Курсовая работа (т): Разработка системы автоматизации технологического процесса дожимной насосной станции

Преимущество в цене, но не в качестве имеют германские контроллеры. Поэтому в данном проекте использован контроллер серии SLC-500 импортной фирмы Allen-Bradley, в полной мере отвечающий критерию цена/надежность.

Семейство SLC 500 предлагает широкий выбор модулей дискретного В/В, которые позволяют строить системы управления с минимальными затратами. Наличие 32-канальных модулей В/В снижает, кроме того, требования к монтажному пространству.

Мощность и гибкость для реализации завершенных решений задач управления, мощный набор инструкций процессора, развитые инструментальные средства программирования, а также обширные возможности данных продуктов дают нам веские основания для выбора данных продуктов при построении систем автоматизации.

Программируемые контроллеры SLC-500 имеют встроенный порт сети DH-485, обеспечивая тем самым программную поддержку и мониторинг.

Чем меньше отклонений от технологического режима и аварийных остановок объекта происходит за определённый промежуток времени, тем больше прибыли получает предприятие.

Важности критерием является время, необходимое на разработку и внедрение системы автоматизации. По этой причине более подходящими являются контроллеры фирмы AllenBradley, так как их базовое программное обеспечение (пакет RSLogix500) отличается удобством в написании прикладных программ.

Разные контроллеры имеют свои недостатки и преимущества.

Преимуществами SLC-500 являются:

время выполнение операции;

расширенный набор инструкций;

гибкость коммуникационной сети;

широкий выбор устройств ввода/вывода;

рассчитан на производственные условия;

пакет программирования на платформе Windows.

В виду всего этого, контроллеры серии SLC-500 - исключительная надежность, подтвержденная в сотнях тысяч приложений, контроллеры данной фирмы имеют расширенную систему команд, включающие косвенную адресацию, широкие математические возможности и вычисление выражений и, конечно же, популярное решение для расширяемых приложений автоматизации.           Контроллеры серии SLC-500 - широко используются во всем мире, они зарекомендовали себя на рынке как самые популярные и продаваемые контроллеры.

.2 Выбор проектной конфигурации контроллера

Согласно перечню сигналов, контроллер должен обрабатывать следующее количество сигналов (с учетом резерва):

входные аналоговые (AI) - 77, резерв - 11;

входные дискретные (DI) - 78, резерв - 18;

выходные дискретные (DO) - 56, резерв - 8.

Для этого необходима следующая конфигурация контроллера:

процессор SLC 5/04 с ёмкостью памяти 28К слов и дополнительными 4К для данных (каталожный номер 1747-L542);

одно шасси, 1шт. на 13 слотов (1746-А13);

три модуля ввода дискретных сигналов, 3шт.1746-IB32;

два модуля вывода дискретных сигналов, 2шт.1746-OB32;

шесть модулей ввода аналоговых сигналов 5шт.1746-NI16 и 1шт. 1746-NI8;

один источник питания 1746-Р2.

Расчет энергопотребления контроллера представлен в таблице 3.2

Таблица 3.2 - Расчет энергопотребления контроллера

Необходимым условием при выборе источника питания является то, что его мощность должна быть больше мощности, потребляемой всеми модулями и процессором.

Выбранный источник питания - 1746 - Р2.

Характеристики блока питания:

напряжение - 85-132/170-265 VАС, 47-63Гц;

потребляемая мощность - 180 В×А;

допустимая нагрузка - 5А для 5В, 0.96А для 24В.

.Расчет системы регулирования уровня в сепараторе С-1

.1 Определение параметров модели объекта и выбор типа регулятора

Качество работы современных автоматизированных систем управления промышленными технологическими процессами в значительной степени зависит от того, насколько правильно выбраны настройки регуляторов, входящих в состав этих систем. Проблеме правильного выбора настроек регуляторов усугубляется еще и тем, что в процессе эксплуатации автоматической системы параметры объекта управления изменяются, и для обеспечения соответствия между этими параметрами и настраиваемыми параметрами регуляторов требуется их перенастройка. Решением проблемы может быть использование регуляторов с автоматической, в определенном смысле, оптимальной настройкой их параметров.

