Главная страница
Навигация по странице:

  • САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

  • «ПОСТРОЕНИЕ КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА БАЗЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ »

  • ___________ /

  • Описание лабораторного стенда

  • Разработка алгоритма управления

  • Конфигурирование и программирование контроллера

  • Идентификация объекта управления

  • Анализ объекта управления

  • Отчет по практической работе 2 по дисциплине Основы автоматизации технологических процессов нефтегазового производства


    Скачать 0.91 Mb.
    НазваниеОтчет по практической работе 2 по дисциплине Основы автоматизации технологических процессов нефтегазового производства
    Дата04.08.2019
    Размер0.91 Mb.
    Формат файлаpdf
    Имя файлаIspravlennyi_774_otchet_PR_2_Anastasov_chai_774_nik(1).pdf
    ТипОтчет
    #57923

    Подборка по базе: ПЗ 5.2.1. Отчёта АС Кадры.doc, Методичка по курсовой работе теоритические основы ТЭС.pdf, 1. Бухгалтерский учет и отчетность.ppt, Форма отчета 2019.docx, КЗОИ Модуль 3 Отчет по Практикуму (полный) v.3.docx, отчет о проделанной работе волонтеров.docx, методические указания к сам. работе.docx, Информация по выпускной квалификационной работе.docx, титульник отчет.docx, Отчет по лабораторной работе №2 Тема субд microsoft Access 2007.

    Ц
    МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ
    ФЕДЕРАЦИИ
    федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
    высшего образования
    САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
    Кафедра автоматизации технологических процессов и производств
    Отчет по практической работе №2 по дисциплине «Основы автоматизации технологических процессов нефтегазового производства»
    «ПОСТРОЕНИЕ КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА БАЗЕ
    МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ
    »
    Выполнил: студент гр. НД-15-4
    ___________
    /Анастасов С.С. /
    (подпись)
    (Ф.И.О.)
    Дата: ____________
    Проверил: доцент
    ___________
    / Котелева Н.И. /
    (подпись)
    (Ф.И.О.)
    Санкт-Петербург
    2019

    Цель работы: Ознакомиться с принципом построения контура регулирования температуры с применением программируемого логического контроллера. Освоить методику подключения термопары к ПЛК наладки связи и программирование контроллера с помощью специального программного обеспечения.
    О
    бщие сведения:
    Для успешного выполнения лабораторной работы необходимо изучить теоретические сведения по основному оборудованию используемому для построения контура регулирования температуры на базе микропроцессорной техники, по составлению алгоритма управления, по основам конфигурирования и программирования котроллера, а также об основных методах идентификации объектов управления.
    Описание лабораторного стенда
    Лабораторный стенд предназначен для ознакомления с принципами регулирования температуры технологических процессов и с методами построения контура регулирования температурой.
    Работа технологического объекта на лабораторном стенде имитируется с помощью электрочайника, мощностью 2,2 кВт, с потребляемым напряжением 220 В, емкостью 1,5 л.
    Электрочайник состоит из емкости, в которой содержится нагреваемая жидкость (в нашем случае вода), и ТЭНа, на который подается сетевое напряжение 220 В.
    Датчик, предназначенный для измерения температуры воды, представляет собой платиновое термосопротивление номиналом 1000 Ом.
    В качестве регулятора используется контроллер TSX Premium.
    Разработка алгоритма управления
    Один из самых простых вариантов регулирования температуры заключается в следующем: подавать напряжение на ТЭН до тех пор, пока не будет достигнута заданная температура жидкости в чайнике, при достижении заданной температуры – прекращать подачу напряжения, а при понижении температуры ниже заданной, или же изменении задания так, что текущая температура окажется ниже заданной, возобновлять подачу напряжения питания на
    ТЭН.
    На рисунке 1 изображена блок-схема разработанного алгоритма.
    Рисунок 1 - Блок-схема алгоритма регулирования температуры

