Система автоматического управления нагрузки пилорамы

 

Министерство по образованию  и науки РФ

Федеральное государственное  бюджетное 

образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

«Воронежская государственная  лесотехническая академия»

 

Кафедра автоматизации производственных процессов

 

 

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО  УПРАВЛЕНИЯ НАГРУЗКИ ПИЛОРАМЫ

 

Курсовой проект по дисциплине

«Автоматика и автоматизация производственных процессов»

 

Вариант 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Воронеж 2012

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

Курсовой проект выполнен по дисциплине «Автоматика и автоматизация производственных процессов».

Целью курсовой работы является разработка системы автоматического  управления нагрузкой пилорамы.

Данный  курсовой проект содержит 30 страниц пояснительной записки, 1 приложение, 1 таблицу, 9 формул, 3 рисунка.

Ключевые  слова: автоматизация производства, система автоматического управления, математическая модель, регуляторы, частотная область, временная область, структурная схема, частотные характеристики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………….5

1 Описание технологического  процесса………………………………….6

2 Исследование заданной  АСР в частотной области и  выбор наиболее подходящего регулятора………………………………………………………….8

3 Исследование разработанной  АСР во временной области…………..12

4 Разработка структурной  схемы компьютерного управления………..14

5 Выбор приборов и средств  автоматизации……………………………16

Заключение………………………………………………………………..19

Список использованной литературы…………………………………….20

Приложение……………………………………………………………….21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

На многих объектах для организации  правильного технологического процесса необходимо длительно поддерживать заданные значения различных физических параметров или изменять их во времени  по определенному закону. Вследствие различных внешних воздействий  на объект эти параметры отклоняются  от заданных. Оператор или машинист должен так воздействовать на объект, чтобы значения регулируемых параметров не выходили за допустимые пределы, т. е. управлять объектом. Отдельные  функции оператора могут выполнять  различные автоматические приборы. Воздействие их на объект осуществляется по команде человека, который следит за состоянием параметров. Такое управление называют автоматическим. Чтобы полностью  исключить человека из процесса управления, система должна быть замкнутой: приборы  должны следить за отклонением регулируемого  параметра и соответственно давать команду на управление объектом. Такая  замкнутая система управления называется системой автоматического регулирования (САР).

Современный этап развития автоматизации  характеризуется значительным усложнением  задач автоматического управления: увеличением числа регулируемых параметров и взаимосвязью объектов регулирования; повышением требуемой  точности регулирования, их быстродействия; увеличением дистанционности управления и т. д. Эти задачи могут быть решены только на базе современной электронной  техники, широкого внедрения микропроцессоров и универсальных компьютеров.

Для управления различными технологическими процессами необходимо поддерживать в  заданных пределах, а иногда изменять по определенному закону значение одной  или одновременно нескольких физических величин. При этом необходимо следить, чтобы не возникали опасные режимы работы.

 

1 Описание технологического  процесса

 

Ленточная пилорама предназначена для продольной распиловки бревен и брусьев обрезной и не обрезной древесины хвойных и лиственных пород.

Конструктивная схема  ленточной пилорамы построена по блочному принципу, допускающему наращиваемость вариантов компоновки конструкции  от самой простой (с ручной подачей) до самой сложной, оснащенной автоматической подачей пильной головки, визуальным индикатором токовых нагрузок, автоматическим выставлением толщины резания, гидравлическими механизмами подачи и кантования пиловочника, программируемой электронной системой и т.д.

Рассмотрим алгоритм работы пилорамы. В исходном положении оператор выставляет пильную головку на нужном уровне, соответствующем нужной толщине  доски. Включает привод пилы и перемещает пильный станок вдоль станины, выполняя пиление бревна. По достижении края бревна оператор выключает привод, поднимает пильную головку и  перемещает станок на исходную позицию. Этот цикл повторяется до достижения положения пильной головкой крайнего нижнего уровня.

Для измерения перемещений  пильной головки в вертикальном направлении используется металлическая  линейка и механический маркер. Мерная линейка обеспечивает измерение толщины получаемых пиломатериалов, как в прямом, так и в обратном направлениях. Линейка закреплена вертикально на неподвижной части станка. Маркер жёстко связан с пильной головкой. Для удобства снятия отсчётов оператором, используется увеличительное стекло.

Управление приводом вертикального  перемещения осуществляется при  помощи тумблера, который имеет три  позиции: «вверх», «выключено» и  «вниз».

При выполнении позиционирования, оператор переводит тумблер в  положение «вверх» или «вниз» и следит за перемещением маркера  вдоль линейки. Когда маркер достигает нужной отметки, оператор переводит тумблер в положение «выключено».

Плавность регулировки хода и скорости подачи портала ленточной  пилорамы важна для корректировки  режимов пиления в зависимости  от типа древесины, степени изношенности режущего инструмента и т.д. Это  значительно повышает эксплуатационные характеристики ленточной пилорамы. Ленточная пилорама укомплектована автоматическим преобразователем частоты, который дает возможность регулировать обороты двигателя и тем самым плавно регулировать скорость. Возврат портала ленточной пилорамы происходит с увеличенной (также регулируемой) скоростью. Это особенно важно для сокращения времени обработки и при наличии в циклограмме работы холостого хода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Исследование заданной  АСР в частотной области и  выбор наиболее подходящего регулятора

 

О свойствах САУ с регуляторами различных типов можно судить по их амплитудно-частотном W(w) и фазо-частотным F(w) характеристикам. Выражения для АЧХ и ФЧХ получают из выражения для передаточной функции разомкнутой САУ. Выражение для передаточной функции разомкнутой САУ получают, перемножая передаточные функции всех динамических звеньев, образующих контур регулирования. Заменяя p на jw, получим частотную передаточную функцию разомкнутой САУ. Определяя модуль W(jw), получим АЧХ разомкнутой САУ. Определив зависимость от частоты w фазового угла, получим выражение для ФЧХ разомкнутой САУ.

Так как неизменяемая часть  САУ статическая, то исследуются  четыре типа регулятора.

 

– передаточная функция  П-регулятора                 

                                                 (1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• передаточная функция ПД-регулятора

                                                     (2)

 

 

 

 

 

 

 

• передаточная функция ПИ-регулятора

                                                    (3)

 

 

 

 

 

• передаточная функция ПИД-регулятора

                                              (4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оценка параметров качества САУ с различными типами регуляторов  осуществляется следующим образом. В структурную схему заданной САУ включается оцениваемый регулятор (П, ПД, ПИ, ПИД). Оценивается запас  по фазе F0, необходимый для обеспечения перерегулирования, не превосходящего заданного значения D. Для САУ с активной обратной связью величину F0 рассчитывают поэмпирической формуле:

                                                (5)

где F0 в градусах, а D в процентах.

 

Далее находится частота  среза wc как частота, на которой запас по фазе равен F0. Для этого надо решить относительно w уравнение

                                                (6)

 

В общем случае решение  данного уравнения можно выполнить  графически. Для этого необходимо построить графики W(w) и F(w).

Далее, откладывая по оси  ординат графика F(w) угол, равный F0-180, находим точку «а» на графике F(w). Абсцисса w, соответствующая этой точке, и есть частота среза wс, необходимая для обеспечения запаса по фазе F0 и, следовательно, для обеспечения допустимого перерегулирования D.

Затем находится точка «b» на графике W(w) и по шкале оси ординат графика W(w) находится фактическое значение коэффициента передачи W(wc) разомкнутой САУ на найденной точке среза wc. Требуемое значение коэффициента передачи регулятора K₁ рассчитывается по формуле

                                               (7)

 

После нахождения wс и K₁ выполняется оценка параметров качества регулирования.

Так как САУ статическая, то S_ф рассчитывается по формуле

 

                                             (8)

где m – число звеньев в структурной схеме САУ, включая регулятор.

Для того, чтобы регулятор  рассматриваемого типа удовлетворял требованиям  задания по точности регулирования, необходимо выполнение условия S_ф≤S.

Фактическое значение времени  регулирования Т_ф рассчитывается по формуле

                                                       (9)

 

Регулятор рассматриваемого типа считается удовлетворяющим  требованиям задания по быстродействию, если выполняется условие Т_ф≤Т.

Фактическое значение перерегулирования D_ф не проверяется; считается, что неравенство D_ф≤ D выполняется, если запас по фазе выбран по вышеперечисленным формулам.

Результаты анализа САУ  с различными типами регуляторов  приведены в приложении.

Результаты расчетов для  САУ с регуляторами всех типов  сведены в общую таблицу 1.

 

Таблица 1 – Результаты расчета  САУ с регуляторами всех типов

Состав АСР	S	T	D
1 САУ с П-регулятором	0.044	0.387	23
2 САУ с ПД-регулятором	0.058	0.079	23
3 САУ с ПИ-регулятором	0	0.449	23
4 САУ с ПИД-регулятором	0	0.115	23
Задано	0.018	0.83	23

 

Проанализировав, таблицу 1, выбираем ПИ-регулятор. Для увеличения быстродействия САУ постоянную времени  Т₁ выбираем равной максимальной постоянной времени в САУ. Т₁= Т₄=0,62.

3 Исследование разработанной  АСР во временной области

 

Расчет динамических характеристик  САУ выполняется для проверки правильности подбора регулятора и  наглядного подтверждения выполнения заданных требований к качеству регулирования. Данный расчет осуществляется на ЭВМ  путем построения графика переходного  процесса разработанной САУ и  определения на нем параметров качества регулирования S, D, T.

Переходная характеристика САУ получается в результате решения  системы дифференциальных уравнений  замкнутой САУ с выбранным  типом регулятора. Структурная схема  САУ приведена на рисунке 1.

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Структурная  схема САУ

 

Формирование системы  уравнений начинают с I блока прямой ветви структурной схемы.

                         

                                                                             

                                                                   

                                                                                                                 
                                                                     

 

                            

 

 

                                                              

                                                                                                

                                                                                              

                     

                                    

Рисунок 2 – Схема переходного  процесса

 

 

 

 

 

 

 

4 Разработка структурной  схемы компьютерного управления

 

Изображенная на схеме (рисунок 3) система автоматического регулирования  на базе программируемого логического  контроллера Twido LMDA 20DRT предназначена для поддержания номинального момента нагрузки М главного электродвигателя пилорамы (на схеме двигателя резания) на уровне, определяемом аналоговым потенциометром.