Автоматическая система управления процессом стерилизации

 

 

Реферат

Курсовая работа 21 с, 4 рис., 3 источника.

АВТОМАТИКА, АВТОМАТИЗАЦИЯ, УСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМЫ, СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ, СХЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ, АППАРАТУРА АВТОМАТИКИ.

Тема: «Автоматическая система управления процессом стерилизации».

Объект: консервный завод, автоклав .

Цель: составить функциональную схему автоматизации и выбрать аппаратуру автоматики.

Рассмотрены основные условные обозначения, используемые при составлении функциональных схем автоматизации, аппаратура автоматики, используемая на предприятии в процессе стерилизации.

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………….….4

1.Устойчивость систем  управления………………………………..……5

1.1 Преобразования структурных схем…………………………………6

1.2 Алгебраический критерий устойчивости Гурвица…………...…...9

1.3 Частотный критерий устойчивости Михайлова……..…………….10

2.Проектирование одноконтурной  системы регулирования……...…..13

2.1 Описание технологического  процесса………………...……………13

                    2.2 Описание схемы автоматизации…………………………………...14

2.3 Выбор и обоснование  средств измерения……...………………...…14

Заключение……………………………………………………………………..…18

Список используемой литературы………………………………………………19

Схема автоматизации…………………………………………………………….20

Спецификация…………………………………………………………………….21

 

 

Введение

В настоящее время возникает острая необходимость повышения производительности труда, эффективности производства и ускорения научно-технического процесса. Это возможно, путем автоматизации производственных процессов.

Автоматика - отрасль науки и техники, разрабатывающая теорию и методы автоматизации производственных процессов. Сегодня и в перспективе компьютерные технологии управления будут лежать в основе систем управления производственным процессом и обработку баз данных в консервном производстве.

Внедрение компьютерных технологий и автоматизированных систем управления дает возможность повысить технико-экономические показатели производства, увеличить выпуск продукции, эффективнее использовать трудовые и материальные ресурсы, а также улучшить качество и своевременность обработки технологической и оперативной информации.

Целью данной работы является автоматизация технологического процесса сквашивания продукта с применением современных приборов и средств контроля.

Задачами курсовой работы являются: выбор объектов управления; определение параметров для контроля, управления, сигнализации; разработка функциональной схемы автоматизации и другой документации.

            

 

1. Расчет устойчивости одноконтурной системы регулирования

 

Вариант № 52

           

                 Wp(p),  Wc (p),  Wo(p), Wи(р) – передаточные функции: регулятора, исполнительного механизма, объекта регулирования, измерителя (датчика) соответственно;

               φз, φ, φи – заданное, действительное, и измеренное значения регулируемой величины соответственно;

                λ – возмущающее воздействие.

 

Вид передаточных функций:

                     

 

     

    

  

 

Коэффициенты передаточных функций

Ко = 1,4                                   Тд = 70

То = 10                                    Кс = 0,6

Т = 35                                     Тс = 1,5

Кр = 15                                     Ки = 1

Ти = 50                                  Т1 = 25

 

 

  Рис. 1.1 – Схема автоматической системы регулирования.

 

 

1.1  Преобразование структурной  схемы

 

Система будет называться устойчивой, если выведенная из состояния равновесия и представленная самой себе, она возвращается в исходное состояние, т.е. при снятии внешнего воздействия САУ возвращается в то состояние, в котором она находилась до возмущения.

Последовательное соединение звеньев: звенья системы автоматического управления, описывающие динамику отдельныхэлементов, могут соединяться последовательно, когда выход предыдущего звена является входом последующего. При этом результирующая передаточная функция будет равна произведению  передаточных функций отдельных звеньев (рис. 1.2).

 

 

Рис. 1.2 – Последовательное соединение звеньев АСР

 

Для этих звеньев можно записать соотношение:

       μ(р) = Wp(p) Е(р)                                        μ1 = Wc (p) μ(р)

 

 Результирующая передаточная  функция есть отношение операторных  изображений выходной величины к входной при начальных нулевых условиях.

