Министерство образования Российской Федерации

ГОУ СПО ННК

Методические рекомендации

по расчетам автоматических устройств к выполнению курсовых и дипломных проектов

Специальность 2101 «Автоматизация технологических процессов и производств»

Нижнекамск

2003 г.

Составили:

Колчерина Д.Ш. преподаватель ННК

почетный работник СПО РФ

Серебрякова Т.Н. преподаватель ННК

Рецензенты:

Кутузов А.Г. кандидат технических

наук, доцент

Самохин В.П. начальник управления

ремонта и наладки КИП и А

ОАО «Нижнекамскнефтехим»

Методические рекомендации предназначены для самостоятельной работы студентов, обучающихся по специальности 2101 «Автоматизация технологических процессов и производств» в ходе курсового и дипломного проектирования.

Даны основные положения и методика расчета автоматических устройств: блока питания, измерительной схемы моста, схемы термокомпенсации моста, одноконтурной САР, усилителя постоянного тока.

Методические рекомендации рассмотрены на заседании кафедры электротехнических дисциплин Нижнекамского нефтехимического колледжа.

Методические рекомендации составлены на основании справочной и технической литературы с использованием ГОСТ и ОСТ и соответствуют требованиям стандарта СПО по специальности 2101 «Автоматизация технологических процессов и производств»

СОДЕРЖАНИЕ:

Введение……………………………………………….4

Основы расчета одноконтурной АСР……………….5

Методика расчета измерительной схемы моста….34

Методика расчета схемы термокомпенсации…….41

Расчет блока питания……………………………….51

Методика расчета усилителя постоянного тока….68

Литература………………………………....……..….85

Введение

При выполнении курсовых и дипломных проектов студент должен проявить полную самостоятельность в выборе средств автоматизации и обосновать этот выбор.

Одним из методов обоснования является расчет.

Исходными данными для расчета курсовых и дипломных проектов служат данные, взятые на производстве.

В данной методической рекомендации предложены расчеты автоматических устройств одноконтурной САР, измерительной схемы моста, схемы термокомпенсации моста блока питания; усилителя постоянного тока.

Основы расчета одноконтурной автоматической системы регулирования (АСР)

включает определение свойств объекта регулирования, выбор и расчет параметров настройки автоматического регулятора тремя методами:

- метод расширенных частотных характеристик;

- метод незатухающих колебаний;

- по амплитудно-фазовой характеристики объекта.

Расчет измерительной схемы моста основан на методе последовательного приближения проводимости плеча моста к проводимости градуировочного значения датчика. Результатом расчета является подключение выбранных резисторов в измерительную схему.

Расчет схемы термокомпенсации выполняется для двух диапазонов измерения: с нулевой шкалой и в шкале с нулем по середине с коррекцией или с термостатированием холодных сплавов термопары.

Расчет усилителя постоянного тока (УПТ), рассматривается

для схемы с непосредственными межкаскадными связями.

Приводится обзор видов УПТ, сведения о трех режимах работы транзистора, о дрейфе нуля УПТ и способах его устранения.

Расчет вторичного источника питания выполнен по базовой структурной схеме с выбором активных и пассивных элементов принятой компенсационной схемы.

Рассчитанные схемы и приведенные примеры входят в состав измерительных средств, широко применяемых в нефтехимической промышленности в частности:

- одноконтурная САР служит для стабилизации выходных координат технологических объектов управления;

- измерительная схема моста и термокомпенсации измерительного преобразователя П282 служат для связи с объектом управления;

- УПТ – является аппаратной частью преобразователя Сапфир Метран, преобразователей системы ГСП и т.д.

- Блоки питания - обязательное устройство измерительного прибора.

1. Основы расчета одноконтурной аср

Задачей расчета автоматической системы регулирования (АСР) является получение переходных процессов системы автоматического регулирования (САР) заданного качества. Качество переходных процессов автоматического регулирования определяется свойствами системы в целом. В свою очередь свойства системы складываются из свойств ее составляющих, т.е. из свойств объекта регулирования и автоматического регулятора. Поскольку объект регулирования является неизменяемой частью системы, то для достижения заданных свойств системы в целом необходимо выбрать соответствующий автоматический регулятор.

Следовательно, с помощью регулятора системе придаются свойства, обеспечивающие заданное качество регулирования. Таким образом, расчет системы автоматического регулирования включает две задачи:

- определение свойств объекта регулирования;

- выбор и расчет автоматического регулятора с такими параметрами, чтобы автоматический регулятор дополнил характеристики объекта регулирования и обеспечил необходимое качество регулирования.

1.1 Определение свойств объекта регулирования.

1.1.1.Аналитический метод определения характеристик

объекта регулирования

Процессы, характеризующиеся одной выходной и одной входной величинами могут быть описаны дифференциальным уравнением:

(1)

где, А – постоянный коэффициент, имеющий конкретное значение для того или иного процесса.

- результирующее материальное или энергетическое воздействие на объект.

Выведем дифференциальное уравнение изменения уровня в нижней части колонны.

Рис.1.1.

В равновесном состоянии:

При появлении разности уровень будет увеличиваться или уменьшаться.

Если сечение колонны const=F, тогда уравнение (1) для переходного режима примет вид:

(2)

Пусть изменение не зависит от уровня, а - зависит, т.е. при изменении уровня изменяется расход стока. Тогда при небольших изменениях уровня эту зависимость можно записать:

(3)

где, С – коэффициент пропорциональности, - изменение уровня.

Подставляем уравнение (3) в (2) и получим:

постоянная времени объекта:

коэффициент усиления объекта:

(4)

(5)

Характер изменения уровня определяем, решив уравнение:

Характеристическое уравнение соответствующее этому уравнению:

Общее решение уравнения (4):

Частное решение находим из условия равновесия, т.е. когда и

Полное решение уравнения:

Определяем постоянную С из начального условия.

При t=0,

(6)

Как видно из уравнения (4) и (5) динамические свойства объекта соответствуют апериодическому звену.

Пример: Определить численное значение Т₀ и К₀ и построить переходную характеристику для объекта регулирования по (Рис.1.1.).

Дано: F = 8 м²; F0 = 0,002 м² – проходное сечение клапана на стоке; = 0,6 – коэффициент расхода; = 80 кг/м³ – плотность жидкости; L₃ = 2 м –уровень.

Решение:

Определим объемный расход жидкости через клапан:

учитывая, что Р₂ = 0

,

Подставив исходные данные, получим:

Определим коэффициент пропорциональности С, для этого построим график Q_ст от L.

Н, м	0,5	1	1,5	2	2,5	3
Qст, м3/с	0,0038	0,0053	0,0065	0,0075	0,0084	0,0092

Р ис.1.2.

Практически график имеет линейный характер. Взяв отношение любого значения

определяем коэффициент пропорциональности С:

Определяем коэффициент усиления объекта:

Определяем постоянную времени объекта:

Подставим численные значения К₀ и Т₀ в уравнение (6) получим:

По этому уравнению строим переходную характеристику.

Рис.1.3.