Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Марта 2012 в 20:44, курсовая работа
Привести описание и функциональную схему объекта.
Описание приборов и их характеристик.
Разработать в интегрированной среде Trace Mode:
Объекта управления.
Автоматическое и ручное управление объектом.
Пульт оператора.
Тренды основных величин.
Задание 3
Описание объекта регулирования 3
Описание приборов и их технические характеристики 5
Разработка проекта в Trace Mode 9
Список использованных материалов 17
Министерство общего и профессионального образования РФ
Тверской государственный технический университет
______________________________
Кафедра АТП
Курсовой проект по дисциплине
Курсовая работа по дисциплине «Интегрированные системы проектирования и управления».
по теме:
" Автоматическое регулирование работы дефлегматора в процессе перегонки с помощью интегрированной среды Trace Mode".
Разработал: Кондратьев М. С.
АТПП-0701
Проверил: Хазов И. Ю.
Тверь 2011 г.
Содержание
Задание 3
Описание объекта регулирования 3
Описание приборов и их технические характеристики 5
Разработка проекта в Trace Mode 9
Список использованных материалов 17
Привести описание и функциональную схему объекта.
Описание приборов и их характеристик.
Разработать в интегрированной среде Trace Mode:
Объекта управления.
Автоматическое и ручное управление объектом.
Пульт оператора.
Тренды основных величин.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ДЕФЛЕГМАТОРА В ПРОЦЕССЕ ПЕРЕГОНКИ
Изобретение касается автоматического регулирования температуры выходных паров дефлегматора и может быть использовано в процессах перегонки жидкостей.
Известен способ автоматического регулирования работы дефлегматора в процессе перегонки путем изменения подачи хладагента в дефлегматор в зависимости от температуры паров на выходе из него.
Цепь изобретения - повышение точности регулирования температуры паров на выходе из дефлегматора и, следовательно, повышение качества разделения компонентов.
Это достигается тем, что температуру паров на выходе из дефлегматора корректируют по температуре паров на входе в дефлегматор и температуре кубовой жидкости.
На рис.1 схематически изображено устройство для осуществления способа автоматического регулирования работы дефлегматора.
Способ осуществляют следующим образом.
Измерение температуры датчиками 1, 2, 3 производится в трех точках: на выходе паров из дефлегматора 4, на входе паров в дефлегматор и в кубовой жидкости перегонного куба 5. Сигналы от датчиков подают на вторичные приборы 6-8 для показаний и записи. Со вторичного прибора 8 сигнал о температуре кубовой жидкости подают на компенсатор 9 (в частном случае он может представлять собой усилительное звено), а от компенсатора - на сумматор 10, куда вводят также сигнал от задатчика 11. Со вторичного прибора 7 сигнал о температуре паров на входе в дефлегматор подают на статический регулятор 12, а со вторичного прибора 6 сигнал о температуре паров на выходе из дефлегматора направляют на астатический регулятор 13. Выходной сигнал сумматора 10 направляют в качестве задающего сигнала на регулятор 13, а выходной сигнал регулятора 13 (в качестве задающего сигнала) - на регулятор 12. Выходной сигнал регулятора 12 подают на исполнительное устройство 14 на линиях хладагента.
Эффект от введения сигнала по температуре паров на входе в дефлегматор заключается в том, что изменение этого сигнала всегда опережает изменение сигнала по температуре паров на выходе из дефлегматора. Это происходит в дефлегматорах с встречными восходящим и сконденсированным потоками.
Эффект от введения сигнала по температуре кубовой жидкости также состоит в улучшении качества регулирования. Это достигается тем, что в регулятор 13, работающий по сигналу отклонения температуры паров на выходе из дефлегматора от заданной, вводят сигнал коррекции, являющийся разностью сигналов задатчика 11 и компенсатора 9.
Рис.1 Схема устройства для осуществления способа автоматического регулирования работы дефлегматора
Формула изобретения
Способ автоматического регулирования работы дефлегматора в процессе перегонки путем изменения подачи хладагента в дефлегматор в зависимости от температуры паров на выходе из него, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования, температуру паров на выходе из дефлегматора корректируют по температуре паров на входе в дефлегматор и температуре кубовой жидкости в нем.
