10. система автоматического контроля толщины слоя пены.

4.3 Аппаратурная реализация систем автоматизациитехнологического комплекса

Аппаратурная реализация систем автоматизации технологического комплекса медной флотации представлена в приведенной ниже спецификации к схеме автоматизации технологического комплекса

Таблица 4.1

Спецификация

Позиционное обозначение	Наименование	Количество	Примечание
1а, 10а, 11а, 12а, 13а, 14а, 1б, 10б, 11б, 12б, 13б, 14б	Расходомер объемного расхода ПИР-3	6
2а, 15а, 16а, 17а, 18а, 19а, 2б, 15б, 16б, 17б, 18б, 19б, 2в, 15в, 16в, 17в, 18в, 19в	Радиоактивный плотномер ПР-1027 с детектором и блоком обработки информации	6
3а, 3б	Датчик рН с преобразователем	1
3в, 3г	Шкафы пневмоуправления (ШПУ)	2
20а, 21а, 22а, 23а, 24а,36а 20б, 21б, 22б, 23б, 24б, 36б	Датчик уровня пульпы Probe	6
20в, 21в, 22в, 23в, 24в	Электропневматический преобразователь в ЭПП	5
25а, 26а, 27а, 28а, 29а, 25б, 26б, 27б, 28б, 29б	Расходомер объёмного расхода Метран-350	5
25в, 26в, 27в, 28в, 29в, 35в	Магнитный пускатель ПБР-2М	5
30а, 31а, 32а, 33а, 34а, 30б, 31б, 32б, 33б, 34б	Датчик толщины слоя пены КУПП-40	5
35а, 35б	Датчик расхода с преобразователем Метран-100ДД	1
7в	Частотный преобразователь	1
3ж, 3д, 20г, 21г, 22г, 23г, 24г, 25г, 26г, 27г, 28г, 29г,35г	Исполнительный механизм МЭО 1.6/40	13
3е, 3з, 21д, 22д, 23д, 24д, 25д, 26д, 27д, 28д, 29д, 35д	Регулирующий шибер	13

1 - известковое молоко, 2 - ксантогенат, 3 - воздух.

По схеме автоматизации технологического комплекса медной флотации определяем программируемый логический контроллер. Наш выбор останавливается на контроллере DL205.



5. Синтез локальной автоматической системы регулирования

5.1 Выбор датчика и вторичного прибора

Измеряемый параметры - уровень пульпы. Для измерения уровня пульпы примем датчик, использующий комбинированный принцип измерения - поплавковый ультразвуковой, фирмы «Mulltronics».Техническая характеристика этого датчика (тип «PROBE») приведена в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Техническая характеристика датчика «PROBE»

Наименование характеризуемого параметра	Значения параметра	Единицы измерения	Примечание
1	2	3	4
Диапазон измерения уровня Погрешность измерения Токовый сигнал Вероятность безотказной работы в течение 10000 часов	0-1900 0.1-0.5 0-5 96	мм % мА %	- От максимального значения

Кроме того, принятый датчик имеет встроенный дисплей, что исключает необходимость применения вторичного прибора. На дисплее показываются текущие значения уровня, а в памяти датчика хранятся сведения о предыдущих значениях.

В проектируемой системе автоматизации вторичные приборы предусмотрены на местном щите, в качестве вторичного прибора выбираем Диск 250М. Он представляет собой одноточечный показывающий и регистрирующий прибор с записью информации на дисковой диаграмме в полярных координатах.

ДИСК 250М объединяет в одном исполнении все функциональное разнообразие многочисленных исполнений прибора ДИСК 250. Исключение составляют приборы для измерения температуры жидких металлов (ДИСК 250С) и сигналов тензометрических датчиков (ДИСК 250ТН), для которых нет замены в рамках ДИСК 250М.

Преимущества Диск 250М:

- отсутствие реохорда;

- универсальный вход;

- полный набор выходных функций в одном исполнении (сигнализация, преобразование входного сигнала в токовый, источник питания внешних датчиков, регулирование ПИД и позиционное по заданию постоянному и изменяющемуся во времени);

- простота конфигурирования прибора;

- повышенная точность измерений;

- цифровая и аналоговая индикация результата измерений;

- возможность хранения результатов измерения во внутренней энергонезависимой памяти;

- возможность применения внешней термокомпенсации холодного спая термопары;

- наличие цифрового интерфейса и программы связи с компьютером;

- возможность работы с барьерами искрозащиты;

- межповерочный интервал - 2 года.

5.2 Выбор регулятора и расчет его настроек

При выборе регулятора необходимо, исходя из особенностей, назначения и требований технологического процесса, сформулировать требования к показателям качества процесса управления и определить динамические параметры управляемого объекта по каналу регулирования.

