Курсовая по автоматизации технологических процессов: как выбрать регулируемую величину, датчик и контур управления

Курсовая по автоматизации технологических процессов и производств должна начинаться с самого процесса. Пока непонятно, что происходит с продуктом, какие параметры опасны и от чего зависит качество, выбирать датчик, ПЛК и регулирующий клапан рано.

Сильная работа объясняет, какой физический параметр нужно поддерживать, чем на него можно воздействовать и как система реагирует на возмущение.

Опишите технологический процесс

Сделайте короткую материальную схему.

Покажите:

• входное сырьё;
• основные операции;
• оборудование;
• продукт;
• отходы;
• энергию.

Не начинайте с функциональной схемы автоматики.

Сначала нужно понять объект.

Цель автоматизации

Фраза «повысить эффективность» слишком общая.

Конкретная цель может быть:

• поддерживать температуру;
• стабилизировать уровень;
• дозировать сырьё;
• контролировать давление;
• поддерживать расход;
• синхронизировать скорость;
• снижать разброс качества.

Цель должна связываться с измеряемой величиной.

Управляемые параметры

Разделите:

• контролируемые;
• регулируемые;
• сигнализируемые;
• защитные.

Не каждый измеряемый параметр нужно регулировать.

Некоторые достаточно показывать оператору или использовать для аварийной блокировки.

Возмущения

Хороший контур проектируется не в вакууме.

Определите, что мешает процессу:

• изменение расхода сырья;
• температура входного потока;
• давление;
• свойства материала;
• нагрузка оборудования.

Если возмущение не определено, трудно понять, зачем нужен регулятор.

Управляющее воздействие

На объект можно воздействовать конкретным способом.

Например:

• открывать клапан;
• менять частоту двигателя;
• включать нагреватель;
• менять подачу.

Регулятор не «управляет температурой» напрямую.

Он изменяет физическое воздействие, которое влияет на температуру.

Статическая характеристика

Если возможно, покажите связь входа и выхода.

Например, положение клапана и расход.

Это помогает понять чувствительность объекта и рабочий диапазон.

Не используйте линейную модель на всём диапазоне, если реальный объект явно нелинеен.

Динамика

Для автоматизации важно время.

Объект может иметь:

• инерцию;
• запаздывание;
• колебательность.

Даже правильный регулятор может работать плохо, если задержка велика.

Оцените переходный процесс.

Датчик

Выбирайте по:

• диапазону;
• точности;
• среде;
• температуре;
• давлению;
• выходному сигналу;
• способу монтажа.

Не берите датчик с огромным диапазоном, если рабочий параметр занимает его маленькую часть и требуется хорошая точность.

Место установки датчика

Оно не менее важно, чем модель.

Датчик температуры слишком далеко от зоны нагрева может давать запаздывающий сигнал.

Расходомер требует определённых условий установки.

Покажите точку на схеме.

Исполнительный механизм

Проверьте:

• тип;
• быстродействие;
• диапазон;
• отказное положение;
• питание.

Если клапан при потере энергии должен закрыться, это нужно учитывать в выборе привода.

ПЛК

Контроллер выбирается после списка сигналов.

Составьте I/O list:

| Сигнал | Тип | Диапазон | Назначение |
|---|---|---|---|
| ... | AI | ... | температура |
| ... | DO | ... | пуск |

Не выбирайте ПЛК только по бренду.

Сначала число и тип входов-выходов.

Аналоговый сигнал

Проверьте масштабирование.

Если датчик передаёт стандартный токовый или напряженческий сигнал, в программе он преобразуется в инженерную единицу.

Не сравнивайте сырое значение АЦП напрямую с температурой.

Функциональная схема

Она должна показывать путь информации:

датчик -> преобразователь -> контроллер -> исполнительный механизм -> объект.

Нумерация приборов должна совпадать со спецификацией.

ПИД-регулирование

Используйте ПИД там, где нужен непрерывный контур.

Определите:

• регулируемую величину;
• задание;
• ошибку;
• управляющий выход.

Не пишите коэффициенты без способа настройки.

Качество регулирования

Оцените:

• время переходного процесса;
• перерегулирование;
• статическую ошибку;
• устойчивость.

Самая быстрая настройка не всегда лучшая.

Для технологического объекта сильное перерегулирование может быть недопустимо.

Каскад

Если процесс имеет быстрый внутренний параметр и более медленный внешний, можно рассмотреть каскадное регулирование.

Но не усложняйте схему ради количества контуров.

Покажите, какую проблему решает дополнительный регулятор.

Блокировки

Автоматика должна не только регулировать, но и предотвращать опасные режимы.

Например:

• низкий уровень запрещает нагрев;
• отсутствие расхода останавливает насос;
• превышение давления закрывает подачу.

Запишите условия логически.

Аварийная сигнализация

Разделите:

• предупреждение;
• аварийное отключение.

Не делайте любой выход параметра за норму причиной мгновенной остановки.

Порог зависит от технологической опасности.

HMI

Экран оператора должен показывать не все внутренние переменные программы, а нужную для управления информацию.

Полезны:

• текущие значения;
• задания;
• состояние оборудования;
• аварии;
• тренды.

Не перегружайте один экран десятками цветов и чисел.

Архив и тренды

История параметра помогает анализировать процесс.

Покажите, какие величины стоит хранить и с каким шагом.

Слишком редкая запись пропустит быстрый процесс, слишком частая создаст лишний объём данных.

Моделирование

Если объект моделируется в MATLAB, Simulink или другой среде, сохраните:

• передаточную функцию;
• параметры;
• входное воздействие;
• результаты.

Не вставляйте график без пояснения, какой режим он показывает.

Экономический эффект

Автоматизация может давать эффект через:

• снижение брака;
• экономию энергии;
• сокращение простоев;
• стабильность качества;
• уменьшение ручных операций.

Не сводите эффект к сокращению персонала, если задача системы другая.

Защита

Покажите одну главную петлю:

1. объект;
2. регулируемый параметр;
3. датчик;
4. контроллер;
5. исполнительный механизм;
6. возмущение;
7. результат.

Курсовая по автоматизации технологических процессов выглядит профессионально тогда, когда каждый прибор и строка алгоритма связаны с конкретной физической задачей процесса.