Введение

В повседневной практической деятельности человеку приходится сталкиваться с многообразием процессов, которыми необходимо управлять, что в последнее время является одной из главенствующих задач.

Управление каким-либо объектом – это процесс воздействия на его с целью обеспечения требуемого течения процессов в объекте или требуемого изменения его состояния. Основой управления является получение и обработка информации о состоянии объекта и внешних условий его работы для определения воздействия, которые необходимо приложить к объекту, чтобы обеспечить достижения цели управления.

Все процессы в управлении носят общие закономерности, не зависящие от конкретных целей и объектов управления. Элементы системы автоматического управления (САУ) связаны друг с другом посредством передаваемых сигналов. Характер преобразования сигналов в объекте и сами эти сигналы предопределены назначением объекта в технологическом процессе и не могут быть изменены. Это следует учитывать при проектировании САУ, хотя для рассмотрения ее свойств и качества природа сигналов не принципиальна.

Системы автоматического управления создаются для того, чтобы автоматически, без непосредственного участия человека поддерживать необходимый режим работы различных обслуживаемых этими автоматами объектов. Системы автоматического управления самостоятельно, без вмешательства извне либо поддерживают постоянной, либо изменяют по заранее заданному закону одну или несколько физических величин, характеризующих процессы, происходящие в обслуживаемых объектах, или же сами определяют в зависимости от ряда условий нужный или оптимальный закон управления объектом.

Целью данной курсовой работы является проектирование локальной системы автоматического управления регулированием температуры двухэлементной нагревательной электроплиты.

Система автоматического управления регулированием температуры двухэлементной нагревательной электроплиты применяется на хлебопекарных заводах с целью приготовления хлебобулочных изделий.

Таким образом, требуется спроектировать систему автоматического управления регулированием температуры двухэлементной нагревательной электроплиты, которая будет иметь параметры, обеспечивающие ее надежную работу во время эксплуатации.

1 Техническое задание

Необходимо рассмотреть систему автоматического управления регулированием температуры двухэлементной нагревательной электроплиты.

Хлебопекарная печь изготавливается в виде металлического короба размерами (высота х ширина х глубина) (220-230) х (300-460) х (280-460) мм, обогреваемого сверху и снизу нагревателями мощностью 1кВт. Включение нагревателей осуществляется через трехступенчатый переключатель, позволяющий включать либо один из нагревателей, либо оба одновременно. Нагреватели печи выполнены из трубчатых электронагревателей (ТЭНов). Температура внутри печи поддерживается автоматически в пределах 50 — 300 °С.

Используем классическую систему управления с обратной связью. Для обеспечения работы такой системы необходимо измерять регулируемый параметр, сравнить его с заданным значением, определить величину ошибки и ее знак; рассчитать по выбранному алгоритму управления управляющее воздействие; подать управляющее воздействие через исполнительный механизм на объект управления.

Рисунок 1 – Функциональная схема САР температуры двухэлементной нагревательной электроплиты

Рассмотрим функциональную схему регулятора (рисунок 1):

Измерение температуры осуществляется датчиком температуры, в качестве которого используется термоэлектрический термометр. С выхода датчика снимается сигнал термо-ЭДС, который усиливается на нормирующем усилителе НУ и поступает на микроконтроллер МК. К примеру, если заданная температура нагревательного элемента равна +100°С, то на выходе микроконтроллера появится сигнал лог. 1 (соответствует включению нагревателя Н ) при понижении температуры контролируемой среды ниже +99° С, но как только темпера­тура поднимется до +101 °С, нагреватель будет отключен при помощи реле Р.

Рисунок 2 – Структурная схема САР температуры двухэлементной нагревательной электроплиты

W₁(p) – передаточная функция микроконтроллера;

W₂(p) – передаточная реле;

W₃(p) – передаточная функция нагревателя;

W₄(p) – передаточная функция датчика температуры;

W₅(p) – передаточная функция нормирующего усилителя.

Требования к проектируемой системе:

1. время регулирования t_p  1,7 мин;

2. колебательность М  1,3;

3. перерегулирование   0%;

4. добротность системы по скорости D_ω = 57,5 с^-1;

5. добротность системы по ускорению D_ε = 85,5 с^-2.

Требования к нагревателю:

1. Диаметр, мм 10;

2. Максимальное напряжение, В 220;

3. Максимальный ток, А 7;

4. Максимальная мощность, Вт 1540;

5. Длина, мм 200;

6. Постоянная времени, с 0,5;

7. Коэффициент передачи 6,9.

При несоответствии параметров проектируемой системы требованиям ТЗ,

необходимо построить скорректированную систему.

2. ВЫБОР И РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ

   1. 2.1 Выбор микропроцессора

При выборе МП кроме критериев технической, экономической и технико-экономической эффективности следует руководствоваться следующими соображениями:

• допустимое время обработки информации;

• высокая производительность МП, достаточный объем ОЗУ и ПЗУ;

• наличие встроенных ЦАП и АЦП;

• достаточно высокий уровень выходного сигнала ЦАП, для дальнейшего его использования без необходимости предварительного усиления;

• возможность программной коррекции;

• малое энергопотребление;

• совместимость с другими микросхемами;

• достаточно мощная и гибкая система команд МП;

• возможность цифровой обработки аналоговых сигналов в реальном масштабе времени;

На основании вышеперечисленных критериев выбор был остановлен на микроконтроллере PIC 16F873 с буферными управляющими выводами, который осуществляет весь процесс управления, формирования интерфейса, аналого-цифрового преобразования и выполнения математи­ческих операций. Выходной ток управляющих сигналов мА.

Выбранный микроконтроллер обладает необходимой производительностью, мощной и гибкой системой команд и управления обработкой информации, возможностью программной коррекции ЛСУ, имеет возможность обрабатывать аналоговый сигнал в режиме реального времени, благодаря встроенным АЦП и ЦАП.

Передаточную функцию МК принимаем равной единице.

W₁(p)=1