Содержание
Введение
1. Разработка АСУ ТП холодильной установки
1.1 Техническое задание итехнико-экономическое обоснование
1.1.1 Техническое задание напроектирование АСУ ТП
1.1.2 Технико-экономическоеобоснование
1.2 Структурная идентификация объекта
1.3 Математическая модель объекта
1.3.1 Ограничения в модели объекта
1.4 Построение статическиххарактеристик объекта
1.5 Выбор критерия оптимизации
1.6 Экстремальные характеристикизависимости целевой функции от управлений
1.7 Алгоритм оптимизированногоуправления
1.8 Структура двухуровневогоуправления
1.9 Структура алгоритма адаптивногоуправления
1.10 Краткое описание, структура исостав алгоритмического, программного и технического обеспечения АСУ
1.11 Выбор и обоснование используемыхтехнических средств
1.12 Описание функциональной схемыАСУ
2. Календарное планирование производства
2.1 Постановка задачи
2.2 Решение задачи
3. Исследование технических объектовкак систем массового обслуживания
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Вданном курсовом проекте рассматривается АСУ ТП холодильной установки,аналитически выводится математическая модель объекта, рассматриваютсястатические характеристики объекта относительно управляющих и возмущающихвоздействий в области существующих ограничений, выбирается и обосновываетсякритерий оптимизации на основе одного из технико-экономических показателей;обосновывается оптимальный режим работы холодильной установки для данного ТП,приводится структура двухуровневого управления с координирующей подсистемой наверхнем уровне и блок-схема алгоритма ее функционирования; составлена структураи блок-схема алгоритма адаптивного управления.
Вданном проекте производится решение конкретной задачи календарного планированияи находится оптимальная последовательность обработки деталей в смысле критерияминимального времени обработки всей партии.
Приводитсяисследование технического объекта как системы массового обслуживания, находитсяоптимальная загрузка системы.
1Разработка АСУ ТП холодильной установки
1.1Техническое задание и технико-экономическое обоснование
Сущностьпроцесса заключается в том, что в холодильную камеру помещают продукт,поступающий на предприятие от поставщиков. В холодильной камере продуктохлаждают от начальной температуры, около 70 °С до температуры tk=(-18) °С ±3 °С. Затем продуктпоступает на длительное хранение в специально оборудованные холодильные камерыили поступают на погрузку в рефрижераторы автомобильного или железнодорожноготранспорта для транспортировки.
1.1.1 Техническое задание на проектированиеАСУ ТП
Основаниемдля проектирования АСУ ТП холодильной установки является задание на курсовуюработу.
Объектомавтоматизации является холодильная установка, включая холодильную камеру инаходящиеся в ней ресурсы.
Необходиморазработать схему автоматизации, позволяющую сократить время технологическогопроцесса и обеспечивающую комфортные условия для контроля параметров ТП.
Необходимоподдерживать 100% заполнения испарителя жидким хладагентом. Температураохлажденного продукта должна быть равной tk=(-18) °С ±3 °С. Давление вконденсаторе должно быть равно Pk=Pk0.
Давлениев циркуляционном ресивере должно составлять Р = Р0.
Уровеньзаполнения циркуляционного ресивера должен составить 0,3 Нцр, гдеНцр — высота циркуляционного ресивера.
Системадолжна иметь двухуровневую структуру управления с координирующей подсистемой наверхнем уровне.
1.1.2 Технико-экономическое обоснование
РассматриваемаяАСУ ТП холодильной установки позволяет сократить время технологическогопроцесса за счет того, что в условиях работы АСУ ТП автоматическиподдерживается 100% заполнение испарителя жидким хладагентом, что позволяетподдерживать в холодильной камере минимальную температуру, что сокращает времяпротекания теплообменного процесса за счет низкой температуры испарителя.
Комфортныеусловия контроля технологических параметров обеспечиваются благодаря тому, чтоинформация от датчиков поступает на программируемый контроллер SIMATIC S7-200,где происходит ее обработка.
Технико-экономические показателисравниваемых вариантов представлены в таблице 1.1.
