Автоматизация поварочной камеры

Чертеж1.dwg

Автоматизация пароварочной камеры
Функциональная схема автоматизации
Принципиальная электрическая схема
Подача воздуха в печь
Открытие задвижки эл.фильтра
Закрытие задвижки эл.фильтра
Открытие задвижки подачи газа
Закрытие задвижки подачи газа
Открытие задвижки холодил.
Закрытие задвижки холодил.
Открытие задвижки подачи воды
Закрытие задвижки подачи воды
Двигатель задвижки эл.фильтра
Двигатель подачи воздуха в печь
Двигатель подачи газа
Двигатель подачи холода
Двигатель подачи воды
Автоматизация вращающей
печи кальцинации глинозема
Принципиально-электрическая схема

Пояснительная записка.docx

Краткое описание технологического процесса
Анализ технологического процесса как объекта управления
Выбор приборов и средств автоматизации
Выбор закона регулирования и типа регулятора расчет настройки регулятора
Заказные спецификации на приборы и средства автоматизации
Список использованных источников
Автоматизация– это внедрение в производство технических средств которые управляют процессами без непосредственного участия человека. Автоматизация приводит к улучшению показателей эффективности производства улучшению качества увеличению количества и снижению себестоимости выпускаемой продукции.
Высокие темпы развития промышленности неразрывно связанно с проведением автоматизации. Задачи которые решаются при автоматизации современных производств весьма сложны и требуют от специалистов знания не только устройства различных приборов но и общих принципов составления систем автоматического управления.
Внедрение АСУ в производство обеспечивает: сокращение потерь от брака и отходов уменьшение численности основных рабочих снижение капитальных затрат на строительство зданий увеличение межремонтных сроков работы оборудования. Благодаря автоматизации производства тяжелый труд рабочих заменяется на более легкий что значительно увеличивает производительность труда и уменьшает трудоемкость.
При автоматизации человек освобождается от непосредственного участия в производстве а функции управления производственным процессом передаются автоматическим устройствам.
Данная работа показывает один из возможных способов автоматизации пароварочной установки. Это позволяет производить контроль и регулирование из кабины оператора.
В итоге автоматизации значительно облегчится труд персонала обслуживающего пароварочную установку. Оператор после автоматизации может находясь у щита следить за всеми протекающими в печи процессами. А также может контролировать процессы регулирования и по мере необходимости вносить ручные воздействия
1Краткое описание технологического процесса
Функциональная схема автоматизации пароварочной камеры выполненная развернутым способом. С помощью ключа управления SA1 можно вести термическую обработку колбасных изделий либо в автоматическом либо в операторном (ручном) режиме управления. Обогрев камеры производится острым паром.
В схеме предусмотрена блокировка от концевого выключателя (поз. 3) которая не дает возможности включения системы автоматики и подачи пара при открытых дверях пароварочной камеры. Лампой HL1 сигнализируется открытое положение дверей камеры. При необходимости блокировка может быть отключена кнопкой SB1. Термосопротивление (поз. 1–1 3–1) обеспечивает измерение температуры паровоздушной среды в камере. Для работы камеры в автоматическом режиме необходимо ключ управления SA1 установить в положение “А”. При этом на электромагнитный клапан (поз. 2–3) подается управляющее воздействие клапан срабатывает открывая подачу пара в камеру. Включается сигнальная лампа HL2 – “Камера работает”. Измеренное текущее значение температуры в камере (поз. 1–1) сравнивается с его заданным на приборе (поз. 1–2) значением в результате чего управляющее воздействие поступает на исполнительный механизм (поз. 1–3) который через регулирующий орган воздействует на подачу пара в камеру. Положение регулирующего органа контролируется по указателю положения (поз. 4). Система позволяет поддерживать температуру паровоздушной среды в камере в диапазоне 75–85 °С. Температура в центре колбасного батона контролируется с помощью комплекта приборов состоящего из игольчатой термопары (поз. 2–1) которая после загрузки камеры рамами с колбасными изделиями помещается в один из батонов и вторичного прибора (поз. 2–2). Окончание цикла термической обработки определяется заданным значением температуры в толще батона. Достижение заданной температуры в батоне приводит к срабатыванию звуковой сигнализации (HA1) и автоматической блокировке подачи пара в камеру путем выдачи управляющего сигнала на электромагнитный клапан (поз. 2–3). Одновременно с закрытием клапана (поз. 2–3) гаснет сигнальная лампа HL2 – “Камера работает” и включается сигнальная лампа HL3 – “Камера не работает”. Для выключения сигнала звуковой сигнализации предусмотрена кнопка SB4. При работе системы в режиме ручного управления ключ управления SA1 устанавливается в положение “P”. При этом командные сигналы на исполнительные механизмы (поз. 1–3 2–3) подаются оператором посредством кнопок управления SB2 SB3 (“Меньше” ”Больше”) и SB5 SB6 (“Открыть” ”Закрыть”). Визуальное наблюдение за температурой паровоздушной среды в камере и в 31 центре батона осуществляется по показаниям измерителя температуры (поз. 3–2) связанного с датчиком температуры (поз 3– 1) и вторичного прибора (поз. 2–2). Упрощенный способ применяется в основном для изображения приборов и средств автоматизации на технологических системах. При построении схем по этому способу хотя он и дает только общее представление о принятых решениях по автоматизации объекта достигается сокращение объемов документации. Чтение схем автоматизации выполненных таким образом несколько затруднено так как они не отображают организацию пунктов контроля и управления объектом. При упрощенном способе выполнения функциональных схем автоматизации позиционные обозначения элементов схемы в каждом контуре регулирования и контроля выполняют арабскими цифрами исполнительные механизмы обозначений не имеют.
2 Анализ технологического процесса как объекта управления
При разработке системы автоматизации технологического процесса важным является анализ процесса как объекта управления. При этом определяются входные и выходные переменные находятся зависимости между входными и выходными переменными определяющие поведение технологического процесса.
Любой технологический процесс предназначен для изменения физических или физико – химических свойств подаваемого в агрегат материального потока с затратой на это определенного количества энергии реагентов и т.п. Поэтому для любого процесса можно определить входной материальный поток свойства которого изменяются в данном процессе и выходной материальный поток – результат обработки входного материального потока.
Состояние входных материальных и энергетических потоков характеризуется некоторой совокупностью входных переменных (расходы вещества энергии содержание отдельных компонентов). Входные переменные подразделяют на управляющие и неуправляемые.
Управляющими входными переменными или управляющими воздействиями называют такие переменные которые можно изменять добиваясь определенной цели например заданных характеристик металлургических продуктов.
Неуправляемыми входными переменными называют такие переменные которые невозможно изменять каким – либо образом. Они подразделяются на контролируемые и неконтролируемые. Контролируемые переменные – это те о численных значениях которых в любой момент времени может быть получена информация.
Неконтролируемые переменные – это те информацию о численных значениях которых получить не представляется возможным. Эти переменные называют возмущающими воздействиями.
К входным переменным относятся также и режимные переменные характеризующие режим протекания технологического процесса (температура давление и т.д.) которые как и входные зависят от входных переменных.
При анализе технологического процесса как объекта автоматизации проводится классификация входных и выходных переменных и выясняется взаимосвязь между ними на основе сведений о процессе.
–температура в центрепароварочной камеры (2-1);
–температура паровоздушной среды в камере (1-1);
–температура паровоздушной среды в камере(3-1).
Объектом управления является пароварочная камера.
Основная цель режимных карт обеспечить в регулировочном диапазоне нагрузок надежную и экономичную работу показать нужные параметры технологического процесса. Эти требования часто вступают в противоречие между собой и с величиной регулировочного диапазона нагрузок. Поэтому режимные указания предполагают наличие некоторых компромиссов.
Режимная карта представлена в таблице 1.
Таблица 1 – Режимная карта
Место отбора параметра
Наименование параметра
в центре пароварочной камеры
4 Выбор приборов и средств автоматизации
В технологическом процессе для измерения температуры применяется датчик температуры ТСМ 50М.
