4. Література і інтернет
1. Федосов Б.Т. М/у к лаб раб № 6 по ТАУ: Синтез. Структурно-параметрическая оптимизация САР.
http://model.exponenta.ru/bt/bt_cont_3_Met.html#326
2. Федосов Б.Т. М/у к лаб раб №7-2 (блок map) и 7-3 по ТАУ:
7-2. Исследование статических характеристик нелинейных объектов
7-3. Исследование устойчивости и оптимизация нелинейных САР
http://model.exponenta.ru/bt/bt_cont_3_Met.html#3272
http://model.exponenta.ru/bt/bt_cont_3_Met.html#3273
3. Официальный сайт компании Visual Solution
http://vissim.com
ftp://ftp.vissim.com/pub/software/
4. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. Учеб. пособие для вузов. – 4-е изд. – М.: Энергоиздат., 1983, - 440 с.
5. Лукас. В.А. ТАУ. – М.: Недра, 1990. – 416 с.
6. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода; Учеб. Пособие для вузов - М. : Энергия, 1979. – 616 с., ил.
7. Федосов Б.Т. 2.2. Программный комплекс MVS. 2004 -2005 гг.
http://model.exponenta.ru/bt/bt_cont_2_MVS.html#2
8. Двигуни постійного струму: http://www.szemo.ru/motor_13.php
http://www.automation-drives.ru/ld/products/dc_motors/
9. Асинхронні двигуни: http://www.szemo.ru/motor_01.php
http://www.tvid.ru/
5. Додатки
Д 1. Приклади моделей САР і об'єктів управління
Якість і ефективність, в тому числі і економічна, моделювання визначаються тим, наскільки докладно і точно відображається структура і поведінка модельованого об'єкта. Більш докладна, а, отже, і більш точна модель вимагає для свого створення великих трудовитрат, що не завжди виправдано.
Звичайно, теоретично ступінь подробиці динамічної моделі можна поглиблювати до нескінченності, вводячи все нові фактори, які так чи інакше впливають на функціонування об'єкта. Однак якщо вести мову про конкретного завдання, то на практиці ступінь подробиці моделі може і повинна бути обмеженою. Ефективність вирішення І. Ньютоном фізичних задач визначалася тим, що він, умовно кажучи, вирішуючи задачу про млин, визначав по впливу вітру на її крила швидкість обертання вала, але не включав в цю задачу відповідь на питання, чому дує вітер.
Таким чином, в залежності від розв'язуваної задачі потрібно більш-менш докладна модель. Мистецтво інженера полягає й у виборі необхідної і достатньої складності моделі з тим, щоб вона відображала всі сторони моделі, необхідні в розв'язуваної задачі, але не була переобтяжена зайвими, малоістотними для конкретного завдання, деталями.
Динамічні об'єкти, об'єкти, що сприймають зовнішні, мінливі в часі впливу і реагують на них зміною своїх величин, як правило, функціонують в декількох часових масштабах, що відповідають різним фізичним процесам, процесам різної фізичної природи. Наприклад, якщо робота об'єкта визначається механічними, електричними і магнітними явищами, як наприклад, в електричних двигунах, то магнітні та електричні процеси зазвичай протікають на один або кілька порядків швидше, ніж механічні.
Ступінь подробиці моделі дослідник може визначати тим, які часові масштаби для розв'язуваної задачі є істотними, в яких потрібно відстежувати поведінку об'єкта в часі, а які ні.
Розділимо моделі об'єктів і систем на:
- Повні динамічні, докладно відображають достатню або завідомо більше число інерційностей і їх видів, ніж потрібно для вирішення конкретного завдання з необхідною точністю;
- Квазідинамічні, що враховують тільки ті масштаби інерційність, які необхідні для розв'язуваної задачі.
- Статичні, не враховують інерційність об'єкта взагалі. Такі моделі спираються тільки на закони збереження, і не враховують закони руху, динаміки.
Перші два види моделей описуються диференційно-алгебраїчними рівняннями, третій тільки алгебраїчними.
Крім того, розділимо моделі на
- Структурно-фізичні моделі, що відображають фізичну структуру об'єкта, елементи якої підпорядковуються фізичним законам динаміки і що описують елементи об'єкта, і взаємодію між ними відповідними цим законам диференціальними та алгебраїчними рівняннями. Наприклад, інерційна маса описується другим законом Ньютона, математично описуваним усіченим диференціальним рівнянням другого порядку.
