Курсовая работа (т): Мікропроцесорна система управління технологічним процесом на м’ясокомбінаті

Куттер управляється програмованим логічним контроллером (ПЛК), який програмується за допомогою рідкокристалічного сенсорного екрану, зручний, зрозумілий інтерфейс російською мовою з графічними ілюстраціями.

Програмований логічний контроллер (ПЛК) або програмований контроллер - спеціалізований цифровий комп'ютер, який використовується для автоматизації технологічних процесів. На відміну від комп'ютерів загального призначення, ПЛК мають розвинені пристрої введення-виведення сигналів датчиків і виконавчих механізмів, пристосовані для тривалої роботи без серйозного обслуговування, а також для роботи в несприятливих умовах довкілля. ПЛК є пристроями реального часу.

ПЛК дозволяє зберігати до десяти програм з індивідуальними параметрами, такими як швидкість обертання ножів, чаші, час подрібнення, задана програма викликається натисненням однієї кнопки. На екрані так само відображується поточний стан основних вузлів машини, температура подрібнюваного продукту. Для управління куттером досить однієї людини - оператор, економиться человечески праця, знижуються витрати виробництва.

Пульт управління розташований в стороні від розвантажувального лотка, має герметичну конструкцію, виключена вірогідність попадання продукції в електронну частину пульта управління, що може викликати його поломку. Основні електричні компоненты змонтовані в індивідуальному виносному металевому коробі.

Чаша куттера змонтована на важкій чавунній станині, що забезпечує максимально плавний хід машини, ефективно гасить вібрацію. Окрім основної вакуумної кришки, блок ножів має власну захисну кришку, що підвищує безпеку експлуатації устаткування, особливо під час подрібнення продукту без використання вакууму або в процесі автоматичного миття.

Вакуумна кришка оснащена спеціальним оглядовим отвором, що дозволяє візуально контролювати процес подрібнення продукції, додавати прянощі і спеції під час виробничого процесу. Кришка оснащена гідравлічним приводом, який управляється за допомогою кнопок сенсорного екрану, спрощується процес експлуатації.

Спеціальний автоматичний розвантажувальний пристрій дозволяє швидко вивантажувати готовий фарш з мінімальними фізичними зусиллями оператора, підвищується ефективність і швидкість виробництва. Вакуумні куттеры моделі 200 і вище, так само оснащуються автоматичним завантажувальним пристроєм. Обоє механізму так само управляються по засобах сенсорного пульта управління, швидкість обертання диска розвантажувального пристрою можна регулювати.

Куттер оснащений сучасною системою автоматичної діагностики несправностей, в разі виникнення неполадки, робота машини припиняється, що виключає вірогідність виробничої травми або експлуатацію устаткування в несправному режимі, що може викликати серйознішу поломку.

Точний інженерний розрахунок, збір кваліфікованими фахівцями в заводських умовах, комплектація основних вузлів деталями відомих світових виробників “SKT”, “ABB”, “BUSCH”, “MITSUBISHI” гарантує надійність і якість експлуатації устаткування.

1.3 Функціональна схема електроприводу куттера

Розвиток мясопереробної галузі промисловості тісно пов’язаний з ускладненням технології виробництва, з підвищенням вимог до виробничого устаткування. Через те, що переважна більшість виробничих машин оснащені електричними приводами, зростання вимог до цих машин спричиняє підвищення рівня вимог до електроприводу, на який покладається завдання здійснення складних переміщень робочих органів механізмів. В процесі реалізації цих переміщень виникає необхідність розгону, гальмування, реверсу електроприводу, підтримання сталого значення регулюємої величини (координати, швидкості), змінюючи її за визначеним законом.

Для приведення у рух чаші та ножів, до складу куттера входить електропривід змінного струму.

Регулювання швидкості асинхронного двигуна здійснюється зміною величини напруги живлення при постійній (стандартній) частоті. Механічні характеристики, які отримуються при цьому способі, забезпечують досить якісне регулювання. Саме такий спосіб регулювання швидкістю використано в роботі.

Двигуни, напівпровідникові перетворювачі електричної енергії, датчики та пристрої автоматичного управління утворюють систему регульованого електроприводу. Функціональна схема системи керування параметрами асинхронного електроприводу куттера приведена на рис. 1.2.

Рисунок 1.2 - Функціональна схема системи управління асинхронним електроприводом

Регулювання швидкістю полягає у зміні напруги живлення при постійній частоті напруги живлення f₁. Склад схеми: підсилювально-перетворювальний пристрій, який виконує функцію тиристорного регулятора напруги, асинхронний двигун, тахогенератор, який реалізує вимірювання кутової швидкості обертання ротора двигуна. Вихідна напруга тахогенератора порівнюється зі вхідною, утворюючи негативний зворотній зв'язок.

З опису роботи приводу виходить, що привід працює за принципом "управління за відхиленням".

Вимоги до якості системи управління можуть бути сформульовані з урахуванням реальних вхідних сигналів, якщо вхідний сигнал є регулярною функцією часу, слід установити закон його зміни, закон зміни його похідних. На підставі вивчення вхідного сигналу і вимог визначити вимоги до помилок системи управління куттером.

Висновки з першого розділу

У технологічному процесі виготовлення мясної продукції на м’ясокомбінатах задіяні кутера, які призначені для подрібнення і перемішування різного м'яса, продуктів до стану емульсії. Таке устаткування широко використовується харчовими підприємствами при виробництві різних ковбас, шинок, сосисок, сардельок і іншою подібного роду продукції.

Для приведення в дію чаші та ножів куттера, до його складу входить електропривід, який керується програмуємим логічним контролером.

2. МОДЕЛЬ МІКРОПРОЦЕСОРНОЇ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ

ТЕХНОЛОГІЧНИМ ПРОЦЕСОМ НА М’ЯСОКОМБІНАТІ

2.1 Функціональна схема мікропроцесорної САУ

Сучасна елементна база цифрової техніки відкрила широкі можливості побудови цифрових САУ з програмною реалізацією управління в реальному масштабі часу на основі мікропроцесорів (МП). У теперішній час широкий розвиток отримав напрямок, пов’язаний з випуском однокристаликових мікроконтролерів, які призначені для різних цілей. Однокристаликові мікроконтролери (МК) - це прилади, які конструктивно виконані у вигляді великих інтегральних схем і мають всі частини мікро-ЕОМ: мікропроцесор, пам’ять програм і пам’ять даних, а також інтерфейсні схеми для зв’язку із зовнішнім середовищем. Застосування мікроконтролерів в системах управління забезпечує високі показники якості та ефективності при низькій ціні, незначних масогабаритах, енергетичних витратах та великих обчислювальних потужностях.

На практиці при проектуванні мікропроцесорних САУ потрібно враховувати такі фактори: забезпечення показників якості управління, раціональне розподілення функцій САУ між апаратними та програмними засобами, спряження цифрової та аналогової частини САУ.

Типова структура одноконтурної системи управління з мікропроцесором подана на рис.1.1.а. Регулятор складається з аналого-цифрового перетворювача (АЦП), мікропроцесора (МП) та цифро-аналогового перетворювача (ЦАП). Як об’єкт управління (ОУ) може бути двигун постійного струму (ДПС) або двофазний асинхронний двигун (ДАД).

Мікропроцесор може також виконувати функцію порівнювального елемента. Така схема подана на рис.1.1.б

Система автоматичного управління, що реалізується на базі мікропроцесора, називається мікропроцесорною автоматичною системою (МПАС).

2.2 Розробка структурної схеми мікропроцесорної САУ

Згідно функціональної схеми, яка розглянута підрозділі 2.1, основними елементами мікропроцесорної системи являються: вимірювальний пристрій, АЦП, ЦАП, мікропроцесор, та об’єкт управління, який в даному випадку являє собою тиристорний перетворювач та електродвигун. Визначимо передаточні функції, які описують процес функціонування даних елементів.

Передаточна функція асинхронного електроприводу, побудованого за схемою тиристорний перетворювач напруги - асинхронний двигун (ТПН - АД) може бути подана таким виразом

де  - коефіцієнт перетворення електроприводу, який визначається рівнянням

 - коефіцієнт підсилення тиристорного перетворювача;

 - коефіцієнт підсилення (перетворення) асинхронного двигуна;

 - стала часу двигуна.

Передаточні функції АЦП та ЦАП

,  - розрядності АЦП та ЦАП відповідно.

Передаточна функція ТГ визначається виразом

Структурна схема мікропроцесорної системи управління приведена на рис.2.2.

На рисунку позначено F_МП - алгоритм функціонування мікропроцесора.

За структурною схемою реалізується алгоритм дослідження мікропроцесорної САУ.

2.3 Розробка математичної моделі мікропроцесорної САУ

Розробка математичної моделі МПСАУ реалізується за структурною схемою, що приведена на рис. 2.2. Для моделювання елементів, які описуються неперервними передаточними функціями використано метод трапецій.

Згідно цього методу дискретна передаточна функція ЦАП з електродвигуном  описується виразом

де

;

h- крок дискретизації;

u(z) - зображення сигналу управління.

Тоді, з виразу

отримаємо рівняння, яке описує роботу обєкта управління

Як правило на практиці для регулювання швидкістю використовують так звані ПІ - регулятори (ПІ - пропорційно-інтегрувальний).

На рис.2.3 приведена структурна схема такого регулятора. Вона являє собою паралельне з’єднання підсилювальної та інтегрувальної ланок.

За структурною схемою визначається передаточна функція цифрового ПІ-регулятора

де

 - коефіцієнти підсилення підсилювальної та інтегрувальної ланок.

Різницеве рівняння, що описує ПІ-регулятор має вигляд

Інтегральний закон управління застосовується для зменшення помилки у сталому режимі.

З урахуванням викладеного, рекурентні рівняння являють собою математичний опис МПСАУ мають такий вигляд

,

Синтезовані рівняння можуть бути використані для оцінки якості та точності МПСАУ.

2.4 Розробка алгоритму функціонування мікропроцесорної САУ

Для дослідження якості перехідних процесів та точності МПСАУ розроблено алгоритм. Алгоритм ґрунтується на математичній моделі, яка розроблена в підрозділі 2.3 (рівняння (2.8)). Алгоритм описано графічним способом. Схема алгоритму приведена на рис. 2.5.

Символом “Дані” позначено етап введення параметрів елементів МПСАУ, а саме коефіцієнтів підсилення цифрового регулятора, двигуна, та сталої часу двигуна Крім того, передбачено введення інтервалу моделювання.

Символом “Розв’язання“ подано алгоритмічну структуру типу “Вибір“, за допомогою якої реалізується вибір вхідної дії: сталої або лінійної.

мікропроцесорна система управління куттер

Символом “Модифікація” (”Підготовка”) подано етап формування параметрів циклу: часовий крок, тривалість циклу та інтервал моделювання.

Символом ”Процес” подано етап розв’язування рівнянь (2.8), які описують процес функціонування МПСАУ.

Другим символом ”Дані” подано процес виводу результатів дослідження, тобто вихідного сигналу та помилки.

Висновки з другого розділу

В розділі розглянуто принципи будови та функціонування мікропроцесорних систем управління, описано функціональну схему. За структурною схемою системи управління електроприводом куттера побудовано модель мікропроцесорної САУ. Математичну модель подано у вигляді схеми алгоритму. Модель передбачає застосування синтезованих рекурентних рівнянь. Модель дозволяє досліджувати вплив параметрів елементів системи на її властивості.

3. МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ФУНКЦІОНУВАННЯ МІКРОПРОЦЕСОРНОЇ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