Введение 10
1 Обзор литературы 11
2 Разработка АСУ ТП для дозирующей установки 15
2.1 Описание технологического процесса и оборудования 15
2.2 Анализ и классификация технологических переменных,
управляющих воздействий, точек измерения, контроля и управления 16
2.3 Составление перечня измеряемых технологических переменных и управляющих воздействий, а также среды и
условий работы измерительных и регулирующих устройств 20
2.4 Анализ взаимосвязи между технологическими переменными,
определение основных требований к ведению процессов, формулирование критериев качества и целей управления 22
2.5 Разработка комплекса технических средств АСУ ТП 23
2.5.1 Иерархия уровней АСУ 23
2.5.2 Блок - схема аппаратных средств автоматизации 25
2.5.3 Функциональная структура системы 26
2.6 Выбор аппаратных средств на всех уровнях управления 27
2.7 Программное обеспечение на всех уровнях АСУ ТП 30
2.8 Обмен информации между уровнями системы 30
2.9 Разработка общих алгоритмов функционирования АСУ
технологическим процессом 31
3 Разработка и моделирование асинхронных электроприводов со ^
скалярным управлением
3.1 Определение параметров Т - образной схемы замещения АД 33
3.2 Динамические характеристики скалярного асинхронного
электропривода с автономным инвертором напряжения 40
3.3 Повышение критического момента асинхронного
электропривода 41
3.4 Синтез регулятора веса на основе модульного оптимума 46
4 Разработка и моделирование асинхронных электроприводов с
векторным управлением 48
4.1 Определение параметров электропривода 48
4.2 Выбор преобразователя частоты 51
4.3 Параметры элементов силового канала электропривода 51
4.4 Параметры механической системы электропривода 52
4.5 Проверка выбора асинхронного электропривода шнекового
дозатора по моменту 52
4.6 Расчетные параметры модели двигателя 53
4.7 Естественные характеристики электродвигателя 54
4.8 Задание по моменту 55
4.9 Расчет параметров элементов силового канала 58
4.10 Расчет параметров настройки контура тока с ПИ регулятором и
аналоговым датчиком 59
4.11 Расчет параметров настройки контура потокосцепления
с ПИ-регулятором без датчика 60
4.12 Расчет параметров настройки контура скорости с ПИ-регулятором
и аналоговым датчиком 61
4.13 Имитационная модель и исследование электропривода 63
5 Разработка системы управления асинхронных электроприводов с
прогнозирующим управлением 74
5.1 Разработка прогнозирующего управления 75
5.2 Дозирующая установка и измерительные устройства 75
5.3 Регулятор 76
5.4 Определение квадратичной программы КИХ регулятора 77
5.5 Модель оценки 79
5.6 Разработка автоматизированной системы управления для
дозирующей установки 79
6 Финансовый менеджмент 82
6.1 Потенциальные потребители результатов исследования 82
6.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 82
6.3 FAST-анализ 84
6.3.1 Выбор объекта FAST-анализа 84
6.3.2 Описание главной, основных и вспомогательных
функций, выполняемых объектом 84
6.3.3 Определение значимости выполняемых функций
Объектом 85
6.3.4 Анализ стоимости функций выполняемых объектом
Исследования 85
6.3.5 Построение функционально-стоимостной диаграммы
объекта и ее анализ 85
6.3.6 Оптимизация функций выполняемых объектом 86
6.4 Диаграмма Исикава 87
6.5 SWOT-анализ 87
6.6 Оценка готовности проекта к коммерциализации 88
6.7 Методы коммерциализации результатов научнотехнического исследования
6.8 Управления научно-техническим проектом 90
6.9 Контрольные события проекта 91
6.10 План проекта 91
6.11 Заработная плата 91
6.12 Матрица ответственности 93
7 Социальная ответственность 95
7.1 Вредные и опасные производственные факторы 95
7.2 Микроклимат производственных помещений 100
7.3 Экологическая безопасность 101
7.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 102
7.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения 1
Безопасности
Заключение 107
Список публикаций 110
Список используемых источников 111
Приложение А 1 LITERATURE REVIEW 113
Приложение Б 2 DEVELOPMENT OF ACS FOR DOSING DEVICE 117
РЕФЕРАТ
Выпускная квалификационная работа 132 с., 5 рис., 23 табл., 21 источник, 2 приложения.
Объектом исследования дозирующая установка сыпучих веществ.
Цель работы - повышение показателей качества управления процессом дозирования сыпучих веществ.
В процессе исследования проводились:
1. Разработать технологический процесс для высокоточного порционного дозирования сыпучих веществ;
2. Разработать алгоритмы управления асинхронным электроприводом шнекового питателя и ленточного конвейера;
3. Разработать систему управления электроприводом шнекового дозатора сыпучих веществ;
4. Разработать имитационную модель, позволяющую исследовать процесс дозирования сыпучих веществ.
В результате исследования был разработан технологический процесс для высокоточного двухступенчатого порционного дозирования сыпучих веществ. Разработаны системы управления электроприводом шнекового дозатора сыпучих веществ со скалярным, векторным и предиктивным управлением. Разработаны имитационные модели для скалярного и векторного управления.
Основные технико-эксплуатационные характеристики:
1. Точность дозирования + 3 %%
2. Производительность (12 час) 36 тон.
