Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РБ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «ОНИиП»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: «Средства автоматики и автоматизация производственных процессов»
на тему: «Автоматизация производства гранулированных комбикормов»
Выполнила:Мартинович М.А.
Студент 9т гр.,5 курса ИТФ
Руководитель: Носко В.В.
Минск 2013
Реферат
Курсовая работа автоматизация производства гранулированных комбикормов.
Работа: с. , рисунков, 1 таблица.
Ключевые слова: КОМБИКОРМ, КОНТРОЛЬ, РЕГУЛИРОВАНИЕ, ДАТЧИК, ИЗМЕРЕНИЕ, СХЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ, ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ, КАЧЕСТВО УПРАВЛЕНИЯ.
Объектом исследования является процесс приготовления гранулированных комбикормов.
Цель курсовой работы расширить знания по автоматики и автоматизации, рассмотреть возможность автоматизации процесса приготовления гранулированных комбикормов.
Применены теоретические и экспериментальные методы исследования.
Краткие результаты: Составлена схема автоматизации процесса производства сметаны. Выполнен анализ устойчивости системы по критериям Найквиста, Гурвица, Михайлова. Проведена оценка качества управления по переходным характеристикам.
СОДЕРЖАНИЕ
|
Введение………………………………………………………………............. |
|
|
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ……………………..... |
|
|
1.1.Технологический процесс приготовления гранулированных комбикормов………………………………………….………………… |
|
|
1.2. Выбор и обоснование технических средств автоматизации………. |
|
|
1.3. Схема автоматизации процесса гранулирования……………………. 2. АНАЛИЗ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ… |
|
|
2.1. Составление структурной схемы системы………………………….. |
|
|
2.2. Определение передаточных функций системы по управляющему возмущающему воздействиям и для ошибок регулирования …….. |
|
|
2.3. Анализ устойчивости системы……………………………………….. |
|
|
2.3.1.Анализ устойчивости по критерию Гурвица……………………… |
|
|
2.3.2. Анализ устойчивости по критерию Михайлова…………………. |
|
|
2.3.3. Анализ устойчивости по критерию Найквиста………………….. |
|
|
2.4. Оценка качества управления………………………………………….. |
|
|
Заключение…………………………………………………………………….. |
|
|
Список используемых источников………………………………………… |
Введение
Автоматизация производства – это процесс, при котором функции управления и контроля, ранее выполняющиеся человеком, передаются пробором и автоматическим устройствам. Главная цель автоматизации производства заключается в повышении производительности труда, улучшение качества выпускаемой продукции, создании условий для оптимального использования ресурсов производства.
В отраслях агропромышленного комплекса наметилась тенденция широкого применения как общепромышленных, так и нестандартизированных средств измерения.
Важную роль в отрасли приобретают безотходные, малоотходные и энергосберегающие технологические процессы и автоматизация как отдельных аппаратов и агрегатов, так и целом технологических производств.
Основные задачи автоматизации на комбикормовых заводах следующие:
- повышение производительности труда в результате сокраще ния численности обслуживающего персонала и увеличения выра ботки продукции на агрегатах и в цехах на тех же площадях;
- устранение труда человека на участках с тяжелыми условиями труда (в компрес сорной, где высок уровень шума, на надсилосном этаже элеватора, где повышена запыленность воздуха, и т. д.);
- общее повышение культуры труда, в том числе и управленческого, облегчение его условий;
- совершенствование технологического процесса, направ ленного на повышение единичной мощности агрегатов, а также на улучшение качества продукции, невозможное без внедрения ССА;
- снижения энергетических затрат на выработку продукции;
- повышение оперативности управления и в результате этого обес печение работы оборудования в оптимальных режимах, ведущих к увеличению сроков его службы и сокращению затрат на обслу живание и ремонт.
Обязательная предпосылка автоматизации — механизация ос новных и вспомогательных операций технологического процесса. С этой точки зрения комбикормовые заводы — наиболее удобные объекты, так как в основном все их технологические процессы непрерывны и в значительной степени механизированы.
Целью выполнения курсовой работы является расширение, углубление закрепление знаний в области средств автоматики и автоматизации производственных процессов, приобретение навыков работы со специальной и научной литературой, технологическими инструкциями и другой нормативной документацией.