Таблица 1.1. Технико-экономическиепоказатели сравниваемых вариантов.Показатели Варианты сравнения Базовый Проектир. 1 Производительность кг/ч 1500 1500 2 Время действия оборудования в течении года, ч 10000 8000 3 Число обслуживающего персонала 4 чел 1 чел
4 Расход на единицу пр-ции электроэнергии, кВтх ч воды, м3 10010 5810
5 Стоимость единицы: электроэнергии, руб/кВтх ч воды, руб/м3 24 24 6 Себестоимость единицы продукции, руб/кг 100 133 7 Годовой выпуск продукции, кг 15000000 12000000
В процессе расчета были полученыследующие данные:
-годовая экономия от снижениясебестоимости продукции составила 936000 руб.;
-годовой экономический эффектсоставляет 746673,15 руб.
Срок окупаемости затрат составляетпримерно 168 дня при капитальных вложениях на создание и внедрение АСУТП 430288,29руб.
В результате оптимального управленияпроцессом себестоимость единицы продукции (1 кг) снизилась с 0,195 руб (до внедрения проектируемой АСУТП) до 0,117руб (после внедрения АСУТП).
1.2 Структурнаяидентификация объекта
На объект охлаждения,холодильную камеру, действует тепловой поток Qo6, приходящий с продуктом, помещенным в холодильнуюкамеру.
Холодильная машина должнаотвести от холодильной камеры тепловой поток Qn, причем так, чтобы параметры рабочей средыподдерживались в заданных пределах. Холодильная машина выполняет работу,потребляя энергию Е от внешнего источника для вывода тепла Qeв охлаждающую среду.
/>
Рисунок 1.1 –Функциональная схема холодильной установки
ХМ — холодильная машина,
ХК — холодильная камера,
Qoб — тепловой поток продукта в холодильной камере;
Qn — тепловой поток, отводимыйхолодильной машиной от холодильной камеры;
Е — энергия потребленияХМ;
Qв— тепло, отводимое ХМ от ХК в окружающую среду
1.3Математическая модель холодильной камеры
Математическаямодель взята из книги Канторовича В.И. «Автоматизации холодильных установок»М.:«Агропромиздат», 1987г., с. 136.
Привыводе модели объекта использовались следующие допущения:
а) Считаем,что утечка тепла через стенки холодильной камеры не происходит.
б) Считаем,что температура в холодильной камере распределена равномерно по всему объемукамеры.
в) Считаем,что продукт до момента помещения его в холодильную камеру имел температуру,равную температуре окружающей среды (Qв).
г) Считаем,что температура воздуха окружающей среды постоянна. Тогда уравнение тепловогобаланса будет иметь вид:
Qп – Qоб = 0 (1.1)
Значениетеплового потока, отводимого от ХК (Qn) в Дж/с, рассчитываем по формуле:
Qп = kпFп(Qп — Qоб) (1.2)
где kп – коэффициент теплопередачи испарителя, Дж/(м2×0С×с),
Fп – площадь теплопередающейповерхности испарителя, м2.
Значениетеплового потока, приходящего в ХК (qo6) в Дж/с, рассчитываем по формуле
Qоб = kобFоб(Qоб — Qв) (1.3)
где kоб – коэффициент теплопередачипродукта, Дж/(м2×0С×с),
Fп – площадь теплопередающей поверхности,м2.
Запишемуравнение (1.1) для рассматриваемого процесса в динамике, в приращениях:
dDQ0 = (DQn— DQoб)dt, (1.4)
где DQ0 — количество тепла, необходимого для восстановлениятеплового баланса за время dt,записанное в приращении, Дж.
Значение(DQ) найдем по формуле:
DQ=cmDQоб, (1.5)
где с- удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг×0С),
m — массапродукта, кг,
DQоб — приращение температуры, на которое нужно изменить
температурупродукта, чтобы сохранить тепловой баланс, °С.