Модуль ввода аналоговый ОВЕН МВА8
Питание
Напряжение питания | 90…245 В переменного тока частотой 47…63 Гц |
Потребляемая мощность | не более 6 ВА |
Входы
Количество входов | 8 |
Минимальное время опроса одного входа | 0,3 с |
Минимальное время опроса восьми входов | 2 с |
Напряжение источника питания активных датчиков | 24±3 В постоянного тока |
Максимальный ток нагрузки источника питания активных датчиков | 180 мА |
Входное сопротивление при измерении: |
|
— напряжения | >100 кОм |
— тока (внешний резистор) | 100 Ом ± 0,1 % |
Макс. напряжение перегрузки на входе | 15 В |
Интерфейс
Тип интерфейса | RS-485 |
Скорость передачи данных, кбит/с | 2.4, 4.8, 9.6, 14.4, 19.2, 28.8, 38.4, 57.6, 115.2 |
Максимальная длина линии связи | 1200 м |
Протокол передачи данных | ОВЕН, Modbus RTU, Modbus ASCII, DCON |
Максимальное количество модулей в сети: |
|
— для протокола ОВЕН при длине сетевого адреса 8 бит | 32 |
— для протокола ОВЕН при длине сетевого адреса 11 бит | 256 |
— для протокола Modbus | 256 |
Процессор
Встроенный процессор | AТMega 128 |
Таймер | сторожевой |
Гальваническая изоляция
Допустимое напряжение изоляции между входами и линией интерфейса | 1500 В |
Корпус
Тип корпуса | на DIN-рейку Д9 |
Габаритные размеры корпуса | 157х86х58 мм |
Степень защиты корпуса | IP20 |
Условия эксплуатации
Температура окружающего воздуха | +1...+50 °С |
Атмосферное давление | 86...106,7 кПа |
Относительная влажность воздуха (при 25 °С и ниже без конденсации влаги) | не более 80 % |
Автоматический преобразователь интерфейсов USB/RS-485 ОВЕН АС4
Питание
Постоянное напряжение (на шине USB) |
|
Потребляемая мощность | не более 0,5 ВА |
Допустимое напряжение гальванической изоляции входов | не менее 1500 В |
Интерфейс USB
Стандарт интерфейса | USB 2.0 |
Длина линии связи с внешним устройством | не более 3 м |
Скорость обмена данными | до 115200 бит/с |
Интерфейс RS-485
Длина линии связи с внешним устройством | не более 1200 м |
Количество приборов в сети: |
|
– без использования усилителя сигнала | не более 32 |
– с использованием усилителя сигнала | не более 256 |
Используемые линии передачи данных | А (D+), В (D–) |
Корпус
Габаритные размеры | 36х93х57 мм |
Степень защиты | IP20 |
Крепление | на DIN-рейку |
Условия эксплуатации
Температура окружающего воздуха | –20...+75 °С |
Атмосферное давление | 84...106,7 кПа |
Относительная влажность воздуха (при +25 °С и ниже) | не более 80 % |
Графическая панель оператора с сенсорным управлением ОВЕН СП270
Питание
Напряжение питания постоянного тока | 22…26 В |
Потребляемый ток | не более 0,150 А |
Потребляемая мощность | не более 5 Вт |
Интерфейс связи
Используемые интерфейсы связи | RS-232 (2 шт.), RS-485 (1 шт.) |
Тип интерфейса для связи с ПЛК | RS-232, RS-485 |
Тип интерфейса для загрузки проекта из ПК | RS-232 |
Скорость передачи данных по интерфейсам, бит/с | 4800,9600,14400,19200,38400, 5200 |
Протоколы передачи данных | Modbus RTU, Modbus ASCII |
Режимы работы панели | Master, Slave |
Память
Память программ (Flash-RAM) | 4 Мбайт |
Память данных (SD RAM) | 4 кбайт |
Корпус
Конструктивное исполнение | корпус щитового крепления |
Габаритные размеры (ширина X высота X глубина) | (200x148х44,4) ±1 мм |
Степень защиты корпуса со стороны лицевой панели | IP65 |
Масса (с элементами крепления) | не более 0,78 кг |
Человеко-машинный интерфейс
Тип дисплея, диагональ | цветной (TFT), 178 мм (7") |
Количество отображаемых цветов | 256 |
Разрешение дисплея, рабочая зона дисплея | 480х234 пиксела, 156x88 мм |
Двухканальный блок питания ОВЕН БП07Б-Д3 2-24
Входное напряжение переменного тока | 90...264 В |
Входное напряжение постоянного тока | 110...370 В |
Частота входного переменного напряжения | 47...63 Гц |
Порог срабатывания защиты по току | (1,2...1,8) Imax |
Суммарная выходная мощность | 7 Вт |
Количество выходных каналов | 2 |
Номинальное выходное напряжение канала | 24 В |
Нестабильность вых.напряжения при изменении напряжения питания | ±0,2 % |
Нестабильность выходного напряжения при изменении тока нагрузки от 0,1 Imax до Imax | ±0,2 % |
Рабочий диапазон температур | –20...+50 °C |
Коэффициент температурной нестабильности выходного напряжения в рабочем диапазоне температур | ±0,025 % / °C |
Электрическая прочность изоляции: |
|
– вход – выход (действующее значение) | 2 кВ |
– выход – выход (действующее значение) | 1,5 кВ |
– вход – корпус (действующее значение) | 1,5 кВ |
Уровень радиопомех | по ГОСТ Р 51527 группа С |
Тип и габаритные размеры корпуса | Д3, 54х90х58 мм |
Степень защиты корпуса (со стороны передней панели) | IP20 |
Выходные параметры
Модификация прибора | Кол-во каналов | Выходное напряжение в канале, В | Амплитуда пульсации выходного напряжения, мВ | Макс. ток нагрузки в канале Imax, мА | Макс. ток потребления при выходном напряжении ~220 В |
БП07Б-Д3.2-24 | 2 | 24 ± 0,48 % | 60 | 145 | 0,08 |
Условия эксплуатации
Температура окружающего воздуха | –20...+50 °С |
Атмосферное давление | 86...106,7 кПа |
Относительная влажность воздуха (при +25 °С и ниже без конденсации влаги) | не более 80 % |
Термопреобразователи сопротивления ДТС 034 – 100П.А3.20/0,2
Номинальная статическая характеристика (НСХ) | 100П; |
Рабочий диапазон измеряемых температур | -50...+250 °С |
Класс допуска | А |
Группа климатического исполнения | Д2, Р2 |
Условное давление | 10 МПа |
Величина рабочего тока, не более | 5 мА |
Показатель тепловой инерции, не более | 10...30 с |
Количество чувствительных элементов | 1 шт. |
Сопротивление изоляции, не менее | 100 Мом |
Схема соединения внутренних проводников | 3-х |
Степень защиты датчика по ГОСТ 14254 | IP54 |
Материал защитной арматуры | латунь |
Устройство управления и защиты электропривода задвижки без применения концевых выключателей ОВЕН ПКП1Т
Номинальное напряжение питания | 220 В частотой 50 Гц |
Допустимое отклонение номинального напряжения | –15…+10 % |
Тип датчика | трансформатор тока N (5A) |
Контроль перемещения задвижки | по времени (5...999,9 с) |
Время задержки срабатывания по току | 0,1...10 с |
Максимально допустимый ток нагрузки: |
|
– э/м реле управления привода | 3 А при 220 В, cos φ > 0,4 |
– э/м реле сигнализации состояний | 3 А при 220 В, cos φ > 0,4 |
Дополнительный модуль | с токовым выходом 4...20 мА или |
Количество разрядов индикации: | 4 |
Габаритные размеры и степень защиты корпуса | щитовой (Щ1) 96х96х70 мм, IP54 со стороны передней панели |
Условия эксплуатации
Температура окружающего воздуха | +1...+50 °С |
Атмосферное давление | 86...106,7 кПа |
Относительная влажность воздуха (при 35 °С) | не более 80 % |
Исполнительны механизм МЭО-40/10 0,25 У - 99 К У2
Крутящий момент, Нм | 40 |
Номинальное время полного хода, с | 10 |
Напряжение (частота питания) | 380, 400, 415 В (50 Гц) |
Контроль перемещения задвижки | по времени (5...999,9 с) |
Тип сигнализация положения выходного вала | Блок сигнализации положения с токовым датчиком |
Потребляемая мощность, Вт | 160 |
Степень защиты | IP 54 |
Масса, не более, кг | 8.5 |
Тип электродвигателя | ДСТР 110-0,6-136 |
Встроенный блок питания | - |
Климатическое исполнение | У2 |
Габаритные размеры, не более, мм | 230x200x185 |
Год разработки | 1999 |
Для большей наглядности и сходства модели с оригиналом общая схема объекта была разбита на составляющие элементы, группируемые в отдельные объекты и функциональные блоки.
Описание структуры проекта.
Название элемента | Тип элемента | Описание |
Панель оператора | Экран | Интерфейс проекта |
Расчёт положения | Программа | Расчёт положения задвижки в зависимости от режима управления (ручное/автоматическое) и управляющего воздействия. |
Расчёт температур | Программа | Имитация процессов изменения температур в объекте |
Расчёт управления | Программа | Программа по реализации регулятора. |
Описание переменных проекта.
Переменная | Тип | Диапазон значений | Формула/Связи |
Автомат_ручное | Логический | 0/1 | 0 – ручное управление 1 – автоматическое управление |
Рабочее_место_ оператора | Логический | 0/1 | 0 – показать слой «Рабочее место оператора» 1 – скрыть слой «Рабочее место оператора» |
Регистрация | Логический | 0/1 | 0 – показать слой «Регитрация» 1 – скрыть слой «Регитрация» |
Объект | Логический | 0/1 | 0 – показать слой «Объект» 1 – скрыть слой «Объект» |
Больше | Логический | 0/1 | 0 – при Управляющее_воздействие >= 0 1 – при Управляющее_воздействие < 0 |
Меньше | Логический | 0/1 | 0 – при Управляющее_воздействие <= 0 1 – при Управляющее_воздействие > 0 |
Положение_ задвижки | Веществен-ное | 0 - 100 | = Положение_задвижки + Шаг*(Больше - Меньше) |
Температура_ вверху | Веществен-ное | нет ограни-чений | = Температура_вверху + ((Температура_хладоагента - Температура_вверху)*Расход_ (Объем_дефлегматора) + (Температура_теплоносителя - Температура_вверху)* Расход_теплоносителя/ (Объем_дефлегматора + Объём_куба) |
Температура_ в_ центре | Веществен-ное | нет ограни-чений | = Температура_в_центре + ((Температура_хладоагента - Температура_в_центре )* Расход_хладоагента* Положение_задвижки/100/ Объем_дефлегматора + (Температура_теплоносителя - Температура_в_центре )* Расход_теплоносителя/(Объём_ |
Температура_ куба | Веществен-ное | нет ограни-чений | = Температура_куба + ((Температура_хладоагента - Температура_куба)*Расход_ Положение_задвижки/100/ (Объем_дефлегматора + Объём_куба) + (Температура_теплоносителя - Температура_куба)* Расход_теплоносителя/(Объём_ |
Шаг | Целое | нет ограни-чений | Шаг изменения положения задвижки. Устанавливается вручную |
Уставка_ температуры | Веществен-ное | нет ограни-чений | Задание регулятору. Устанавливается вручную |
Температура_ хладоагента | Веществен-ное | нет ограни-чений | Параметр объекта. Устанавливается вручную. |
Температура_ теплоносителя | Веществен-ное | нет ограни-чений | Параметр объекта. Устанавливается вручную.
|
Расход_ хладоагента | Веществен-ное | нет ограни-чений | Параметр объекта. Устанавливается вручную. |
Расход_ теплоносителя | Веществен-ное | нет ограни-чений | Параметр объекта. Устанавливается вручную. |
Объём_куба | Веществен-ное | нет ограни-чений | Параметр объекта. Устанавливается вручную. |
Объём_ дефлегматора | Веществен-ное | нет ограни-чений | Параметр объекта. Устанавливается вручную. |
Управляющее_ воздействие | Веществен-ное | нет ограни-чений | Выход регулятора. См.программа 1 |
Промежуточное_упраывление | Веществен-ное | нет ограни-чений | Промежуточная величина, являющаяся выходом 1-ого ПИД-реглятора и заданием для 2-ого. См.программа 1 |
Кп1 | Веществен-ное | нет ограни-чений | Параметр регулятора 1 – коэффициент пропорциональности. Устанавливается вручную. |
Ки1 | Веществен-ное | нет ограни-чений | Параметр регулятора 1 – коэффициент интегрирования. Устанавливается вручную. |
Кд1 | Веществен-ное | нет ограни-чений | Параметр регулятора 1 – коэффициент дифференцирования. Устанавливается вручную. |
Кп2 | Веществен-ное | нет ограни-чений | Параметр регулятора 2 – коэффициент пропорциональности. Устанавливается вручную. |
Ки2 | Веществен-ное | нет ограни-чений | Параметр регулятора 2 – коэффициент интегрирования. Устанавливается вручную. |
Кд2 | Веществен-ное | нет ограни-чений | Параметр регулятора 2 – коэффициент дифференцирования. Устанавливается вручную. |
Описание программ проекта.
Программа 1 «Расчёт управления»
Программа 2 «Расчёт температур»
Программа 3 «Расчёт положения»
Описание интерфейса проекта.
Рис2. Слой «Объект»
Слой «Объект» (рис.2) является стартовым слоем.
Поля: «Тв, град», «Тц, град», «Тк, град» - не изменяются вручную и служат для отображения текущих значений температур на выходе и центре дефлегматора, температуры куба.
Поле «Открыто, %» отображает положение задвижки в процентах.
Остальные поля служат для ввода параметров объекта (параметры потоков хладагента и теплоносителя, размеры частей дефлегматора).
По нажатию на кнопку «Управление задвижкой» скрывается слой «Объект» и появляется слой «Управление задвижкой».
По нажатию на кнопку «Рабочее место оператора» скрывается слой «Объект» и появляется слой «Рабочее место оператора».
Рис.3. Слой «Управление задвижкой»
Слой «Управление задвижкой» служит для отображения и изменения положения задвижки.
Поле «Шаг» является редактируемым и связано со значением переменной «Шаг».
Кнопки «Больше и «Меньше» соответственно увеличивают и уменьшают переменную «Положение_задвижки» на величину переменной «Шаг».
Ползунок и поле под ним служит для отображения и изменения положения задвижки, связанны с переменной «Положение_задвижки».
Тренд регистрирует изменение положения задвижки во времени.
По нажатию на кнопку «Свернуть» скрывается слой «Управление задвижкой» и появляется слой «Объект».
Рис.4. Слой «Рабочее место оператора»
Слой «Рабочее место оператора» служит для отображения и изменения положения параметров технологического процесса.
Поле «Шаг» является редактируемым и связано со значением переменной «Шаг».
Ползунок и поле под ним служит для отображения и изменения уставки температуры, связанны с переменной «Уставка_температуры».
По нажатию на кнопку «Свернуть» скрывается слой «Рабочее место оператора» и появляется слой «Объект».
По нажатию на кнопку «Настройки» скрывается слой «Рабочее место оператора» и появляется слой «Регулятор».
По нажатию на кнопку «Графики» скрывается слой «Рабочее место оператора» и появляется слой «Регистрация».
Рис.5. Слой «Регулятор»
Слой «Регулятор» служит для отображения и изменения настроек регулятора, который состоит из 2-х каскадно соединённых ПИД-регуляторов.
Все поля являются редактируемыми и служат для отображения и изменения соответственно названных настроек регулятора.
По нажатию на кнопку «Свернуть» скрывается слой «Регулятор» и появляется слой «Рабочее место оператора».
Рис.6. Слой «Регистрация»
Слой «Регистрация» служит для отображения изменения параметров технологического процесса во времени.
Тренд регистрирует изменения во времени температуры на выходе дефлегматора, температуры в центре дефлегматора и температуры куба.
По нажатию на кнопку «Свернуть» скрывается слой «Регистрация» и появляется слой «Рабочее место оператора».
1. Задание на курсовую работу по предмету «Проектирование САУ».
2. Справочная система Trace Mode.
3. Описание изобретения «Способ автоматического регулирования работы дефлегматора в процессе перегонки». В. З. Магермут, В. Я. Бабелюс, П. И. Стальнов, М. К. Коршаков, Н. Н. Дружбин.
14