Зернопродуктовый подкомплекс по своей значимости в решении продоволь ственной проблемы является одной из важнейших подсистем АПК республи ки. Конечная цель подкомплекса — наиболее полное удовлетворение потреб ностей республики в зерновых ресурсах продовольственного и фуражного назначения, создание необходимых семенных фондов, переходящих страхо вых запасов и государственных резервов, обеспечивающих бесперебойное снабжение населения хлебной продукцией, независимо от колебаний и се зонности производства, а также обеспечение развития экспорта. Именно зер новое хозяйство является фактором, который стабилизирует все сельскохо зяйственное производство, в решающей степени определяет возможности удовлетворения потребностей населения в продуктах питания.
Уровень производства зерна позволяет судить об эффективности функци онирования агропромышленного комплекса и его отраслей, уровне жизни населения, экономическом потенциале государства.
Единые рекомендации по учету технологических требований при разработке и эксплуатации средств автоматизации для комбикормовых заводов сформулировать трудно. Их учитывают в каждом отдель ном случае. Но многообразие обрабатываемых материалов с раз личными свойствами, технологических процессов и операций по требовало разрабатывать большое число конструкций датчиков, исполнительных механизмов практически одного назначения.
К общим требованиям, предъявляемым к средствам автомати зации для ПХПЗ, можно отнести: пожаро- и взрывоопасность; электробезопасность обслуживания; высокую эксплуатационную надежность; невысокую стоимость.
1 ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
Комбикорм — это смесь, измельченная до необходимой крупно сти кормовых продуктов, составленная по научно обоснованным рецептам и правильно сбалансированная по содержанию питатель ных, минеральных веществ и витаминов.
Смесь зернового сырья с другими высокобелковыми продук тами намного эффективнее, так как в ней белок и крахмал находят ся в соотношении более благоприятном для организма животного. Ценность такой смеси может быть повышена посредством введения в нее небольшого количества биологически активных веществ – ви таминов, солей, микроэлементов, антибиотиков и т. д.
При скармливании комбикормов значительно возрастает продуктивность животных, пушных зверей и рыб. Молодняк бы стрее растет и лучше развивается, повышается его жизнеспособ ность. При однообразном питании, когда в суточном рационе пре обладает один вид корма, снижается продуктивность, молодняк от стает в росте и развитии, увеличивается заболеваемость.
Таким образом, использование сбалансированных по основным элементам питания комбикормов имеет ряд преимуществ:
- позволя ет экономить кормовые ресурсы, и в том числе кормовое зерно, так как снижается расход кормов на единицу продукции;
- предоставляется возможность наиболее рационально использовать отходы, образующиеся в различных отраслях промышленности — пищевой, мукомольно-крупяной, мясомолочной, рыбоперерабатывающей и др.
Гранулированные комбикорма имеют ряд важных преимуществ:
хорошо усваиваются;
не происходит самосортирования комбикормов при транспортировке;
исключается для птицы возможность выбора частиц комбикорма при кормле нии, поэтому уменьшаются потери комбикорма;
сводится к минимуму риск заражения сальмонеллой за счет тепловой обра ботки во время процесса гранулирования, так как при температуре выше 65 °С бак терии сальмонеллы погибают;
можно использовать в кормах для животных дешевое сырье с большим со держанием клетчатки при вводе мелассы и жира;
требуются меньшие объемы для транспортировки и хранения комбикормов;
снижается выделение пыли при производстве.
Стадии технологического процесса:
очистка рассыпного комбикорма от металломагнитных примесей;
предварительная его подготовка (пропаривание, обогащение добавками);
прессование гранул (гранулирование);
их охлаждение;
измельчение при выработке крупки, просеивание.
Описание технологической линии.
Рассыпной комбикорм из силосов готовой продукции подается цепными транспортерами К4-УТФ-200 № 16 и К-4-УТФ-320 № 17 на норию НЦН-100 № 9. С нории № 9 через магнитную колонку УЗ-ДАМ-03 №8 поступает на цепной транспортер ТСЦ-50 № 13 из которого комбикорм идет на просеивающую машину А1-ДСМ, где происходит отсев крупной фракции и посторонних предметов. Отсев попадает в металлический ящик и удаляется. С просеивающей машины самотеком комбикорм поступает в бункера №№ 19 и 20. Из бункеров №№ 19 и 20 комбикорм самотеком проходит через магнитные колонки СМП-П2В-05 №9 и № 10 и поступает в смесители пресс-грануляторов ДГВ-1 №1 и RMP 520 W № 2. В пресса-грануляторы подается пар и при необходимости растительное масло и животный жир.
