Файл: Программнометодическое обеспечение лабораторного стенда Система автоматического регулирования температуры.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 174
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
105
Рисунок 78 – Переходная характеристика
Для того, чтобы добиться устойчивости системы, необходимо настроить ПИД-регулятор. Воспользуемся настройкой ПИД-регулятора методом Циглера–Никольса. Суть данного метода заключается в том, что регулятор переводится в режим, в котором интегральная и дифференцирующая составляющие отключаются. Таким образом получаем пропорциональный регулятор. Затем коэффициент передачи П-регулятора увеличиваем до тех пор, пока на выходе системы не установятся колебания с постоянной амплитудой колебаний, то есть система не окажется на границе устойчивости. Коэффициент передачи фиксируем и обозначаем К
∗
п
Увеличив пропорциональную составляющую до 3800, получаем график
(рисунок 79).
106
Рисунок 79 – Незатухающие колебания при К
п
= 3870
Далее измеряем период установившихся колебаний. На рисунке 80 видно, что период равен 170.732 c.
Рисунок 80 – Период установившихся колебаний
107
Зная эти значения находим пропорциональную К
п
, интегральную К
и и дифференциальную К
д составляющие по приведенным ниже формулам (10),
(11), (12):
К
п
= 0.60 ∗ К
∗
п
; (10)
К
и
= 1.2 ∗
К
∗
п
Т
; (11)
К
д
= 0.075 ∗ К
∗
п
∗ Т. (12)
Определяем все составляющие:
К
п
= 0.60 ∗ К
∗
п
= 0.60 ∗ 3870 = 2322;
К
и
= 1.2 ∗
К
∗
п
Т
= 1.2 ∗
3870 170.732
= 27.2;
К
д
= 0.075 ∗ К
∗
п
∗ Т = 0.075 ∗ 3870 ∗ 170.732 = 49554.963.
Затем открываем свойства ПИД-регулятора в системе и заносим вычисленные значения К
п
,
К
и
,
К
д составляющих (рисунок 81).
Рисунок 81 – Выставление параметров ПИД-регулятора
108
Интегральная составляющая ПИД-регулятора как видно на рисунке 80 имеет обратную зависимость, т.е. равна
К
и
=
1 27.2
= 0.0367. (13)
После выставления значений и проведения настройки ПИД-регулятора методом Циглера-Никольса, смотрим на график переходной характеристики
(рисунок 82).
Рисунок 82 – Переходная характеристика
Согласно графику переходного процесса (рисунок 81) амплитудное значение составляет 19.7, перерегулирование составляет 37 %, время переходного процесса составляет 281 с. Время нарастания составляет 31.9 с.
При настройке ПИД-регулятора методом Циглера-Никольса полученные результаты являются удовлетворительными [6].
109
7 Конструкция лабораторного комплекса
Настоящая выпускная квалификационная работа посвящена разработке комплекса, представляющего собой лабораторный стенд, предназначенный для ознакомления программных и технических средств контроллера КРОСС, а также для знакомства с техническими средствами, которые используются для регулирования температуры в лабораторном объекте, представляющим собой тепловую камеру.
В данном разделе проиллюстрировано описание конструкции лабораторного стенда
«Система автоматического регулирования температуры» на базе контроллера КРОСС 500. На рисунке 83 представлена схема лабораторного стенда.
Рисунок 83 – Конструкция лабораторного стенда
В состав лабораторного комплекса входят следующие устройства (в соответствии с позиционными обозначениями на рисунке 82):
1. лабораторный стенд, включающий в себя следующие компоненты:
110
- блок питания;
- клеммно-блочные соединители (КБС-1/1, КБС-1/2);
- блок усиления мощности (БУМ-10);
- блок реле;
- коробка с монтажными проводами.
2. лабораторный объект (тепловая камера);
3. контроллер КРОСС 500;
4. монитор компьютера для удобства работы с диагональю 17;
5. системный блок персонального компьютера;
6. стол с выдвижной столешницей для клавиатуры.
При установке лабораторного комплекса и размещении в нем приборов учитывались факторы: влажность, температура, частота использования, функциональные связи, конструктивные особенности.
Наиболее важными частями лабораторного комплекса являются стенд объекта, контроллер, расположенные в оптимальной зоне поля зрения.
111
8 Выбор средств для реализации лабораторного стенда
В данном разделе необходимо осуществить выбор технических средств, используемых в стенде «Система автоматического регулирования температуры». К техническим средствам автоматизации относятся: датчики; исполнительные устройства; блоки реле и прочее коммутационное оборудование; контроллерное оборудование; операторские станции; программное обеспечение; человеко-машинный интерфейс и многое другое.
Так как техническим заданием для данной выпускной квалификационной работы является реализация лабораторного стенда на базе контроллера КРОСС 500 с реализацией человеко-машинного интерфейса в системе MasterSCADA, описание характеристик контроллера и системы
MasterSCADA выполнено в начале основной части работы и выбор данных средств автоматизации в текущем разделе выполнять необязательно.
В составе разрабатываемого лабораторного стенда содержится одно измерительное устройство (датчик температуры), представляющее собой термометр сопротивления и одно исполнительное устройство, в качестве которого используется двигатель переменного тока.
При выборе средств автоматизации необходимо руководствоваться технической документацией того или иного оборудования и производить выбор в соответствии с требованиями технологического объекта.
8.1 Датчик температуры ТС-1088Л/1
Датчик температуры, представляющий собой термометр сопротивления, предназначен для измерения температуры жидких, твердых, газообразных и сыпучих сред, неагрессивных к материалу корпуса.
В данной работе необходимо производить измерение температуры воздуха, которая будет изменяться в диапазоне от комнатной температуры –
20-22 до 100
℃. Так как эта среда является неагрессивной, то можно выбрать
112 термометр сопротивления в самом экономичном исполнении. Этим условиям удовлетворяет термометр сопротивления ТС-1088Л/1 производства компании
«Элемер» (рисунок 84).
Рисунок 84 – Термометр сопротивления ТС-1088Л/1
В таблице 24 приведены технические характеристики данного измерительного устройства.
Таблица 24 – Технические характеристики термометра сопротивления ТС-
1088Л/1
Параметр
Значение
Номинальная статическая характеристика
100М
Диапазон температур, ℃
От минус 50 до 200
Схема подключения
3-х проводная
Диаметр монтажной части D, мм
8
Длина монтажной части L, мм
100
Степень защиты
IP-65
Температура окружающей среды, ℃
От минус 50 до 50
Класс точности
0.5
В приложении В представлен опросный лист данного термометра сопротивления.
8.2 Электродвигатель реверсивный РД-09
Данный электродвигатель компании «Энергосервис» (рисунок 85) используется в качестве исполнительного устройства в следящих системах автоматических приборов и во многих других технических решениях.
113
Рисунок 85 – Электродвигатель реверсивный РД-09
Данный двигатель работает на переменном токе. РД-09 состоит из электродвигателя и многоступенчатого цилиндрического редуктора.
Конструктивно электродвигатель и редуктор размещены в одном корпусе. В таблице
25 приведены основные технические характеристики электродвигателя РД-09.
Таблица 25 – Технические характеристики электродвигателя РД-09
Параметр
Значение
Номинальное напряжение питания, В
127 В, 220
Частота питающего напряжения,
Гц
50
Номинальная полезная мощность на валу ротора, Вт
1
Частота вращения выходного вала редуктора, об/мин
1,75; 2,5; 4,4; 8,7; 15,5; 30; 76; 185
Пусковой момент на выходном валу редуктора (в зависимости от редукции), Н*м
0,063; 0,156; 0,392; 0,754; 1,27
Ток, потребляемый обмоткой управления на холостом ходу, А
Не более 0,06; 0,35; 0,7
Напряжение трогания на обмотке управления, В
Не более 10; 1,5; 0,8
Габаритные размеры, мм
96×103×101
Вес, кг
Не более 0,95
В приложении Г представлен опросный лист электродвигателя РД-09.
114
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
9
Финансовый
менеджмент,
ресурсоэффективность
и
ресурсосбережение
Одним из важнейших этапов при разработке технического проекта является расчет его технико-экономических показателей. В результате выполнения расчетов всех затрат и выявления преимуществ и недостатков разрабатываемого проекта можно выделить показатели рентабельности его внедрения в работу, социальную значимость и ряд других, имеющих существенное значение аспектов.
Основными целями выполнения данного раздела является расчет затрат на разработку лабораторного стенда системы автоматического регулирования температуры и анализ его ресурсоэффективности в ходе эксплуатации.
9.1 Организация и планирование комплекса работ
При организации процесса реализации конкретного проекта необходимо рационально планировать занятость каждого из его участников и сроки проведения отдельных работ.
В данном пункте составляется полный перечень проводимых работ, определяются их исполнители и рациональная продолжительность.
Наглядным результатом планирования работ является сетевой, либо линейный график реализации проекта. Так как число исполнителей редко превышает двух (степень распараллеливания всего комплекса работ незначительна) в большинстве случаев предпочтительным является линейный график. Для его построения хронологически упорядоченные вышеуказанные данные должны быть сведены в специальную таблицу.
115
В таблице 26 приведен перечень, исполнители и загрузка основных этапов работ, имеющих место при разработке программно-методического обеспечения лабораторного стенда системы автоматического регулирования температуры.
Таблица 26 – Комплекс работ по разработке проекта
Номер раб.
Перечень работ
Исполнители
Загрузка исполнителей, %
1.
Составление задания, подбор литературы
И
Р
100 75 2.
Исследование предметной области
И
Р
100 30 3.
Подбор и изучение материалов по тематике
И
100 4.
Изучение и анализ необходимых компонентов среды разработки
И
100 5.
Подбор элементной базы
И
Р
100 100 6.
Проектирование конструкции стенда
И
Р
100 75 7.
Разработка внешний соединений комплекса
И
Р
100 25 8.
Разработка программного обеспечения
И
Р
100 30 9.
Сборка лабораторного стенда
И
100 10.
Проведение экспериментальных исследований
И
Р
100 25 11.
Редактирование и отладка
И
Р
100 50 12.
Подготовка методического обеспечения
И
Р
100 100 13.
Оценка безопасности и экологичности работы
И
Р
100 50 14.
Технико-экономическое обоснование проекта
И
100 15.
Составление и оформление пояснительной записки
И
100 16.
Разработка графического материала
И
100 17.
Защита дипломного проекта
И
100
116
9.1.1 Продолжительность этапов работ
Расчет продолжительности этапов работ может осуществляется двумя методами:
- технико-экономическим;
- опытно-статистическим.
Первый применяется в случаях наличия достаточно развитой нормативной базы трудоемкости планируемых процессов, что в свою очередь обусловлено их высокой повторяемостью в устойчивой обстановке.
Так как исполнитель работы зачастую не располагает соответствующими нормативами, то используется опытно-статистический метод, который реализуется двумя способами:
- аналоговый;
- экспертный.
Аналоговый способ привлекает внешней простотой и околонулевыми затратами, но возможен только при наличии в поле зрения исполнителя НИР не устаревшего аналога, т.е. проекта в целом или хотя бы его фрагмента, который по всем значимым параметрам идентичен выполняемой НИР. В большинстве случаев он может применяться только локально – для отдельных элементов (этапов работы).
Экспертный способ используется при отсутствии вышеуказанных информационных ресурсов и предполагает генерацию необходимых количественных оценок специалистами конкретной предметной области, опирающимися на их профессиональный опыт и эрудицию. Для определения вероятных
(ожидаемых) значений продолжительности работ
????
ОЖ
применяется формула:
????
ОЖ
=
3 ∗ ????
????????????
+ 2 ∗ ????
????????????
5
, (14)
117 где ????
ОЖ
- вероятная продолжительность работ, дн;
????
????????????
, ????
????????????
– максимальное и минимальное время работ соответственно, дн.
Для выполнения перечисленных работ потребуются следующие специалисты:
- инженер (И);
- руководитель (Р).
Для построения линейного графика необходимо рассчитать длительность этапов в рабочих днях, а затем перевести ее в календарные дни.
Расчет продолжительности выполнения каждого этапа в рабочих днях (Т
РД
) ведется по формуле:
Т
РД
=
????
ОЖ
К
ВН
∗ Кд, (15) где
????
ОЖ
– продолжительность работ, дн;
К
ВН
– коэффициент выполнения работ, учитывающий влияние внешних факторов на соблюдение предварительно определенных длительностей, в частности, возможно К
ВН
= 1;
К
Д
– коэффициент, учитывающий дополнительное время на компенсацию непредвиденных задержек и согласование работ (К
Д
= 1 − 1.2, в этих границах конкретное значение принимает сам исполнитель).
Расчет продолжительности этапа в календарных днях ведется по формуле:
Т
КД
= Т
РД
∗ Т
К
, (16)
где Т
КД
– продолжительность выполнения этапа в календарных днях;
Т
К
- коэффициент календарности, позволяющий перейти от длительности работ в рабочих днях к их аналогам в календарных днях, и рассчитываемый по формуле: