4.3 Опис принципової електричної схеми зовнішніх з’єднань контролера для автоматизації водогрійного котла

У даному дипломному проекті розглядається частина принципової електричної схеми зовнішніх з'єднань контролера Schneider Electric M340. Вибір приладів, які розглядаються на принциповій електричній схемі зовнішніх з'єднань, здійснювався так, щоб показати основні їх типи. Розглянуто підключення наступних приладів:

• вимірюваний перетворювач температури Sitrans TH100;

• перетворювач різниці тисків САПФІР -22ДД;

• Перетворювач надлишкового тиску САПФІР -22ДВ

• частотний перетворювач Danfoss VLT Micro Drive FC51;

• датчик реле контролю полум’я з фотоприймачем СЛ-90-2 та МФ-ФР202;

- датчик реле тиску ДРД-5Н

До модуля аналогових входів BMX AMI 0800 приєднуються проводи від 5 перетворювачів різниці тисків Сапфір - 22ДД, двох вимірювальних перетворювачів температури Sitrans TH100. До модуля BMX AMМ 0600 приєднуються проводи від ВМ типу МЄО.

До змішаного модуля дискретних входів/виходів BMX DDM 16025 приєднуються проводи від датчика реле контролю полум’я з фотоприймачем СЛ-90-2 та МФ-ФР202, та 3-ох датчиків реле тиску ДРД-5Н.

Живлення контролера Schneider Electric M340 і модулів BMX AMI 0800, BMX AMI 0600, та BMX DDM 16025 здійснюється напругою 24 В, яка надходить від блоку живлення CPS 2000.

На аркуші №3 представлена електрична схема підєднання контролера Schneider Electric M340 при автоматизації водогрійного котла.

Вимірювання температури здійснюється термоперетворювачами опору фірми Siemens TH100, вони мають вбудовану таблетку, яка перетворює сигнал з термометра в уніфікований сигнал 4-20мА. Схема підключення цього термометра наступна:

Рис.4. Схема підключення термометра опору TH100

Рис 4.1. Схема під’єднання частотного перетворювача Danfoss VLT Micro Drive FC51

Виконавчий механізм типу МЄО має наступну схему підключення:

На клеми L і N заводимо живлення 220 В.

Рис.4.2. Схема підключення МЭО-16/25-0,25-90

Рис 4.3. Схема під’єднання фотодавача наявності полум’я

Рис 4.4. Схема під’єднання датчика реле тиску

Рис 4.5. Схема під’єднання перетворювача різниці тисків

5. Розрахунок і моделювання системи автоматичного регулювання

5.1. Розрахунок параметрів динамічних моделей каналом регулюючої дії і каналом збурення та перевірка її адекватності

В даному розділі проводимо дослідження САР температури води на вході в мережу (контур регулювання №2 на ФСА)

t, хв	Т, оС
0	18
3	20
6	26
9	32
12	41
15	50
18	56
21	62
24	68
27	72
33	78
37	80
40	81
42	81
45	81

Об’єктом регулювання є подача палива. Вихідною величиною даного об’єкту регулювання є температура води в мережу, вхідною – зміна витрати палива на вході, а збурюючою – зміна витрати зворотної води.

Функція передачі каналом збурення Вихідними даними для побудови моделі ОР каналом регулюючої дії є експериментальна крива розгону по температурі води в мережу, отримана стрибкоподібною зміною положенню регулюючого органу на 70%. Вихідні дані занесені в таблицю 5.1

Якість регулювання в замкнутій САР характеризують такими показниками перехідного процесу:

• Допустима динамічна похибка регулювання У_дин - це максимальне відхилення регульованої величини в перехідному режимі від її заданого значення. Ця похибка дорівнює першій амплітуді коливань регульованої величини у перехідному процесі (У_дин =А₁).

• Допустимий час регулювання τ_р - це час, протягом якого, починаючи з моменту дії збурення на САР, регульована величина досягає нового рівноважного значення з деякою заздалегідь встановленою точністю ± Δ і надалі не виходить за межі цієї зони. Час регулювання характеризує швидкодію САР.

• Допустиме перерегулювання регульованої величини φ - це виражене у відсотках відношення другої А₂ і першої А₁ амплітуд, спрямованих в протилежні сторони:

• Допустимий коефіцієнт заникання ψ:

• Допустимий час першого узгодження перехідного процесу t_пс - час, після закінчення якого керована величина перший раз досягає свого сталого значення (також характеризує швидкість протікання процесу в початковий період);

• Допустимий час досягнення першого максимуму - t_mах.

Вимоги до якості процесу регулювання:

1. Допустиме максимальне динамічне відхилення А₁=10 ^оС;

2.Допустима похибка регулювання  = 2 ^оС;

3.Допустимий час регулювання t_p=30хв;

Побудова математичної моделі ОР

Щоб розрахувати систему автоматичного регулювання даного контуру визначаємо математичну модель об'єкту. Математичну модель об'єкта регулювання для розрахунків оптимальних параметрів настройки регулятора знаходимо у вигляді функції передачі.

Побудуємо математичну модель за наявністю експериментальної знятої на об'єкті кривої розгону, яка відображає зміну температури води на виході з котла при зміні положення РО на 70%.

Щоб розрахувати систему автоматичного регулювання даного контуру визначаємо математичну модель об'єкту. Експериментальна крива розгону об'єкту регулювання по каналу витрати газу-температура води в мережу представлена на рис.5.2.1.

Програма в середовищі Matlab для побудови експериментальної кривої розгону

t=[0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 33 37 40 42 45];

T=[18 20 26 32 41 50 56 62 68 72 78 80 81 81 81];

plot(t,T,'b-*'); grid;

xlabel('t ,hv'); ylabel('T, oC'); title('Zadana kriva rozgonu');

Рис.5.1.1. Експериментальна крива розгону котла, яка відображає зміну температури води при зміні положення РО на 70%.

Для зручності розрахунків експериментальну криву розгону об’єкта регулювання нормуємо діленням її значень на максимальну зміну вихідної величини .

де значення вихідної величини після завершення перехідного процесу;

- початкове (номінальне) значення регульованої величини.

Програма в середовищі Matlab для побудови нормованої експериментальної кривої розгону

t=[ 0 1.9 10.9 21.9 29 39.7 54.1 61.3 72.1 82.9 97.3 125.6 150];

T=[80 80 81.7 84.1 85.5 87.4 88.7 89.1 89.5 89.7 89.9 89.95 90];

T_n=min(T);

dT=max(T)-T_n;

dy=20;

h_e=(T-min(T))/dT

plot(t,h_e,'-b'); grid; xlabel('t , c'); ylabel('h(t)^e');

title('Normovana kriva rozgonu');

Результат виконання програми:

h_e 0 0.0317 0.1269 0.2222 0.3650 0.5079 0.6031 0.6984 0.7936

0.8571 0.9523 0.9841 1 1 1.

Рис.5.1.2. Нормована експериментальна крива розгону ОР.

За виглядом експериментальної кривої, виберемо структуру моделі ОР і відповідну до неї функцію передачі у такому вигляді: послідовне з’єднання аперіодичних ланок .

Оберемо для заданого об’єкта регулювання функцію передачі у вигляді

,

де Т – стала часу; n – кількість аперіодичних ланок.

Теоретично перехідна функція для моделі (1) описується рівнянням

.

З рівняння для різних значень n і заданих значень перехідної функції можна розрахувати відношення t/T. Так, наприклад, задаючись, з рівняння можна знайти відношення t₀₅/T, t₀₉/T, де t₀₅ і t₀₉ – значення часу, що відповідають значенням перехідної функції , а також розрахувати значення відношення .

n	2	3	4	5	6	7	8	9	10
t05 /Т	1.68	2.67	3.67	4.67	5.67	6.67	7.67	8.69	9.69
t09 /Т	3.89	5.32	6.68	7.99	9.27	10.53	11.77	12.99	14.21
t05 /t09	0.43	0.5	0.55	0.58	0.61	0.63	0.65	0.67	0.68

З нормованої експериментальної перехідної функції знаходимо значення часу t₀₅ i t₀₉, що відповідають значенням перехідної функції h^е(t₀₅) = 0.5 i h^е(t₀₉) = 0.9:

t₀₅ =14.833

t₀₉=29.7

Розраховуємо відношення t₀₅ /t₀₉

t₀₅ /t₀₉₌=0.4994

перевіряють виконання умови

_{Відзначимо, що розмірний коефіцієнт передачі об’єкта регулювання з експериментальної кривої розгону визначається за формулою.}

_,

_{де Δx – значення стрибкоподібної зміни вхідної величини, яка викликала зміну вихідної величини.}

Всі розрахунки стосовно знаходження параметрів функції передачі ОР і перевірки адекватності динамічної моделі, проводимо в середовищі MATLAB і для цього складаємо програму «model».

Рис.5.1.3. Нормована експериментальна крива розгону ОР з нанесеними значеннями часу t₀₅ i t₀₉ .

Рис.5.1.4. Експериментальна та розрахована нормовані криві розгону по температурі води в мережу на виходіз котла, при зміні положення РО на 70%.

— - розрахована; * – експериментальна

Виходячи з результатів обчислень параметрів математичної моделі, робимо висновок, що функція передачі об’єкта регулювання :

де: ,

Т = 5.5691 хв.

Перевірка адекватності динамічної моделі ОР

Мірою точності апроксимації можна вважати максимальне значення різниці ординат

або ж максимальну абсолютну похибку

,

де - теоретична та експериментальна криві розгону, яка не повинна перевищувати заданого значення точності регулювання.

Точність апроксимації вважається задовільною, якщо зведена похибка δ = Δ×100% не перевищує 5%.

del = 3.1914%

Оскільки зведена похибка <5% ( = 3.1914%), то ця функція передачі є адекватною і може бути застосованою для розрахунку параметрів автоматичного регулятора.

Отже, функція передачі об’єкту матиме вигляд: