Системы автоматического управления и контроля

Также альтернативными вариантами могут быть преобразователи давления типа Сапфир, Аир и многие другие.

В данной курсовом проекте в качестве регулирующего устройства представлен комплекс ПАССАТ.

Комплекс ПАССАТ предназначен для построения и модернизации автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) на энергоблоках атомных станций и других промышленных объектах. Представляет собой набор унифицированных программно-аппаратных средств (своеобразный конструктор LEGO), из которых могут компоноваться различные по архитектуре и уровню сложности заказные системы. 

Полностью российская разработка, изначально ориентированная на применение на объектах атомной энергетики и выполненная в соответствии со стандартами, нормами и правилами, действующими в данной области. Современная цифровая система, реализованная с использованием прогрессивных технологий на современной элементной базе.

Изначально комплекс ПАССАТ создавался как российская альтернатива зарубежным программно-техническим комплексам аналогичного назначения, в первую очередь комплексам Teleperm XP/XS фирмы Siemens. При этом ставилась задача не тупо скопировать прототип, а создать совершенно новый продукт, имеющий существенные, дающие пользователю реальные преимущества отличия от аналогов (не только фирмы Siemens, но и других производителей). 

Выбор блока управления.

В качестве блока управления в данном курсовом проекте выбираем БУ-21.

Блоки управления БУ-21, управления релейных регуляторов, служат для установки в схемах регулирования всевозможных параметров автоматическим способом, в качестве управляющих блоков, а также они представляют собой вспомогательные устройства к различным регулирующим аппаратам и приборам. Стандартное исполнение блоков регулируется ТУ 25.02.1685-74. Изделия на экспорт производят соответственно ТУ 25.02.ЭД1.1685-77.

Устройства предназначены для работы в определённых режимах:

-для переключения в ручном режиме функции управления нагрузками релейного блока регулирования с автоматического режима «А» на ручное управление «Р» или на внешнее положение «В».

-для коммутации (соединения) цепей управления ручным способом.

Особенности устройства :

-переключение цепей с автоматического режима на ручной вид управления цепями нагрузки релейных регуляторов, или от внешних аппаратов, приборов, фиксирование которых производится при помощи переключателя галетного типа;

-управление вручную при помощи кнопочных переключателей в режиме «больше/меньше» с возможностью самовозврата;

-световая сигнализация показателей напряжения при постоянном и переменном токе при его величине не более 35 В осуществляют при помощи двух светодиодов, оснащённых кнопкой индикации с маркировкой «И»;

-электроблокировка от возможности включения одновременно переключателей в положениях «больше/меньше»;

-возможность подключения посредством штепсельного разъёма.

Технические данные :

-устройство типа БУ-21 рассчитаны для эксплуатации во взрывобезопасных помещениях закрытого типа, при отсутствии в воздухе агрессивных веществ азов и примесей при определённых условиях работы:

-рабочая постоянная температура воздуха помещений в диапазоне от 5°С до 50°C;

-предельное значение относительной влажности воздуха до 80% при температуре до 35°С и возможность эксплуатации без конденсации влаги при более низкой температуре;

-значения атмосферного давления колеблются в пределах 84 кПа до 106,7 кПа;

-допустимые предельные значения электрических нагрузок переключателей управления и кнопочных переключателей – напряжения (20 В - 300 В), тока (0,033 А - 0,6 А), разрывной мощности (не более 25 ВА).

-полное отсутствие агрессивных и взрывоопасных компонентов в окружающем воздухе;

-щитовой монтаж утопленного исполнения.

Выбор задающего устройства.

В качестве задающего устройства выбираем ЗУ 50.

ЗУ 50 - предназначен для применения в схемах автоматического регулирования различных технологических процессов в качестве выносного токового задатчика, как вспомогательный блок к регулирующим приборам, в том числе и к микропроцессорным. Возможности задающего устройства с цифровой индикацией ЗУ 50: цифровая индикация выходного сигнала постоянного тока, дистанционное введение информации о заданном значении регулируемой величины в виде изменения аналогового унифицированного сигнала постоянного тока.

Выбор исполнительного механизма и пускового устройства.

Исполнительные механизмы являются приводной частью регулирующего органа (клапан, задвижка, заслонка ) и предназначены для его перемещения. В зависимости от используемой энергии исполнительные механизмы подразделяются на следующие виды: пневматические, гидравлические, электрические.

Наибольшее распространение при автоматизации объектов теплоэнергетики получили электрические исполнительные механизмы. В их состав входит электропривод (электродвигатель и редуктор), блок сигнализации положения и штурвал. Штурвал предназначен для ручного перемещения выходного вала исполнительного механизма. Блок сигнализации состоит из блока концевых выключателей и датчика положения. Концевые выключатели позволяют отключать электродвигатель при достижении крайних положений выходного вала исполнительного механизма. В зависимости от назначения исполнительные механизмы комплектуются различными датчиками положения: индуктивным, реостатным (диапазон 0-120 Ом), токовым (0-5 мА или 4-20 мА, или 0-20 мА). Электрические исполнительные механизмы имеют следующие типы: механизмы электрические однооборотные (МЭО), механизмы электрические однооборотные фланцевые (МЭОФ), механизмы прямоходные постоянной скорости (МЭП), механизмы прямоходные кривошипные переменной скорости (МЭПК). Выбор необходимого типа исполнительного механизма в первую очередь определяется типом запорной арматуры. Так как у нас регулирующим органом является задвижка, то выбираем МЭОФ.

В качестве пускового устройства можно выбрать пускатель бесконтактный реверсивный типа ПБР-3А, ПБР-2М или ПБР-2М1 либо усилитель  тиристорный трехпозиционный типа ФЦ-0610, ФЦ-0620, ФЦ-0650, в данном курсовом проекте мы выберем ФЦ-0610.

Функциональные возможности ФЦ-0610:

- защита асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором от перегрузки; 
 - торможение вала электродвигателя во время снятия входного сигнала; 
 - сигнализацию в случае исчезновения напряжения питания или несоответствии входных или выходных сигналов. 
- пуск и реверс синхронного или асинхронного электродвигателя, а также торможение и защита от перегрузки асинхронного 
  электродвигателя и сигнализация для оповещения об отказе. 
- установки защиты и длительности торможения - регулируемые.

Выбор указателя положения.

Для курсового проекта мы выбираем блок указателей В-12.

Блок конструктивно выполнен в едином корпусе. На лицевую панель блока вынесены показывающие измерительные приборы.

Внешние электрические соединения производятся при помощи штепсельного разъема типа 2РМ18 или ОНЦ-РГ-09.

Основные технические данные:

 Блок предназначен для визуального контроля токового сигнала (0-5) mA и сигнала рассогласования на входе регулирующих блоков.

 Условия эксплуатации  блока:

- температура окружающего  воздуха от 5 до 50 °С;

- относительная влажность  окружающего воздуха от 30 до 80 %;

- атмосферное давление  от 83 до 105 kРа;

- отсутствие в окружающем  воздухе паров и примесей агрессивных  веществ.

 В зависимости от  монтажа на горизонтальной или  вертикальной плоскости

блоки имеют исполнения:

- горизонтальное (шифр 001);

- вертикальное (шифр 101).

 Диапазон изменения  контролируемого сигнала постоянного  тока – (0-5) mA.

Диапазон изменения контролируемого сигнала рассогласования при входном сопротивлении регулирующих блоков 500 Ω и изменении сигнала на входе регулирующих блоков в диапазоне (0-5) mA - ±25 %.

Основная погрешность указателя токового сигнала от верхнего предела измерения – не более 4 %.

Внутреннее сопротивление указателя токового сигнала – не более 80 Ω.

Основная погрешность указателя сигнала рассогласования от полного диапазона изменения входного сигнала регулирующих блоков – не более 4 %.

Внутреннее сопротивление указателя сигнала рассогласования - не менее 10 kΩ.

Габаритные размеры блока – (60±1) х (80±1) х (155±5) mm.

Масса блока – не более 0,35 kg.

Полный средний срок службы, лет – 8.

Средняя наработка на отказ, h - 25000.

         На основании функциональной схемы и выбранных технических средств автоматизации составляем заказную спецификацию приборов и средств автоматизации .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Расчетная часть

 

5.1 Выбор  закона регулирования. Расчёт параметров  настройки регулятора

 Для регулирования уровня можно выбрать П, ПИ, ПИД – законы.

