Разработка проектной документации для системы автоматизации процесса перемещения

Расчет параметров системы регулирования при использовании многоконтурной АСР и ее моделирование
В качестве многоконтурной системе примем комбинированную систему регулирования, где в качестве возмущающего воздействия будет выступать «расход воздуха в топку».


Рисунок 3.1 – Модель системы с возмущением и компенсатором
Для реализации данной системы необходимо ввести в систему контур «инвариантности» по возмущению. Основным элементом в этом контуре является «компенсатор».
; (3.14)
Тогда
; (3.15)
Получим
. (3.16)

Промоделируем систему и сравним результаты с системой без компенсатора:

Получим переходные процессы в системе с компенсацией возмущения и без компенсации.

Рисунок 3.2 – Динамика системы регулирования с компенсатором и без компенсатора при воздействии возмущения

Из рисунка 3.2 видно, что рассчитанный компенсатор очень хорошо сглаживает возмущение.
Промоделируем процесс при изменении Kп,,Tи на 10 %. Определим показатели качества переходных процессов.

3.5. Моделирование и определение статических и интегральных параметров качества переходного процесса.»

Модели́рование — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих объектов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователей.
В силу многозначности понятия «модель», в науке и технике не существует единой классификации видов моделирования: классификацию можно проводить по характеру моделей, по характеру моделируемых объектов, по сферам приложения моделирования (в технике, физических науках, кибернетике и так далее).
В настоящее время по технологии моделирования и области применения выделяют такие основные виды моделирования:

• 
  Информационное моделирование
  
• 
  Компьютерное моделирование
  
• 
  Математическое моделирование
  
• 
  Биологическое моделирование
  
• 
  Математическое моделирование социально-исторических процессов
  
• 
  Математико-картографическое моделирование
  
• 
  Молекулярное моделирование
  
• 
  Цифровое моделирование
  
• 
  Логическое моделирование
  
• 
  Педагогическое моделирование
  
• 
  Психологическое моделирование
  
• 
  Статистическое моделирование
  
• 
  Структурное моделирование
  
• 
  Физическое моделирование
  
• 
  Экономико-математическое моделирование
  
• 
  Имитационное моделирование
  
• 
  Эволюционное моделирование
  
• 
  Графическое и геометрическое моделирование
  
• 
  Натурное моделирование
  
• 
  Метамоделирование
  
• 
  Первый этап построения модели предполагает наличие некоторых знаний об объекте-оригинале. Познавательные возможности модели обуславливаются тем, что модель отображает (воспроизводит, имитирует) какие-либо существенные черты объекта-оригинала. Вопрос о необходимой и достаточной мере сходства оригинала и модели требует конкретного анализа. Очевидно, модель утрачивает свой смысл как в случае тождества с оригиналом (тогда она перестаёт быть моделью), так и в случае чрезмерного во всех существенных отношениях отличия от оригинала. Таким образом, изучение одних сторон моделируемого объекта осуществляется ценой отказа от исследования других сторон. Поэтому любая модель замещает оригинал лишь в строго ограниченном смысле. Из этого следует, что для одного объекта может быть построено несколько «специализированных» моделей, концентрирующих внимание на определённых сторонах исследуемого объекта или же характеризующих объект с разной степенью детализации.
  
• 
  На втором этапе модель выступает как самостоятельный объект исследования. Одной из форм такого исследования является проведение «модельных» экспериментов, при которых сознательно изменяются условия функционирования модели и систематизируются данные о её «поведении». Конечным результатом этого этапа является множество (совокупность) знаний о модели.
  
• 
  На третьем этапе осуществляется перенос знаний с модели на оригинал — формирование множества знаний. Одновременно происходит переход с «языка» модели на «язык» оригинала. Процесс переноса знаний проводится по определённым правилам. Знания о модели должны быть скорректированы с учётом тех свойств объекта-оригинала, которые не нашли отражения или были изменены при построении модели.
  
• 
  Четвёртый этап — практическая проверка получаемых с помощью моделей знаний и их использование для построения обобщающей теории объекта, его преобразования или управления им.
  
• 
  Моделирование — циклический процесс. Это означает, что за первым четырёхэтапным циклом может последовать второй, третий и т. д. При этом знания об исследуемом объекте расширяются и уточняются, а исходная модель постепенно совершенствуется. Недостатки, обнаруженные после первого цикла моделирования, обусловленные малым знанием объекта или ошибками в построении модели, можно исправить в последующих циклах.
  
• 
  Сейчас трудно указать область человеческой деятельности, где не применялось бы моделирование. Разработаны, например, модели производства автомобилей, выращивания пшеницы, функционирования отдельных органов человека, жизнедеятельности Азовского моря, последствий атомной войны. В перспективе для каждой системы могут быть созданы свои модели, перед реализацией каждого технического или организационного проекта должно проводиться моделирование.
  

4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ВЫБОР ТСА.

В работе рассматриваются вопросы проектирования комплекса технических средств автоматизации (ТСА) для промышленных систем обеспечения безопасности, в частности систем противоаварийной защиты (СПАЗ). В статье дан анализ научной литературы и технической документации в области промышленной безопасности и автоматизации систем управлении технологическим процессом. Научно-техническая документация определяет требования к показателям надежности технических средств автоматизации, которые входят в состав системы обеспечения безопасности (СОБ), однако эти требования задаются в интервальных шкалах и недостаточно конкретизированы. В связи с существующей нечеткостью требований к показателям надежности возникает необходимость разработки методической основы для обоснования выбора комплекса технических средств автоматизации системы обеспечения безопасности, которая учитывала бы требуемый интегральный уровень безопасности объекта, требования научно-технической документации, показатели надежности технологических аппаратов, технико-экономических параметров процедур внедрения и сопровождения технических средств автоматизации. В статье представлены концептуальные основы для решения данной задачи и методика выбора средств реализации контура автоматической защиты технологического оборудования. Идея методики состоит в том, что из множества программно-технических средств СОБ, на которых можно построить контуры автоматической защиты, выбирается та система, для которой вероятность отказа (или коэффициент готовности) отвечает нормативным требованиям и, кроме того, требует минимальных расходов на реализацию и сопровождение. Представлен пример использования разработанной методики при выборе СОБ емкости на одной из технологических установок. На основании полученных результатов сделан вывод, что предлагаемая методика позволяет осуществить выбор аппаратной части систем обеспечения безопасности с учетом требований научно-технической документации к показателям надежности приборов, показателей надежности объекта и технико-экономической эффективности от внедрения и сопровождения технических средств автоматизации. Данная методика позволяет также учитывать предпочтения заказчика при выборе фирмы-производителя, если они предъявлены в технических условиях на проектирование.
4.1. Комплектация ПЛК (Расчет количества каналов контроля, расчет потребляемой мощности, выбор ЦПУ, блока питания).
Программи́руемый логи́ческий контро́ллер (ПЛК) (англ. Programmable Logic Controller, PLC) или программируемый контроллер — электронная составляющая промышленного контроллера, специализированного (компьютеризированного) устройства, используемого для автоматизации технологических процессов. В качестве основного режима длительной работы ПЛК, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, выступает его автономное использование, без серьёзного обслуживания и практически без вмешательства человека.^[1]
Иногда на ПЛК строятся системы числового программного управления станком (ЧПУ, англ. Computer numerical control, CNC). ПЛК являются устройствами реального времени.
В отличие от

• 
  микроконтроллера (однокристального компьютера), микросхемы предназначенной для управления электронными устройствами, областью применения ПЛК обычно являются автоматизированные процессы промышленного производства, в контексте производственного предприятия;
  
• 
  компьютеров, ПЛК имеют развитые устройства ввода-вывода сигналов датчиков и исполнительных механизмов в противовес слабым возможностям ввода-вывод управления (клавиатура, мышь, монитор и т. п.);
  
• 
  встраиваемых систем - ПЛК устанавливается отдельно от управляемого при его помощи оборудования.
  

Первые логические контроллеры появились в виде шкафов с набором соединённых между собой реле и контактов. Эта схема задавалась жёстко на этапе проектирования и не могла быть изменена далее.
Первый в мире ПЛК — MOdular DIgital CONtroller (Modicon) 084, имеющий память 4 кБ, произведен в 1968 году.
В первых ПЛК, пришедших на замену обычным логическим контроллерам, логика соединений программировалась схемой соединений LD (Ladder logic Diagram). Устройство имело тот же принцип работы, но реле и контакты (кроме входных и выходных) были виртуальными, то есть существовали в виде программы, выполняемой микроконтроллером ПЛК. Современные ПЛК являются „свободнопрограммируемыми“.
В системах управления технологическими объектами логические команды преобладают над числовыми операциями, что позволяет при сравнительной простоте микроконтроллера (шины шириной 8 или 16 бит), получить мощные системы действующие в режиме реального времени. В современных ПЛК числовые операции реализуются наравне с логическими. В то же время, в отличие от большинства процессоров компьютеров, в ПЛК обеспечивается доступ к отдельным битам памяти.

4.2. Выбор техническихсредств автоматизации.

Автоматизация производства базируется на многочисленных и разнообразных технических средствах.
По функциональному признаку технические средства подразделяются на следующие группы:
1) средства получения информации о состоянии объекта управления. Устройства этой группы предназначены для преобразования измеряемой физической величины в удобный для восприятия, передачи и обработки сигнал;
2) средства приема, преобразования и передачи информации. Технические средства этой группы используются для приема преобразования и передачи сигналов, содержащих измерительную информацию и несущих команды управления;
3) средства обработки информации, формирования команд управления, представления информации оператором;
4) средства использования командной информации для воздействия на объект управления.
Рассмотрим более конкретно выбор комплекса технических средств.
В данной работе будут использоваться электрические устройства, обладающие высокой точностью, быстродействием и обеспечивающие большую дальность и емкость каналов передачи информации.
В устройствах для измерения температуры обычно используют изменение какого-либо физического свойства тела, однозначно зависящего от его температуры и легко поддающаяся измерению. К числу свойств, положенных в основу работы приборов для измерения температуры, относятся объемное расширение тел, изменение давления вещества в замкнутом объеме, возникновения термоэлектродвижущей силы, изменение электрического сопротивления проводников и полупроводников, интенсивность излучения нагретых тел и другие.
Измерение температуры осуществляется посредством термоэлектрических преобразователей ТХА МЕТРАН-201 и ТХА МЕТРАН- 251 (для взрывоопасной зоны). Термопреобразователи ТХА МЕТРАН-201 и МЕТРАН-251 предназначены для преобразования температуры твердых, жидких, газообразных и сыпучих веществ в электрический сигнал. Термопреобразователь обеспечивает измерение температуры нейтральных и агрессивных сред, не разрушающих материал защитной арматуры.
Технические характеристики:
- диапазон преобразуемых температур:
для ТХА МЕТРАН-201 -40…800ºС;
для ТХА МЕТРАН-251 0…800ºС;
- класс допуска: 2;
- предельное рабочее избыточное давление: 1; 6,3 Мпа;
- показатель тепловой инерции: 40; 20; 10 с;
- масса, не более: от 0,5 до 1,5 кг.
4.3. Разработка схемы питания средств автоматизации».
В зависимости от выбранных приборов и средств автоматизации по роду используемой энергии, разрабатывается электрические или пне­вматические схемы питания.
Перед разработкой электрической схемы питания необходимо про­работать по [1] разделы: принципиальные электрические схемы (об­щие требования, правила выполнения схем, условные графические обозначения, позиционные обозначения), принципиальные электричес­кие схемы питания (назначение и общие требования; выбор напряже­ния, схемы электропитания и резервирования: выбор аппаратуры уп­равления и защиты, сечений проводов и жил кабелей). В этой части курсового проекта необходимо;
1) выбрать аппараты управления и защиты;
2) вы6рать сечения жил проводов и кабелей;
3) изобразить на чертеже питающую и распределительную сети;
4) составить перечень (спецификацию) элементов.