П.2 Постановка задач автоматизации

Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине

«Автоматика машин и установок горного производства»

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Целью курсового проекта является:

- закрепление и расширение теоретических и практических знаний по специальности;

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

- получение практических навыков разработки алгоритмов централизованного контроля технологических параметров;

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

ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект выполняется с использованием материалов производственной практики и литературных источников.

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 функций оператора в системе управления.

Курсовой проект должен содержать текстовую часть в виде пояснительной записки на листах формата А4 и графическую часть, которая прилагается на листах формата А3 (2 листа). Графическая часть должна содержать:

Лист 1. Схема автоматизации технологического комплекса

Лист 2. Структура математической модели и результаты моделирования.

СОДЕРЖАНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

Введение (обосновывается актуальность темы курсового проекта, определяется цель и задачи работы).

1 Описание технологической схемы [обосновывается выбор технологической стадии или аппарата, лимитирующего качество готового продукта или производительности технологического процесса (ТП)].

2 Анализ технологического процесса как объекта управления (обосновывается выбор входных воздействий, выходных координат, определение областей изменения входных и выходных переменных).

3 Постановка задач автоматизации (формулировка задач стабилизации и/ или программного, оптимального управления, контроля, сигнализации и блокировки и др.).

4 Разработка математической модели объекта управления (математическая модель строится либо аналитическим методом, либо выбирается из литературных источников).

5 Имитационные исследования объекта управления (с использованием математической модели проводится расчет статических и/или динамических характеристик объекта управления с целью выявления управляющих воздействий и наиболее существенных возмущений).

6 Выбор структурной схемы системы регулирования (из анализа статических, динамических характеристик обосновывается выбор одноконтурной, комбинированной или каскадной САР).

Расчет настроек регуляторов системы регулирования.

Анализ показателей качества процесса регулирования.

Выводы.

Список используемых источников.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

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 объекта управления, 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 систем автоматического регулирования (САР).

Неконтролируемые возмущения. К ним относятся те возмущения, которые невозможно или нецелесообразно измерять непосредственно. Например, 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 САР, 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 (τ), его отношение к наибольшей постоянной времени канала (Т).

Выбор структуры САР. На основе анализа ТП как объекта управления производится выбор структуры САР, обеспечивающей решение поставленной задачи автоматизации. Структура САР выбирается в зависимости от отношения τ/Т, методика выбора представлена в [8, 9].

Для анализа показателей качества управления рекомендуется использовать математическую систему MATLAB и его пакет расширения Simulink, предназначенный для моделирования динамических систем.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. – М.: Горячая линия-Телеком, 2009. – 608 с.

2 Автоматизация технологических процессов на горнорудных предприятиях. Под ред. В.С. Виноградова. М.: Недра, 1984.

3 Автоматизация типовых технологических процессов и установок: Учебник для вузов/А.М. Корытов и др. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

4 Гаврилов П.Д., Гимельштейн Л.Я. и др. Автоматизация производственных процессов. Учебник для вузов. М.:Недра, 1985.

5 Лапин Э.С. Управление общепромышленными объектами. Часть I.: Конспект лекций для студентов специальности 220301 - «Автоматизация технологических процессов и производств» (АГП) очной и заочной форм обучения. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2007.

6 Лапин Э.С. Управление общепромышленными объектами. Часть II.: Конспект лекций для студентов специальности 220301 - «Автоматизация технологических процессов и производств» (АГП) очной и заочной форм обучения. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2008.

7 Ломакин М.С. Автоматическое управление технологическими процессами карьеров. М.: Недра, 1978.

8 Лукас В.А. Теория управления техническими системами. М.: Недра, 2002.

9 Лукас В.А. Расчет настроечных параметров автоматических систем управления типовыми промышленными объектами. Учебное пособие. Свердловск: Изд. СГИ, 1987.

10 Носырев М.Б., Карякин А.Л. Расчеты и моделирование САУ главных электроприводов одноковшовых экскаваторов. Свердловск, 1987.

11 Толпежников Л.И. Автоматическое управление процессами шахт и рудников. М.: Недра, 1985.

12 Троп А.Е, Козин В.З, Прокофьев Е.В. Автоматическое управление технологическими процессами обогатительных фабрик. – М.: Недра, 1986

13 Эрриот П. Регулирование производственных процессов. М.: Энергия, 1967. - 480 с.

ПРИМЕР

Разработать систему управления процессом производства пара в котельной установке Е-1,6 ГН.

Описание технологического процесса производства пара приведено в технологическом регламенте [П.1].

П.1 Анализ процесса производства пара как объекта управления

Для выбора режимов работы, построения системы автоматического регулирования процессами, протекающими при производстве пара, необходимо провести анализ входных и выходных потоков технологического процесса и получить математическое описание объекта управления.

На рисунке 1 представлена упрощенная схема котельной установки Е-1,6 ГН.

Рисунок 1 – Упрощенная схема котлоагрегата

Анализ литературных источников [П.1÷П.3] и опыта промышленной эксплуатации позволил выявить, что в процессе производства пара на котельной установке Е-1,6ГН основным выходным параметром (регулируемой переменной) является давление генерируемого пара p.

Входными воздействиями (регулирующими и возмущающими) в процессе производства пара являются степень открытия клапана на подачи топлива μ₂, степень открытия клапана на линии отбора пара μ₁ (или расход потребляемого пара g_п), температуры подаваемой топливной смеси  и питающей воды , давление в линии подачи топлива р_т и давление в линии потребления пара р_пот (рисунок 2).

Рисунок 2 – Связь между входными и выходными параметрами

В качестве регулирующего воздействия может быть выбрана степень открытия клапана на линии подачи топлива в топку, а остальные воздействия являются возмущающими.

Основным возмущающим воздействием на процесс производства пара является колебание давления в линии потребителя пара.

П.2 Постановка задач автоматизации

На основании проведенного анализа процесса производства пара как объекта управления можно сформулировать следующие задачи автоматизации:

- необходимо обеспечить стабилизацию давления пара на выходе из котлоагрегата за счет изменения расхода топлива;

- необходимо обеспечить стабилизацию уровня воды в барабане котлоагрегата изменением расхода питающей воды;

- необходимо обеспечить регулирование соотношение расходов топлива и воздуха с целью полного сжигания топлива;

- необходимо обеспечить технологический контроль расходов топлива, питающей воды, пара, температуры и давления потребляемого пара;

- необходимо обеспечить технологическую сигнализацию максимального давления пара в барабане котлоагрегата, минимальный и максимальный уровень вода в барабане, минимальное значение давления топлива в магистральном трубопроводе.