 П – закон. Статический, за счет жёсткой обратной связи обеспечивает         необходимую устойчивость переходного процесса, прост в обслуживании, настройке и конструкции. Выходная мощность прямо пропорциональна ошибке регулирования. Чем больше коэффициент пропорциональности, тем меньше выходная мощность при одной и той же ошибке регулирования.

   ПИ – закон. Является астатическим, обеспечивает необходимую или  высокую заданную точность поддержания параметра. Выходная мощность равна сумме пропорциональной и интегральной составляющих, обеспечивает нулевую ошибку регулирования и нечувствителен к помехам измерительного канала. Недостатком ПИ регулятора является медленная реакция на возмущающее воздействие.

         ПИД – закон. Астатический, обеспечивает очень высокую точностьподдержания параметра, но сложен в обслуживании и, особенно, в настройке.

Выходная мощность равна сумме трех составляющих: пропорциональной, интегральной и дифференциальной. ПИД - регулятор применяется в инерционных системах с относительно малым уровнем помех измерительного канала.

Для регулирования давления необходима высокая точность поддержания параметра, поэтому оптимальным решением будет выбор ПИ–закона регулирования, т.к. у него переходный процесс не слишком длительный по времени, и при этом не имеет статической ошибки.

Передаточная функция ПИ – регулятора имеет вид:

Wp(p) = Kp + ,

где Кр, Тu – параметры настройки регулятора;

Кр – коэффициент усиления;

Тu – постоянная времени интегрирования;

рассчитываем параметры настройки регулятора методом ВТИ:                                              

 

= = 0,4

Kp = · = 14,8

Tu = 0,8 · T

Tu = 0,8 · 15 = 12

 

Таким образом, передаточная функция регулятора:

 

Wp(p) = 14,8 +

 

5.2 Расчёт  АСР на устойчивость

Способность системы восстанавливать состояние равновесия из которого она была выведена под влиянием тех или иных воздействий называется устойчивостью. Устойчивость – это важнейшие условие работоспособности АСР. Если система не способна восстанавливать равновесие, нарушенное в процессе работы, то она не пригодна для практического использования.

Проверяем систему на устойчивость в данном случае по критерию Найквиста, т.к. система замкнута и имеет запаздывание, а этот критерий позволяет судить об устойчивости замкнутой системы по КЧХ разомкнутой. Также можно исследовать систему  с запаздыванием, что в данном случае необходимо. Замкнутая АСР считается устойчивой, если КЧХ разомкнутой системы не охватывает точку с координатами (-1;i0).

Так как по критерию Найквиста рассматривается разомкнутая система, т.е. последовательное соединение звеньев, то их передаточные функции нужно перемножить.

Wр.с(р) = Wоб(р) · Wр(р)

Wр.с(р)=

 

Рассмотрим систему без запаздывания:

Wр.с(р)=

Для последующего расчета оператор Лапласа Р следует заменить на iw:

 

Wрс(iw)

 

=

 

 

 

Выделяем мнимую и действительную части:

 

U(w) = ;

iV(w)=

 

Задаемся различными значениями частот и рассчитываем действительную и мнимую части (таблица 5.1).По данным таблицы 5.1 строим график КЧХ без запаздывания (рисунок 5.1), для учета запаздывания, каждую амплитуду поворачиваем по часовой стрелке на угол γ, который рассчитывается по формуле:

γ = τ·ω·57

	0	0,05	0,1	0,25	0,5	1	∞
U(w)	-∞	-0,2	-0,1	-0,02	-0,005	-0,001	0
iV(w)	-∞	-1,84	-0,85	-0,32	-0,16	-0,07	0
γ	0	17,1	34,2	85,5	171	342	∞

   

Таблица 5.1 – Таблица расчётов  

 

Вывод: Система устойчива, т.к. из графика видно, что КЧХ системы не охватывает точку с координатами (-1;i0).

         

5.3 Расчёт  регулирующего органа

Регулирующий орган – устройство изменяющее расход вещества с целью изменения параметра. Расчёт регулирующего органа сводится к расчёту условного диаметра и построения конструктивной характеристики