Динамические параметры управляемого объекта по каналу регулирования, определяемые по экспериментальным динамическим и статическим характеристикам, следующие:

· Коэффициент передачи k_об, размерность которого представляет собой отношение изменения регулируемой величины к ходу исполнительного механизма (в процентах);

· Время запаздывания ф_о, с;

· Постоянная времени Т_о, с.

В соответствии с кривой разгона объекта по каналу «положение шибера «б_Ш - уровень пульпы во флотомашине ДН» (рис. 3.4) объект относится к статическим объектам, т.е. к объектам с самовыравниванием.

Требования к качеству переходного процесса:

R_д=0,45 - динамический коэффициент регулирования;

у=20% - перерегулирование;

t_p=4T_o - время регулирования.

Под выбором регулятора понимается выбор закона регулирования.

Закон регулирования выбирают следующим образом:

1. Тип регулятора выбирают по отношению запаздывания к постоянной времени объекта:

Т_о=15, ф_о=5.

ф_о/Т_о=5/15=0,3

2. По заданным требованиям к качеству переходного процесса выбираем вид типового переходного процесса, удовлетворяющий этим требованиям. В данном случае это процесс с 20%-ным перерегулированием, при котором допускается некоторое перерегулирование, позволяющее снизить максимальное динамическое отклонение. Время первого полупериода колебаний минимально и колебательность ш=0,95-0,85.

3. Производим предварительный выбор закона регулирования, руководствуясь следующим:

1) ПИ-регулятор применяется для автоматизации любых объектов;

2) ПИ-регулятор обеспечивает регулирование без статической ошибки;

3) ПИ-регулятор значительно уменьшает максимальное динамическое отклонение регулируемой величины.

4. Уточненный выбор закона регулирования производим, используя графические зависимости «R_д-ф_о/Т_о». Выбранный закон обеспечивает требуемый динамический коэффициент регулирования R_д=0,45 при ф_о/Т_о =0,3 и далее производится проверка этого закона на время регулирования по номограммам «t_p/ф_o- ф_o/T_o». t_p/ф_o=12. Выбранный закон обеспечивает необходимое время регулирования t_p , следовательно, окончательно выбираем ПИ-закон регулирования.

Расчет величин настроечных параметров регулятора производим расчетным способом, основным на представлении объекта управления инерционным звеном первого порядка с запаздыванием:

Для этого метода разработана номограммы и формулы для каждого закона регулирования и каждого типового переходного процесса. Для ПИ-регулятора (процесс с 20%-ным перерегулированием) используем формулы 5.2.1. и 5.2.2.

(5.2.1)

(5.2.2)

Проверка по номограммам расчетных значений параметров настройки подтвердила их идентичность.

Установив эти рассчитанные значения параметров регулятора, снимаем переходную характеристику (рис.5.1) по каналу «».

Как видно из рис. 5.2 величина перерегулирования в переходном процессе не соответствует 20%. Это связанно с тем, что настроечные параметры регулятора определялись по аппроксимированной переходной характеристике объекта, соответствующей статическому звену первого порядка с запаздыванием.

Рис. 5.1 К снятию разгонной характеристики по каналу «»

Рис. 5.2 Разгонная характеристика по каналу «» по возмущению

Рис. 5.3 К снятию разгонной характеристики по каналу «»с оптимальными настроечными параметрами

Найдем оптимальные настроечные параметры регулятора, обеспечивающие требуемый характер переходного процесса методом цифрового моделирования.

Оптимальные настроечные параметры регулятора:

k_р1 = 1,4; T_и1 = 8,8 c.

Рис. 5.4 Разгонная характеристика по каналу «» по возмущению с оптимальными настроечными параметрами

Далее снимаем разгонную характеристику по каналу «З1 - Q_cu» со стабилизирующим регулятором (рис. 5.5).

Рис. 5.5 К снятию разгонной характеристики по каналу«З1 - Q_cu» со стабилизирующим регулятором

Рис. 5.6 Разгонная характеристика объекта по каналу«З1 - Q_cu» со стабилизирующим регулятором

Аппроксимируя динамическую характеристику, получаем следующий результат: К_со=0,00095, Т_со=30000с, ф_со=7000с, ф_со/T_со=0,23.

По сформулированным требованиям к качеству переходного процесса выбираем процесс с 20% перерегулированием.

По номограммам предварительно выбираем закон регулирования. В соответствии с R_д и определенным ранее соотношением ф_со/T_со предварительно выбираем ПИ - закон регулирования. По расчетным формулам для статических объектов и типовых переходных процессов находим:

;(5.2.4)

с.(5.2.5)

Затем снимаем разгонную характеристику сложного объекта по каналу «» с корректирующим регулятором (рис. 5.8).