Основные характеристики представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Характеристики датчика температуры ТСМ 50М
схема соединения термопреобразователей сопротивления
диапазон измерения температур
Дистанционный указатель положения ДУП предназначен для передачи на щит оператора сведений о положение регулирующего органа в системе регулирования. Показания измерительного прибора ИП включенного в измерительную диагональ моста соответствуют положению выходного вала исполнительного механизма в процентах от полного угла поворота вала. Технические характеристики представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Техническая характеристика ДУП
напряжение питания В
потребляемая мощность ВА
температура окружающей среды ºС
Пускатель бесконтактный реверсивный типа ПБР-2 Предназначен для управления асинхронным однофазным конденсаторным электродвигателем который используется в качестве приводов исполнительном механизме типа МЭО-6325-063.
Пускатель может управляться не только пассивными но и активными сигналами с помощью дополнительных тиристорных ключей срабатывание которых происходит при подаче управляющего напряжения. Кроме того пускатель специальный выход для управления электромагнитным тормозом МЭО-6325-063. Техническая характеристика пускателя ПБР-2 представлена в таблице 4.
Таблица 4 - Техническая характеристика пускателя ПБР-2
Напряжение питания В
Потребляемая мощность ВА
Температура окружающей среды ºС
1 Выбор закона регулирования и типа регулятора расчет настройки регулятора
Для получения динамических свойств объекта опытным путем снимается кривая разгона контура регулирования. Кривая разгона необходима для расчёта системы переходного процесса.
По разгонной характеристике мы определили следующие параметры:
- коэффициент передачи объекта ;
- постоянную времени объекта .
Кривая разгона представлена в соответствие с рисунком 1.
Рисунок 1 – Кривая разгона
По разгонной характеристике мы определили следующие параметры: коэффициент передачи объекта запаздывание и постоянную времени объекта .
Передаточная функцияWоб находится по формуле
где Тоб – постоянная времени объекта с;
об – время запаздывания с;
Коб – коэффициент передачи объекта
Для обеспечения нормальной работы системы автоматического регулирования необходимо подобрать соответствующее автоматическое управляющее устройство с соответствующими параметрами. Другими словами необходимо знать для объектов с самовыравниванием коэффициент усиления объекта kоб и постоянную времени объекта Тоб.
В данной работе был выбран ПИ – регулятор. За счет П-составляющей ускоряется процесс перехода к новому установившемуся состоянию за счет И-составляющей исключается остаточная неравномерность. Регулятор реализуется параллельным соединением интегратора и усилительного звена. Постоянная времени Tи называется также временем удвоения поскольку численно равна времени удвоения значения пропорциональной части. Свойства объекта управления в первом приближении могут быть оценены по отношению времени запаздывания tоб к постоянной времени объекта Тоб. Чем это отношение больше тем задача автоматизации сложнее и потому инженерный метод расчета рекомендует:
при tобТоб 02 позиционный регулятор;
при 02 ≤tобТоб ≤1 регулятор непрерывного действия;
при tобТоб> 1 импульсный или цифровой регулятор.
Так как в нашем случае tТоб=034 то выбираем ПИ-регулятор непрерывного действия.
Передаточная функция ПИ-регулятора имеет вид
где Ти– постоянная времени регулятора с;
кр– коэффициент передачи регулятора;
- изображения по Лапласу
Для переходного процесса с 20% перерегулированием коэффициенты ПИ-регулятора КР и Тuс вычисляются по формулам
Вычисляем коэффициенты регулятора
Передаточная функция регулятора имеет вид
Структурная схема разомкнутой САР строится в соответствие с рисунком 2.
Рисунок 2 – Структурная схема разомкнутой САР
Понятие устойчивости является важнейшей качественной оценкой динамических свойств САР. Устойчивость САР связана с характером её поведения после прекращения внешнего воздействия. Причем если показатели точности определяют степень полезности и эффективности системы то от устойчивости зависит работоспособность системы.
С целью упрощения анализа устойчивости систем разработан ряд специальных методов которые получили название критерии устойчивости. Критерии устойчивости делятся на две разновидности: алгебраические и частотные. Критерии устойчивости позволяют также оценить влияние параметров системы на устойчивость.
