Введение

Курсовое проектирование является самостоятельной работой бакалавра, в которой систематизируются, закрепляются и расширяются теоретические знания и практические навыки, полученные при изучении дисциплин, предусмотренных основной образовательной программой подготовки: «Теория автоматического управления», «Технологические процессы и производства», «Технологические измерения и приборы», «Средства автоматизации и управления».

Работа над проектом способствует проявлению у бакалавров самостоятельности, творческих способностей и инженерной инициативы при решении научных и технических задач.

Целью курсового проекта является:

• закрепление и расширение теоретических и практических знаний по направлению подготовки;

• развитие навыков самостоятельной работы со специальной литературой, выполнение задач учебно-исследовательского характера по теории и практике решения задач автоматизации технологических процессов;

• получение практических навыков программирования контроллеров;

• приобретение навыков по обоснованию выбора, разработке и расчету систем автоматического регулирования технологическими процессами.

Исходными данными и материалами для выполнения курсового проекта являются отчет по производственной практике и литературные источники.

Для выполнения курсового проекта необходимо иметь:

• технологический регламент или выписку из технологического регламента с перечнем всех технологических параметров, подлежащих управлению или контролю и/или сигнализации;

• технологическую схему процесса;

• исходные данные для математического моделирования;

• перечень информационных и управляющих функций в автоматизированной системе управления.

1 Общие сведения

Важным этапом в разработке систем автоматизации является анализ основных стадий ТП как объектов управления, т.е. выявление всех существующих входных и выходных переменных и анализ статических и динамических характеристик каналов возмущения и регулирования. Исходными данными при этом служат математическая модель ТП и (как первое приближение) статическая модель в виде уравнений материального и энергетического балансов. На основе этих уравнений, с учетом условий работы аппарата, все факторы, влияющие на ТП, разбиваются на группы.

Возмущения, допускающие стабилизацию. К таким параметрам относятся некоторые показатели входных потоков. Так, расход жидкости можно стабилизировать, если перед аппаратом имеется буферная емкость, сглаживающая колебания расхода на выходе из предыдущего аппарата; стабилизация температуры входного потока возможна, если перед аппаратом установлен теплообменник и т.п. Очевидно, при проектировании систем управления целесообразно предусмотреть стабилизацию таких возмущений.

Контролируемые возмущения. К ним условно относятся те возмущения, которые можно измерить, но невозможно или недопустимо стабилизировать (расход жидкости, подаваемой непосредственно из предыдущего аппарата, температура окружающей среды и т.п.). Наличие существенных нестабилизируемых возмущений требует применение либо замкнутых по основному параметру ТП систем регулирования, либо комбинированных АСР.

Неконтролируемые возмущения. К ним относятся те возмущения, которые невозможно или нецелесообразно измерять непосредственно. Первые – это, например, падение активности катализатора, изменение коэффициентов тепло-массопередачи и т.п. Примером вторых может служить давление греющего пара в заводской сети, которое изменяется случайным образом. Наличие таких возмущений требует обязательного применения замкнутых по основному параметру ТП систем автоматизации.

Регулирующие воздействия. Это материальные и тепловые потоки, которые можно автоматически изменять для поддержания регулируемых (выходных) переменных ТП.

Выходные переменные. При построении замкнутых АСР, в качестве регулируемых координат, выбирают технологические параметры, изменение которых свидетельствует о нарушении материального или теплового баланса в аппарате, что в конечном итоге влияет на качество готового продукта. К ним, например, относятся: уровень жидкости – показатель баланса по жидкой фазе; давление – показатель баланса по газовой фазе; температура – показатель энергетического баланса в аппарате; концентрация –показатель материального баланса по компоненту.

Анализ возможных регулирующих воздействий и выходных координат объекта управления позволяет предварительно выбрать каналы регулирования. Окончательный выбор каналов регулирования проводят на основе сравнительного анализа статических и динамических характеристик различных каналов. При этом учитываются такие показатели, как коэффициент усиления, время чистого запаздывания, его отношение к наибольшей постоянной времени канала τ/Т.

Выбор структуры АСР. На основе анализа ТП как объекта управления производится выбор структуры АСР, обеспечивающей решение поставленной задачи автоматизации. Структура АСР выбирается в зависимости от τ/Т, методика выбора представлена в [1].