- Поведінкові моделі, що відображають причинно-наслідковий зв'язок між впливами на об'єкт і його реакцією на них, але не описують внутрішню структуру об'єкта, і тим більше взаємодію між його елементами. Такого роду моделі можуть бути побудовані на основі вивчення структури об'єкта та опис його елементів, з наступним виведенням диференціального рівняння, що зв'язує тільки вихідні величини з вхідними. Викладки, що призводять від вихідних рівнянь фізичних елементів до кінцевого диференціального рівняння враховують взаємовплив елементів об'єкта. Тим самим, отримане диференціальне рівняння об'єкта дає односпрямовану модель об'єкта, що складається в загальному випадку з двонаправлених елементів.
Інший спосіб отримання поведінкової моделі це дослідження реального об'єкта шляхом подачі на нього пробних впливів та аналізу його реакції. Внутрішня структура об'єкта при такому рішенні часто однозначно не визначається, але воно дозволяє побудувати модель, що веде себе близько до того, як веде себе реальний об'єкт, реагуючи на довільне вплив.
При моделюванні дослідник може замінити диференціальні рівняння, що описують процеси, тимчасовим масштабом яких можна знехтувати, алгебраїчними рівняннями, наприклад, що відображають закони збереження. Наприклад, замість опису диференціальними рівняннями процесу зіткнення двох тіл, можна записати закон збереження імпульсу, або замінити передавальну функцію деякого елемента об'єкта його коефіцієнтом посилення. Це і дає перехід від динамічної моделі до квазідинамічної і статичної, що істотно спрощує модель.
Д. 1.1. Моделі САР
Д. 1.1.1. Змішувачі. САР стабілізації подачі води в млин
Д. 1.1.2. САР стабілізації рівня води в барабані котла
Д. 1. 1.1. Змішувачі. САР стабілізації подачі води в млин
Наведемо зовсім коротко приклади САР з об'єктами управління, які можна віднести до змішувачів. На виробництві це, наприклад, змішувачі газу і повітря, що подаються в випалювальні та сушильні печі, змішувачі руди і води, що подаються в млин, змішувачі залізорудного концентрату і флюсую чого вапняку або зв'язує бентоніту і т.д. і т.п. Управління змішувачами має на меті підтримання необхідного технологією співвідношення між субстанціями і матріалами, які змішуються.
Особливість змішувачів, як об'єктів управління полягає в тому, що ні керована величина, ні величина пропорційна їй не існує фізично. Тому, в об'єкті управління не існує і фізичного пристрою, вихідна величина якого дорівнює цьому співвідношенню. Більш того, і власне змішувач може бути відсутнім. Його роль може з успіхом виконати барабан млина. Оскільки керована величина не може бути виміряна безпосередньо, вона визначається побічно, наприклад, за безпосередніми вимірами швидкості подачі компонент, які змішуються і обчисленню співвідношення цих швидкостей. Ця математична операція і робить об'єкт управління, для якого визначається співвідношення, безумовно нелінійним. Причому, оскільки один з компонентів знаходиться в знаменнику, то відповідне йому сімейство статичних характеристик має негативний нахил.
Призначення САР стабілізації подачі води в млин - підтримувати таку подачу води в млин, яка відповідала б подачі в неї руди, причому співвідношення руда/вода на вході в конкретний млин на збагачувальній фабриці повинно бути оптимальним і складати відповідно до вимог технологів 80 ± 5 %.
Співвідношення руда/вода може визначатися різними формулами, наприклад такий:
(Д
1.1)
де:
Рруди - подача руди в млин, т/год;
Рводи - подача води, куб.м./год.
Примітка. Хоча, на перший погляд, розмірності величин різні, але куб. м води має масу як раз 1 т, тому записувати в такому вигляді формулу хоча і не дуже коректно, але припустимо.
Модель САР стабілізації може бути представлена у вигляді (Рис. Д 1.1.). Зазначимо, що у схемі є три істотно нелінійних елемента. Це власне об'єкт управління, який представлений схемою обчислення співвідношення, привід заслінки, межі повороту якої обмежені значеннями 00 і 900, а також керований випрямляч, вихідна напруга якого може змінюватися від -200 до + 200 В.
