Дипломная работа: Робастная система управления химическим реактором

Затем определяются значения при других значениях , Значения увеличиваются до тех пор, пока система не окажется на границе устойчивости уже при расчетных значениях параметров математической модели автоматизируемого процесса.

Аналогично проводится исследование робастной устойчивости замкнутых систем и для моделей (4.2)- (4.6), (4.3)- (4.7),(4.4)- (4.8).

На основе данных, полученных с помощью обеих программ, построены графики, приведенные на рис. 4.3, где модель 1 - ВР, модель 2 - БР, модель 3 - МР, а также исходная математическая модель.

Графики, приведенные на рис. 4.3, показывают зависимость отклонений коэффициентов математических моделей технологического процесса дистилляции, критических по условию робастной устойчивости соответствующих систем автоматизации, от значений малой постоянной времени Т, неучтенной при их синтезе. Полученные графики свидетельствуют о необходимости учета влияния неучтенных при синтезе малых постоянных времени на устойчивость систем автоматизации, так как значение этих постоянных довольно сильно влияет на робастную устойчивость редуцированных систем.

На основе графика, приведенного на рис. 4.3 также можно заключить что, все методы редукции применимы лишь при очень малой длительности отсекаемой динамики. В рассмотренных выше случаях отсеченная динамика незначительно уменьшала робастную устойчивость редуцированных систем, если её длительность примерно на порядок меньше доминирующей динамики.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. Допустимые по робастной устойчивости отклонения параметров технологических процессов и объектов управления могут служить «оценкой степени робастной устойчивости» как редуцированных, так и не редуцированных синтезируемых систем.

2. Чем больше длительность «быстрой динамики», отсеченной при синтезе замкнутых систем, тем меньше степень робастной устойчивости редуцированных систем.

3. Метод модальной редукции является неоднозначным и может приводить к редуцированным системам, как с большей, так и с меньшей степенью робастной устойчивости, по сравнению с временной редукцией.

4. Метод балансной редукции приводит к редуцированным системам с наименьшей степенью робастной устойчивости по сравнению с другими методами редукции.

5. Существует оптимальная модальная редукция линейных динамических управляемых систем, при которой степень робастной устойчивости замкнутых редуцированных систем является наибольшей.5. Выбор технических средств

Для реализации полученного закона управления необходимо выбрать технические средства, такие как датчики, для измерения и преобразования различных величин, микроконтроллер для расчета численных значений управляющего воздействия.

Датчик - это элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства, преобразующего контролируемую величину в сигнал, удобный для измерения, передачи, хранения, обработки, регистрации, а иногда и для воздействия им на управляемые процессы. Или проще, датчик - это устройство, преобразующее входное воздействие любой физической величины в сигнал, удобный для дальнейшего использования.

Различают два класса датчиков:

- аналоговые датчики, т.е. датчики, вырабатывающие аналоговый сигнал, пропорционально изменению входной величины;

- цифровые датчики, генерирующие последовательность импульсов или двоичное слово.

Требования, предъявляемые к датчикам:

- однозначная зависимость выходной величины от входной;

- стабильность характеристик во времени;

- высокая чувствительность;

- малые размеры и масса;

- отсутствие обратного воздействия на контролируемый процесс и на контролируемый параметр;

- работа при различных условиях эксплуатации;

- различные варианты монтажа.

Датчик давления КОРУНД - ДД - 105 до 4 МПа. Датчики устойчивы к воздействию температуры окружающего воздуха в диапазоне рабочих температур от -40°С до +80°С. Датчики выдерживают кратковременное (импульсное, скачкообразное с последующим спадом до рабочих условий) воздействие температуры контролируемой среды в пределах от -60°С до +125°С. При этом погрешность датчика за пределами диапазона рабочих температур не нормируется. Датчики, в зависимости от заказа, могут поставляться для работы во взрывоопасных и взрывобезопасных условиях Датчик с выходным сигналом 4 - 20 мА Пределы допускаемой основной погрешности датчиков, выраженные в процентах от диапазона изменения выходного сигнала, равны ±0,15; ±0,25; ±0,5; ±1,0 %

Вариация выходного сигнала датчика не превышает 0,05%. Зона нечувствительности датчика не превышает 0,1% от диапазона измерений. Напряжение питания датчиков Uпит=24 В.

В качестве датчика температуры возьмем термопреобразователь ТСПУ Метран - 276, который приведен на рис. 5.1.

Рис. 5.1 Датчик температуры

Технические характеристики термопреобразователя приведены в таблице5.1.

Напряжение питания 24 В постоянного напряжения. Схема подключение приведена на рис. 5.3, Rн-сопротивление нагрузки Ом, G-источник питания. Выходной сигнал 4-2 мА.

Перейдем к выбору преобразователядля измерения расхода жидкости. В качестве датчика в работе используется кориолисовый расходомер Метран-360 -R100F, внешний вид которого приведен на рис. 5.4. Измеряемая среда - газы и жидкости, эмульсии и суспензии, а также нефть и т.д. Параметры измеряемой среды:

- температура -40…125?;

- рабочее избыточное давление в трубопроводе до 30 Мпа;

- пределы основной относительной погрешности измерений массового и объемного расходов жидкостей ±0,5%.

Таблица 5.1. Технические характеристики термопреобразователя

Рис. 5.2 Кориолисовый расходомер Метран - 360 - R100F

Основные преимущества:

- высокая точность измерения параметров в течение длительного времени;

- возможность работы вне зависимости от направления потока;

- отсутствие прямолинейных участков трубопровода до и после расходомера;

- надежность работы при наличии вибрации трубопровода, при изменении температуры и давлении рабочей среды;

- длительный срок службы и простота обслуживания благодаря отсутствию движущихся и изнашивающихся частей.

На выходе у расходомера формируется унифицированный токовый сигнал 4…20 мА. В качестве источника питания используется стабилизатор постоянного напряжения 24. Электрическая схема подключения расходомера приведена на рис. 5.5.

Перейдем к выбору датчика давления. Исходя из заданного диапазона измерения и требуемой точности, выбран датчик разности давления Метран - 100 - ДД, внешний которого приведен на рис. 5.3.

Рис. 5.3 Измерительный датчик давления Метран- 100 - ДД

Технические характеристики:

- Измеряемые среды: жидкость;

- Диапазон измерения давления: от 4 до 250 кПа;

- Основная приведенная погрешность измерения до ±0,1%;

- Диапазон перенастроек пределов измерений до 25:1;

- Исполнения: обыкновенное и взрывозащещенное;

- Межповерочный интервал - 3 года;

- Гарантируемый срок эксплуатации - 3 года;

Для измерения уровня в резервуаре используется датчик гидростатического давления, схема подключения которого к ректору приведена на рис. 5.4.

Рис. 5.4 Датчик гидростатического давления

Давление столба жидкости определяется таким факторами, как уровень жидкости от объёма резервуара и его формы и определяется по формуле:

(5.1)

Рассматриваемый датчик питается от 24 В постоянного напряжения. На выходе токовый сигнал 4…20 мА. Электрическая схема его подключения приведена на рис. 5.5.

Рис. 5.5 Электрическая схема подключения датчика гидростатического давления

Для отображения температуры и давления в реакторе используется автономный цифровой индикатор Метран - 620. На его входы подаются выходные сигналы датчиков, с унифицированным выходом сигналом 4-20 мА, установленных на ректоре. Функциональная схема этого индикатора приведена на рис. 5.9, в котором токовая петля 4-20 мА.

Основные технические характеристики:

- питание индикатора осуществляется от токовой петли датчика, напряжение питания не превышает 4 В;

- относительная погрешность индикации текущего значения измеряемой величины ±0,5%;

- масса не более 0,2 кг;

Для питания регулятора химического реактора выбран блок питания фирмы JUMOTN-22. Внешний вид этого блока показан на рис.5.6.

Рис.5.6 Блок питания

Питается от сети 220 В переменного напряжения. На выходе 24 В постоянного напряжения.

Для питания датчиков выбран блок питания Метран - 602, внешний вид которого приведен на рис. 5.7.

Рис. 5.7 Блок питания Метран - 602

Блок питания Метран-602 предназначен для преобразования сетевого напряжения 220 В в стабилизированное напряжение 24 В и питания датчиков с унифицированным выходным токовым сигналом. Блок питания состоит из сетевого трансформатора и двух независимых каналов, каждый из которых имеет стабилизатор, схему электронной защиты. Схема электронной защиты предназначена для защиты питания от перегрузок и коротких замыкания в нагрузке. Блок питания автоматически выходит на рабочий режим после устранения замыкания в нагрузке.

Для реализации управления применяется микроконтроллер, схема которого показана на рис. 5.8.

Рис. 5.8. Схема микроконтроллера

6. Технико-экономическое обоснование ВКР

Заданием данной выпускной квалификационной работы является разработка программного продукта, который бы исследовал робастную устойчивость динамических систем и улучшения её с целью выгоды.

Во многих современных технических ВУЗах большое внимание уделяется теории автоматического управления, а также исследованию робастности, но созданного конечного программного продукта на рынке нет, поэтому данная разработка имеет большую актуальность в век информационных технологий.

В квалификационной работе был разработан процесс автоматизации дистилляции нефти. Исследования показали как влияет малая постоянная времени T, не учтенную ранее при синтезе, на робастную устойчивость системы.

Затраты на техническую подготовку производства, включают в себя: заработную плату разработчиков, состоящую из основной, дополнительной заработных плат и начислений, материальные затраты и накладные расходы.

Затраты на техническую подготовку производства (Зпс) рассчитываем по известной формуле:

Зпс = М+Пок+Зо+Зд+Зс.нуж+Рпр+Рн+Камор(руб.), (6.1)

М - стоимость использованных материалов; Пок - стоимость покупных коплектующих (руб.); Зо - основная заработная плата разработчиков ПС (руб.); Зд - дополнительная заработная плата разработчиков ПС (руб.); - отчисления на социальные нужды (руб.); Рпр - прочие прямые расходы (руб.); Рн - накладные расходы (руб.); Камор - коэффициент амортизации (руб).

6.1 Расчет себестоимости используемых материалов

Для определения экономического эффекта от внедрения новой разработки необходимо знать ее себестоимость. Себестоимость - один из важнейших показателей, отражающих степень использования материальных и трудовых затрат, уровень организации производства, состояние техники и технологий, качество продукции [21], [22].

Таблица 6.1- Расчет себестоимости используемых материалов