Расчет оптимальных настроечных параметров цифровых регуляторов

 

Модель и расчетная схема цифровой АСР

При исследовании систем с цифровыми регуляторами обычно вместо известной структурной схемы цифровой АСР с АЦП, ЦАП и ЦВУ рассматривают модель цифровой АСР и далее ее расчетную схему.

 

Модель цифровой АСР

 

В АЦП осуществляется преобразование непрерывного сигнала U, y в дискретную последовательность чисел U и y, где lt – дискретное время, t – такт квантования, l – номер такта квантования. При исследовании систем с цифровым регулятором перейдём от функциональной схемы к модели цифровой системы.

В модели АЦП заменяют дельта импульсными модуляторами, а ЦАП входит как демодулятор. Демодулятор и объект образуют приведённую непрерывную часть системы с передаточной функцией: W_пнч=W_дн*W_m.

Дельта импульсные модуляторы осуществляют преобразование сигналов U и y в синхронные импульсные последовательности U* и y* в соответствии со следующими формулами:

 

где U* и y* – модели сигналов.

Структурная схема может быть представлена к расчётной.

 

Расчётная схема цифровой АСР

 

Расчётная схема состоит из дискретного регулятора W* и дискретного объекта с передаточной функцией W*_пнч, а все сигналы представляются синхронной последовательностью моделированных d импульсов. Передаточная функция разомкнутой цифровой АСР запишется в виде:

 

 

Передаточная функция дискретной системы связана с передаточной функцией её непрерывной части следующим соотношением:

 

где w_кв=2pТ=k_р/Т_и,

k₃Т=k_рТ_g

 

где: K_р – коэффициент передачи непрерывного ПИД-регулятора,

Т_и – время изодрома,

Т_g – время предварения.

Передаточные функции вычислительных устройств цифровых регуляторов, определенные в смысле дискретного преобразования Лапласа, имеют вид:

Запас устойчивости систем с цифровыми регуляторами.

Оценка запаса устойчивости может проводиться с помощью корневого и частотного показателей колебательности. Примем к рассмотрению способ оценки запаса устойчивости по распределению корней характеристического уравнения замкнутой системы, который позволяет легко и просто выполнить вычисления на ЭВМ, границы заданного запаса устойчивости в пространстве параметров настройки регулятора по соотношениям, получающиеся из условия:

 

        

 

где m – заданный корневой показатель затухания свободных колебаний.

При этом частота меняется в пределах от w =0 до w =pсм².

Время регулирования Т_р = 34,1 мин < Т_р.з = 35 мин.

Степень затухания переходных процессов:

По каналу управления y= 0,522= 0,81

Итак, рассчитанная АСР удовлетворяет требуемым показателям качества работы: динамическая ошибка и время регулирования не превышает заданных значений. Степень затухания y переходных процессов близка к расчётной. Статическая ошибка регулирования при исследовании ПИ-регулятора равна нулю.

 

 

Заключение

 

В разработанном дипломном проекте был проведен анализ узла получения оксиэтилированных алкилфенолов в цехе 2811 завода «Олигомеров» ОАО «Нижнекамснефтехим».

В результате автоматизации узла получения оксиэтилированных алкилфенолов была осуществлена модернизация релейных схем управления на автоматизированную систему CENTUM CS 3000. При этом была полностью выполнена основная задача управления, которая состоит в обеспечении заданной степени превращения исходного вещества в конечный продукт с минимальными энергозатратами при обеспечении безаварийности и пожаровзрывобезопасности производства.

Технические средства автоматизации как отечественных производителей так и зарубежных, используемые в процессе осуществляют свою функцию с требуемой для данного процесса точностью. Таким образом, автоматизация приводит к улучшению показателей данного процесса.

Разработанная структура управления технологической установкой на базе CENTUM CS 3000 позволяет значительно улучшить и облегчить работу персонала, обеспечить качественное управление процессом, более полно и экономно использовать ресурсы.

 

 

Список литературы

 

1. Баратов А.Н. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов, и средств их тушения − М.: Химия, 1990, 394 с.

2. Дудников Е.Г., Казаков А.В. Автоматическое управление в химической промышленности: Учебник для ВУЗов – М.: Химия, 1987,368 с.

3. Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. Учебник для техникумов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1985.

4. Ицкович Э.Л. Микропроцессорные распределенные системы управления зарубежных фирм на рынке СНГ. Выпуск 4. − М.: 2002, 106 с.

5. Казаков А.В., Кулаков М.В., Мелюшев Ю.К. Основы автоматики и автоматизации химических производств. − М.: Машиностроение, 1970, 153 с.

6. Клюев А.С., Глазов Б.В., Дубровский А.Х., Клюев А.А. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие. – М.: Энергоатомиздат, 1990, 464 с.

7. Лапшенков Г.И., Полоцкий Л.М. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. Технические средства и лабораторные работы. Изд. 3-е, перераб. и доп. – М.: Химия, 1988,288 с.

8. Плюто В.П. и др. Практикум по теории автоматического управления химико-технологическими процессами. Цифровые системы. − М.: Химия, 1989, 168 с.

9. Полоцкий Л.М., Лапшенков Г.И. Автоматизация химических

производств: Учебник для ВУЗов. – М.: Химия, 1982, 296 с.

10. Шкатов Е.Ф., Шувалов В.В. Основы автоматизации технологических процессов и производств. Учебник для техникумов. – М.: Химия, 1988 г., 304 с.

11. Безопасность и методы резервирования АСУТП. Методическое пособие / Казанский государственный технологический университет. Сост.: М.А. Харисов, Н.И. Ларионова. Казань, 2003. 84 с.

12. Нафиков Г.Ф. Безопасность жизнедеятельности. Методические указания. Казань, 2001, 24 с.

13. Экономическое обоснование дипломного проекта. Методические указания. Кислова В.И.

14. Цифровые АСР. Пример выполнения расчета в дипломных проектах и методические указания.

15. Технологический регламент цеха 2811. Завод «Олигомеров». ОАО «НКНХ».

16. Каталог продукции фирмы «Yokogawa».

17. Ларионова Н.И. Системы автоматизированного управления. Курс лекций.

18. Ларионова Н.И. Автоматизация технологических процессов и производств. Курс лекций.