СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1 Техническое задание на систему автоматического управления скорости вращения ножей кофемолки 4

2 Выбора элементной базы, проведение линеаризации.рсатчет передаточных функций элементов системы 6

2.1 Выбор микропроцессора 6

2.2 Выбор электродвигателя 6

2.3 Выбор ножей 8

2.4 Выбор емкости 8

2.5 Выбор датчикауровня 8

3 Расчет датчика обратной связи 11

4 Расчет передаточной функции системы

и проверка её на устойчивость 15

5Построение ЛАЧХ и ЛФЧХ системы и их анализ 22

6 Построение ЖЛАЧХ системы 24

7 Расчет корректирующего устройства 26

Заключение 36

Список используемых источников 37

ВВЕДЕНИЕ

Бурное развитие автоматики, электроники и вычислительной техники привело к внедрению автоматики во все области деятельности человека. Автоматика и автоматизация стали главным направлением развития всей техники. Совершается переход от автоматизации отдельных простейших производственных операций к комплексной автоматизации средств производства и производственных процессов.

Роль человека при этом сводится к организации работы автоматических систем и средств вычислительной техники. Такому их проектированию, соединению и использованию, которое обеспечивает получение необходимых результатов с наименьшими затратами.

Локальные системы управления – это автоматические модули, используемые для решения одной функциональной задачи, для управления одним устройством, для регулирования или сигнализации одного параметра.

САУ доильного зала “Елочка” предназначена для управления процессом доения и промывки.

Целью курсового проекта является разработка системы автоматического управления доильного зала “Елочка”. Разработка данной автоматической системы управления необходима для контроля уровня потока молока. Система должна отвечать всем заданным в техническом задании параметрам.

1 РАСШИРЕННОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

САУ доильного зала “Елочка” предназначена для управления современного молочного хозяйства. Современная микропроцессорная система управления молочным мостом. Система имеет множество новых расширенных функций: дисплей показаний надоя и интенсивности потока молока, модернизированные программы пульсации с автоматической стимуляцией вымени, пульсация, контролируемая молочным потоком, автоматическое снятие доильного аппарата по окончании дойки, оповещение о сбросе доильного аппарата или низком надое, а также дистанционное программирование, простые операции пневматической кнопки управления. Система полностью контролирует процесс с момента подсоединения оператором доильного аппарата и до снятия по завершении дойки. Система состоит из небольшого количества высокоэффективных компонентов, проста в установке и эксплуатации. Модульная система и может быть настроена с учетом практически любых требований пользователя. Она делает возможной интеграцию дополнительных идентификационных модулей в режиме реального времени для создания полного контроля управления молочным залом. Система может быть использована в молочных залах любого типа. Она также может являться составной частью системы комплексного контроля управления фермой, в этом случае в качестве монитора и дисплея для нее и подключается он-лайн к компьютерной системе. В состав САУ входят комплексный модуль пульсации и управления, двойной вентиль, вакуумная установка, доильный аппарат, молокоприемник, датчик свободного потока молока.

Функциональная схема системы автоматического управления доильного зала “Елочка” изображена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Функциональная схема САУ доильного зала “Елочка”

Система должна обладать следующими параметрами:

• диапазон температур,°С -50…+50;

• атмосферное давление, мм рт. ст. 375;

• мощность двигателя, кВт 4;

• питание двигателя, Вт 380;

• промышленная частота, Гц 50;

• давление всасывания, кПа 50;

• частота вращения ротора, (об/мин) ;

• быстродействие, с^-1 ;

• перерегулирование, % ;

• колебательность ;

• время регулирования, с ;

• наработка на отказ, с^-1 5,5^-7;

• надежность, лет 7.

2 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

ЛОКАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

2.1 Выбор микропроцессора

S7-300 - это микропроцессоры, предназначенные для решения широкого круга задач автоматического управления. Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, комбинированное использование систем локального и распределенного ввода-вывода, мощные коммуникационные возможности, множество функций, поддерживаемых на уровне операционной системы, удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем управления в различных областях промышленного производства. Особенностью микропроцессора являются встроенные аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи. Исходя из требуемых технических характеристик и экономической эффективности, выбираем процессор S7-300.

Технические характеристики микропроцессора S7-300:

• максимальная тактовая частота, МГц 33;

• ОЗУ для программ и данных, кб 32;

• время выполнения двоичных команд, мкс 0,6;

• счетчики/таймеры 32/64;

• цифровые входы/выходы 128/16;

• аналоговые входы/выходы 32;

• напряжение питания, В 5.5…12;

• рабочий интервал температур, ºС - 55...+125.

Передаточная функция цифрового устройства микропроцессор является стандартной и имеет вид:

(1)

2.2 Выбор ветротурбины

Существует большое разнообразие конструкций ветротурбин, но по принципу работы их можно разбить на два основных типа: работающие за счет сил давления ветра (парусные) и за счет подъемной силы крыла (пропеллерные и Дарье). Наибольшее применение и развитие на сегодняшний день получили ветроагрегаты, работающие за счет подъемной силы крыла. Они имеют сравнительно высокий коэффициент использования энергии ветра 0,45.

Таблица 1 – Характеристики ветротурбин различных марок

Диаметр, м	Марка	Мощность, кВт	Масса, кг	Скорость ветра, м/с			Частота вращения, об/мин
				мин.	ном.	макс.
1,2	Т600-48	1	1,6	3	11	30	300
3,75	Espero	5	25	3,5	10	50	115
5	Nasa 63	20	40	3,5	12	50	125
3,1	USW56-100	100	3,7	2,5	7,5	45	330

Проведя сравнительный анализ среди различных ветротурбин, выберем ветротурбину марки USW 56-100, которая на сегодняшний день является образцом, удачно сочетающим высокий уровень технологии, высокую надежность, простоту обслуживания, высокое качество и дешевизну вырабатываемой электроэнергии, за счет малого веса, высокой мощности и частоты вращения.

