕТ  НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО  РЕГУЛИРОВАНИЯ

В комплект технических  средств системы автоматического  регулирования входят: датчик погонной загрузки Т24, контроллер ОВЕН ПЛК 150, промышленный компьютер SIMATIC Box PC 820, ПЧ G-540, кабель.

Надежность САР оценивается  по среднему времени безотказной  работы (Т_ср) и вероятность безотказной работы в течении года. Структурная схема САР изображена на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Структурная  схема САР

На схеме обозначены: ПК – промышленный компьютер, ПЛК - программируемый логический контроллер, ПЧ – преобразователь частоты, М1 – электродвигатель регулирующий подачу материала из бункера, К – ленточный  конвейер, ДПЗ - датчик погонной загрузки ленты.

При экспоненциальном законе распределения  отказ любого элемента приводит к  отказу всей системы в целом. В этом случае вероятность безотказной работы САУ при условии независимости отказов элементов будет определяться из следующей формулы:

 

 

где n– количество элементов в логической схеме; P_i(t)– вероятность безотказной работы  i элемента.

Показатели надежности:

1. SIMATIC Box PC 820 – (1/ч);
2. ОВЕН ПЛК 150 – (1/ч);
3. Т24 – λ₃= (1/ч);
4. ПЧ - (1/ч);
5. М1– (1/ч);
6. СП – (1/ч); 

Среднее время безотказной работы САУ определяется из следующего выражения: 

 

 

  (1,24>1,0)

На основе экспоненциального закона распределения, определяем вероятность  безотказно работы:

 

График  вероятности безотказной  работы САР для разных сроков эксплуатации системы показан на рис. 6.2.

Так как  (1,26>1,0) то считаем, что выбранный состав элементов и структура САУ удовлетворяют требования к надежности системы.

 

 

 

Рис. 6.3. График изменения вероятности безотказной работы САР во времени

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте были разработаны: функциональная схема автоматизации, принципиальная электрическая схема, схема соединений элементов САР, был произведен расчет надежности проектируемой САР, выбраны технические средства СА, произведен расчет параметров настройки регулятора для автоматического стабилизации температуры горячего продукта , а так же разработано алгоритмическое и программное обеспечение для данной системы автоматизации. При выполнении курсового проекта получены навыки проектирования систем автоматизации и технологических комплексов, а также закреплены и расширены знания в области автоматизации производственных процессов. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..........3 РАЗДЕЛ 1. Техническое задание  на проектирование……………………………..4 Технологическая схема и задачи автоматизации объекта……………..4 Технические требования к проектируемой системе автоматизации….6 РАЗДЕЛ 2. Разработка функциональной схемы автоматизации……………………………………………………………………….11

2.1.     ФСА  объекта…………………………………………………………….11    2.2.     Выбор  технических средств автоматизации………….………………14

РАЗДЕЛ 3. Автоматическое регулирование  технологических параметров объекта…………………………………………………………………...............…..44        3.1      Исходные данные………………………………………………………..44        3.2.     Исследование переходных процессов объекта управления……………………………………………………………………...……45

РАЗДЕЛ 4. Алгоритмическое  и программное обеспечение системы...…...…….53

4.1.    Алгоритм и программа автоматической защиты и сигнализации на языке SFC……………………………………………………………………………44        4.2.    Программа работы контроллера  для реализации функции  дистанционного управления на языке LD..………………………………………55        4.3.    Программа работы контроллера  для реализации функции  автоматического регулирования …………………………………………………..56

РАЗДЕЛ 5. Разработка  принципиальных электрических схем.………………...58

РАЗДЕЛ 6. Расчет надежности  САР………………………….…………………..61

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……….………………………………………………………...….64

Список используемой литературы   1. Медведев А.Е. Правила выполнения схем автоматизации технологичес-ких процессов и оборудования. – Кемерово: КузГТУ, 2006. – 56  с. 2. Медведев А.Е.  Программа   и  методические   указания  по  курсовому проектированию  для студентов специальности  140604 (180400) «Электропри-вод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» – Кемерово: КузГТУ, 2004. – 42 с. 3. Медведев А.Е. Система автоматизации компрессорной установки. Ме-тодические указания к выполнению лабораторной работы по курсу АПП. – Кемерово: КузГТУ, 2007. – 31 с. 4. Компьютерная база данных КузГТУ по техническим средствам систем автоматизации, разработанная проф. кафедры ЭПА Захаровой А.Г. 5. [Электронный ресурс]. – http://www.owen.ru/catalog - каталог продукции фирмы “ОВЕН”. 7. [Электронный ресурс].