Подставляяв (1.4) выражения (1.2), (1.3), (1.5) получим
/> (1.6)
Ввыражение (1.6) было подставлено значение
/> (1.7)
Посленекоторых преобразований запишем уравнение (1.6) в другом виде:
/> (1.8)
Обозначим:
/> />
/> /> /> />
Сучетом принятых обозначений выражение (1.8) примет вид:
/> (1.9)
Длянахождения численных значений параметров модели используем данные из книгиКанторовича В.И. «Автоматизации холодильных установок», и рассчитаем значениякоэффициентов модели объекта.
Подставимследующие значения в формулы расчета значений Т, kl, k2:
/> /> /> />
/>/> /> />
Темсамым получим значения коэффициентов:
Т =43,45; kl = -1,22; k2 = 0,02.
Подставляяполученные значения в выражение (1.9) получим модель объекта
/>
1.3.1Ограничения в модели объекта
Потехническим данным холодильной камеры она не может вместить продукты, площадь(площадь теплопередающей поверхности) которых больше 200 м2. Здесь сделано допущение, что продукт можно делить и занимать им всю полезнуюплощадь камеры. Тогда запишем ограничение по площади теплопередающейповерхности продукта, которая может измениться от 0 до 200 м.
0 ≤Fоб ≤ 200 м2 (1.10)
Температурав испарителе не может быть ниже Qп min= — 30 °С. Это обусловлено техническимихарактеристиками холодильной машины и хладагента. Таким образом:
Qп ≥-30 °С (1.11)
1.4Построение статических характеристик объекта
Построим статическиехарактеристики объекта относительно управляющих и возмущающих воздействий вобласти существующих ограничений. Управляющим воздействием в данном случаеявляется температура в испарителе, а возмущающим воздействием является площадьтеплопередающей поверхности продукта, т.е. если мы изменяем количествопродукта, находящегося в холодильной камере, мы тем самым изменяем среднюю температурупродукта. Здесь не рассматривается случай, когда изменяют площадьтеплопередающей поверхности путем перестановке продукта в холодильнике.
Для построениястатических характеристик объекта, рассмотрим уравнение (1.1) и подставим внего выражение (1.2) и (1.3), получим
/> (1.12)
Выразим величину Qоб, получим:
/> (1.13)
где /> – по техническимхарактеристикам холодильной камеры,
/>
/> – по справочным данным,
/> — принимаем сами.
Рассчитаем статическиехарактеристики объекта по формуле (1.13) для значений Qп01 = -30°С, Qп02 =-25°С, Qп03 =-200С, т.е. при различных/>значениях управляющеговоздействия. Результаты приведены в таблице (1.1)
Таблица1.1 – Статические характеристики объекта
Qп01 = -30°С
Qп02 =-25°С
Qп03 =-200С
Fоб, м2
Qоб, 0С
Fоб, м2
Qоб, 0С
Fоб, м2
Qоб, 0С -30 -25 -20 25 -28,6 25 -23,7 25 -18,9 50 -27,3 50 -22,6 50 -17,8 75 -26,1 75 -21,4 75 -16,8 100 -24,9 100 -20,4 100 -15,9 125 -23,7 125 -19,4 125 -15,0 150 -22,7 150 -18,4 150 -14,1 175 -21,7 175 -17,5 175 -13,3 200 -20,7 200 -16,6 200 -12,6
Графическое представление статическиххарактеристик объекта относительно управляющих и возмущающих воздействий вобласти существующих ограничений приведено на рисунке 1.2
/>
/>
Рисунок 1.2- Статическиехарактеристики объекта
Статические характеристики объекталинейны так как, температура в испарителе напрямую зависит (по формуле 1.13) отплощади продукта, которую мы равномерно повышаем.
1.5 Выбор критерия оптимизации ицелевой функции управления
Результатом внедрения АСУ ТПхолодильной установки является сокращение времени технологического (контроля)процесса охлаждения продукта.
Известно, что чем ниже будетподдерживаться температура в холодной камере, тем быстрее можно будет охладитьпродукт до заданной температуры.
