Пример выполнения задания 1

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ

Методические материалы для выполнения контрольной работы для студентов ФНПО

по направлению подготовки «Теплоэнергетика и теплотехника»

Профиль – Энергообеспечение предприятий

Составитель С.И. Юран

Ижевск

ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА

УДК 621.1:681.5(078)

ББК 31.3я73

А 22

Составитель:

С.И. Юран – профессор каф. АЭП ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА, д.т.н., профессор

А 22 Автоматизация тепловых процессов: метод. указ. / сост. С.И. Юран – Ижевск : ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2014 . ‒ 25 с.

В методических указаниях по дисциплине «Автоматизация тепловых процессов» рассмотрены вопросы анализа и совершенствования систем автоматического регулирования, оценки их устойчивости с помощью различных критериев, в том числе с использованием программного комплекса МВТУ, и описания датчиков, применяемых при построении автоматизированных систем. Методические указания предназначены для студентов заочной формы обучения по направлению «Теплоэнергетика и теплотехника».

УДК 621.1:681.5(078)

ББК 31.3я73

© ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2014

© Юран С.И., составление 2014

ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

Основной теоретический материал, необходимый для выполнения расчетно-графической работы, изложен в учебнике для студентов ВУЗов, написанном преподавателями кафедры автоматизированного электропривода Ижевской ГСХА (см. литературу под пунктом 3).

Общая постановка

Расчетно-графическая работа состоит из трех индивидуальных заданий.

В первом задании каждым студентом изучается одна из конкретных систем автоматического регулирования (САР), применяемых в автоматике и, в частности, теплоэнергетике. Цель задания – совершенствование системы на основе сочетания двух основных принципов управления, а также приобретение навыков составления функциональных схем.

Второе задание содержит вопросы анализа несложной типовой линейной САР с целью оценки ее устойчивости.

В третьем задании необходимо рассмотреть один из датчиков для измерения неэлектрических величин и его применение в автоматике.

Вариант для выполнения РГР определяется по таблице А.2 (страница 14), в которую преподаватель записывает фамилию каждого студента. Порядковый номер студента в данной таблице и является номером варианта. При этом выбор автоматической системы для первого задания и типа датчика для третьего задания осуществляется по таблице А.1 согласно номеру студента в таблице А.2. Например, если студент записан в таблице 2 под номером 8, то он выполняет первое, второе и третье задание по варианту №8. Если же его номер в таблице А.2 больше 15, например, 19, то вариант первого и третьего заданий будет (19 – 15 = 4). В приложении Б приведены рисунки схем систем автоматического регулирования для каждого варианта таблицы А.1.

Задание 1

Приведите рисунок из приложения для Вашего варианта (таблица А.1) и дайте краткое описание представленного в задании автоматизированного технологического процесса с указанием используемого принципа управления:

1. По отклонению управляемой величины от заданного значения;

2. По возмущающему воздействию.

Изобразите функциональную схему этой системы и рассмотрите возможность ее совершенствования на основе сочетания двух указанных принципов управления. Пунктиром внесите соответствующие дополнения в функциональную и исходную схемы САР.

Указания по выполнению задания 1

1. В описании необходимо кратко пояснить суть технологического процесса и работы соответствующей автоматической системы с обязательным указанием используемого принципа управления. Принцип работы САР приведен в литературе [1, 2].

2. Изобразить функциональную схему этой системы. Указать, какие блоки в исходной схеме САР выполняют функции устройства сравнения, устройства измерения, усилительно-преобразующего устройства, устройства воздействия, объекта регулирования, что является регулируемой величиной y(t). Пояснить работу САР по функциональной схеме. Рассмотреть возможность совершенствования САР на основе сочетания двух принципов управления. Подобное совершенствование в какой-то мере условно, поскольку не всегда будет наблюдаться его технико-экономическая обоснованность.

3. Пунктиром внести соответствующие дополнения в функциональную схему и исходную схему САР.

Пример выполнения задания 1

В качестве примера рассмотрим систему управления температурой в помещении (рисунок 1).

Рисунок 1 – Функциональная схема системы автоматического

Регулирования

Краткое описание. Регулируемой величиной y(t) является температура в помещении. Автоматизация технологического процесса заключается в автоматической стабилизации температуры воздуха в помещении. Объектом регулирования (ОР) является помещение, температура в котором контролируется с помощью устройства измерения (УИ1), содержащего датчик температуры, установленный в центре ОР.

С целью управления объектом предусмотрено устройство воздействия (УВ), содержащее калорифер и сервопривод. С помощью сервопривода может изменяться положение регулирующего клапана и, как следствие, расход теплоносителя через калорифер.

Сигнал управления сервоприводом формируется с помощью обратной связи по отклонению температуры в помещении от заданного значения. Для этого предусмотрены: задающее устройство (ЗУ), устройство сравнения (УС), усилительно-преобразующее устройство (УПУ1).

Задающее устройство ЗУ формирует сигнал, соответствующий требуемому значению температуры в помещении. Устройство измерения УИ1, содержащее датчик температуры, формирует сигнал, соответствующий реальной температуре в помещении. Разность этих сигналов (ошибка регулирования), получаемая с помощью устройства сравнения УС, поступает на вход усилительно-преобразующего устройства УПУ1, формирующего необходимый закон регулирования, например, пропорционально-интегральный. Выходной сигнал УПУ1 служит для управления сервоприводом.

Изменения температуры наружного воздуха вызывают отклонения температуры в помещении от заданного значения. В результате система стабилизации вступает в действие и компенсирует возникшие отклонения управляемой величины.

Анализ работы САР показывает, что в данной системе используется принцип управления по отклонению управляемой величины y(t) от заданного значения; при этом система автоматического регулирования замкнутая.

Совершенствование системы управления.Используя принцип управления по возмущению, можно уменьшить указанные отклонения управляемой величины, то есть улучшить качество стабилизации температуры в помещении. Для этого с помощью второго устройства измерения (УИ2) будем контролировать температуру наружного воздуха, а сигналы, пропорциональные ее изменению, будем передавать на вход УС с помощью дополнительного усилительно-преобразующего устройства (УПУ2). Пунктиром внесем соответствующие дополнения в функциональную схему (см. рисунок 1), а также в исходную схему САР.

В результате влияние колебаний температуры наружного воздуха на управляемую величину y(t) будет скомпенсировано соответствующими колебаниями расхода теплоносителя через калорифер. Неточность компенсации, а также действия других возмущающих факторов на управляемую величину, будут ликвидированы каналом управления по отклонению.

Задание 2

В задании требуется определить устойчивость САР с помощью различных критериев устойчивости.

Замкнутая система автоматического регулирования состоит из 3-х последовательно соединенных звеньев (рисунок 2). Второе звено охвачено местной отрицательной обратной связью.

Определить устойчивость системы по критерию Гурвица и по критерию Михайлова.