Таблица 2 – Рабочие характеристтики ветротурбины USW 56-100

Характеристика	Значение
1	2
Номинальная мощность, кВт	100
Минимальная стартовая скорость ветра, м/сек	2,5
Номинальная скорость ветра, м/сек	7,5

Продолжение таблицы 2

1	2
Максимальная эксплуатационная скорость ветра, м/сек	45
Диаметр, м	3,1
Количество лопастей, шт.	3
Номинальная частота вращения, об/мин	330
Материал лопастей	стеклопластик
Направление вращения	По часовой стрелке
Ориентация по ветру	Пассивная, свободное рыскание

Передаточная функция ветротурбины имеет вид:

, (2)

где Т₀ – постоянная времени ветротурбины.

Частота вращения равна:

Величины ρ₀ и τ определяются следующими формулами:

(3)

(4)

где а – скорость распространения лобового удара;

- перемещение управляющего органа;

V₀ – номинальная скорость ветра;

у₀ – давление ветра на лопасти;

η – коэффициент трения.

Скорость распространения лобового удара определяется по формуле:

, (5)

где d=3,1 м – диаметр ветротурбины;

е=0,3 м – толщина стенок лопастей;

Е_ж/Е_тр=0,01 – коэффициент, определенный для лопастей из стеклопластика.

Тогда:

(6)

Номинальная скорость ветра составляет V₀= 7,5 м/с, а давление ветра на лопасти – у₀=1·10³ Па, тогда:

Рассчитаем величину гиперболического тангенса:

(7)

Тогда передаточная функция гидротурбины примет вид:

(8)

2.3 Выбор генератора

Генератор относится к активным электрическим устройствам. Генератор представляет собой машину постоянного или переменного тока, в которой механическое вращательное движение преобразуется в электрическое напряжение.

Выберем генератор по величине номинальной частоты вращения, т. е. марки ТГС-3Э-У1 - трехполюсный синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов, соединен с ветротурбиной напрямую без трансмиссии. Отсутствие трансмиссии и скользящих контактов повышает надежность и ресурс ветроустановки. Трехполюсная конструкция генератора обеспечивает высокое использование по мощности при сравнительно низких частотах вращения.

Таблица 3 – Технические характеристики тахогенератора

Номинальная мощность, Вт	750
Возбуждение - от постоянных магнитов	(Nd-Fe-B)
Номинальная частота вращения, об/мин	330
Выходное напряжение, В	24
Число и сопряжение фаз	3
Число полюсов	12
Направление вращения	Левое и правое
Масса, кг, не более	0,115
Температура окружающего воздуха, °С	-5…+ 60
Вероятность безотказной работы	0,9
Наработка на отказ, ч	8800
Средний ресурс работы, ч	10 000

Передаточная функция тахогенератора имеет вид:

, (9)

где К_г – коэффициент усиления генератора по напряжению;

Т_в – постоянная времени обмотки возбуждения.

Таким образом, передаточная функция генератора:

(10)

2.4 Выбор аккумулятора

Аккумуляторная батарея состоит из двух стандартных автомобильных аккумуляторов. Чтобы обеспечить выходное напряжение 24 В, выберем два аккумулятора напряжением 12 В марки FG2M009. Аккумуляторные батареи (аккумуляторы) серий  FG - специально разработаны с целью повышения энергоотдачи при одновременном увеличении экономичности и надежности  их эксплуатации. Идеальны в качестве источников высококонцентрированной энергии. Герметичная конструкция батареи обеспечивает безопасное использование аккумуляторов в любом положении, исключая утечки электролита и/или снижение электрической емкости батарей. Высокое качество и надежность батарей FG обеспечивает применение в изготовлении аккумуляторов передовых композиционных материалов, сбалансированная электролитическая система, усовершенствованная конструкция сепараторов.

Таблица 4 - Характеристики аккумулятора марки FG2M009

Тип	Герметичные необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы с внутренней рекомбинацией газа (технология AGM)
Напряжение, В	24 (12х2)
Рекомендуемая емкость, А·ч	190
Полярность	прямая
Размер, мм	513х223х220
Гарантия	2
Вес, гр	75000

Передаточная функция аккумулятора имеет вид:

(11)

2.5 Выбор датчика напряжения

Выберем датчик напряжения, рассчитанный на широкий диапазон контролируемой величины. Данному требованию подходит датчик напряжения LV 25- P, рассчитанный на диапазон измерений от 10 до 500 В. Его основное назначение контроль наличия напряжения постоянного тока в электрических установках.

Таблица 5 – Характеристики датчика напряжения LV 25- P

Напряжение входное номинальное,, B	10-500
Точность, %	0,6
Диапазон преобразований, В	0 - 700
Выходной сигнал, В	10
Время задержки, мкс	40
Рабочая частота, кГц	0...25
Напряжение питания, В	±12...15
Рабочая температура, °C	-40...+50
Наружные размеры, мм	29x26x16

Если в качестве выходной величины датчика принять выходное напряжение U_вых, а входной – напряжение U_вх, то передаточная функция датчика имеет вид:

(12)

Таким образом, осуществлен подбор элементной базы системы и получены передаточные функции всех элементов системы.