Автоматизация котельной установки

Рисунок 2.2 - Схема регулятора питания котла водой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

 

Рассмотрим  схему автоматического  управления  котельной  установкой                          

Рисунок 3 - Упрощенная схема автоматического управления  котельной установкой .

Обозначения: 1-Датчик; 2-Нормирующий  преобразователь; 3-Регулятор;

4-Объект управления; 5-Задатчик.

 

Анализируя схему можно придти к выводу, что количество теплоты  на выходе установки зависит от нескольких факторов:

-количества топлива поступающего на вход установки;

-нагрузки на установку ит.д.

Математическая модель технологического процесса – это математическое выражение, объясняющее зависимость количества теплоты на выходе установки от количества топлива, поступающего на вход установки:

,

где - количество теплоты на выходе установки;

       - количество топлива на входе установки;

        F – возмущающее  воздействие ( нагрузка на котел,  температура окружающей среды  и т.д.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ВЫБОР КРИТЕРИЯ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ

СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ

 

 

Информацию о технологическом  объекте можно считать полной, если на ее основе можно принять  правильное управляющее решение. Излишняя информация может быть также вредна, как и недостаточная: на базе и  той и другой могут быть приняты неверные решения. Информация должна быть достоверной и соответствовать объективной реальности, которую она отражает. Наряду с достоверностью информации существует понятие достоверности данных, которое определяет безошибочность отображения в кодовом виде соответствующей информации. Большое значение в доставке информации потребителю играет ее своевременность, которая должна незамедлительно учитываться при выработке управляющих решений.

Вопросы оптимизации отдельных  параметров (скорости передачи информации, помехоустойчивости, надежности) должны рассматриваться без отрыва от экономических факторов, связанных с построением и эксплуатацией системы. Главной задачей при построении АСУ является цель, реализация которой в процессе создания и эксплуатации системы, позволит получить определенный экономический эффект.

Однако нельзя оценивать  эффективность АСУ без учета  конечного значения получаемой, передаваемой и перерабатываемой информации. Стоимость  информации определяется затратами  энергии, материалов, труда и т.п., связанными с получением информации. Ценность информации измеряется экономией материальных, энергетических и трудовых затрат при использовании информации для достижения определенной цели.

Обобщенным критерием  выбора оптимального варианта построения информационно-управляющей системы является минимизация суммы затрат на добывание информации и потерь от несовершенства этой системы.

Требуется определить наилучшие  значения качественных параметров (скорости передачи данных, помехоустойчивости, надежности) с учетом стоимости обеспечения их значений и влияния на экономическую эффективность функционирования управляющего объекта – потребителя информации.  Задача оптимизации сводится к выбору структуры и параметров информационной системы, при которых свойства этой системы оптимальны. 

В этом случае достигается лучший вариант решения дислокации и  получения технических характеристик  средств контроля и управления с  учетом стоимостных показателей.

Стоимость оборудования АСУ зависит  от вероятности ошибки, скорости передачи данных, точности аппаратурных средств, надежности и т.п. ( ). Поэтому оптимальным будет вариант при котором сумма затрат на оборудование и денежного эквивалента возможных потерь будет минимальна.  Т.е.

.

Графическое изображение данного  критерия представлено на рисунке 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4. График критерия оценки эффективности  средств контроля и управления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАКОНА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

 

Наиболее важным параметром в системе  автоматического управления котельными установками является количество подаваемого  к котлу топлива.

Закон распределения может быть:

• нормальным;
• усеченным нормальным;
• логарифмическим нормальным;
• равномерным;
• экспоненциальным.

Вывод о законе распределения можно  сделать на основе расчетов вероятностных  характеристик потребления топлива  котельной установкой.

В данном случае допустимо использовать усеченный с двух сторон нормальный закон распределения. Нормальный закон распределения усеченный с двух сторон, т.к. с одной стороны ограничено возможное потребление топлива (мощность), а с другой – количество потребляемого топлива не может быть отрицательным:

,                                               (5.1)

где - математическое ожидание;

      - дисперсия.

Рисунок 5 -  Графическое изображение усеченного нормального закона распределения.

 

 

 

 

6.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЬЕДЕНЯЕМОСТИ ВЫБОРОК  ПО РАЗЛИЧНЫМ ПУНКТАМ РАССМАТИВАЕМОГО  УЧАСТКА ПРОИЗВОДСТВА.

 

Объединяемость технологических  параметров в единую генеральную  совокупность производится по критерию Вилькоксона. Он заключается в том, что, если контролируемые параметры на различных участках каким-то образом связаны между собой, то используя датчик на каком-то участке, можно судить о значении технологического параметра на другом участке. Это дает возможность уменьшить количество датчиков на производстве (стоимостные расходы), не увеличивая стоимостные расходы.