Рис. Д 1.1. Структура нелінійної динамічної моделі САР стабілізації подачі води в млин з оптимальним П-регулятором і її динаміка
Д. 1.1.2. САР стабілізації рівня води в барабані котла
Управління таким потужним агрегатом, яким є паровий котел ТЕС є дуже відповідальним завданням.
Нижче приведена в якості ілюстрації спрощена модель САР стабілізації рівня води в барабані парового котла, яка пояснює принцип регулювання і може служити відправною точкою для модернізації САР.
У схемі застосований ПД-регулятор. Нелінійний елемент один - це заслінка з приводом (Рис. Д 1.2).
Рис. Д 1.2. Спрощена модель САР стабілізації рівня води в барабані парового котла і її динамічні характеристики
Д. 4. Орієнтовна основа доповіді студента на захисті дипломного проекту, або магістерської роботи
Шановний голова, шановна Державна екзаменаційна комісія! Вашій увазі пропонується дипломний проект студента гр. ________СУА ФИО на тему "...".
Мета дипломного проекту: розробка (якщо проектується нова система) або модернізація (якщо поліпшується існуюча) САР температури перегрітої пари, що виробляється паровим котлом № 8 ТЕЦ (або тиску пари на виході редукційно-охолоджувальної установки, або крупності помелу вапняку на виході млину АБВГ- 86/12, або ...) або системи автоматизованого (або автоматичного) контролю (САК) основних параметрів технологічного процесу виробництва перегрітої пари.
Актуальність (своєчасність, злободенність) і необхідність модернізації САР такий-то визначається тим, що на сьогоднішній день саме нестабільність крупності помелу вапняку призводить до істотного розкиду твердості залізорудних окатишів, тобто обумовлює їх відносно невисоку якість.
Значимість модернізації САР такий-то полягає в тому, що при поліпшенні точності підтримки крупності помелу в 2.5 рази розкид твердості окатишів зменшиться на 15%, що при сучасних цінах на цю продукцію дозволяє отримати додатково за рахунок підвищення якості продукції, порівняно з поточний ціною…, з кожної тонни продаваних окатишів.
В дипломному проекті для досягнення його мети були поставлені і вирішені наступні завдання:
1. Виконати аналіз технологічного процесу в цеху з метою визначення необхідності, актуальності і значущості модернізації САР крупності помелу вапняку, а також вироблення технічних вимог, що пред'являються в сучасних умовах до якості роботи цієї САР.
2. Провести аналіз системи електропостачання ділянки (цеху) ……. з метою виявлення необхідності реконструкції і модернізації цієї системи, і в разі виявлення такої необхідності, розробка проекту модернізації.
3. Здійснити аналіз існуючої АСУ ТП з метою виявлення необхідності модернізації цієї системи, і в разі виявлення такої необхідності, розробка проекту модернізації.
4. Вирішити головне завдання дипломного проекту: у його спеціальній частині провести безпосередньо розробку проекту модернізації САР такий-то.
5. Виконати аналіз існуючої системи організаційно-технічних заходів щодо забезпечення охорони праці та техніки безпеки при експлуатації модернізованої САР такий-то.
6. Дати техніко-економічне обгрунтування актуальності, необхідності та можливості впровадження (модернізації) САР такий-то.
1. Технологія виробництва перегрітої пари в котельному цеху ТЕС представлена на плакаті 1. Призначення перегрітої пари таке-то. Модернізована САР повинна підтримувати температуру перегрітої пари на виході 4-го котла в межах 5000 плюс-мінус 500 С0.
Об'єктом управління (показати на першому кресленні) САР такий-то є котел (млин, компресор і т.п.). Керованої величиною цього об'єкта управління є температура (тиск, крупність помелу, вологість залізорудного концентрату і т.п.). Керуючою величиною ОУ є витрата вугілля (газу та ін), що подається в топку котла. Обуренням ОУ є витрата перегрітої пари на виході котла, що надходить через редукційно-охолоджувальну установку на турбіни (споживачам).
В модернізованої САР поряд з ОУ передбачені до установки (монтажу) датчик типу АВВГ-2345 (показати на плакаті) керованої величини (температури, вологості тощо), лінії зв'язку, регулятор (типу АБВГ_007), виконавчий механізм МЕВ-025 і регулюючий орган - заслінка ММББ-32 в трубопроводі діаметром 230 мм, по якому в топку надходить газ.