    Конфигурирование и программирование контроллера
    Для реализации данного алгоритма необходимо составить программу на одном или нескольких языках программирования, предусмотренных программным пакетом PL7 для конфигурации контроллера
    TSX Premium
    Для конфигурирования микроконтроллера серии 90-30 необходимо в появившемся после нажатия кнопки New меню выбрать соответствующее наименование контроллера (Series
    90-30 Rack System). На экране появится стойка контроллера 90-30 в которой по умолчанию будут находиться источник питания (PWR) и модуль процессора (CPU). Исходный тип стойки
    – ядро с 10 слотами, из которых один занят процессором (источник питания при подсчете количества слотов не учитывается). В случае если контроллер будет содержать менее четырех модулей ввода-вывода, длинная стойка может быть заменена стойкой с пятью слотами. Для этого курсор мыши помещается в окне стойки, нажимается правая кнопка мыши и в открывшемся меню выбирается строка Изменить тип стойки (Change Rack Type).
    В случае необходимости заданный по умолчанию тип CPU может быть изменен. Для этого модуль CPU выделяется мышью, и в открывшемся при нажатии правой кнопки мыши меню выбирается строка Replace CPU. Кроме того, могут быть изменены параметры выбранного CPU. Для этого в том же меню выбирается строка Configure CPU Parameters.
    Открывшееся окно конфигурирования параметров процессора имеет ряд закладок: settings (общие настройки), scan (параметры прогона программы), port 1 (параметры интерфейса RS232), port 2 (параметры интерфейса RS485), memory (размеры областей памяти, выделенных под хранение информации разных типов), power consumption (потребляемая мощность).
    Добавление модулей ввода-вывода, а также коммуникационных модулей в стойку осуществляется выделением пустого слота и выбором в меню, появляющемся после нажатия правой кнопки мыши, позиции Add Module. В открывшемся каталоге можно выбрать стандартные модули следующих типов:
    • Discrete Inputs – модули ввода дискретных сигналов;
    • Discrete Outputs – модули вывода дискретных сигналов;
    • Analog Inputs – модули ввода аналоговых сигналов;
    • Analog Outputs – модули вывода аналоговых сигналов;
    • Discrete (Analog) Mixed – смешанные модули;
    • Communications – сетевые модули;
    • Bus Controller – модули контроллера шины.
    При конфигурировании контроллера серии 90-30 в окне конфигурирования помимо основной стойки (Main) отображается в виде закладок еще 7 стоек расширения, подключаемых к основной при наличии в системе управления большого количества точек ввода-вывода.
    Стойки расширения конфигурируются аналогично главной, однако не содержат модуля CPU, так как получаемые ими сигналы обрабатываются процессором главной стойки.
    При конфигурировании модулей подключения термометров сопротивления следует обратить внимание на следующие параметры:
    В закладке Module Parameters (параметры модуля):

    Line Frequency (частота) – в России стандартная частота переменного тока составляет 50 Гц.
    В закладке Input Parameters (параметры входного сигнала):

    RTD Type (тип термометра сопротивления) – в списке следует выбрать требуемый термометр сопротивления, обращая внимание на материал изготовления и его сопротивление.

    Channel Active (активность канала) – для обеспечения нормальной работы модуля следует оставлять активными только задействованные каналы, против свободных следует установить Off (канал отключен). В противном случае, отсутствие сигнала на свободном канале будет воспринято контроллером, как отказ датчика и вызовет сообщение об аварии.

    При настройке параметров модуля подключения термопар, следует соблюдать те же указания, обратив внимание на параметр Thermocouple Type (тип термопары). Европейский стандарт предусматривает типы термопар, отличные от Российского. Тип термопары устанавливается соответствующей буквой.
    Для того чтобы начать набирать программу, необходимо решить, из скольких секций
    (подпрограмм) она будет состоять, на каких языках будут написаны секции программы.
    Для реализации описанного выше алгоритма вполне подойдет программа, состоящая из одной секции. Для демонстрации возможностей пакета PL7, напишем секцию сначала на языке
    LD (Ladder Diagram), а затем секцию, выполняющую те же самые функции, на языке ST
    (Structured Text).
    Секцию, написанную на одном из этих языков, поместим в мастер-задачу (MAST
    Task).
    Секция, написанная на языке ST выглядит так:
    IF %IW4.0<%MW0*10 THEN
    %Q2.0:=TRUE;
    ELSE
    %Q2.0:=FALSE;
    END_IF;
    После того, как секция набрана, необходимо зафиксировать все изменения конфигурации (в том числе и программы) с помощью кнопки
    , расположенной на панели инструментов. В принципе, все изменения, вносимые в проект, необходимо подтверждать с помощью нажатия этой кнопки, поэтому дальше это будет необходимо делать после внесения каких-либо корректив или добавления в проект.
    Для проверки программы необходимо подключится к контроллеру и скопировать проект, созданием которого мы занимаемся, в память контроллера. Это можно сделать с помощью кнопки
    , расположенной на панели инструментов, или пунктом Connect меню
    PLC. При подключении появится окно, показанное на рисунке 2.
    В этом окне дана информация о приложении (Application information), записанном на данный момент в контроллере (PLC), и информация о приложении, открытом в пакете PL7
    (PC). Информация о приложении отображена в следующих полях:
    - Name – название проекта;
    - Version – версия проекта;
    - Date – дата последней редакции;
    - Comment – комментарий.
    Кнопки, расположенные в нижней части окна, означают следующее:
    -
    PLC -> PC – копирование приложения из контроллера в PL7. При этом текущее приложение будет заменено тем, которое записано в контроллере;
    -
    PC -> PLC – копирование текущего приложения PL7 в контроллер, при этом приложение, находящееся в памяти контроллера будет заменено на текущее приложение PL7.
    -
    Cancel – отмена копирования приложения.