Введение
Разработка и исследование автоматической системы управления технологического комплекса порционного весового дозирования сыпучих материалов, гарантирующего высокую производительность при высокой точности дозирования, на сегодняшний день актуально.
Целью данной диссертации было поставлено повышение производительности вертикального порционного дозирования сыпучих материалов, с применением эффективного алгоритма управления для, асинхронного электропривода шнекового питателя.
Объектом исследования стал технологический процесс дозирования сыпучих веществ и способ его управления.
Предметом исследования стало построение алгоритма управления электроприводом шнекового питателя.
Новизной данной работы стала разработка двухступенчатого технологического процесса дозирования сыпучих веществ и разработка системы управления электроприводом шнека со скалярным, векторным и предиктивным управлением.
С практической точки зрения реализация данного проекта позволит повысить производительности дозирующих установок без потери точности.
Был проработан технологический процесс вертикального порционного дозирования сыпучих материалов. Введены конструктивные изменения в дозирующую установку и проработаны методы управления приводом шнекового питателя. Просчитаны алгоритмы управления асинхронным электроприводом шнекового питателя. Построены имитационные модели для скалярно и векторного управления и сняты экспериментальные исследования. По данной работе была написана статья в Пермский национальный исследовательский политехнический университет на всероссийскую научнотехническую конференцию «Автоматизированные системы управления и информационные технологии».
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Дозирование является одним из немаловажных технологических процессов: металлургической, химической и пищевой промышленности, ключевыми показателями качества, которого является точность и производительность.
Проведенный анализ существующих технологических процессов дозирования сыпучих веществ показал, что повышение точности дозирования, существенно снижает производительность технологического процесса, а в свою очередь, повышение производительности снижает точность технологического процесса дозирования. Для решения этой проблемы в данной диссертации был разработан технологический процесс для высокоточного порционного дозирования сыпучих веществ.
Решениями, необходимыми для достижения необходимой точности дозирования при незначительном снижении производительности, являются:
■ изменение конструкции дозирующей установки;
■ применение разработанного алгоритма управления, обеспечивающего плавность и точность дозирования.
Конструкция была изменена следующим образом: добавлен второй бункер-дозатор со шнековым питателем. Для обеспечения синхронной работы двух бункеров дозаторов был разработан алгоритм управления. Первый бункердозатор обеспечивает загрузку сыпучего вещества при максимально возможной скорости в емкость на 90% от эталонной массы, выставленной оператором, а второй бункер-дозатор в то же отведенное время обеспечивает загрузку сыпучего вещества в емкость на 10% от эталонной массы, после чего система проводит контрольное взвешивание. Контрольное взвешивание приводится для сравнения полученных данных с данными, выставленными оператором. Таким образом, разработана система дозирования с требуемыми показателями точности при минимальном снижении производительности.
Для управления электроприводом шнекового питателя были рассчитаны
скалярная и векторная системы управления.
Для управления электроприводом шнекового питателя используется система с векторным управлением, позволяющая контролировать не только величину и частоту напряжения, но и фазу. Векторное управление обладает более высокой производительностью по сравнению со скалярным управлением и рядом преимуществ такими как:
■ высокая точность регулирования скорости;
■ плавный старт и плавное вращение двигателя во всем диапазоне
частот;
■ быстрая реакция на изменение нагрузки;
■ повышенный диапазон управления.
К недостаткам такой системы можно отнести высокую сложность структуры системы управления.
В данной работе была рассмотрена возможность применения системы предиктивного управления электроприводом шнекового питателя. Данный метод находит все большее применение в промышленных системах управления, что обусловлено его преимуществами. Одним из них является минимум параметров, требующих настройки. Для успешного применения предиктивного управления была предложена модель объекта, обладающая необходимой адекватностью и точностью.
С помощью модели объекта управления появляется возможность предсказывать поведение системы в будущем, в соответствии с видом управляющего воздействия. В итоге была составлена структура системы предиктивного управления для дозирующей установки и проведен анализ всех частей данной структуры. Были определены входные и выходные координаты, на базе которых происходит функционирование системы. Составлена функциональная схема автоматизированной системы управления технологическим процессом дозирования.
С финансовой точки зрения были рассмотрены потенциальные потребители разработанной системы и проведен анализ конкурентных
технических решений с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения, определена стоимость каждой составной части дозирующей установки.
Как и любая технологическая единица производства, дозирующая установка обладает определенными вредными и опасными факторами.
К вредным факторам относятся такие как:
■ повышенная запыленность воздуха в рабочей зоне;
■ повышенный уровень шума на рабочем месте;
■ отсутствие или недостаток естественного света, недостаточное освещение рабочего места.
К опасным факторам которым может подвергнуться рабочий обслуживающий дозирующую установку относятся:
■ движущееся механизмы, подвижные части производственного оборудования;
■ опасное для человека повышенное значение напряжения в электрической цепи.
В соответствии с вышеперечисленными вредными и опасными факторами были определены нормы, которым должно соответствовать рабочее пространство дозирующей установки, составлены соответствующие документы.
Дозирующая установка соответствует всем требованиям экологической безопасности. Ее влияние на окружающую среду мало.
Был составлен комплекс мер безопасности в чрезвычайных ситуациях и разобраны правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