В прессах-грануляторах используются матрицы с отверстиями не более 4,7 мм. Гранулирование смеси осуществляется при следующих режимах:
давление пара от 3,5 до 5 кг/см2 (изготовление комбикормов для птицы);
расход пара 500-600 кг/час (20-30 кг/т);
температура гранул при выходе из пресса не более 80 С;
удельный расход электроэнергии 32-34 кВт ч/т.
Гранулы комбикормов из прессов-грануляторов самотеком через шлюзовой затвор поступают в охладительную колонку SDDCC25, где охлаждается до температуры, не превышающей температуру окружающего воздуха в помещении выше 10 С. Охлаждение гранул производится потоком воздуха, направленного против потока комбикорма при помощи вентилятора и циклона. В циклоне происходит отделение аспирационной пыли комбикорма от воздушной массы и она самотеком через шлюзовой затвор подается на норию НЦГ-20 №20 и поднимается в бункера №№19 и 20 на повторное гранулирование. С охладительной колонки через регулятор потока гранулы комбикорма проходят через двойной измельчитель SDPCD-25 и самотеком поступают в просеивающую машину CC220/L. Готовая продукция (крупка) и просеивающей машины подается на весы ДН-500 № 1, где взвешивается и с весов самотеком продукция поступает на норию НЦГ-100 № 5 и транспортируется на транспортер ТСЦ-50 № 14, который подает продукт на транспортер ТСЦ-50 № 14а и транспортируется в силоса №№ 31, 32, 33, 34. Кроме этого с транспортера № 14 готовая продукция может поступать на транспортер ТСЦ-100 № 15, который подает ее на цепной транспортер ТСЦ-100 № 18 и распределяет по металлическим емкостям №№ 1-8.Общая емкость которых, составляет 240 тонн.
Мелкая и крупная фракции продукции (сход и проход) с просеивателя СС 220/ самотеком поступает на норию НЦГ-20 № 20 и подается в бункера № 19 и 20 линии гранулирования на повторную грануляцию, или на норию НЦГ-100 №5 и транспортируется на ТСЦ 50 №14 и ТСЦ 50 № 14А и подается в склад готовой продукции.
Схема линии производства гранулированных комбикормов – рисунок 1.
Для гранулирования используют грануляторы Б6-ДГВ, RMP-520 и другое подобное оборудование. Комбикорма и БВД гранулируют сухим и влажным способами. В настоящее время применяют в основном сухое гранулирование, при котором рассыпной комбикорм обрабатывают сухим паром, подаваемым в смеситель пресса под давлением 0,35...0,4 МПа; при гранулировании БВД давление пара 0,4...0,5 МПа, расход 60...80 кг/т. При этом тем пература пара достигает 130... 140 °С, комбикорм нагревается до 80...85 °С, а при гранулировании температура возрастает на 5... 10 %, что сопровождается клейстеризацией крахмала и образованием небольшого количества декстринов при незначи тельном разрушении витаминов А и В. Не допускается обработка паром комбикор мов, содержащих лизин. При влажном гранулировании пар не требуется, комбикорм и БВД можно гранулировать, используя мелассу, соленый гидрол, кукурузный экс тракт, воду и другие жидкие связывающие добавки.
Измельченные гранулы сортируют на просеивающей машине с двумя ситами. Сходом с верхнего сита получают крупные частицы, возвращаемые на измельчение, сходом с нижнего сита - готовую крупку, проходом - мучнистый продукт, который вновь направляется на прессование. Размеры отверстий сит устанавливают соответ ственно заданному размеру крупки. При правильном режиме работы установки для гранулирования выход крупки должен быть не менее 70 %. При получении крупки высокого качества важное значение имеет ее выход и образование мелкой мучни стой фракции, которую возвращают на повторное прессование, что приводит к сни жению производительности установки. Поэтому при нормальном процессе измель чения выход мелкой мучнистой фракции не должен превышать 30 %. Гранулы из мельчают в специальных вальцовых измельчителях.
1.2 Выбор и описание средств автоматизации
Автоматизация процесса гранулирования.
При автоматизации процесса гранулирования необходимо контролировать следующие параметры:
- подача рассыпных комбикормов в гранулятор и их расход;
- расход количества мелассы при влажном способе гранулирования;
- расход пара при сухом способе гранулирования;
- давление пара в основной магистрали и давление пара при поступлении в смеситель гранулятора;
- температура продукта на выходе из прессующей секции.
Автоматическое регулирование расхода
Наибольшее распространение получили следующие датчики расхода:
- датчики переменного перепада давления. Принцип действия основан на том, что при протекании жидкости через сужающееся устройством скорость увеличивается, а статическое давление падает. По изменению перепада давления определяют расход жидкости.