    Рисунок 2 - Окно обновления приложения ПЛК при подключении его к ПК
    После копирования приложения в контроллер рабочий экран программы будет выглядеть так, как показано на рисунке 3. Как видно, рабочее поле программы занято тремя окнами:
    -
    Application Browser – обозреватель приложения;
    -
    ST:MAST – Chainik1 – окно секции Chainik1 мастер-задачи, написанной на языке
    ST;
    -
    Animation of ST:MAST – Chainik1 (Animated) – окно анимационной таблицы для переменных, использованных в этой секции.
    В нижней части окна находится строка состояния программы PL7, которая содержит такие данные как: режим работы, состояние контроллера, состояние приложения и т.д.
    Окно обозревателя приложения было подробно описано в вводной части методических указаний, а окно секции, написанной на языке ST, – является редактором исходного кода секции.
    Рассмотрим подробнее окно таблицы анимации. Таблица анимации предназначена для наблюдения за изменением значений переменных при работе программы, а также их ручной модификации.
    Таблица анимации состоит из строки редактирования, находящейся в верхней части окна, панели управления, расположенной у левого края окна, а также таблицы описания переменных, занимающей большую часть рабочей области.
    Рисунок 3 - Внешний вид программы PL7 после подключения к контроллеру

    Строка редактирования предназначена для ввода каких-либо значений при модификации переменных.
    Панель управления состоит из трех полей:
    Modification – с помощью нажатий на кнопки, расположенные в этом поле, осуществляется модификация значений переменных;
    Forcing – с помощью нажатий на кнопки, расположенные в этом поле, осуществляется модификация значений переменных с привязкой именно к этим значениям;
    Display – с помощью выпадающего списка можно выбрать вид отображения числовой информации.
    Таблица описания переменных состоит из следующих полей:
    Address – физический адрес переменной;
    Symbol Name – символьное имя переменной;
    Current value – текущее значение переменной;
    Kind – вид переменной;
    Type – тип переменной;
    Comments – комментарии.
    Перевод контроллера из режима STOP в режим RUN (проще говоря, запуск программы), осуществляется с помощью кнопки
    , расположенной на панели управления, или с помощью пункта Run меню PLC. Перевод контроллера из режима RUN в режим STOP (останов программы) осуществляется с помощью кнопки
    , расположенной на панели инструментов, или с помощью пункта STOP меню PLC.
    Идентификация объекта управления
    Для исследования объекта управления необходимо получить передаточную функцию объекта управления. Передаточная функция является математическим выражением, описывающим динамические свойства технологического объекта.
    Представляет собой дифференциальный оператор, выражающий связь между входом и выходом линейной стационарной системы.
    Передаточная функция записывается следующим выражением:
    W
    (
    s
    )
    =
    Y (s)
    U (s)
    (1) где u(t) – входной сигнал линейной стационарной системы, а y(t) – ее выходной сигнал
    Для этого на действующем объекте по входному каналу подается одно из трех типовых возмущающих воздействий: а) «единичный скачек»; б) «единичный импульс»; в) синусоидальные колебания различной частоты.
    Чаще всего используется возмущение типа «единичного скачка» (например подача оператором сигнала на изменение заданного значения какого-либо параметра). Реакция объекта на такое возмущение график изменения во времени выходного сигнала объекта называется экспериментальной кривой разгона.
    Для получения передаточной функции по полученной кривой разгона применяется специальный, уникальный математический аппарат - совокупность шести типовых динамических звеньев.
    Если рассматривать объект как «черный ящик», т.е. считать, что нам ничего не известно о физико-химических процессах, происходящих в нем, то оказывается, что различные по природе технологического процесса, объему и конфигурации объекты
    управления в динамическом режиме работы математически описываются (имеют математическую модель) в виде одного и того же типового уравнения взаимосвязи выходного сигнала объекта с входным. В ТАУ были подобраны всего 6 типов уравнений взаимосвязи выходного сигнала объекта с входным сигналом, которые назвали типовыми динамическими звеньями.
    Для применения данной методики производят следующие действия: полученную на действующем объекте экспериментальную кривую разгона сравнивают с набором шести типовых кривых разгона типовых динамических звеньев и по совпадению характера изменения во времени экспериментальной и какой-либо типовой кривой разгона проводят замену (аппроксимацию) исследуемого объекта данным типовым динамическим звеном. Тогда типовое уравнение взаимосвязи этого типового динамического звена становится уравнением взаимосвязи выходного сигнала объекта с входным или искомой математической моделью объекта. Величину коэффициентов, входящих в данное типовое уравнение типового динамического звена находят по экспериментальной кривой разгона объекта. На рисунке 4 представлен внешний вид графика типового динамического звена
    – апериодического звена первого порядка, описываемого в общем виде следующей передаточной функцией:
    W
    0
    (
    p
    )
    =
    K
    e

    t
    p
    Tp
    + 1
    (2)
    Параметры данной передаточной функции определяются по графику следующим образом:
    K
    = ΔY
    , T
    = T
    об
    ,
    τ
    = t
    T
    Анализ объекта управления
    Анализ объекта управления проводят, используя график переходного процесса объекта.
    К основным характеристикам объекта относятся:
    1. Перерегулирование.
    Перерегулирование (определяется величиной первого выброса) - отношение разности максимального значения переходной характеристики и ее установившегося значения к величине установившегося значения. Измеряется обычно в процентах.
    Рисунок 4 - Общий вид кривой разгона апериодического звена первого порядка
    2. Степень затухания переходного процесса.
    Степень затухания переходного процесса
    - отношение амплитуд двух перерегулирований (последовательных колебаний одного знака). Числителем является амплитуда первого колебания. Степень затухания показывает во сколько раз уменьшается амплитуда второго колебания по сравнению с первым.
    3. Логарифмический декремент колебания.
    Логарифмический декремент колебания - натуральный логарифм отношения амплитуд двух соседних перерегулирований. Обратная ему величина показывает, за какое
    число колебаний их амплитуда уменьшается в е - раз (e - основание натуральных логарифмов).
    4. Время переходного процесса.
    Время, необходимое выходному сигналу системы для того, чтобы приблизиться к своему установившемуся значению. Обычно предел такого приближения составляет 1-10
    % от конечного значения.
    5. Колебательность.
    Характеризует склонность системы к колебаниям и определяется как модуль отношения амплитуд второго колебания к амплитудам первого колебания умноженное на 100%.
    6. Установившаяся ошибка.
    Установившаяся ошибка системы - разница между предполагаемым и реальным значением выходного сигнала при времени, стремящемся к бесконечности. В идеальных астатических системах установившаяся ошибка равна нулю.
    Более полное исследование объекта управления проводят при помощи специального программного обеспечения, где вместо объекта используют передаточную функцию, имитирующую динамику его работы. Очень важно перед проведением исследования оценить адекватность полученной передаточной функции реальному объекту для получения истинных результатов.
    П
    орядок выполнения работы:
    1. Ознакомиться с оборудованием лабораторного стенда
    2. Ознакомиться с назначением и конструкцией котроллера TSX Premium.
    3. Написать приложение по заданию преподавателя с помощью программного обеспечения PL7.
    4. Записать приложение в контроллер и запустить его.
    5. Построить тренд температуры (график изменения температуры во времени).
    Проверить адекватность работы программы поставленному заданию. Для этого необходимо задать уставку на изменение температуры.
    6. Получить кривую разгона, определить по графику параметры объекта управления.
    7. Получить передаточную функцию объекта управления
    8. При помощи ПО Matlab оценить соответствие передаточной функции реальному объекту.

    Рисунок 5 – Код для приложения в PL7
    Рисунок 6 - Вид модели в Matlab и вид передаточной функции в Matlab

    Рисунок 7 – График зависимости темпнературы воды от времени при работе чайника
    Вывод:
    В ходе данной практической работы, мы создали программу,которая отслеживает изменение температуры воды в чайнике во времени при ее нагреве. Также был смоделирован в программном пакете Matlab этот же процесс. В результате чего получен график передаточной функции.
    17 22 27 32 37 42 47 0
    20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
    Те м
    пе ра ту ра
    , г ра ду с
    С
    Время,с


    написать администратору сайта