Модернізація процесу холодної прокатки сталі

Залежно від вибраного вигляду регулятор може мати пропорційну характеристику (П), пропорційно-інтегральну характеристику (ПІ), пропорційно-диференціальну характеристику (ПД) або пропорційно-інтегральну (ізодромну) характеристику з дією по похідній (ПІД-регулятор).

Найбільшу швидкодію забезпечує П-закон управління, - виходячи із співвідношення / . Проте, якщо коефіцієнт посилення П-регулятора К_р малий (найчастіше це спостерігається в системах із запізнюванням), то такий регулятор не забезпечує високої точності регулювання, оскільки в цьому випадку велика величина статичної помилки. Якщо К_р ≥ 10, то П-регулятор прийнятний, а якщо Якщо К_р < 10, то потрібне введення в закон управління інтегральної складової.

Найбільш поширеним на практиці є ПІ-регулятор, який володіє наступними достоїнствами:

1) Забезпечує нульову статичну помилку регулювання.

2)  Достатньо простий в настройці, оскільки настроюються тільки два параметри, а саме коефіцієнт посилення Кр і постійна часу інтеграції Ti. У такому регуляторі є можливість оптимізації величини     відношення     Кр/Тi→min,     що     забезпечує     управління     з     мінімально     можливою середньоквадратичною помилкою регулювання.

3) Мала чутливість до шумів в каналі вимірювання (на відміну від ПІД-регулятора).

Для найбільш відповідальних контурів регулювання можна рекомендувати  використання ПІД-регулятора, що забезпечує найбільш високу швидкодію в системі.

Проте слід враховувати, що ця умова виконується тільки при його оптимальних настройках (настроюються три параметри).

Таким чином, ПІД-регулятор слід вибирати для систем регулювання, з відносно малим рівнем шумів і величиною запізнювання в об'єкті управління.

 

3.2 Розробка САР об’єктом керування

 

На динаміку регулювання найбільш впливає відношення запізнення до постійної часу об'єкту. Ця величина дорівнює перехідному відхиленню регульованого параметра  у відсотках від заданого значення.

Для визначення необхідного для регулювання  типу регулятору використовується відношення τ/Т, завдяки якому і обирається тип регулятора. З апроксимації кривої розгону об’єкта управління (рисунок 2.5) беремо значення τ=0,1 с, Т=3,1 с.

Як бачимо, відношення 0<τ/Т<0,05, тобто можна вибрати релейний, безперервний (П-, ПІ-, ПД- або ПІД-регулятор) або цифровий регулятор, об’єкт дуже добре регульований.[ТАУ КУРСАК]

Враховуючи усі недоліки і переваги регуляторів, можна зробити висновок, що для системи автоматичного  регулювання верстатом холодної прокатки доцільно обрати ПІ-регулятор.

Для налаштування ПІ-регулятора потрібно розрахувати дві величини: коефіцієнт регулювання та час інтегрування. У зв’язку з тим, що на об’єкті дослідження існує два керованих канали з окремими регуляторами, то налаштування регуляторів для кожного каналу відбуватиметься окремо.

На рисунку  3.5 представлена модель об’єкта управління за каналом обтиснення.

Рисунок 3.5 - Модель об’єкта управління за каналом обтиснення

За допомогою  даної схеми була отримана крива розгону та виконана її апроксимація, яка представлена на рисунку 3.6.

 

 

 

∆х_сам

t,с

h(t),мм

τ

Т

Рисунок 3.6 – Апроксимація кривої розгону об’єкта керування за каналом обтиснення

 

В результаті апроксимації отримуємо значення для  подальшого розрахунку регулятора:

 

∆х_сам=2,95×10^-4 мм

τ=0,3 с

Т=3,5 с

 

За допомогою  спрощеної інженерної методики знаходження  коефіцієнтів регулювання встановлено коефіцієнти К_р, та Т_і :

На рисунку  3.7 представлена модель об’єкта управління за каналом швидкості прокату.

Рисунок 3.7 - Модель об’єкта управління за каналом швидкості прокату

За допомогою  даної схеми була отримана крива розгону та виконана її апроксимація, яка представлена на рисунку 3.8.

Т

∆х_сам

t,с

h(t),мм

τ

Рисунок 3.8 – Апроксимація кривої розгону об’єкта керування за каналом швидкості прокату

 

В результаті апроксимації отримаємо значення для подальшого розрахунку регулятора:

 

∆х_сам=4,3×10^-6 мм

τ=0,3 с

Т=5,2 с

 

За допомогою  спрощеної інженерної методики знаходження  коефіцієнтів регулювання встановлено коефіцієнти К_р, та Т_і :

Оскільки спрощена методика дає похибку, коефіцієнти регулювання були переналаштовані для отримання найкращого перехідного процесу. Отже, для каналу обтиснення приймаємо К_р = 0,28, Т_і = 0,729; а для каналу швидкості: К_р = 1,501, Т_і = 0,3. Також в зворотній зв'язок вводимо корегуючи ланки з коефіцієнтами: для каналу обтиснення k=6,666, для каналу швидкості - k=1,61. Система автоматичного регулювання за відхиленням з ПІ-регулятором наведена на рисунку 3.9.