Рис. 5.7 К снятию разгонной характеристики по каналу «З1-Q_cu» с корректирующим регулятором

Подбирая настройки регулятора, добиваемся необходимого качества переходного процесса (процесс с 20% перерегулированием), таким образом, получим следующие значения:

;

.

Рис. 5.8 Разгонная характеристика объекта по каналу«» с корректирующим регулятором

Рис.5.9 К снятию разгонной характеристики по каналу «» с корректирующим регулятором при оптимальных значениях

Рис. 5.10 Разгонная характеристика объекта по каналу«» с корректирующим регулятором при оптимальных значениях

В качестве промышленного регулятора, реализующего выбранные законы регулирования, принимаем контроллер DL205.

Типы ввода/вывода, поддерживаемые контроллером DL205:

· Входы постоянного тока/релейные выходы

· Входы постоянного тока, источник/потребитель

· Выходы постоянного тока, потребитель

· Выходы постоянного тока, источник

· Выходы переменного тока

· Выходы переменного тока с твердотелым реле

· Релейные выходы постоянного/переменного тока

· Релейные изолированные выходы постоянного/переменного тока

· Высокоскоростной вход

· Импульсный вывод

· Аналоговый вход 4-20мА или Вольтовый

· Изолированный аналоговый выход 4-20 мА или Вольтовый

· Аналоговый выход 4-20 мА или Вольтовый

· Температурный вход

Также контроллер имеет коммуникационные модули, включая порты RS-232C/RS-422 и Ethernet.

5.3 Выбор исполнительного механизма и регулирующего органа

Задача выбора формы предпочтительной пропускной характеристики регулирующего органа (РО) разбивается на два этапа:

1. Выбор формы расходной характеристики, обеспечивающей постоянство коэффициента передачи РО во всем диапазоне нагрузок.

2. Выбор формы пропускной характеристики, обеспечивающей при данных параметрах среды желаемую форму расходной характеристики.

Правильный выбор типа и размера регулирующего органа - необходимое условие эффективной работы автоматической системы управления. К основным параметрам регулирующего органа относятся: пропускная способность, условное и рабочее давление, перепад давления на регулирующем органе. Вид регулирующего органа определяется характеристикой регулируемой среды, требованиями к линейности расходной характеристики и необходимой плотностью закрытия.

При выборе исполнительного механизма необходимо учитывать следующие требования:

· Обеспечение энергетических и динамических свойств механизма при совместной работе с регулирующим органом в автоматической системе регулирования.

· Плотное открывание или закрывание затвора регулирующего органа.

· Надежность работы исполнительного механизма.

В качестве исполнительного механизма в работе примем исполнительный механизм МЭО-1.6/40 (МЭО-40/100).

Предназначен исполнительный механизм серии МЭО для управления различными регулирующими органами в бесконтактных и контактных автоматических системах регулирования и дистанционного управления.

Электрический сигнал на входе механизма преобразуется при помощи асинхронного эл. двигателя с малоинерционным ротором и редуктора во вращательное движение постоянной скорости.

Основные технические данные МЭО-1.6/40 (МЭО-40/100):

1. Номинальный момент, кг 1.6 (4.0);

2. Время одного оборота, с 40 (100);

3. Рабочий угол поворота вала, град 90 или 240;

4. Напряжение питания, В 220 (380)

5. Потребляемая мощность, Вт 19 (19);

6. Пусковой момент, не менее, кгм - 2.72 (6.3);

7. Стопорный момент, не более, кгм - 5.0 (12.0);

8. Выбег выходного вала, не более, град - 1.0 (0.5);

9. Люфт выходного вала, не более, град - 0.75 (0.75);

10. Вес, 10.5 (10.5).

В качестве регулирующего органа принимаем регулирующий шибер.

5.4 Расчет надежности системы

Цель расчёта ? определение показателей надёжности системы и разработка мероприятий по её повышению, в результате чего должен быть обеспечен её необходимый уровень. На стадии проектирования отсутствуют экспериментальные статистические данные, которые могут быть получены при испытаниях и эксплуатации системы.

Для расчёта надёжности системы можно использовать метод среднегрупповых значений интенсивности отказов, его применение предполагает последовательное соединение элементов в системе. При расчёте по этому методу, исходными данными являются усреднённая (по множеству элементов данной группы i) интенсивность отказов л_i и количество таких элементов N_i в системе.

(5.4.1)

где л_с - интенсивность отказов системы;

n - количество элементов системы;

л₁-интенсивность отказов i-го элемента системы.

