Министерство образования и науки Самарской области

ГБПОУ «ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПМ 01 Контроль и метрологическое обеспечение средств и систем автоматизации

Тема: Контроль и метрологическое обеспечение системы автоматического регулирования

15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)

Студент

подпись Ф.И.О.

Оценка выполнения и защиты курсового проекта ____________

Руководитель Т.С. Чеснокова

Самара, 2017

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

Раздел 1 Описание работы системы регулирования 4

Раздел 2. Выбор средства автоматизации 6

Раздел 3 Поверка расходомера Метран 11

Раздел 5 Исходные данные для исследования 13

5.1 Статические характеристики устройств системы и цепи обратной связи 14

5.2 Статическая характеристика датчика. 16

5.3 Статическая характеристика регулятора 17

5.4 Статическая характеристика исполнительного механизма 18

Раздел 6 Статические характеристики системы. Рабочая точка. Динамический коэффициент регулирования 19

6.1 Общая статическая характеристика 19

6.2 Рабочая точка и угол между характеристиками 21

6.3 Динамический коэффициент регулирования 22

Раздел 7 Преобразование статических характеристик 23

Раздел 8 Расчет динамических параметров системы 25

Раздел 9 Устойчивость системы 30

Раздел 10 Качество системы регулирования 37

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 40

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 41

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Схема функциональная 42

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Схема структурная 43

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Графики исследования 44

Введение

Тема курсового проекта: Контроль и метрологическое обеспечение системы автоматического регулирования

Актуальность темы: определяется тем, что умение составлять схемы САУ и осуществлять их контроль является важной необходимостью для современного производства, особенно в условиях импортозамещения производства.

Выше изложенное в целом на теоретико-методологическом уровне определило проблему настоящего исследования: выявление условий оценки устойчивости и качества САУ.

Недостаточная разработанность указанной проблемы и ее большая практическая значимость определили тему исследования: «оценка устойчивости и качества системы автоматического управления».

Цель исследования: проанализировать схему САУ.

Объект исследования: устойчивость и качество САУ.

Предмет исследования: оценка устойчивости и качества системы.

Гипотеза исследования: устойчивость и качество САУ определяют работоспособность системы.

Задачи исследования:

1. Разработать систему автоматического регулирования.

2. Определить устойчивость системы автоматического регулирования.

3. Определить качество системы автоматического регулирования.

Теоретическая значимость: изучены методики оценки устойчивости и качества САУ

Практическая значимость: приобретен навык проведения анализа САУ; расчета параметров типовых схем.

Методы исследования: построение характеристик; определение передаточных функций; оценка устойчивости и качества системы.

Раздел 1 Описание работы системы регулирования

Вода подается через клапан регулятора уровня воды в бак. Для обеспечения водой высокого давления не менее 14,8 МПа (148 кгс/см²) установлен питательный насос с электроприводом «25с947нж». Расход питательной воды фиксируется расходомерами «Метран 300-пр». Клапаны сблокированы с расходомерами и открываются при снижении расхода воды через насос до 100 т/ч. При достижении расхода 180 т/ч – клапан закрывается.

Питательный насос с электроприводом имеют блокировку автоматического включения резервного насоса при закрытии стопорного клапана рабочего насоса или при снижении давления в коллекторе воды до 14,5 МПа (145 кгс/см²).

Расход воды не более 100 т/ч регулируется клапаном «25с947нж» в зависимости от уровня в баке. Вода из бака по опускным трубам, поступает по технологической цепочке. Для предотвращения образования вихревых воронок в горловинах опускных труб, над патрубками горловины расположены успокаивающие решетки.

Рисунок 1 – Схема функциональная регулирования уровня воды в баке

Раздел 2. Выбор средства автоматизации

Для нормального (безопасного) течения процесса необходимо контролировать следующие технологические параметры: расход, уровень. Для контроля данных параметров необходимо подобрать приборы таким образом, чтобы имели оптимальные технические данные и позволяли управлять и регулировать технологический процесс с наименьшей погрешностью и как можно более длительный отрезок времени.

Устройство, осуществляющее автоматическое регулирование, т.е. автоматически поддерживающее заданное значение параметра, называется регулятором. Задача автоматического регулирования состоит в том, чтобы автоматически с помощью регулятора поддерживать в объекте регулирования требуемые условия протекания процесса, восстанавливать их каждый раз, когда они нарушены.

