ВВЕДЕНИЕ

Развитие автоматики, электроники и вычислительной техники привело к внедрению автоматики буквально во все области деятельности человека. Автоматика и автоматизация стали главным направлением развития всей техники. Происходит 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. То есть локальной системой управления (ЛСУ) называется такая система управления (СУ), в которой управлению и регулированию подлежит, как правило, один функциональный параметр (температура, расход, давление, напряжение, мощность, момент, перемещение и т.д.).

Управление – процесс осуществления специально организованных воздействий, соответствующих алгоритму управления.

Алгоритм управления – совокупность предписаний, определяющих характер управляющих воздействий, прикладываемых к объекту регулирования при выполнении алгоритма функционирования.

Алгоритм функционирования – совокупность предписаний для правильного выполнения технологического процесса.

Управляемый объект (объект регулирования) – устройство (совокупность устройств), осуществляющий технологический процесс (например, работающая промышленная установка или целая технологическая цепочка), который нуждается в оказании специально организованных воздействий извне для выполнения его алгоритма функционирования.

Задачей курсового проекта является закрепление навыков самостоятельной работы при решении конкретной задачи, овладение методикой расчета локальных систем управления.

Цель курсового проекта – научиться использовать научно-техническую литературу при разработке локальных систем управления, ознакомиться с порядком построения, изложения и оформления расчетно-пояснительной записки курсового проекта.

1 РАСШИРЕННОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Для проектирования представлена "Система автоматического регулирования намотки бумажной ленты".

Данная система должна отвечать следующим условиям.

1. Потребляемая энергия

Устройство работает на напряжении 380 В.

Обязательно должен иметься нулевой провод.

Отклонение напряжения  10 В.

Частота 50 Гц

Отклонение частоты  2%

2. Время срабатывания

3. Надежность.

Срок службы САР намотки бумажной ленты – 5-7 лет при регулярном обслуживании и текущем ремонте.

4. Быстродействие.

Повышенное быстродействие требует дополнительных затрат, то есть быстродействие должно быть оправдано с экономической точки зрения.

Таким образом, быстродействие равно

5. Точность.

С точки зрения рыночной экономики точность выбирается 1%, то есть в одном намотанном рулоне 10 м бумаги, значит погрешность наматывания составляет 0,1м.

1. Целесообразнее использовать ЛСУ комбинированного типа, то есть система будет иметь аналоговую часть и микропроцессор (МП).

2. В ходе проектирования необходимо выполнить правильный выбор, по справочникам, технической литературе, таких элементов как:

1. Усилитель

2. Электродвигатель

3. Редуктор

4. Барабан (объект регулирования)

   1. Датчик угловой скорости

5. Датчик напряжения

6. МП

8. Предусмотрена защита от внешних возмущений, от электромагнитных полей.

СРП может использоваться и нормально работать при:

температуре

влажности

уровень шумов 80 ДбА

обязательно предусмотрена биозащита как корпуса, так и электропровода.

9. Система имеет легкий доступ практически ко всем деталям, а значит, удобна в эксплуатации, ремонте и техническом обслуживании.

2 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ЛОКАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

2.1 Описание работы САР намотки бумажной ленты

Схема 1 – Структурная схема системы

На рисунке показана САР намотки бумажной ленты. Под воздействием электропривода (8) объект регулирования 5 (барабан) начинает вращаться со скоростью w₃=10 об/мин. Микропроцессор (МП) 1 анализирует сигналы, проходящие по прямой и обратной связи и по заданному (программно) алгоритму управления вырабатывает сигнал управления U₁. Этот сигнал не имеет достаточного значения (U₁=5В) для управления электроприводом с входным напряжением U₂=380В, поэтому, необходимо усиление сигнала, для чего выполняется усилитель 2. Таким образом, уже с усилителя поступает сигнал, имеющий остаточную силу на вход электропривода. Электропривод состоит из электродвигателя 3 и редуктора 4. Необходимость выполнения редуктора в том, что число оборотов, совершаемых за минуту двигателе велико (w₁=750 об/мин) по сравнению с требуемыми на барабане (w₃=10 об/мин). Таким образом, редуктор "затормаживает" вращение вала двигателя до необходимого значения и с выхода электропривода на барабан поступает частота вращения w₂=10 об/мин. С барабана поступает сигнал на датчик обратной связи (ДОС) 9. ДОС имеет отдельное питание и включает в себя датчик угловых скоростей (ДУС) 7 и делитель напряжения (ДН) 6. С выхода ДУС на вход ДН поступает сигнал U₃=50В. ДН выполнен для снижения напряжения, поступающего на вход МП (U₄=5В). Более подробная схема представлена рисунке.

Схема 2 – Структурная схема нескорректированной системы в символьном обозначении

2.2 Барабан

В САР намотки бумажной ленты используется два типа барабана.

1 – пассивный

2 – ведущий

В едущий барабан управляется ЛСУ, которая проектируется в данном курсовом проекте, а с 1 сматывается лента и он пассивно подтормаживается.

Рассмотрим только ведущий барабан управляемый ЛСУ (рис. 1).

Рисунок 1

Скорость намотки 5м/с

Дифференциальное уравнение барабана можно записать в виде:

(1)

где ,

- угловая скорость вращения барабана на выходе

- напряжение на входе барабана

тогда

(2) Определим коэффициенты.

Угловая скорость вращения барабана

Мощность двигателя

Тогда

, где - время срабатывания

(формулы взяты из лекционного материала по курсу ЛСУ)

Таким образом, по формуле (2) получим передаточную функцию:

(3)