Это можно увидеть, проанализировавформулу (1.2). Очевидно, что чем больше будет разница между температурой виспарителе и температурой продукта, тем больше количество тепла отводиться отхолодильной камеры в единицу времени, а следовательно быстрее охлаждаетсяпродукт. Давление кипения Роопределяет температуру кипящейжидкости, т.е. температуру хладагента в испарителе Qп. Другими словами существует зависимость:
/> (1.14)
Большему давлению Росоответствуетбольшая температура Qп, поэтому чтобы снизить температуру Qп„ необходимо поддерживать низкое давление Ро.
Минимальное значение Розависит от технических возможностей компрессора. Чем вышехладопроизводительность компрессора, тем более низкую температуру кипенияхладагента он может поддерживать.
Из приведенных выше рассуждений можносделать вывод, что управляющим воздействием является хладопроизводительностькомпрессора, и целесообразно выбрать критерий
/> (1.15)
где П – производительность установки.
Уменьшая время технологическогопроцесса и сохраняя объем охлаждаемого продукта за цикл охлаждения, мы темсамым повышаем производительность холодильной установки, т.е. увеличиваем объемохлаждаемой продукции за год. Целью повышения производительности установкиявляется снижение себестоимости единицы продукции.
Очевидно, что производительностьустановки будет зависеть от хладопроизводительности компрессора, тем выше будетего стоимость, следовательно, большей будет сумма амортизационных отчислений, азначит и себестоимость продукции.
Доход предприятия рассчитывается поформуле
D = Пр – С – Н (1.16)
где Пр — выручкапредприятия от реализации продукции за год, в руб.,
С — себестоимость продукта, в руб.,
Н — налоги, в руб.
Себестоимость продукции в своюочередь складывается из затрат на охлаждение продукта и затрат наамортизационные отчисления.
С = С1 + А (1.17)
где С1 — затраты наохлаждение продукта, на сырье, з/п и т.д., в руб.,
А — амортизационные отчисления нахолодильное оборудование, в руб.
Следовательно доход предприятия будетзависеть от амортизационных отчислений, и чем больше сумма отчислений, темменьше доход предприятия.
Тогда целевая функция примет вид
/> (1.18)
где dQкм — хладопроизводительность компрессора холодильной машины,кВт.
1.6Экстремальные характеристики зависимости целевой функции от управлений
Изменение хладопроизводительностикомпрессора происходит в диапазоне от 0 до 120 кВт, что соответствуеттехническим особенностям компрессора.
Амортизационные отчисления нахолодильное оборудование составляют 11,5% от полной его стоимости. Значениестоимости оборудования взяты из справочных данных [1], расчет затрат наохлаждение продукта произведен аналитическим способом. График целевой функцииприведен на рисунке 1.3
График зависимости дохода предприятияот хладопроизводительности компрессора построен на основе формулы (1.16),считая, что значение Пр и Н не зависят от хладопроизводительностикомпрессора.
Экстремумы зависимостей D(Qкм)и C(Qкм)совпадают, что свидетельствует о целесообразности выбранного критерия. Изграфика видно, что оптимальная хладопроизводительность компрессора составляет58 кВт.
На рисунке 1.3 приведена зависимостьцелевой функции от хладопроизводительности компрессора, но выше приводилисьрассуждения на основании которых можно сделать вывод, что значение управления Qп зависит от хладопроизводительности компрессора, т.е.
Qп= f1(Qкм) (1.19)
/>
Рисунок 1.3 — Графическое изображениецелевой функции
На рисунке 1.3: Д – доходпредприятия, определяется по формуле (1.16), Ф – целевая функция, А –амортизационные отчисления, С1 – затраты на охлаждение продукта, на сырьё, з/пи т.д.
1.7 Алгоритм оптимизированногоуправления
Для нахождения оптимального значения хладопроизводительностинеобходимо знать зависимость изменения температуры хладагента от давлениякипения.
Оптимальная задача в данном случаесостоит в том, чтобы поддержать максимальную хладопроизводительностькомпрессора при наименьшей температуре кипения. Контроллер осуществляет расчетсистемы уравнений, состоящей из уравнения экспериментальной кривой итемпературой задания, и находит минимальное значение температуры кипения. Послечего формирует закон регулирования.