Рисунок 3.9 – Система автоматичного регулювання за відхиленням з ПІ-регулятором

 

Перехідна характеристика процесу регулювання  представлена на рисунку 3.10.

 

3.3 Перевірка системи керування  на стійкість

Важливим показником САР є стійкість.

Основне призначення САР полягає в підтримці заданого постійного значення регульованого параметра або зміна його по певному закону.

При відхиленні регульованого параметра від  заданої величини (наприклад, під  дією зовнішнього збудження або зміни завдання) регулятор впливає на систему так, щоб ліквідовувати це відхилення.

Якщо  система в результаті цієї дії повертається в початковий стан або переходить в інший рівноважний стан, то така система називається стійкою.

Якщо  ж виникають коливання зі все зростаючою амплітудою або відбувається монотонне збільшення помилки е, то система називається нестійкою.

Для того, щоб визначити, стійка система чи ні, використовуються критерії стійкості (у даній методиці не розглядаються):

1) кореневий  критерій

2) критерій  Стодола

3) критерій  Гурвіца

4) критерій  Найквіста

5) критерій  Міхайлова і ін.

 

 

4 Розробка алгоритмів логічного  управління об’єктом

 

4.1 Розробка алгоритмів управління  для підсистем захисту та блокування

 

                                        

Рисунок 4.1 – Алгоритми захисту і блокування системи

 

 

 

 

4.2 Розробка алгоритмів логічного  управління для підсистем технологічного  пуску і зупинки

 

Рисунок 4.2 – Алгоритм пуску системи

Рисунок 4.3 – Алгоритм зупинки системи

 

5 Вибір технічних засобів та розробка технічної структури системи управління

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Розробка графічного інтерфейсу автоматизованого робочого місці оператора-технолога

 

SCADA КРУГ2000 – це програмний продукт для створення елементу моніторингу, управління та збору даних (Supervisory Control And Data Acqusition), що функціонує на базі комп’ютера, сумісного з IBM PC, під керуванням операційної системи Windows. У структурі сучасного промислового підприємства SCADA КРУГ2000 забезпечує автоматизацію функцій контролю й супервізерного керування ТП, а також інформаційний обмін з системою нижнього рівня керування.

Забезпечує  виконання інформаційних і керуючих функцій АСУТП, таких як:

 

•  Контроль технологічних параметрів.
• Виявлення, сигналізація і реєстрація відхилень параметрів від встановлених меж.
• Управління регуляторами і дискретними виконавчими механізмами безпосередньо з персонального комп’ютера.
• Виконання функцій автоматичного регулювання та дистанційного управління.
• Блокування та захист.
• Контроль і реєстрація спрацювання блокувань.
• Ручне введення даних.
• Архівація передісторії параметрів.
• Формування та друк документів.
• Оперативна настройка.
• Прийом даних з інших систем.
• Самодіагностика технічних засобів.

 

 

Рисунок 6.1  - Загальна мнемосхема

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 Реалізація алгоритмів логічного  управління об’єктом управління  на контролерах

 

 

 

Мови програмування систем автоматизації  розроблені на основі вимог стандарту МЕК 61131-3.

Стандарт МЕК 61131-3 встановлює п'ять мов програмування ПЛК, три графічних і два текстових.

Стандарт встановлює п'ять мов програмування з наступними назвами: 
 
- структурований текст (ST - Structured Text); 
- послідовні функціональні схеми (SFC - "Sequential Function Chart"); 
- діаграми функціональних блоків (FBD - Function Block Diagram); 
- релейно-контактні схеми, або релейні діаграми (LD - Ladder Diagram); 
- список інструкцій (IL - Instruction List).

 

Графічними мовами є SFC, FBD, LD. Мови IL і ST є текстовими.

У стандарт було введено кілька мов (а не одну) для того, щоб кожен користувач міг застосувати найбільш зрозумілу йому мову. Програмісти частіше обирають мову IL (схожу на асемблер) або ST, схожу на мову високого рівня Паскаль; фахівці, що мають досвід роботи з релейного логікою, обирають мову LD, фахівці з систем автоматичного управління (САУ) і схемотехніки вибирають звичну для них мову FBD.

 

 

 

 

 

 

 

 

8 Розробка проектної документації на систему автоматизації

 

8.1 Розробка схеми автоматизації і замовних специфікацій на технічні засоби розробленої системи