Технічні вимоги до модернізованої САР такий-то вироблені наступні: швидкодія (час регулювання) САР не повинно бути гірше 4.5 сек, перерегулювання не більше 12%, якість усталеного режиму - максимальна помилка регулювання в діапазоні 280 - 360 градусів не повинна перевищувати 4.5 градусів Цельсія. Електроспоживання об'єкта управлінні не повинно перевищувати 320 кВт, елементів системи управління не перевищувати 700 Вт (Привести та інші числові значення вимог).
2. В дипломному проекті проаналізована система електропостачання ділянки фільтрації ММС, на якому буде працювати проектована САР - представлена на плакаті 2 (показати). Встановлено, що потужність, яку необхідно підвести до об'єкта управління, елементам САР забезпечується існуючою системою. В схему електропостачання введені комутаційний ланцюг і ланцюг захисту об'єкта управління (показати) від перевантажень (показати).
3. Модернізована САР така-то показана на функціональній схемі автоматизації ділянки дроблення. Вона призначена для здійснення стеження - керована величина (показати де і назвати її) повинна підтримуватися пропорційної задає (показати де і назвати її). Останню задає оператор ділянки (комп'ютер або контролер САР такий-то більш високого рівня показати на плакаті). Або: САР вирішує задачу стабілізації - підтримує тиск пари (показати де) на рівні, що задається оператором ділянки (показати де і за допомогою чого), наприклад рівному 450 атм.
Тут те-то (показати) це об'єкт управління з керованою величиною такий-то (показати), що управляє величиною такий-то (показати) і обуренням таким-то (показати). Обрано і встановлений там-то (показати) такий-то датчик керованої величини (назвати її - температура, тиск в котлі і т.п.) такого-то типа. Обрано (показати) такого-типу регулятор - ось чому, а також лінії зв'язку, передбачається встановити такі-то вторинні прилади і винести на пульти операторів і диспетчера такі-то параметри, які будуть відтворюватись (показуватися) так-то, за допомогою таких -то пристроїв.
Примітка. Якщо в САР передбачено не лише управління по відхиленню, а й управління по обуренню, вказати якими пристроями це управління реалізується і чому (датчик обурення, зв'язок з регулятором). Проектована САР працює таким чином. Описати.
4. Моделювання та оптимізація САР такий-то.
На основі наявного об'єкта управління та обраних елементів САР в проекті побудована її функціонально-структурна схема (показати, пояснити, для чого потрібна САР, яке завдання - стеження або стабілізації вона вирішує). Поелементною заміною функціональних елементів структурними побудована математична модель проектованої САР (показати). Ця модель досліджена і оптимізована в комп'ютерних програмах …….. Обрано оптимальний закон регулювання - ПІ-закон, отримані його оптимальні параметри настройки: коефіцієнт посилення 0.345, постійна часу 2.6. сек. При таких налаштуваннях, як видно на перехідній характеристиці САР, її час регулювання складає 6.7 сек, перерегулювання 23%, коефіцієнт помилки за положенням дорівнює нулю, а за швидкістю дорівнює 0.34, що повністю відповідає вимогам, що пред'являються до проектованої САР, сформульованої при постановці завдання на проектування.
5. У проекті розроблені принципова електрична схеми проектованої САР (показати). (Показати і кратно охарактеризувати, довести, що вони повинні бути саме такими).
6. Обгрунтування економічної доцільності впровадження проекту модернізації САР полягає в наступному. (Викласти). Назвати і показати на плакаті цифри витрат, строку окупності і економічного ефекту.
7. У проекті заплановано виконання наступних заходів з охорони праці та техніки безпеки при роботі САР і людей з об'єктом управління та САР. Обгрунтовано і заплановано виконання наступних заходів по охороні навколишнього середовища, пов'язаних з модернізацією та подальшою експлуатацією САР такий-то.
8. Висновок. Завдання, поставлені в проекті вирішені, мета - досягнута: обгрунтовано необхідність і можливість модернізації САР такий-то, обумовлена і технічними й економічними причинами. Запроектована САР має такі технічні характеристики: час регулювання таке-то, точність така-то і т.д. і.т.п.
9. Доповідь закінчено. Дякую за увагу!