Основные технические характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные технические характеристики расходомера
Параметр	Значение
Область применения	коммерческий учет тепловой энергии, системы автоматизации технологических процессов;
Измеряемая среда	вода и водные растворы вязкостью до 2 с Ст, Т=150 С°, Р=1,6МПа
Типоразмерный ряд	от 25 до 300 мм
Динамический диапазон	1:100
Диапазон измерений	0,18…2000 м3/ч
Пределы основной относительной погрешности измерения обхема по импульсному выходу	от 1,0% до 3,0% в зависимости от расхода
Степень защиты корпуса	IP65
Выходные сигналы	импульсный; токовый 4-20 мА с HART–протоколом; цифровой протокол ModBus RTU/RS485; ЖК-индикатор
Питание	от источника постоянного тока стабилизированным напряжением от 16 до 36 В
Самодиагностика	есть
Интервал между поверками	4 года
Электромагнитная совместимость	есть

Рисунок 2 - Расходомер вихреакустический Метран-300ПР

Рисунок 3 - Калибратор расхода ЭнИ-251

Технические характеристики

Калибратор представляет собой специализированный генератор импульсов, частотомер и миллиамперметр, функционально объединенные в одном устройстве.

Основные технические характеристики приведены в таблице 2.

Таблица 2

Основные технические характеристики калибратора

Параметр	Значение
Диапазон напряжений питания переменного тока (для внешнего блока питания калибратора), В	183...242
Частота напряжения питания переменного тока (для внешнего блока питания калибратора), Гц	49...51
Мощность, потребляемая калибратором (в режиме заряда аккумулятора), В×А	4,5
Диапазон напряжений питания калибратора от внешнего блока питания, В	12...20
Продолжительность автономной работы калибратора при полностью заряженном аккумуляторе, ч	не менее 8
Период следования генерируемых калибратором импульсов в интервале, с	0,002...6000
Форма генерируемого импульсного сигнала	меандр
Амплитуда генерируемого импульсного сигнала на нагрузке 2,7 кОм, В	6,5 ±0,5
Период следования импульсов измеряемого сигнала, с	0,002...900
Амплитуда измеряемого импульсного сигнала, В	3...40
Диапазон измерений частоты следования импульсов, кГц	0...15
Диапазоны измерений унифицированного сигнала силы постоянного тока, мА	0...5, 5...0, 4...20, 20...4, 0...20, 20...0
Входное сопротивление калибратора на импульсном входе, кОм	не менее100
При измерении унифицированного сигнала силы постоянного тока падение напряжения на калибраторе не превышает, В	2,5
Количество калибровочных таблиц на тип поверяемого преобразователя расхода, сохраняемых в энергонезависимой памяти калибратора	до 40
Количество сечений условного прохода, на каждый тип преобразователя расхода	до 10
Количество протоколов поверки преобразователей расхода сохраняемых в энергонезависимой памяти калибратора	до 3840
Конструктивное исполнение	пластмассовый корпус
Габаритные размеры, мм	134×58×169
Масса комплекта, кг	0,9

Метрологические характеристики

Метрологические характеристики калибратора приведены в таблице 3

Таблица 3

Метрологические характеристики калибратора

Параметр	Значение
Пределы допускаемой основной относительной погрешности воспроизведения периода следования импульсов не превышают, %	±0,04
Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерений периода следования импульсов не превышают, %	±0,04
Пределы допускаемой основной приведенной погрешности измерений частоты следования импульсов не превышают, %	±0,04
Пределы допускаемой основной приведенной погрешности измерений унифицированного сигнала силы постоянного тока от диапазона 0...20 мА не превышают, %	±0,05
Пределы допускаемой дополнительной погрешности измерений и воспроизведения сигналов калибратора при изменении температуры окружающего воздуха в рабочем диапазоне на каждые 10 °С от температуры (20±2) °С, не превышают	половины предела допускаемой основной погрешности
Межповерочный интервал, год	2

Принцип действия

Принцип действия калибратора заключается в генерации периодического сигнала, поступающего на специальный калибровочный вход поверяемого вихревого преобразователя расхода, и измерении калибратором соответствующих выходных сигналов преобразователя, а именно: выходного частотного сигнала, выходного унифицированного токового сигнала, периода следования выходных импульсов. Параметры выходного сигнала генератора, измеряемого импульсного и токового сигналов, рассчитываются калибратором по калибровочной таблице и выбранной точке поверки.