Таблица 5.2

Исходные данные для расчета надежности

Наименование элемента	Значение интенсивности отказов *10-6,1/ч
Датчик уровня «PROBE» Вторичный прибор Диск-250 Контроллер DL205 Исполнительный механизм МЭО - 1.6/40 Шибер Пускатель магнитный ПБР-2М	3,0 5,0 7,0 1,5 3,6 0,5

По данным таблицы 5.2 определяем л_с=20,6*10^-61/ч.

Наработка на отказ составляет:

(5.4.2)

Вероятность безотказной работы системы за один год:

(5.4.3)

Следовательно, вероятность безотказной работы системы автоматического регулирования в течение года составит 83%.

5.5 Статическая и динамическая настройка системы

В качестве щита управления проектируемой САР, для размещения необходимых средств контроля и управления в соответствии с требованиями эргономики, условий эксплуатации и техники безопасности выбираем щит шкафной типа ЩПК-3П-1-800-УХЛ4-IP00. Шкаф щита представляет собой стойку с фасадными петлями, боковыми стенками крышкой и дверьми. На фасадной панели располагаются средства контроля и управления, а именно, контроллер DL205. Спецификация на щит приведена на рисунке 5.3.

Выбранные значения настроечных параметров К_Р и Т_И устанавливаются на контроллере с помощью органов настройки. Но перед установкой настроек на действующей системе необходимо произвести градуировку органов динамической настройки регуляторов. Этому предшествует процесс статической настройки.

· Обеспечивается необходимая полярность подключения выходных цепей и всех источников выходных сигналов, подключаемых к блокам.

· Выбираются величины масштабных коэффициентов, обеспечивающие необходимое соотношение входных сигналов при суммировании друг с другом и с сигналами задания и корректора, и устанавливаются соответствующие органы настройки в нужное положение.

Параметрами динамической настройки являются К_п и Т_И. Орган настройки Т_И проградуирован в секундах и устанавливается в соответствии с рассчитанными величинами.

Таблица 5.3

Спецификация на щит

Поз.	Обозначение	Наименование	Кол.	Примеч.
		Документация
		Стандартные изделия
1		Панель с каркасом щита	1
		ЩПК-3П-1-800-УХЛ4-IP00
		ОСТ 36.13-76
2		Рейка РБ600 ТК3-100-83	1
3		Рейка Р800 ТК3-101-83	1
4		Швеллер ШБ600 ТК3-125-83	2
5		Швеллер Ш800 ТК3-126-83	1
		Прочие изделия
6	24а	ПЛК DL205	1
7		Рамка для надписи РПМ 66*26	2
8	HL1	Лампа Ц220-10	1
9	QF2	Автоматический выключатель	1
10,11	XT1-XT8	Блок зажимов Б324-4П16-В/В У3-10	8
		Материалы
20		Провод ПВ1*1-380 ГОСТ 6323-79
		Провод НВМ 0,5-IV ГОСТ 175.15-72

Таблица 5.4

Надписи на табло и в рамках

№ надписи	Текст надписи	Количество
	Рамка 66*26
1	ПЛК DL205	1
2	Вкл./Выкл.	1



Заключение

Разработанная система автоматизации технологического комплекса флотации имеет следующий ряд преимуществ:

· проектируемая система обеспечивает требованиям по надёжности, качеству процесса

· на основе построенной математической модели, изучения характеристик и особенностей комплекса была выбрана оптимальная система управления «положение регулирующего шибера - уровень пульпы во флотомашине» с коррекцией по содержанию металла в концентрате.

· на основе анализа имеющегося опыта были выбраны необходимые системы управления, отвечающие современным требованиям

Дальнейшие перспективы развития автоматизации комплекса флотации состоят в следующем:

· изучение процессов флотации и проведение на их основе более глубокого математического анализа, составление модели комплекса

· оптимальное управление с целью уменьшения затрат и увеличения производительности комплекса, опирающиеся на математические алгоритмы.



Список литературы

1. Е.В. Прокофьев Автоматизация технологических процессов и производств: Методическое пособие по выполнению курсового проекта, Екатеринбург: Издание УГГУ 2007, 44с.

2. В.З. Персиц Разработка и патентование систем автоматизации обогатительных фабрик. - М.: Недра,1987,-295с.

3. Троп А.Е., Козин В.З., Прокофьев Е.В. Автоматическое управление технологическими процессами обогатительных фабрик: Учеб. Для вузов.: - 2-е изд. перераб. и доп. М.: Недра, 1986.

4. Е.В. Прокофьев, В.Н. Ефремов Структурная и параметрическая идентификация технологических комплексов обогащения: Учебное пособие. - Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2000, 101с.

5. А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. - 2-е издание, перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1990, 464 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru