Автоматизация технологического комплекса флотации.

Для основного регулятора к качеству переходного процесса предъявлены следующие требования:остаточное отклонение регулируемой величины: δ = 0;предельно допустимое время переходного процесса: tp< 4To;динамический коэффициент регулированияRд=0,45;допустимое (или желательное) перерегулирование σ < 20%;Выбирается тип регулятора и закон регулирования.Под выбором регулятора понимается выбор закона регулирования.1. Тип регулятора выбирают по отношению запаздывания к постоянной времени объекта: τо / То = 0,24, тип регулятора - непрерывный.2. По заданным требованиям к качеству переходного процесса выбираем вид типового переходного процесса, удовлетворяющий этим требованиям. В данном случае это процесс с 20%-ным перерегулированием, при котором допускается некоторое перерегулирование, позволяющее снизить максимальное динамическое отклонение. Время первого полупериода колебаний минимально и колебательность ψ=0,95-0,85.3. Производим предварительный выбор закона регулирования, руководствуясь следующим:1) ПИ-регулятор применяется для автоматизации любых объектов;2) ПИ-регулятор обеспечивает регулирование без статической ошибки;3) ПИ-регулятор значительно уменьшает максимальное динамическое отклонение регулируемой величины.4. Уточненный выбор закона регулирования производим, используя графические зависимости «Rд-τо/То». Выбранный закон обеспечивает требуемый динамический коэффициент регулирования Rд=0,45 при τо/То =0,24 и далее производится проверка этого закона на время регулирования по номограммам «tp/τo- τo/To». tp/τo=12. Выбранный закон обеспечивает необходимое время регулирования tp, следовательно, окончательно выбираем ПИ-закон регулирования.Для этого метода разработаны номограммы и формулы для каждого закона регулирования и каждого типового переходного процесса. Для ПИ-регулятора (процесс с 20%-ным перерегулированием) выполним расчет настроек.(5.1)с(5.2)Установив эти рассчитанные значения параметров регулятора, снимаем переходную характеристику по каналу «∆Нзо - ∆Но».Рис. 5.1 Разгонная характеристика по каналу «∆Нзо - ∆Но» по возмущениюКак видно изрис. 5.1, величина перерегулирования в переходном процессе не соответствует 20%. Найдем оптимальные настроечные параметры регулятора, обеспечивающие требуемый характер переходного процесса методом цифрового моделирования.Оптимальные настроечные параметры регулятора: kр1 = 1,4; Tи1 = 8,8 c.По указанным параметрам получена кривая на рис. 5.2.Рис. 5.2 Разгонная характеристика по каналу «∆Нзо - ∆Но» по возмущению с оптимальными настроечными параметрамиДля расчета параметров регулятора корректирующего контура, сформулируем следующие требования:остаточное отклонение регулируемой величины: δ = 0;предельно допустимое время переходного процесса: tp< 4To;динамический коэффициент регулирования Rд=0,45;допустимое (или желательное) перерегулирование σ < 20%;Этим требованиям удовлетворяет типовой переходный процесс с минимальной квадратичной площадью отклонения регулирующего параметра . По методике, рассмотренной выше, выберем ПИ-регулятор. По кривой разгона по каналу «∆Нзо - ∆НZnβ0» на рис. 5.3 определяем постоянную времени То и передаточный коэффициент k0. Рис. 5.3. Разгонная характеристика по каналу «∆Нзо - ∆НZnβ0» без регулятора корректирующего контураАппроксимируя динамическую характеристику, получаем следующий результат: Ксо=0,045, То = 124 с, τо = 15 с.Рассчитаем настройки корректирующего ПИ-регулятора.(5.3)с(5.4)Передаточная функция имеет вид:(5.5)Получим переходную характеристику по кналу «∆Нз Znβ0 - ∆НZnβ0», приведенную на рисунке 5.4.Рис. 5.4. Переходная характеристика по каналу «∆Нзо - ∆НZnβ0» с расчетными значениями параметров корректирующего контураКак видно изрис. 5.4, величина перерегулирования в переходном процессе не соответствует 20%. Найдем оптимальные настроечные параметры регулятора, обеспечивающие требуемый характер переходного процесса методом цифрового моделирования.Оптимальные настроечные параметры регулятора: kр1 = 220; Tи1 = 150c.По указанным параметрам получена кривая на рис. 5.5.Рис. 5.5. Переходная характеристика по каналу «∆Нзо - ∆НZnβ0» с настроечными значениями параметров корректирующего контура5.4 Расчет надежности системыЦель расчёта − определение показателей надёжности системы и разработка мероприятий по её повышению, в результате чего должен быть обеспечен её необходимый уровень. На стадии проектирования отсутствуют экспериментальные статистические данные, которые могут быть получены при испытаниях и эксплуатации системы.Для расчёта надёжности системы можно использовать метод среднегрупповых значений интенсивности отказов, его применение предполагает последовательное соединение элементов в системе. При расчёте по этому методу, исходными данными являются усреднённая (по множеству элементов данной группы i) интенсивность отказов λi и количество таких элементов Ni в системе.(5.6)где λс – интенсивность отказов системы;n – количество элементов системы;λ1-интенсивность отказов i-го элемента системы.Таблица 5.1. Исходные данные для расчета надежностиНаименование элементаЗначение интенсивности отказов .10-5, λДатчик уровня «Echomax XPS-10»4,0Измерительный преобразователь «Multiranger 100»2,0Датчик измерения Courer-5iSL4,0Преобразователь измерительный аналізатора 5iSL2,0Измерительный механизм Ria-452,0Пускатель магнитный ПБР-2А 7,5Механизм исполнительный МЭО – 250/25 – 0,25 У – 99 К3,6По данным таблицы 5.1 определяем λс=20,6*10-61/ч.Наработка на отказ составляет:ч(5.7)Вероятность безотказной работы системы при t = 2000 ч: (5.8)Следовательно, вероятность безотказной работы системы автоматического регулирования в течение года составит 60,5%.5.5 Моделирование локальной системы автоматического регулированияНа рис. 5.6. показаны переходные характеристики по каналу задания основного контура с рассчитанными и оптимальными параметрами настройки регулятора основного контура по каналу задания (46%) и каналу возмущения (28%). Время регулирования (50c) – по каналу падения и (60c) по каналу возмущения.Рис. 5.6. Переходные характеристики по каналу «∆Нзо - ∆НZnβ0» с рассчитанными и оптимальными параметрами корректирующего контураРис. 5.7. Переходные характеристики по каналу «∆Нзо - ∆НZnβ0» с рассчитанными и оптимальными параметрами корректирующего контураПосле корректировки параметров были получены рещультаты:по каналу задания: перерегулирование 20% и время регулирования составило 60 c (рис.5.8);по каналу возмущения: перерегулирование 15% и время регулирования составило 80 c (рис.5.9).Рис. 5.8. Переходные характеристики по каналу «∆Нз Znβ0 - ∆НZnβ0» с рассчитанными и оптимальными параметрами корректирующего контураРис. 5.9. Переходные характеристики по каналу «∆Нз Znβ0 - ∆НZnβ0» с рассчитанными и оптимальными параметрами корректирующего контура5.6 Статическая и динамическая настройка системыВ качестве щита управления проектируемой САР, для размещения необходимых средств контроля и управления в соответствии с требованиями эргономики, условий эксплуатации и техники безопасности выбираем щит шкафной типа ЩПК-3П-1-800-УХЛ4-IP00. Шкаф щита представляет собой стойку с фасадными петлями, боковыми стенками крышкой и дверьми. На фасадной панели располагаются средства контроля и управления, а именно, контроллер DL205. Спецификация на щит приведена на рисунке 5.3.Выбранные значения настроечных параметров КР и ТИ устанавливаются на контроллере с помощью органов настройки. Но перед установкой настроек на действующей системе необходимо произвести градуировку органов динамической настройки регуляторов. Этому предшествует процесс статической настройки.Обеспечивается необходимая полярность подключения выходных цепей и всех источников выходных сигналов, подключаемых к блокам.Выбираются величины масштабных коэффициентов, обеспечивающие необходимое соотношение входных сигналов при суммировании друг с другом и с сигналами задания и корректора, и устанавливаются соответствующие органы настройки в нужное положение.Параметрами динамической настройки являются Кп и ТИ. Орган настройки ТИ проградуирован в секундах и устанавливается в соответствии с рассчитанными величинами.Вычисленная величина времени интегрирования устанавливается без пересчета при помощи программного интерфейса системы визуализации. Расчетное значение kп необходимо пересчитать в установочное значение «αп» с размерностью «с/%» с учетом скорости исполнительного механизма и величины его хода.Величина αш вычисляется по формуле:(5.1)где - расчетный коэффициент передачи регулятора, %УП/мм; - диапазон шкалы вторичного прибора, %; - коэффициент соответствия между шкалой вторичного прибора и входным сигналом, %/%; - диапазон измерения регулируемого параметра, мм; - эквивалентная скорость ИМ, %, %УП/с.(5.2)где - диапазон хода ИМ, %.(5.3)где у – изменение параметра шкалы вторичного прибора, % - диапазон входного измерения сигнала, мА;х – изменение входного сигнала.Выполним вычисления по приведенным выше формулам: %УП/с %/%с/%Для установки задания посредством оперативного задатчика, нужно установить степень деления задатчика Z.(5.3)где Dзад – диапазон необходимого измерения регулируемого параметра в ту или иную сторону.n – количество делений оперативногозадатчика, шт.%