- датчики постоянного перепада давления. Представляют собой вертикальную конусообразную трубку, внутри которой находится поплавок с винтовой насечкой. Принцип действия основан на уравновешивании силы тяжести поплавка и силы возникающей из-за перепада давлений в сечениях А и Б (рисунок 2).
Рисунок- 2 : 1- конусная труба, 2 – поплавок.
- тахометрические преобразователи. Представляют собой крыльчатку расположенную внутри трубопровода. Частота вращения крыльчатки связана пропорциональной зависимостью с расходом.
- электромагнитные преобразователи. Принцип действия основан на явлении электромагнитной индукции. Работа заключается в возникновении ЭДС на противоположных сторонах трубопровода, расположенного в поле постоянного магнита при протекании в трубопроводе электропроводной среды (рисунок 3).
Рисунок - 3 : 1- трубопровод; 2 – изоляционный слой; 3 – электроды.
- ультразвуковые. Принцип действия основан на изменении скорости ультразвука при прохождении его через движущуюся среду.
Вихревой расходомер Rosemount 8800D.
Находим погрешность датчика:
%
Погрешность расхода для пара и газа ±1,35%.
Принцип действия: определение частоты вихрей, образующихся в потоке измеряемой среды при обтекании тела специальной формы. Частота вихрей пропорциональна объемному расходу.
Расходомеры 8800D имеют разнообразные конструкции проточной части: фланцевая, бесфланцевая, со встроенными коническими переходами, сдвоенная и на высокое давление.
В конструкции расходомеров отсутствуют отверстия и полости, которые могут засоряться в процессе эксплуатации.
Конструктивно бесфланцевый расходомер 8800DW отличается от фланцевого 8800DF только способом монтажа и диаметрами условного прохода (Dy от 15 до 200 мм).
Установочное кольцо, поставляемое с расходомерами 8800DW, позволяет точно отцентрировать корпус расходомера при установке расходомера между существующими на трубопроводе фланцами.
Сдвоенный расходомер 8800DD состоит из двух одинаковых расходомеров, сваренных и откалиброванных так, чтобы в результате получился один расходомер с двуми независимыми каналами измерения расхода для повышения надежности измерений.
Конструкция расходомера 8800DR со встроенными коническими переходами (REDUCER) снижает на 50% стоимость установки, а также уменьшает проектные риски, т.к. стандартные фланцевые расходомеры 8800DF и 8800DR имеют одинаковую монтажную длину, т.е. любой из них может быть использован без влияния на компоновку трубопровода. Расходомеры на высокое давление отличаются усиленной конструкцией проточной части.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ
• Измеряемая среда (однородная и однофазная):
газ, пар, жидкость
• Диапазон температур измеряемой среды:
стандартное исполнение -40...232°С
расширенное исполнение -200...427'С
с опцией МТА -40.. .427°С
Достоинства:
уникальная незасоряющаяся конструкция;
отсутствие импульсных линий, уплотнений повышает надежность;
повышенная устойчивость к вибрации;
новая улучшенная платформа электроники;
- возможность замены сенсоров без остановки процесса;
малое время отклика;
возможность имитационной поверки;
встроенная самодиагностика;
для 8800DR дополнительно:
расширен динамический диапазон в область малых расходов;
отсутствует необходимость выполнения сужения трубопровода.
Пределы измерений расхода пара (качество пара предполагается равным 100%) –таблица 1.
Таблица- 1
Прибор для регулирования температуры.
Температура - это один из параметров состояния вещества. Она опре деляет не только характеристики тепловых процессов, от нее зависят многие физические свойства веществ, а также объектов производства. Поэтому тем пература является одним из важнейших параметров технологических про цессов, в частности сельскохозяйственного производства, а ее автоматиче ский контроль и регулирование в производственных условиях находят все более широкое применение.
В качестве первичных (измерительных) преобразователей (датчиков) температуры используют элементы, физические свойства которых сущест венно зависят от температуры и незначительно подвержены влиянию других факторов, например влажности, состава среды и т.п. К таким физическим свойствам относятся явления теплового линейного или объемного расшире ния, изменения сопротивления, емкости или термоэлектродвижущей силы специального элемента, находящегося в контакте с контролируемой средой. Многие датчики используют принцип изменения физических параметров самой контролируемой среды под действием температуры: давления, плот ности, вязкости и интенсивности радиационных излучений.