Возвращаясь к теме объединяемости выборок нужно сказать, что в  нашем случае это выполнить невозможно. Несомненно, система включает в себя довольно большое количество датчиков (впрочем, как и любая другая современная система автоматизации), но рассматриваемый параметр (расход газа на входе) в данном курсовом проекте, измеряет (оценивает) только один из них - датчик расхода газа на входе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 Выбор структуры регулирования и расчет САР

7.1 Определение передаточной функции объекта

По кривой разгона, представленной на рисунке 6 [2,c. 123, рис.5-2а], можно определить передаточную функцию объекта. Объект включает в себя: непосредственно объект регулирования, датчик и исполнительное устройство.

Рисунок 6 - Разгонные характеристики котла ДКВР-10-13 при уменьшении подачи топлива на котел.

Анализируя представленную кривую разгона, можно определить передаточную функцию объекта:

,                                                     (7.1)

где - коэффициент усиления системы;

- время запаздывания, сек;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- постоянная времени, сек;

- звено запаздывания;

- инерционное звено 1-го порядка.

Передаточная функция объекта управления выглядит так:

.

 

В данной курсовой работе расчитываем П-регулятор.

Передаточная функция П-регулятора

,                                                     (7.2)

   где   - коэффициент усиления;

- время разгона.

7.2 Расчет одноконтурной САР

В практике построения систем автоматизации  широкое применение нашли одноконтурные системы автоматического регулирования (САР). Задача сводится к следующей: исходя из найденной ПФ объекта и выбранного регулятора, необходимо определить параметры настройки регулятора, которые бы обеспечивали бы устойчивость и заданное качество САР.

Рисунок 7 - Структурная схема одноконтурной  САР

 

Рассмотрим расчет одноконтурной САР методом расширенных  амплитудно-фазовых характеристик. Оптимальная САР – это такие  настройки регулятора, которые обеспечивают заданную степень колебательности .

 

 

 

С помощью АФХЧ в области параметров настройки  регулятора строится «линия равного  затухания», соответствующая заданной степени затухания  переходного процесса САР. Далее на этой линии выбирается точка, координаты которой определюят параметры настройки регулятора, обеспечивающие при заданном наилучшее качество САР (оптимальные настройки).

Дано:

- ПФ объекта;

- ПФ П-регулятора;

  - степень колебательности.

Расширенная АФХ объекта

.

Расширенная АФХ объекта в алгебраической форме

Выражения для определения настроек П-регулятора

;

Подставляя действительную и мнимую части АФХ объекта в выражения для                П-регулятора, получаем:

;

 

Изменяя в пределах , рассчитываем настройки регулятора. Полученные данные сводим в таблицу 1.

 

Таблица 1 - Настройки регулятора

	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
П1	-0,667	0,414	1,533	1,684	0,651	-0,997	-2,345	-2,673	-1,82	-0,215	1,392

 

 

Разным точкам на кривой равной степени  затухания соответствуют различные процессы регулирования. Для выбора оптимальных настроек необходимо взять несколько пар точек на кривой и для каждой определить настройки регулятора. По качеству переходного

 

 

процесса можно судить о качестве САР.  Оптимальными свойствами САР будет обладать при регуляторе с параметрами .

Передаточная функция П-регулятора будет иметь вид

.

Для проверки правильности нахождения параметров регулятора необходимо построить  переходные процессы.

Возмущающее воздействие в замкнутой системе регулирования, приводящее к отклонению регулируемого параметра, может воздействовать на объект по различным каналам. На характер изменения регулируемого параметра влияют как величина и форма возмущающего воздействия, так и динамические свойства регулируемого объекта по каналу от источника возмущения до места установки измерительного устройства.

Рассмотрим 2 варианта построения графиков переходного процесса:

• при единичном скачкообразном изменении возмущающего воздействия , действующего по каналу регулирования;
• при единичном скачкообразном изменении заданного значения .

7.2.1 Построение переходного процесса  по возмущению

Рисунок 8 - Структурная схема  одноконтурной САР по каналу возмущения

С помощью программного продукта «Mat Cad» был получен переходной процесс, представленный на рисунке 9.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 9 - Переходной процесс в  одноконтурной САР по каналу возмущения

Качественные параметры переходного процесса:

• Установившееся значение: 0.42;
• Время регулирования: 81 с;

7.2.2 Построение переходного процесса  по заданию

Рисунок 10- Структурная схема одноконтурной  САР по каналу задания

С помощью программного продукта «Mat Cad» был получен переходной процесс, представленный на рисунке 11.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 11 - Переходной процесс в  одноконтурной САР по каналу задания

Качественные параметры переходного  процесса: