ВГЛТУ, средства автоматизации технологических процессов (курсовой проект)

Основные этапы выполнения курсового проекта

1. Построение функциональной схемы системы регулирования и управления

Функциональные схемы являются основным техническим документом, определяющим функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, регулирования и управления технологическим процессом и оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации (в том числе средствами телемеханики и компьютерной техники).

Результатом составления функциональных схем являются:

- выбор методов измерения технологических параметров;

- выбор основных технических средств автоматизации, наиболее полно отвечающих предъявляемым требованиям и условиям работы автоматизируемого объекта;

- определение приводов исполнительных механизмов регулировочных и запорных органов технического оборудования, управляемых автоматически или дистанционно;

- размещение средств автоматизации на щитах, пультах, технологическом оборудовании и трубопроводах и т.п. и определение способов представления информации о состоянии технологического процесса и оборудования.

В данном разделе студенты, анализируя данные задания на курсовой проект с учетом проведения технологического процесса (пожаро- и взрывоопасность, агрессивность и токсичность окружающей среды, расстояние от мест установки датчиков, вспомогательных устройств, исполнительных механизмов до пунктов контроля и управления), формируют функциональную схему системы регулирования и управления, состав которой расшифровывается и анализируется на последующих этапах проектирования.

2. Выбор устройств измерительной части системы управления

Для получения достоверной информации о параметрах технологических процессов необходимо выбрать соответствующий метод и средства измерения.

Устройства получения информации образуют первую функциональную группу изделий ГСП (см. рис. 1). К данным устройствам, образующим канал сбора и преобразования информации, относят чувствительные элементы или собственно датчики, измерительные преобразователи.

Датчики физических величин воспринимают контролируемый параметр и преобразуют его в величину, удобную для передачи по каналам связи или дальнейшего преобразования.

Измерительные преобразователи переводят выходной сигнал датчиков в выходную физическую величину: перемещение, усилие, сопротивление, напряжение, ток, частоту, импульсы. Измерительные преобразователи и чувствительные элементы часто представляют собой единичное изделие и называются первичными измерительными преобразователями, если на их выходе сигнал представлен в естественном виде (не унифицирован).

Рис. 1. Структура измерительного преобразователя ГСП

Производя выбор измерительных устройств для своей системы контроля, регулирования и управления, необходимо уделить особое внимание типу выходного сигнала (пневматический, электрический и т.д.) и его уровню и унифицированности. Сигнал должен с достаточной достоверностью передан по линиям связи и соответствовать входным параметрам последующих устройств.

3. Анализ информационно-управляющей части системы контроля, регулирования и управления. Выбор закона регулирования

К информационно-управляющей части системы контроля, регулирования и управления предъявляют следующие требования:

- обеспечение информационных функций: сбор, обработка и представление информации о состоянии технологического комплекса оперативному персоналу или передача информации в смежные системы управления;

- обеспечение управляющих функций: регулирование отдельных технологических переменных, однотактное логическое управление операциями или аппаратами, программное логическое управление группой оборудования; оптимальное управление установившимися или переходными режимами или отдельными стадиями процесса; адаптивное управление объектом в целом.

Сосредотачиваются устройства информационно-управляющей части в помещениях с условиями близкими к нормальным условиям эксплуатации, на некотором отдалении от технологического объекта.

Комплекс технических средств (КТС) конкретизирован в каждом варианте задания. Выполняя данный раздел курсового проекта, студенту необходимо:

- дать краткое описание состава КТС;

- провести анализ возможности реализации П-, ПИ-, ПИД - законов регулирования;

- обосновать выбор конкретного закона регулирования для своей системы автоматизации.

4. Выбор исполнительных устройств

Исполнительные механизмы и устройства (ИМ, ИУ) входят в группу ГСП, которая использует командную информацию в целях воздействия на процесс.

К основным блокам ИУ относятся: ИМ и регулирующий орган (РО), которые могут быть объединены в одном изделии или собираются из индивидуально выпускаемых блоков.

Классификация ИМ представлена на рис. 2. 

Рис. 2. Классификация исполнительных механизмов

Под ИМ в общем случае подразумевают блок ИУ, преобразующий входной управляющий сигнал от регулирующего устройства в сигнал, который через соответствующую связь осуществляет воздействие на регулирующий орган или непосредственно на объект регулирования. РО называют блок ИУ, с помощью которого производится регулирующее воздействие на объект регулирования.

В данном разделе студентам необходимо выбрать ИУ, которые будут обеспечивать регулирование заданных параметров процесса и конструктивно стыковаться с заданным КТС.

5. Анализ статических и динамических характеристик АСР.

 Устойчивость системы

В данном разделе перед студентами ставится задача нахождения статических и динамических характеристик спроектированной АСР.

Для решения данной задачи необходимо выполнить описание АСР, для чего необходимо представить модель системы в виде структурной схемы, состоящей из простых направленного действия звеньев.

В состав математического описания звена входят его характеристики: статическая и динамическая.

Статической характеристикой звена называют зависимость его выходной величины от входной при установившемся режиме

Y = f₁(x),

где Y – выходной параметр звена; х – входной параметр звена; f₁ – функция, устанавливающая связь между х и Y.

Однако знание только статических характеристик совершенно недостаточно, если необходимо знать поведение системы в переходных режимах, где проявляются устойчивость АСР, качество и точность регулирования. Эти свойства и представляют собой динамические характеристики.

В зависимости от вида входного воздействия динамическую характеристику можно получить в виде переходной или частотной характеристики.

Результатом выполнения этого раздела является расчет устойчивости полученной АСР и построение соответствующих кривых (АФЧХ, годографов и т.д.).

6. Анализ принципиальной схемы

Данный раздел курсового проекта посвящен изучению принципиальной схемы одного из устройств заданного КТС. Студенту необходимо описать принцип функционирования устройства, проанализировать элементную базу.

7. Расчет характеристик надежности устройства

Данный раздел является логическим завершением предыдущего пункта. Здесь студент должен рассчитать, в соответствии с заданным законом распределения вероятности безотказной работы, надежность устройства, рассматриваемого выше.

Основными количественными характеристиками являются:

- вероятность безотказной работы P(t);

- частота отказов a(t);

- интенсивность отказов λ(t);

- средняя наработка до отказа Т;

Время между соседними отказами для элементов аппаратуры является непрерывной случайной величиной, которая характеризуется некоторым законом распределения.

В теории надежности обычно используются следующие законы: экспоненциальный, распределение Рэлея, нормальное распределение, Гамма – распределение, распределение Вейбулла.

Устройства САУ состоят из элементов, работающих в различных условиях эксплуатации.

Результатом данного раздела является расчет основных количественных характеристик надежности и построение кривых P(t), a(t), λ(t).

Требование к оформлению курсового проекта

Пояснительная записка (15-20 страниц) состоит из перечисленных выше разделов. К ней прилагается спецификация на средства измерения и исполнительные устройства.

Графическая часть проекта выполняется на листе формата А1, разбитом на подформаты А4 и А3, где изображены: функциональная схема системы, блок-схема  комплекса технических средств, статические и динамические характеристики АСР, принципиальная схема устройства, характеристики надежности устройства.

Варианты заданий на курсовое проектирование