Встречно-параллельное включение звеньев:  при встречно-параллельном включении звеньев результирующая передаточная функция равна частному от деления передаточной функции прямой связи на единицу плюс/минус передаточную функцию разомкнутого контура, в котором звенья включены встречно-параллельно (рис. 1.3). При этом знак плюс соответствует отрицательной, а минус положительной обратной связи.

Рис. 1.3 - Встречно-параллельное включение звеньев

Под прямой связью понимается передаточная функция между искомыми переменными по направлению прохождения сигнала без учета главной обратной связи. Для системы, изображенной на рис. 1.1 передаточная функция прямой связи λ и φ есть Wc (p), а между φз и φ есть Wp(p) Wc (p) Wo(p). Передаточная функция между φз и ξ равна единице, поскольку переменными в прямой связи нет динамических звеньев, а есть динамическая непосредственная связь φз и ξ, на этом основании можно записать:

W1зс = φ(р) / λ(р) = Wo(p) / (1+ Wpаз(р));

W2зс = φ(р) / φз (р) = Wp(p) Wc (p) Wo(p) / φз (р) (1+ Wpаз(р));

W3зс = ξ(р) / φз (р) = 1 / φз (р).

Где Wpаз(р) = Wp(p) Wc (p) Wo(p) Wи(р) – передаточная функция разомкнутой САУ. В нашем случае:

 

 Wpаз(р) = Wp(p) Wc (p) Wo(p) Wи(р) =  

            Используя общее правило записи передаточных функций замкнутой системы, можно записать ее между любыми переменными, при этом знаменатель будет неизменным, изменяться будет только числитель.

Для того чтобы приступить  к анализу устойчивости САУ определим вид характеристического уравнения замкнутой системы, для чего приравниваем знаменатель передаточной функции к нулю:

                    

                     1+ Wpаз(р) = 0;

                     Пусть  Wpаз(р) = В(р) / А(р), тогда

                     В(р) + А(р) = 0,

                     B(p)=  

                   А(р) =        

                        Сложим В(р) и А(р)

                    

                           

                   

               

                   

                       

                  Если сравним это выражение со знаменателем передаточной функции замкнутой системы, то обнаружим их тождественность. Подставив в это выражение численные значения, получим характеристическое уравнение вида:

                    С0 р3 + С1 р2 + С2 р + С3 = 0, где

                    С0 = Тс То = =

                     С1 = Тс То =

                     С2 = 

                          С3 =

 

 

                      1.2 Алгебраический критерий устойчивости Гурвица

 

 

Если характеристическое уравнение САУ имеет вид                                                 , то САУ будет устойчива, если С0 ˃ 0, будут положительны все главные диагональные миноры определителя Гурвица до n-1 порядка.

Определитель Гурвица составляется следующим образом: по диагонали записывают коэффициенты от С1 до Сn, над диагональю записываются коэффициенты с возрастающими индексами, под диагональю – с убывающими, недостающие коэффициенты заменяются нулями.

Критерий Гурвица удобен для исследования систем с характеристическими уравнениями невысокой степени (до пятой). При высокой степени характеристического уравнения  или при наличии звена чистого запаздывания, когда характеристическое уравнение становится трансцендентным из-за члена вида е-рτ, удобнее, а при трансцендентном характеристическом уравнении единственно возможным, являются частотные критерии, обладающие простой геометрической интерпретацией.

Составим определители:

 

∆3  =

 

∆2  =

                                  

              

             ∆1  = С1

 

             ∆3  = 5928750>0

 

             ∆2  = 697500>0

 

             ∆1  = 9000 ˃ 0

Вывод: после расчета алгебраического критерия Гурвица можно сделать вывод, что АСР является устойчивой, т.к. ∆3 и ∆2  > 0

 

 

3. Частотный критерий устойчивости Михайлова

Если в характеристическое уравнение С0 рn + С1 рn-1 + … +Сn-1 р + Сn = 0 подставить выражение р = jω, то получим годограф Михайлова:

   G (jω) = С0 (jω – р1) (jω – р2)  … (jω – рn) = С0 (jω)n + С1 (jω)n-1 + … + Сn

 САУ будет устойчива, если годограф Михайлова, начинаясь на  положительной вещественной полуоси, последовательно проходит в положительном направлении (против часовой стрелки) n квадрантов при изменении ω от 0 до + ∞, где n – степень характеристического уравнения.