К датчикам, основанным на принципе теплового расширения жидко стей, газов и твердых тел, относится жидкостные объемные и контактные термометры, манометрические термодатчики, дилатометрические и биме таллические термометры.
Для дистанционного контроля температуры служат термопары, металлические и полупроводниковые термометры сопротивления, принцип дейст вия которых основан на температурной зависимости их электрических свойств.
Металлические термометры сопротивления
Принцип действия ТС основан на свойстве металлов изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры. Электрическое сопротивление металла увеличивается с повышением температуры в связи с возрастающим рассеянием электронов проводимости на неоднородностях кристаллической решетки, обусловленным увеличением тепловых колеба ний ионов около своих положений равновесия.
В качестве материалов для изготовления ТС используют только чис тые металлы, в основном платину и медь, поскольку другие металлы и спла вы обладают меньшим значением температурного коэффициента сопротив ления и недостаточной воспроизводимостью термометрических свойств.
Этим требованиям в широком интервале температур удовлетворяет платина, при невысоком верхнем пределе измеряемой температуры - медь. Платиновые термометры обозначают ТСП, медные - ТСМ.
Рисунок -4 Термометр сопротивления:
а — чувствительный элемент; б — термометр без защитной головки; в — термометр с защитной головкой.
Температуру необходимо стабилизировать в диапазоне от 70 до 80 °С.
Находим середину параметров у0= (70 + 80)/ 2 = 75 °С.
ТСМ 18-20 (50…100°С) – термометр сопротивления медный.
Находим погрешность датчика:
Контроль давления.
Манометр электроконтактный типа ЭКМ-160М.
Предназначены для измерения давления неагрессивных, некристаллизующихся жидкостей, пара, газа в т.ч. кислорода, ацетилена, хладонов 12, 13, 22, 142, 502.
Материалы сталь/стекло.
Штуцер радиальный/торцевой
Масса 0,3 кг
Резьба М20х1.5
Класс точности: 1,5
Степень защиты: IP40
Пределы измерения, МПа
от -0,1 до 0,4...6,0;
от 0 до 0,1...40,0;
Для давления с диапазоном 0,35..0,4 МПа
у = (0,35+ 0,4)/2 =0,375 МПа. Выбираем датчик с диапазоном 0-30 МПа и классом 1 (измерительный преобразователь АРС-2000).
Тогда уо = шкалы.
Погрешность датчика Δ=.
1.3 Схема автоматизации процесса производства гранулированных комбикормов
В гранулятор поступает рассыпной комбикорм, очищенный путем прохождения через магнитную колонку от металлопримесей. Для управления подачей рассыпного комбикорма в гранулятор стоит датчик расхода, расход регулируется при помощи автоматической задвижки, от положения которой зависит, сколько рассыпного комбикорма поступит в гранулятор.
При применении влажного способа гранулирования в смеситель пресса-гранулятора подается меласса, предварительно разогретая до температуры 40-50 °С. Расход мелассы регулируется при помощи регулятора расхода.
Если применяется сухое гранулирование, то в смеситель подается сухой пар под давлением 0,35...0,4 МПа, расход 60...80 кг/т. Для регулирования расхода служит регулятор расхода, также на данной магистрали стоят два манометра. На линии подачи пара установлены манометр, показывающий давление пара в магистрали и манометр, пока зывающий давление поступающего в смеситель пара и подающий сигнал на клапан при снижении давления.
Далее установлен клапан, автоматический регулирует количество подаваемого в смеситель пара в зависимости от температуры продукта на выходе из смесителя.
На выходе из прессующей секции гранулятора установлен термометр сопротивления, для передачи и регистрации показателей температуры готовых гранул.
Рисунок -5: схема автоматизации процесса гранулирования
2 АНАЛИЗ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
Задание: Составить структурную схему системы. Определить передаточные функции системы по задающему, возмущающему воздействиям и для ошибок по этим воздействиям. Выполнить анализ устойчивости системы по критериям Найквиста, Гурвица, Михайлова. Определить запас устойчивости. Оценить качество управления по переходным характеристикам.
Вариант 1
Исходные данные:
ПЭ: X1 =2X
УЭ: Х2=2рХ1
ИМ1: pX21+2X21=рX1
ИМ2: pX22+2X22=2рХ1
ОУ: 2pX4+X4=p2 X3
ГОС: У1=3У
F: 2рХ6+Х6=2f
2.1 Составление структурной схемы системы
Структурной схемой называется наглядное графическое изображение математической модели (математического описания) системы.