/>
Рисунок 1.4 — Алгоритмоптимизированного управления
1.8 Структура двухуровневогоуправления
/>
Рисунок 1.5 — Структура двухуровнегоуправления. Режим советчика.
ОУ — объект управления; Д — датчик; s7-200 — ПМК; ИМ — исполнительныймеханизм; ЭВМ — вычислительная машина; Оператор — оператор ЭВМ.
Необходимость двухуровневогоуправления в режиме советчика заключается в том, что велика вероятность ошибки,а также по желанию заказчика, требуется непосредственный контроль человека. Носистема способна функционировать и автономно.
Информация о состоянии объекта отдатчиков поступает на s7-200,где она обрабатывается и в качестве рекомендаций выдается информация обизменении управления или корректировки. Оператор анализирует полученнуюинформацию и принимает меры по изменению управляющих воздействий.
Блок-схема алгоритма функционированиядвухуровнего управления с кординирующей подсистемой на верхнем уровне приведенана рисунке 1.6
На рисунке 1.6 температура Т1 — этотемпература на выходе из испарителя, а Т2 — температура на входе в испаритель.Для регулирования наполнения испарителя хладогеном, устанавливается регуляторперегрева (ТРВ), который представляет собой П — регулятор. При уменьшениизаполнения испарителя перегрев пара на выходе возрастает и ТРВ автоматическиувеличивает подачу хладагента. Температура Т1 =Qп= -30°С.
Испаритель наполнен (100%) жидкимхладагентом, если Т1 = Т2. В случае если равенствоне выполняется, то необходимо изменить настройку ТРВ.
Т3— температураобъекта (продукта),
Т3= Qп = -20°С, если продукт еще неохладился до температуры Т3 процесс продолжается, в противном случаевыдается сообщение о том, что технологический процесс окончен и необходимовыгружать продукт и размораживать установку.
Т4 — температурав холодильной камере, °С;
P1 — давление в конденсаторе, кПа;
Р2 — давление в ЦР, кПа;
Н — уровень заполненияциркуляционного ресивера, м.
Уровень жидкости в циркуляционномресивере (Н) должен быть в пределах 0,2 ÷ 0,3 высоты ресивера. Приповышении уровня жидкость может попасть в компрессор, а при снижении — нарушается подача в испаритель
/>/>
Рисунок 1.6 — Блок-схема алгоритма функционирования 2-уровнего управления
1.9 Структура алгоритма адаптивногоуправления
Для данной системы управления, вкоторой свойства холодильной установки можно считать не изменяющимися вовремени, т.к. площадь теплопередающей поверхности испарителя не меняется,коэффициент теплопередачи испарителя тоже не меняется во времени. Но так как изменятьсяво времени может коэффициент теплопередачи продукта, если замораживать различныепродукты в каждом цикле охлаждения, а также может изменяться площадьповерхности продукта, если в холодильную камеру загрузили не всю партиюпродукта, которую она может вместить, а лишь часть ее, необходимо использоватьадаптивное управление.
Таким образом, адаптацию можнопроводить с каждым циклом охлаждения, зная количество загружаемого продукта вхолодильную камеру, т.е. общую площадь теплопередающей поверхности икоэффициент теплопередачи продукта, который зависит от вида продукта. Зная этиданные, можно рассчитать новые коэффициенты в модели объекта, но для достижениямаксимальной производительности установки, управляющее воздействие должно иметьмаксимальное значение, т.е. температура в испарителе должна поддерживатьсяминимальной, не зависимо от свойств продукта и его количества. Поэтому в данномслучае алгоритм адаптации будет заключаться лишь в уточнении модели объекта.
Если бы мы имели объект, свойствакоторого менялись во времени, то к такому объекту можно было бы применитьпрямой алгоритм адаптации управляющего устройства непосредственно по величинекритерия оптимальности.
Положим, что g(t) — полезный задающий сигнал, тогда можно определить рассогласование
/>, (1.20)
где /> -выход объекта.
Тогда критерий оптимальности можнозаписать в виде
/> (1.21)
Подставив в формулу (1.20) значение j(t) можно убедиться, что J1= F(bо), т.е. является функцией коэффициентов регулятора.