Если годограф Михайлова проходит через начало координат, то САУ находится на границе устойчивости. При этом если он начинается с нуля, то это указывает на наличие нулевого корня, если годограф начинается на положительной вещественной полуоси, но затем проходит через начало координат, то это означает наличие мнимых корне в характеристическом уравнении.

Если годограф Михайлова не последовательно проходит квадранты комплексной плоскости или не проходит n квадрантов, то САУ не устойчива.

Таким образом, критерий устойчивости Михайлова позволяет не только анализировать устойчивость замкнутых и разомкнутых САУ, но и находить число неустойчивых корней.

  Расчет частотного критерия Михайлова:

  Запишем выражение годографа  Михайлова

G(jω) =

Для облегчения построения G(jω) при изменении ω от 0 до + ∞, найдем точки его пересечения с вещественной и мнимой осями комплексной плоскости. Для этого представим G(jω) в виде вещественной и мнимой частей:

G(jω) = x (ω) + jy(ω)  = 8,5 - 9000 (jω)2 + j(86ω - 9000ω3)

Для определения  точек пересечения годографа Михайлова с вещественной осью приравниваем нулю мнимую его часть:

86ω - 9000ω3 = 0, отсюда

ω1 = 0,  ω3 = = 0,098 с-1

  Подставив значения  ω1 и ω3 в вещественную часть G(jω), находим

x (ω1) =

x (ω3) =

Вещественную часть принимаем равной нулю:

8.5 - 9000 ω2 = 0;

ω 2 = √8,5/9000 = 0,03

  Подставив значение  ω 2 в мнимую часть G(jω), получим

y(ω2)  =

Поскольку ω 2 ˃ ω3 чередуемость корней не соблюдается, значит, система управления неустойчива.

 

            Рис. 1.4 – Годограф Михайлова.

 

Вывод: после расчета частотного критерия устойчивости Михайлова справедливым можно считать утверждение о том, что исследуемая САУ является устойчивой, т.к. годограф Михайлова последовательно проходит 3 квадранта при изменении ω от 0 до + ∞.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Проектирование системы автоматического контроля и регулирования

процессом стерилизации.

 

Функциональная схема автоматизации даст представление о функционально-блочной структуре системы автоматического управления, регулирования, контроля, сигнализации, защиты технологического процесса или установок и определяет объем оснащения автоматического объекта аппаратурой автоматики.

 

2.1 Описание технологического  процесса

Этап сквашивания является наиболее уязвимым с точки зрения микробиологических рисков, поскольку в процессе сквашивания создаются благоприятные условия для развития не только заквасочных микроорганизмов, но ивредной микрофлры, источниками которой могли быть исходное молоко, воздух иоборудование при недостаточно качественной его санитарной обработке.Активность кислотообразования в процессе сквашивания, влияя на егопродолжительность, формирует также санитарно-гигиенические показатели готового продукта и, следовательно, его безопасность, поскольку практически вся посторонняя микрофлора (бактерии группы кишечных палочек, стафилококки,дрожжи, плесени и др.) чувствительна к кислой реакции среды. Сквашивание (обезжиренного молока, нормализованной смеси) осуществляют до образования сгустка требуемой кислотности с учетом способа коагуляции, массовой доли жира в твороге, способа обезвоживания сгустка. Следует учитывать, что недостаточном сквашенный сгусток увеличивает потери, обработка сгустка с повышенной кислотностью приводит к получению творога с излишне кислым вкусом и мажущейся консистенцией. 

оставляют для сквашивания до кислотности сгустка 90 - 116°Т,

 

2.2 Описание схемы автоматизации

 

 Схема автоматизации  управления технологическим процессом  стерилизации включает в себя  контур управления давлением  в автоклаве.  Управление давлением  в автоклаве осуществляется по  закону П – регулирования, по  средствам измерителя ПИД –  регулятора, с обнуленными интегральной  и дифференциальной составляющими соответственно.