При математическом описании систему разбивают на отдельные звенья направленного действия, передающие воздействия только в одном направлении – с входа на выход.
На структурной схеме каждое звено изображается прямоугольником, внутри которого записывается математическое описание звена. Связи между звеньями структурной схемы изображаются линиями со стрелками, соответствующими направлению прохождения сигналов.
Элементы, осуществляющие сложение и вычитание сигналов на структурной схеме, изображают в виде окружностей. Над стрелкой проставляется знак сигнала. Иногда окружность разбивают на сектора. Тогда сектор, к которому подходит вычитаемый сигнал, затушёвывается.
Математическое описание звеньев составляют на основании законов той области знаний, к которой относится рассматриваемое звено. Если звено описывается линейным дифференциальным уравнением, то его называют линейным. Если звено описывается нелинейным уравнением, то его называют нелинейным. Системы, которые содержат только линейные звенья, являются линейными. Если система содержит хотя бы одно нелинейное звено, то она является нелинейной. Линейное описание звеньев и систем является приближённым и описывает их поведение в отклонениях от установившегося режима.
Определим передаточные функции звеньев:
WПЭ(р) = ;
WУЭ(р) = ;
WИМ1(р) = ;
WИМ2(р) = ;
WОУ(р) = ;
WГОС(р) = ;
WF(р) = .
Составляем структурную схему звеньев. Она изображена на рисунке 6.
Рисунок 6 — Структурная схема САУ
2.2 Определение передаточных функций системы по управляющему и возмущающему воздействиям и для ошибок регулирования
Передаточная функция замкнутой САР по управляющему воздействию определяет взаимосвязь между изменением регулируемой величины У и изменением задающего воздействия G:
Wзу(р) = ,
где Wn(p) – передаточная функция прямой цепи системы; Wp(p) – передаточная функция разомкнутой системы; Wос(р) – передаточная функция обратной связи системы.
Обычно мысленно размыкают главную обратную связь перед сравнивающим устройством.
Перед нахождением передаточных функций систему необходимо привести к одноконтурной, избавившись от перекрёстных связей и заменив звенья, охваченные местными обратными связями и соединённые параллельно, на эквивалентные.
Передаточная функция параллельно соединенных звеньев определяется по формуле:
Wэ(р) = ,
Wэ (p) = ;
Передаточную функцию прямой системы Wп(p) найдём по формуле:
;
Передаточную функцию разомкнутой системы Wp(p) системы найдем:
Для рассматриваемого примера замкнутой САР по управляющему воздействию G:
Передаточная функция замкнутой САР по возмущающему воздействию определяет взаимосвязь между изменением регулируемой величиной Y и изменением возмущающего воздействия F:
где WF(p) – передаточная функция цепи звеньев от места приложения возмущающего воздействия до регулируемой величины.
В моём случае знак «+», т.к. в задании обратная связь отрицательная.
Передаточная функция САР для ошибки по возмущающему воздействию определяет взаимосвязь между изменением ошибки е и изменением возмущающего воздействия G:
.
Передаточная функция САР для ошибки по возмущающему воздействию определяет взаимосвязь между изменением ошибки е и изменением возмущающего воздействия F:
.
.
2.3 Анализ устойчивости системы
Устойчивость – это свойство системы возвращаться в исходный или близкий к нему установившийся режим после снятия воздействия, вызвавшего выход из установившегося режима.
Выходная величина устойчивой системы остаётся ограниченной в условиях действия на систему ограниченных по величине воздействий.
Неустойчивая система является неработоспособной, поэтому проверка устойчивости является обязательным этапом анализа системы.
Условием устойчивости линейной системы является отрицательность действительной части корней характеристического уравнения системы. При нулевых корнях система находится на границе устойчивости. Поскольку решение уравнений высокого порядка сопряжено с определёнными трудностями, то анализ устойчивости линейных систем проводится по алгебраическим и частотным критериям. Наиболее часто используют алгебраический критерий Гурвица и частотные критерии Михайлова и Найквиста.
2.3.1 Анализ устойчивости по критерию Гурвица
Критерий Гурвица формулируется следующим образом: для устойчивости линейной системы необходимо и достаточно, чтобы при а0>0 все диагональные миноры определителя Гурвица были положительными .
Определим устойчивость САР . Для этого можно воспользоваться любой из полученных ранее передаточных функций системы, из которых следует, что характеристическое уравнение системы:
Для анализа устойчивости воспользуемся основными условиями устойчивости. Так как а0 =6>0, найдём значения диагональных миноров. Составим определитель Гурвица.