В данной работе производится расчёт САР сепаратора первой ступени сепарации (С-1) для системы регулирования уровня нефти при ступенчатом изменении регулирующего органа.

Исходные данные для выполнения расчёта:

величина относительного изменения выходного параметра μ=3%;

допустимое перерегулирование σ=15%;

кривая разгонной характеристики сепаратора приведена на рисунке 4.1

Рисунок 4.1 - Определение динамических характеристик С-1

Запаздывание τ и постоянную времени Т0 определяют по графику переходного процесса.

Динамические характеристики объекта находятся методом касательной. Для этого строится касательная в точке максимального наклона кривой разгонной характеристики. Постоянные времени объекта определяются графически.

По данной переходной характеристике объекта можно определить параметры объекта регулирования (время запаздывания опостоянную времени объекта То, передаточный коэффициент Ко).

Для этого проводим касательную к кривой до пересечения с установившимся значением выходной величины и определяем постоянную времени объекта То.

Время запаздывания определяется из графика как разница времени от пересечения касательной с начальным значением переходной характеристики и момента начала открытия регулирующего клапана.

Коэффициент передачи объекта находится по формуле 2.

Тогда передаточную функцию объекта регулирования запишем в виде:

Для выбора типа регулятора сравниваются динамические характеристики объекта регулирования. Главным критерием является соотношение запаздывания и постоянной времени объекта (формула 4).

Для данного значения критерия предпочтительно использовать пропорционально-интегральный регулятор.

.2 Расчёт оптимальных настроек регулятора уровня

Для расчёта настроек регулятора необходимо построить приведённую передаточную функцию системы, которая представляет собой последовательное соединение фиксатора и передаточной функции непрерывной части. Используется фиксатор нулевого порядка с передаточной функцией вида (формула 5).

Период дискретизации выбирается согласно теореме Котельникова, которая гласит, что аналоговая непрерывная функция, переданная в виде последовательности её дискретных по времени значений может быть точно восстановлена, если период дискретизации в два раза меньше, чем период самой высокой гармоники спектра исходной функции. Использование меньшего периода дискретизации не сделает работу САР более точной, но приведёт к избыточному использованию вычислительной мощности ПЛК.

В соответствии с теоремой Котельникова выбирается период дискретизации, равный 7.5с. Передаточная функция фиксатора нулевого порядка принимает вид:

Поиск оптимальных настроек регулятора можно проводить несколькими методами. В этой работе используется метод ограничения на частотный показатель колебательности М. Допустимое значение М находится с помощью номограмм Солодовникова.

Так как допустимое перерегулирование σ=15%, то в соответствии с номограммами Солодовниковаберётся M=1,05. Тогда параметры окружности равны:

По методу ограничения на частотный показатель колебательности на одной комплексной плоскости строятся окружность с параметрами, зависящими от частотного показателя колебательности, и АФЧХ системы с регулятором. Для различных значений времени интегрирования регулятора  выбираются значения коэффициентов передачи регулятора , при которых окружность и АФЧХ касаются, но не пересекаются. Из всех полученных пар настроек регуляторов за оптимальные принимаются настройки с максимальным соотношением коэффициента передачи и времени регулирования (формула 8).

Значения времени интегрирования выбираются из диапазона .

Рисунок 4.2 - АФЧХ системы и окружность на комплексной плоскости

Подставляем каждое значение времени интегрирования и получаем соответствующие им значения коэффициентов передачи регуляторов.

Таблица 4.1 - Настройки ПИ-регуляторов

На рисунке 4.3 изображена зависимость Kr/Тиот Ти.

Рисунок 4.3 - график зависимости Kr/Ти от Ти.

За оптимальные принимаются настройки ПИ-регулятора

Найденные настройки проверяются на обеспечение качества регулирования. Для этого вычисляется передаточная функция замкнутой системы. В случае с единичной обратной связью она имеет вид (формула 9).

;            

Фактический показатель колебательности находится по АЧХ, построенной с помощью MatLab, и сравнивается с заданным значением D = Kr/Tи.

АЧХ системы с регулятором имеет вид (рисунок 4.4):

Рисунок 4.4 - АЧХ системы с ПИ-регулятором

, расчёт удовлетворительный.