J1= F(bр)b®min (1.22)
Другими словами, минимизируя функцию J находим оптимальные коэффициентырегулятора, корректируя которые изменяем управляющее воздействие.
Обобщенная структура системы,реализующей прямой алгоритм адаптации приведена на рисунке 1.7
/>
Рисунок 1.7 — Структура адаптивнойсистемы
Под адаптацией подразумеваетсяизменение свойств модели объекта относительно самой системы в процессепротекания технологического процесса. Адаптация происходит следующим образом:на вход управляющего устройства поступает задающий сигнал g(t), после чего снимается значение сигнала на выходеобъекта j(t). Адаптер определяет рассогласованиеe(t) входного и выходного сигнала. Если рассогласованиепревышает допустимое значение, адаптер изменяет параметры П — регулятора, аименно коэффициент усиления, после чего процесс повторяется.
На рисунке 1.8 приведена блок схемаданного алгоритма.
/>
Рисунок 1.8 — Блок-схема прямогоалгоритма адаптации
На рисунке 1.8 приведена блок-схемапрямого алгоритма адаптации объекта, математическая модель которого может бытьпредставлена дифференциальным уравнением 1-го порядка, а управляющее устройствореализует П — закон регулирования.
1.10Краткое описание, структура и состав алгоритмического, программного итехнического обеспечения АСУ
Рассматриваемая АСУ имеетдвухуровневую структуру управления с корректирующей подсистемой на верхнемуровне.
Техническое обеспечение представляетсобой комплекс технических средств получения информации о состояниитехнологического процесса объекта, к нему относятся датчики, в частностиунифицированный датчик давления (МИДА-ДВ-13П)с нормированным выходным сигналом 0..5mA.A также термопреобразователис унифицированным выходным сигналом (ТХАУ-055, ХА(К)), с нормированнымвыходным сигналом 0..5mA, укоторых в зависимости от температуры среды, изменяется сигнал на выходе.Уровнемер буйковый (УБ-ЭМ1) используетсядля контроля уровня жидкости в ЦР, с выходным сигналом 0..5mА.
Информационные сигналы поступают наПМК S7-200, где производиться обработка иотображение на экране монитора ЭВМ в виде численных значений технологическихпараметров объекта.
Программное обеспечение составляетсяс помощью пакета STEP 7 MicroWIN. При разработке адаптивного управленияиспользовался прямой алгоритм адаптации, а также разработан специальныйалгоритм функционирования двухуровневого управления.
1.11 Выбор и обоснование используемыхтехнических средств
Для обеспечения минимального времениохлаждения продукта необходимо поддерживать минимальную температуру вхолодильной камере, которая определяется температурой в испарителе. Призаданной хладопроизводительности компрессора мы не можем понизить температурукипения хладагента. Однако необходимо поддерживать уровень жидкости виспарителе, который должен быть максимальным, чтобы можно было наиболееэффективно использовать его охлаждающую поверхность.
Для регулирования заполненияиспарителя хладагентом используем пропорциональный регулятор перегрева, ТРВ(терморегулирующий вентиль).
Выбираем терморегулирующий вентиль DANFOSS TEA 85-85. Для него диапазонизменения температур кипения хладагента составляет (-50÷30)°С, аноминальный режим температуры кипения хладагента Q0=-30°С,что соответствует техническим характеристикам выбранного компрессора.
Для контроля уровня жидкости виспарителе необходимо знать температуру на выходе из испарителя (Qп вых) и температуру на входе в испаритель(Qпвх). При выполнении равенства
Qпвх = Qп вых (1.23)
можно сказать, что испарительмаксимально заполнен хладагентом. Для получения информации о температурах Qпвхи Qпвыхиспользуем термопреобразователь ТХАУ-055,ХА(К), погрешность которого составляет ± 2.5°С, что допустимо для заданнойточности регулирования.
Сигнал от термопреобразователяпоступает на ПМК S7-200.
Температуру объекта измеряеманалогичным термопреобразователем с погрешностью ±2.5°С допустимой потехническому заданию, т.к. температура объекта должна составлять Qоб= (-18°С) ±3°С.
Аналогичный термопреобразовательиспользуется для контроля температуры в холодильной камере.
Давление в конденсаторе Ркопределяется температурой жидкого хладагента. Так как в данномтехнологическом процессе поддерживается стабильная температура хладагента, тонеобходимо лишь поддерживать стабильным давление в конденсаторе, поэтомунеобходимость в автоматическом регулировании отпадает, а для централизованногоконтроля информацию о значении давления в конденсаторе будем получать используядатчик давления (МИДА-ДВ-13П) с классомточности 1,5, что удовлетворяет необходимой точности контроля.
/>Давление кипения Pопределяет температуру кипящей жидкости Q0. В данном случае нагрузкой является количество пара,образуемого при кипении хладагента в испарителе, регулирующее воздействие — количествопара, отводимое компрессором. Так как установка работает в одном режиме, т.е.значение нагрузки можно принять постоянным, поэтому можно обойтись ручнымрегулированием.
Для получения информации о значении давлениякипения Ро хладагента используем датчик давления (МИДА-ДВ-13П) с выходным сигналом в диапазоне 0..5mА.
Уровень жидкости в циркуляционномресивере должен быть в пределах 0,75-0,35 высоты ресивера: при повышении уровняжидкость может попасть в компрессор, а при снижении нарушится подача жидкости виспаритель и может выйти из строя насос. В данном случае нагрузка -количествожидкости, выкипающей в испарителе, регулирующее воздействие — подача жидкостичерез РВ. В связи с незначительными изменением нагрузки использованиеавтоматического регулирования здесь не целесообразно.
Для измерения уровня используемуровнемер буйковый УБ-ЭМ1. Он имеетунифицированный токовый выходной сигнал, который от уровнемера поступает сразуна S7-200, что повышает точностьизмерения (класс точности прибора 1,5) и надежность системы в целом, за счетснижения количества приборов (исключаем нормирующие преобразователи).
1.12 Описание функциональной схемыАСУ
Как уже отмечалось выше, системаимеет двухуровневую структуру управления с координирующей подсистемой наверхнем уровне.
Для регулирования заполненияиспарителя хладагентом применяется пропорциональный регулятор перегрева,называемый терморегулирующим вентилем (1а).
Температура на выходе из испарителявоспринимается термобаллоном манометрической термосистемы. Наполнительтермосистемы выбран таким образом, что когда температура на выходе изиспарителя равна температуре кипения хладагента (при 100%-ном заполнениииспарителя жидкостью), давление Ртб= Ро,где Ртб-давление в термобаллоне. При выполнении равенствадавлений, под действием пружины соответствующий клапан закрывает подачу жидкостииз конденсатора в испаритель. При возникновении рассогласования между Ртби Роклапан открывается.
Для передачи информации об уровнезаполнения испарителя на верхний уровень управления: используем дватермопреобразователя (2а, За), установленные соответственно на выходе и входе виспаритель. В зависимости от изменения температуры, изменяется электрический выходнойсигнал (0..5) mA, затем информация поступает в S7-200, где она обрабатывается и результатыобработки предоставляются оператору.
Температуру продукта измеряемтермопреобразователем (4а), выходной сигнал которого (0..5)mА поступает на S7-200, где информация обрабатываетсяи результаты в виде сообщения об окончании технологического процесса(охлаждения продукта) выдается оператору.
Температуру в холодильной камереизмеряем термопреобразователем (5а) сигнал которого (0..5)mА, поступает на вход S7-200, где информация обрабатываетсяи выдается численное значение температуры в холодильной камере.
Давление в конденсаторе измеряемунифицированным датчиком давления (6а). В зависимости от изменения давленияизменяется выходной сигнал датчика (0..5)mА, который поступает на вход S7-200, где обрабатывается и выдается численное значениедавления в конденсаторе, которое контролируется оператором.