Определяем значения диагональных миноров.
= -180<0
Для устойчивости линейной системы необходимо и достаточно, чтобы при а0 >0 все диагональные миноры определителя Гурвица были положительными. Так как, все диагональные миноры отрицательны, то систему можно считать не устойчивой.
2.3.2 Анализ устойчивости по критерию Михайлова
Этот критерий устойчивости был предложен советским учёным А.В.Михайловым и позволяет судить об устойчивости замкнутой системы на основании рассмотрения некоторой кривой.
Формулировка критерия Михайлова сводится к следующему: чтобы замкнутая система автоматического управления была устойчива, необходимо и достаточно, чтобы кривая Михайлова при изменении частоты от 0 до , начинаясь при на вещественно положительной полуоси, обходила только против часовой стрелки последовательно n квадрантов, уходя в бесконечность в последнем квадранте, где n – порядок характеристического уравнения.
Определим устойчивость САР :
В характеристическом уравнении для замкнутой системы вместо оператора р подставим значение (jw) и получим:
=0
где
Выделим вещественную и мнимую части.
,
Давая различные значения частоте ω, находим координаты и точек годографа Михайлова. Полученные данные заносим в таблицу 1 и строим по ним годограф (рисунок 7).
Рисунок 7 — Годограф Михайлова
Вывод: Система является неустойчивой, т.к. годограф Михайлова не проходит четыре квадрата подряд.
2.3.3 Анализ устойчивости по критерию Найквиста
Критерий устойчивости Найквиста основан на использовании амплитудно-фазовой частотной характеристики (АФЧХ) разомкнутой системы.
Строится график АФЧХ в координатах и . Для этого рассчитываются и при изменении частоты от 0 до . Длина вектора, соединяющего начало координат с графиком АФЧХ, равна значению при частоте , а угол поворота от оси R равен .
Если система в разомкнутом состоянии устойчива, то для устойчивости замкнутой системы необходимо и достаточно, чтобы АФЧХ разомкнутой системы при изменении частоты от нуля до бесконечности не охватывала точку с координатами (-1,j0).
Если система в разомкнутом состоянии находится на границе устойчивости (является астатической), то для устойчивости замкнутой системы необходимо и достаточно, чтобы АФЧХ разомкнутой системы, дополненная дугой бесконечно большого радиуса против часовой стрелки до действительной полуоси, не охватывала точку с координатами (-1,j0).
Если система в разомкнутом состоянии неустойчива, то для устойчивости в замкнутом состоянии необходимо и достаточно, чтобы АФЧХ разомкнутой системы охватывала точку с координатами (-1,j0) в положительном направлении к/2 раз, где к – число корней характеристического уравнения с положительной действительной частью.
Определим устойчивость САР для нашего случая.
Передаточная функция разомкнутой системы по задающему воздействию имеет вид:
Находим частотную передаточную функцию, подставляя вместо :
Так как и т.д., получим:
Для построения АФЧХ разомкнутой системы представим частотную передаточную функцию в виде:
Чтобы представить частотную передаточную функцию в виде комплексного числа имеющего действительную и мнимую части, умножим и разделим полученный результат на сопряжённое знаменателю комплексное число ( и после преобразования получим:
Вещественная часть частотной передаточной функции:
Мнимая часть частотной передаточной функции:
.
Найдём координаты точек, которые являются местом пересечения годографа с осью ординат. Для этих точек координата по оси абсцисс равна нулю (=0). То есть годограф пересекает ось , если числитель равен нулю, а именно:
=0
Решая это уравнение получаем отрицательное значение дискриминанта, это значит что пересечения с осью абсцисс нет.
Найдём координаты точек, которые являются местом пересечения годографа с осью ординат. Для этих точек координата по оси ординат равна нулю (=0). То есть годограф пересекает ось , если числитель равен нулю, а именно:
.
Решая это уравнение, находим корни и заносим их в таблицу 2 и строим график (рисунок 8).
Рисунок 8 ― АФЧХ разомкнутой системы
Вывод: АФЧХ разомкнутой системы охватывает точку с координатами (-1,j0), поэтому замкнутая система не устойчива.
2.4 Оценка качества управления
Устойчивость САУ или САР является необходимым, но ещё не достаточным условием практической полезности системы. К системе должен быть предъявлен ещё целый комплекс требований, который объединяется понятием качества процесса управления. Оценка качества САУ ведётся по так называемым показателям качества, к которым относятся:
1) точность системы в установившемся состоянии;
2) качество переходного процесса (или показатели качества переходной характеристики).
