Проектирование системы автоматического программного управления расходом сыпучего материала с заданными характеристиками

                               Техническое задание

          Целью данного курсового проекта является  развитие и закрепления навыков самостоятельной работы при решении задач анализа и синтеза локальных систем автоматики.

          Задание на курсовой проект: спроектировать систему автоматического программного управления расходом сыпучего материала со следующими характеристиками:

–  тип регулирования –  изменение скорости транспортной ленты;

–  скорость движения ленты:  0 – 1,25 м/с;

–  максимальный расход сыпучего материала: 150 м³/час;

–  перерегулирование s=30 %;

–  колебательность М=1.3.

–  время регулирования t_p=5 c.

          1 Описание функциональной схемы

          МП – микропроцессорный комплекс;

          Ус – электронный усилитель;          

          ДПТ – двигатель постоянного тока;

          Тр – транспортный механизм;

          Тг – тахогенератор.

          Рисунок 1 – Структурная схема устройства.

          Система работает следующим образом:     тахогенератор, якорь которого механически связан с барабаном привода транспортной ленты вырабатывает электрический сигнал, который поступает на АЦП  микропроцессорного комплекса. Микропроцессор сравнивает поступивший с АЦП сигнал с заданным значением. Если сигналы различны, микропроцессор вырабатывает сигнал рассогласования, который преобразуется в аналоговый с помощью ЦАП и поступает на электронный усилитель. Усилитель управляет напряжением питания электродвигателя с помощью  системы импульсно–фазового управления (СИФУ). Двигатель приводит в движение транспортную ленту транспортира через редуктор. Транспортная лента транспортира захватывает сыпучий материал, который высыпается из бункера под действием силы тяжести. Расход сыпучего материала пропорционален скорости движения ленты.

          2 Выбор элементов схемы

          2.1 Выбор двигателя

          Из условия обеспечения необходимой мощности и снижения массогабаритных параметров выбран двигатель  серии 2П  2ПФ 250 МУХЛ4 со следующими характеристиками:

–  мощность Р=30 кВт;

–  напряжение питания U_пит=220 В;

–  сопротивления якоря двигателя R_a=0.074 Ом;

–  номинальный крутящий момент  М_ном=143,5 Н*м

–  момент инерции якоря   J_дв=1.02 кг*м²;

–  максимальная частота вращения якоря n_max =2000 об/мин;

–  номинальная частота вращения якоря   n_ном =1500 об/мин;

–  КПД 81%        

–  номинальный ток якоря I_а =163 А

          2.2 Выбор усилителя

          Так как мощность двигателя 30 кВт, который  работает от сети постоянного тока напряжением 220 В, выбран тиристорный усилитель  с системой импульсно фазового управления (СИФУ) БУ3609 который обеспечивает мощность с учетом запаса 60 кВт и регулирование скорости вращения 0–2000 об/мин.

          2.3 Выбор микропроцессора

          Выбран микропроцессорный комплекс, построенный на базе 16 разрядного микропроцессора КР1810БМ86.  В состав комплекса  входят ЦАП и АЦП.

          Характеристики комплекса:

–  напряжение питания: 5В;

–  быстродействие 2,5 млн оп/с;

Характеристики ЦАП и АЦП даны в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристики ЦАП  и АЦП.

          Такой комплекс обладает достаточным быстродействием для управления системой, малой стоимостью и малой потребляемой электроэнергией.

          2.4 Выбор транспортного механизма

          В качестве транспортного механизма выбран транспортир со следующими характеристиками:

–  фактический расход : 150 м³/час;

–  максимальная скорость барабана n_тр=47,7 об/мин;

–  требуемая мощность двигателя Р_тр при  максимальном расходе сыпучего материала и  при оборотах двигателя n=1500 об/мин  – 24,7 кВт;

–  приведенный к валу двигателя момент инерции     J_{наг пр}= 1,25 кг*м²;

–  момент статического сопротивления  М_нагр=2429 Н*м;

–  транспортир снабжен редуктором с передаточным числом i=30. 

          2.5     Выбор   датчика  

          Выбран тахогенератор ПТ–42 со следующими характеристиками:

номинальные обороты якоря тахогенератора n_{ном тг}=100 об/мин;

–  напряжение тахогенератора         U_тг=230 В; 

–  ток якоря         I_{а тг}=0,1А;

–  напряжение возбуждения статора        U_возб=55 В.

          3 Определение передаточных функций элементов схемы и построение структурной схемы

          Системы автоматического управления описываются структурными схемами, состоящими из звеньев и линий связи, которые отражают преобразования сигналов, циркулирующих в системе. Чтобы определить передаточную функцию всей системы необходимо знать передаточные функции всех звеньев данной системы.

          3.1 Определение передаточной функции электродвигателя