Помощь студентам в учебе
Система автоматического регулирования уровня и температуры воды в баковой системе
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 8
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 11
1.1 Общие сведения о внутренних водопроводах 11
1.2 Назначение технологического объекта 12
1.3 Описание работы объекта 14
1.4 Анализ необходимости системы автоматического регулирования . 16
2 АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ 18
2.1 Выбор параметров контроля 18
2.2 Автоматическое регулирование уровня воды 19
2.3 Автоматическое регулирование температуры воды 21
3 РАЧЕТ И ВЫБОР КОМПОНЕНОВ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ 24
3.1 Автоматическое регулирование уровня 24
3.2 Автоматическое регулирование температуры 37
3.3 Выбор дополнительного источника питания 47
4. ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ 49
4.1 Разработка электрической принципиальной схемы 49
4.2 Описание работы электрической схемы контура автоматического ретулирования уровня воды 50
4.2 Описание работы электрической схемы контура автоматического
регулирования температуры воды
5 МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ В БАКОВОЙ
СИСТЕМЕ 54
5.1 Выбор схем моделирования 55
5.2 Контур автоматического регулирования уровня воды 56
5.3 Контур автоматического регулирования температуры воды 65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 73
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А 76
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 77
ПРИЛОЖЕНИЕ В 80
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 83
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 84
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 85
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 86
ВВЕДЕНИЕ 8
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 11
1.1 Общие сведения о внутренних водопроводах 11
1.2 Назначение технологического объекта 12
1.3 Описание работы объекта 14
1.4 Анализ необходимости системы автоматического регулирования . 16
2 АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ 18
2.1 Выбор параметров контроля 18
2.2 Автоматическое регулирование уровня воды 19
2.3 Автоматическое регулирование температуры воды 21
3 РАЧЕТ И ВЫБОР КОМПОНЕНОВ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ 24
3.1 Автоматическое регулирование уровня 24
3.2 Автоматическое регулирование температуры 37
3.3 Выбор дополнительного источника питания 47
4. ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ 49
4.1 Разработка электрической принципиальной схемы 49
4.2 Описание работы электрической схемы контура автоматического ретулирования уровня воды 50
4.2 Описание работы электрической схемы контура автоматического
регулирования температуры воды
5 МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ В БАКОВОЙ
СИСТЕМЕ 54
5.1 Выбор схем моделирования 55
5.2 Контур автоматического регулирования уровня воды 56
5.3 Контур автоматического регулирования температуры воды 65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 73
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А 76
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 77
ПРИЛОЖЕНИЕ В 80
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 83
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 84
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 85
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 86
Автоматическое регулирование - это поддержание постоянного значения какого-либо параметра в технологическом процессе с заданной точностью или изменение его по определенному закону без непосредственного участия человека. Автоматическое регулирование представляет собой наиболее эффективный принцип автоматики при частичной автоматизации, когда технические средства автоматики осуществляют лишь простые функции управления, связанные с измерением, анализом, контролем различных физических величин и отработкой решений, принятых оператором в виде установок, программ или других сигналов управления.
Регулятор - это устройство, основной функцией которого является поддержание на заданном уровне от одного до нескольких выходов объекта управления, преобразовывая ошибку регулирования c(t) в управляющее воздействие, поступающее на объект управления.
Первый регулятор был изобретен в египетской Александрии греком Хсибиосом примерно в Ш веке до н.э. Это был поплавковый регулятор уровня для водяных часов. Водяные часы упоминались еще в Вавилоне в XIV веке до н.э., они представляли из себя сосуд с мерными делениями, из которого вытекала или капала вода, но при этом скорость истечения жидкости изменялась по мере уменьшения уровня столба воды в сосуде. Хсибиос предложил настолько удачную конструкцию для поддержания постоянства уровня воды, что его регулятор устанавливался на водяные часы практически шестнадцать веков. В 1781 г. шотландский инженер Джеймс Уатт создал двигатель с вращающим моментом на валу, на котором впервые был применен регулятор частоты вращения. Регулирование частоты вращения осуществлялось двумя сбалансированными на одной оси грузами, вращающимися синхронно с валом машины и соединенными с дроссельной заслонкой, перекрывающей проходное сечение парового патрубка. При увеличении частоты вращения центробежные силы вращающихся шаров
поднимали с помощью тяг муфту, соединенную с заслонкой, уменьшая проходное сечение паропровода и скорость вращения двигателя.
Центробежный регулятор был известен задолго до Уатта и широко применялся на ветряных мельницах для автоматической регулировки зазора между жерновами (момента сопротивления) в зависимости от скорости ветра, т.е. скорости вращения лопастей мельницы.
Уатт адаптировал существующий центробежный регулятор под паровую машину, создав более совершенную конструкцию, названную для отличия от прототипа - регулятором Уатта. Особое место в истории техники регулятор Уатта занял благодаря тому, что именно его конструкция легла в основу теории и практики регуляторостроения: новой отрасли промышленности, повлекшей за собой формирование особой области знаний - "Теории автоматического управления и регулирования", составляющей основу современных технологий управления промышленными системами.
За прошедшее с тех пор время больших успехов достигла микроэлектроника. Стали разрабатываться и выпускаться все более сложные большие интегральные схемы (БИС), степень интеграции которых характеризуется сотнями тысяч транзисторов в полупроводниковом кристалле: микропроцессоры, контроллеры, микросхемы памяти, однокристальные микро ЭВМ. Освоены новые технологические методы, значительно повышающие быстродействие микросхем и снижающие уровень их энергопотребления. Находят все более широкое применение технологии программируемых структур, базовых матричных кристаллов, которые позволяют внедрять в практику систему заказов микросхем требуемого функционального назначения при приемлемом уровне их стоимости и небольших сроках разработки. Существенно расширена номенклатура цифровых, аналоговых и аналого-цифровых микросхем. Заметна тенденция совмещения в одной микросхеме аналоговых и цифровых функциональных узлов, а также узлов, реализующих аналоговые функции цифровыми
методами.
Успехи микроэлектроники сделали возможным широкое применение микросхем и микроконтроллеров повышенного уровня интеграции в системах автоматического регулирования нового поколения.
Микроконтроллеры нашли широкое применение и в регулировании уровня и температуры воды, они способны автоматически поддерживать уровень воды в емкостях любого объема и могут быть использованы при откачивании грунтовых вод из подвалов и погребов, для заполнения водонагревательных баков и расширительных бачков систем водоснабжения и отопления. При этом регуляторы уровня воды могут работать как на заполнение емкости водой, так и на ее откачивание.
Целью данного проекта является разработка системы автоматического регулирования уровня и температуры воды в баковой системе в душевых помещениях предприятия ООО «Мечел-Кокс».
Проблема, рассматриваемая в данной работе, обусловлена полным отсутствием автоматизации объекта, и требует обязательное привлечение рабочего персонала. В качестве объекта внедрения выбран цех по ремонту коксохимического оборудования (ЦРКО).
Использование управляемой системой водоснабжения открывает новые возможности для решения изложенной выше проблемы. Разрабатываемая система автоматического регулирования (САР) должна быть оптимальной в отношении выполнения обозначенных функций.
Стоит отметить, что затронутая в проекте проблема может иметь место практически в любом подразделении предприятия ООО «Мечел-Кокс». Таким образом, в проектировании данной САР будет отражен накопленный опыт решения подобных задач на предприятиях и прочих местах со схожим типом проблем.
Регулятор - это устройство, основной функцией которого является поддержание на заданном уровне от одного до нескольких выходов объекта управления, преобразовывая ошибку регулирования c(t) в управляющее воздействие, поступающее на объект управления.
Первый регулятор был изобретен в египетской Александрии греком Хсибиосом примерно в Ш веке до н.э. Это был поплавковый регулятор уровня для водяных часов. Водяные часы упоминались еще в Вавилоне в XIV веке до н.э., они представляли из себя сосуд с мерными делениями, из которого вытекала или капала вода, но при этом скорость истечения жидкости изменялась по мере уменьшения уровня столба воды в сосуде. Хсибиос предложил настолько удачную конструкцию для поддержания постоянства уровня воды, что его регулятор устанавливался на водяные часы практически шестнадцать веков. В 1781 г. шотландский инженер Джеймс Уатт создал двигатель с вращающим моментом на валу, на котором впервые был применен регулятор частоты вращения. Регулирование частоты вращения осуществлялось двумя сбалансированными на одной оси грузами, вращающимися синхронно с валом машины и соединенными с дроссельной заслонкой, перекрывающей проходное сечение парового патрубка. При увеличении частоты вращения центробежные силы вращающихся шаров
поднимали с помощью тяг муфту, соединенную с заслонкой, уменьшая проходное сечение паропровода и скорость вращения двигателя.
Центробежный регулятор был известен задолго до Уатта и широко применялся на ветряных мельницах для автоматической регулировки зазора между жерновами (момента сопротивления) в зависимости от скорости ветра, т.е. скорости вращения лопастей мельницы.
Уатт адаптировал существующий центробежный регулятор под паровую машину, создав более совершенную конструкцию, названную для отличия от прототипа - регулятором Уатта. Особое место в истории техники регулятор Уатта занял благодаря тому, что именно его конструкция легла в основу теории и практики регуляторостроения: новой отрасли промышленности, повлекшей за собой формирование особой области знаний - "Теории автоматического управления и регулирования", составляющей основу современных технологий управления промышленными системами.
За прошедшее с тех пор время больших успехов достигла микроэлектроника. Стали разрабатываться и выпускаться все более сложные большие интегральные схемы (БИС), степень интеграции которых характеризуется сотнями тысяч транзисторов в полупроводниковом кристалле: микропроцессоры, контроллеры, микросхемы памяти, однокристальные микро ЭВМ. Освоены новые технологические методы, значительно повышающие быстродействие микросхем и снижающие уровень их энергопотребления. Находят все более широкое применение технологии программируемых структур, базовых матричных кристаллов, которые позволяют внедрять в практику систему заказов микросхем требуемого функционального назначения при приемлемом уровне их стоимости и небольших сроках разработки. Существенно расширена номенклатура цифровых, аналоговых и аналого-цифровых микросхем. Заметна тенденция совмещения в одной микросхеме аналоговых и цифровых функциональных узлов, а также узлов, реализующих аналоговые функции цифровыми
методами.
Успехи микроэлектроники сделали возможным широкое применение микросхем и микроконтроллеров повышенного уровня интеграции в системах автоматического регулирования нового поколения.
Микроконтроллеры нашли широкое применение и в регулировании уровня и температуры воды, они способны автоматически поддерживать уровень воды в емкостях любого объема и могут быть использованы при откачивании грунтовых вод из подвалов и погребов, для заполнения водонагревательных баков и расширительных бачков систем водоснабжения и отопления. При этом регуляторы уровня воды могут работать как на заполнение емкости водой, так и на ее откачивание.
Целью данного проекта является разработка системы автоматического регулирования уровня и температуры воды в баковой системе в душевых помещениях предприятия ООО «Мечел-Кокс».
Проблема, рассматриваемая в данной работе, обусловлена полным отсутствием автоматизации объекта, и требует обязательное привлечение рабочего персонала. В качестве объекта внедрения выбран цех по ремонту коксохимического оборудования (ЦРКО).
Использование управляемой системой водоснабжения открывает новые возможности для решения изложенной выше проблемы. Разрабатываемая система автоматического регулирования (САР) должна быть оптимальной в отношении выполнения обозначенных функций.
Стоит отметить, что затронутая в проекте проблема может иметь место практически в любом подразделении предприятия ООО «Мечел-Кокс». Таким образом, в проектировании данной САР будет отражен накопленный опыт решения подобных задач на предприятиях и прочих местах со схожим типом проблем.
В результате проведенной работы разработана система автоматического регулирования уровня и температуры в баковой системе цеха по ремонту коксохимической продукции завода ООО «Мечел-Кокс». Составлены технологическая схема, а так же схема автоматизации объекта и спецификация на приборы и средства автоматизации. Проведен расчет и подбор компонентов системы. Разработана электрическая принципиальная схема системы автоматического регулирования уровня и температуры воды. Составлен алгоритм работы двух контуров регулирования системы. Построены модели каждого из контуров регулирования системы в программной среде VisSim 8.0. Проведены различные проверки реакции системы на изменение параметров, по результатам которых была проверена и обоснована работоспособность системы.