Любая система независимо от своего назначения и конструкции должна осуществлять управление каким-либо объектом с определённой точностью, т.е. качество управления зависит от мгновенных (переходных) величин ошибки , равных разности между заданными g(t) и фактическими y(t) значениями управляемой величины.
= g(t)- y(t).
Возмущающие воздействия представляют собой случайные функции времени, поэтому оценка качества по мгновенным значениям ошибки практически не используется.
Одной из оценок качества регулирования служит оценка качества переходной характеристики САУ относительно задающего воздействия. Показатели качества переходной характеристики называются прямыми. Чем лучше переходная характеристика, тем лучше система будет отрабатывать произвольно задающее воздействие.
Качество САУ по переходной характеристике оценивается обычно по следующим показателям: Величине перерегулирования h; статической ошибке , времени переходного процесса tp; числу колебаний с (колебательность), степени затухания .
Заносим данные в таблицу 3 и строим переходную характеристику (рисунок 10).
Рисунок 9 ― Переходная характеристика САУ
Таблица 3 ― Значения переходной характеристики
|
Время, мин |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
22 |
24 |
26 |
28 |
|
Температура, 0С |
15 |
21 |
28 |
35 |
42 |
49 |
55 |
61 |
65 |
72 |
78 |
83 |
88 |
91 |
93 |
|
Время, мин |
30 |
32 |
34 |
36 |
38 |
40 |
42 |
44 |
46 |
48 |
50 |
52 |
|||
|
Температура, 0С |
93 |
105 |
109 |
112 |
104 |
106 |
111 |
106 |
111 |
106 |
110 |
107 |
Величина перерегулирования определяется по выражению:
,
где y1- амплитуда первого отклонения;
y0- значение задания.
Перерегулированием оценивают разность между максимальным значением y1, переходной характеристики и значением задания у0. Перерегулирование косвенно определяет также запас устойчивости. Допустимое значение перерегулирования может быть установлено на основании опыта эксплуатации подобных систем. В большинстве случаев считается, что запас устойчивости является достаточным, если величина перерегулирования не превышает 10…30%.
Статическая ошибка:
;
иногда берут значение абсолютной статической ошибки
.
Время переходного процесса tp характеризует быстродействие системы, под которым понимается промежуток времени от начала приложения воздействия до вхождения y(t) в коридор , где - допустимая динамическая погрешность. Обычно принимают =0,01…0,05 иногда до 0,2, т.е. переходной процесс в САУ считают закончившимся, когда y(t) отличается от своего установившегося значения не более чем на 1…5%. Обычно выбирают равным 5%.
Период колебаний – время между двумя максимумами – Tк:
Тк не установлена, т.к. на графике линия фактической температуры не пересекает линию Тз.
Колебательность или число колебаний за время переходного процесса определяется числом максимумов или числом минимумов за время tn (неустановилось).
Обычно с=1…2 колебания, иногда 3…4. У некоторых систем колебания вовсе не допускаются. Если 1, то запас устойчивости САУ считается достаточным.
Собственная частота колебаний системы:
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной курсовой работе описан технологический процесс гранулированных комбикормов, описаны все основные параметры, которые необходимо регулировать при этом процессе, описана конструкция и принцип действия датчиков для контроля расхода, давления и температуры. Составлена схема автоматизации процесса гранулирования. Составлена структурная схема системы. Выполнен анализ устойчивости системы по критериям Найквиста, Гурвица, Михайлова. Проведена оценка качества управления по переходным характеристикам.
Схема автоматизированного технологического процесса имеет существенные преимущества перед не автоматизированной, так как улучшается контроль за процессом, уменьшаются затраты рабочей силы, а так же даётся возможность следить и управлять всем технологическим процессом одному квалифицированному оператору.
Была проведена проверка системы на устойчивость. Система оказалась неустойчивой по критериям Михайлова, Гурвица и Найквиста.
Повышение автоматизации технологических процессов в перерабатывающей промышленности является одним из важнейших условий для повышения качества выпускаемой продукции и закрепления ее на рынке.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
03.013.001.00.000 ПЗ
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
03.063.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
02.63.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
03.013.001.00.000 ПЗ
6
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
4
03.013.084.00.000 ПЗ
Разраб.
Мартинович М.А
Провер.
Носко В.В.
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
Автоматизация производства гранулированных
комбикормов
Лит.
Листов
БГАТУ, Гр. 9т
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
6
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
03.013.001.00.000 ПЗ
7
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.