Устойчивость системы определяем по методу Гурвица. Для этого нужно найти передаточную функцию разомкнутой системы
где Wp - передаточная функция регулирования
Wоб- передаточная функция объекта
Характеристическое выражение системы имеет вид
D(p) = 245s+2.45+8575s2+6002s=8575s2+8452s+2.45
Поскольку коэффициенты характеристического выражения а0 = 8575 а1 = 8452 а2 = 2.45то матрица Гурвица имеет вид
Определители матрицы Гурвица составляют из коэффицентов характеристического уравнения и имеют вид
Поскольку все определители положительны то АСР устойчива.
Далее определим качественные показатели регулирования системы (перерегулирование время регулирования tрег время нарастания tн время достижения максимума tmax колебательность N) по переходной характеристике h(t) в соответствие с рисунком 3.
Рисунок 3 – Структурная схема САР
Переходная характеристика с прямыми оценками качества строится в соответствие с рисунком 4.
Рисунок 4 – Переходная характеристика с прямыми оценками качества
Время регулирования tрег определяется отрезком времени от начала переходного процесса до момента после которого управляемая величина не отклоняется от установившегося значения больше чем на величину погрешности Δ. Время нарастания tн определяется отрезком времени от начала переходного процесса до пересечения кривой с линией установившегося значения. Колебательность N определяется количеством забросов за время регулирование
Время регулирования tрег=183с. Время нарастания tн=80с время достижения максимума tмакс=112с время перерегулирования s=2% колебательность N=1.
В установившемся режиме система статическая так как установившееся значение реакции =1.
Все качественные показатели отвечают техническому заданию система не нуждается в дополнительной коррекции.
2 Заказные спецификации на приборы и средства автоматизации
Спецификация является основным проектным документом определяющим типы и техническую характеристику примененных в рабочей документации приборов средств автоматизации щитов пультов электроаппаратов и т.п.
Допускается также предусматривать в спецификации дополнительные разделы.
Указания по составлению спецификации оборудования:
В раздел включают контрольно- измерительные приборы (первичные преобразователи датчики вторичные приборы и т.п.) регуляторы функциональные блоки исполнительные механизмы вспомогательные технические средства включая технические средства индивидуального изготовления и импортные.
В пределах контура запись приборов необходимо осуществлять в следующем порядке: первичный прибор преобразователь датчик вторичный прибор функциональный блок регулятор исполнительное устройство вспомогательные устройства.
Пример выполнения заказной спецификации приведен в таблице 5.
Таблица 5 – Заказная спецификация на приборы и средства автоматизации
Наименование и техническая характеристика
Тип марка обозначение документа опросного листа
Термометр сопротивление
Пускатель бесконтактный реверсивный
В ходе выполнения курсового проекта я закрепил полученные навыки по расчету и выбору технических средств автоматизации. Так же закрепил знания в области составления электрической схем и функциональной схемы автоматизации управления данной установки научился качественно выполнять расчеты для выбора типа регулятора. В дальнейшем данный проект поможет мне применить знания на практике.
В настоящее время уровень автоматизации технологических процессов и установок растет для автоматизируемых установок нужны грамотные квалифицированные операторы которые смогут правильно и рационально обслуживать автоматизированные установки.
Хотя и уровень автоматизации растет необходимо ускорять его темпы так как количество разновидностей техпроцессов и установок растет необходимо автоматизировать их с целью улучшения качества работ снижения трудовых и денежных затрат на их проведение снижения времени работ а следовательно и повышения производительности труда.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Емельянов А.И. Капник О.В. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. – М.: Энергоиздат.2003.
Клюев А.С. Глазов Б.В. Дубровский А.Х. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. Справочное пособие. – М.: Энергия. 1991.
Клюев А.С. Глазов Б.В. Миндин М.Б. Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля. М.: Энергоатомиздат. 1993.
Мамиконов А.Г. и др. Проектирование подсистем автоматизации в металлургии. Справочник. – М.: Металлургия.1993.
Справочное пособие. Под. ред. А.С. Клюева. – М.: Энергоатомиздат. 1998.
Терещенко Н.Н. Введение и проектирование систем управления. – М.: Энергатомоиздат. 1996.
Чистяков С.Ф. Проектирование монтаж и эксплуатация систем управления технологическими объектами. – М.: Энергия. 1990.