Давление кипения хладагента измеряемунифицированным датчиком давления (7а). В зависимости от изменения давленияизменяется выходной сигнал датчика, который поступает на вход S7-200, где обрабатывается и выдаетсячисленное значение давления кипения хладагента.
Для измерения уровня жидкости вциркуляционном ресивере используем буйковый уровнемер (8а) выходной сигналкоторого поступает на вход S7-200,где происходит его обработка, после чего выдается значение уровня жидкости вциркуляционном ресивере и рекомендации по его регулированию.
2 Календарное планированиепроизводства
2.1 Постановка задачи
На машиностроительном предприятииимеется два обрабатывающих станка, на которых необходимо обрабатывать 4 деталитак, чтобы суммарное время их обработки было минимальным.
Целевая функция для этого случаяимеет вид
/> (2.1)
где ti,j- время обработки на i — станке j– детали.
Даны матрицы последовательности Qi,j(g) и длительности Ti,j(ti,j) обработки деталей
/> />
Таким образом мы имеем задачуДжонсона (задача о двух станках).
При решении необходимо составитьлинейную диаграмму Ганта, схемы-графы обработки, записать алгоритм решения ввиде таблицы состояний.
Дополнительно определить:
/> – суммарное время простоя i — го станка,
/> – суммарное время простоя j – й детали,
/> – суммарное время простоя 2 станков,
/> – суммарное время ожидания п=4деталей.
Дополнительные условия и ограничения:
1 Маршрут обработки j — й детали в общем случае различен изадан жестко (в нашем случае маршруты одинаковы).
2 Длительность обработки j — й детали на j — мстанке в общем случае различна, время переналадки не учитывается.
3 Ограничения на сроки ожидания i — го станка и j — ой детали отсутствуют, приоритетовнет.
4 Ограничения на сроки выпуска j — ой детали отсутствуют, приоритетовнет.
5 Для каждой j — ой детали все операции, входящие в технологический маршрутдолжны быть выполнены и только один раз.
6 На каждом i — ом станке обрабатывается не более одной детали.
2.2 Решение задачи
По условию задачи мы имеем двастанка, а маршруты обработки заданы жестко и вес одинаковы, а именно детальсначала поступает на первый станок, затем на второй. Таким образом мы имеемзадачу Джонсона (задача о двух станках). Обозначим:
Аj — время обработки j — ой детали на 1 станке;
Вj — время обработки j — ой детали на 2 станке.
Составим схемы-графы обработки
/>
Рисунок 2.1 — Схема-граф обработки
Для определения последовательностиобработки деталей просматриваем все значения A j и В j инаходим любое из них минимальное. Если минимальное время получилось на первомстанке, то такая деталь отправляется на обработку первой, если минимальноевремя получилось на втором станке, то такая деталь поступает на обработкупоследней. Строка, соответствующая рассмотренной детали, вычеркивается.
Таким образом, получили оптимальную всмысле критерия минимальной длительности обработки всей партии,последовательность обработки деталей.
Найдем последовательность обработкидеталей на станках аналитическим способом. Для этого находим наименьшую повременным затратам стадию обработки детали на 1-ом станке.
Таблица 2.1 — Последовательностьобработки деталейДеталь А В 1 5 2 2 3 4 3 8 5 4 12 7
Первой на обработку поступает втораядеталь, затем четвертая, после третья, а за ней первая деталь. Составимлинейную диаграмму Ганта.
/>Рисунок 2.2 — Линейная диаграммаГанта
Матрицапланов:
/>
Матрицывремен начала каждой деталеоперации:
/>
Суммарноевремя простоя каждого станка Тпр.ст:
Тпр.1ст. = 0;
Тпр.2ст. = 4;
Суммарноевремя простоя всех станков:
Тпр. всех ст. = 4.
Суммарноевремя ожидания для каждой детали Тож:
Тож.1 =21;
Тож2 =4;
Тож3 =8;
Тож4 =0.
Суммарноевремя ожидания для всех деталей:
Тож. = 33.
Суммарное время обработки всей партиидеталей
/>
Рассмотрим альтернативный вариантзапуска деталей:
/>Рисунок 2.3 — Альтернативнаядиаграмма Ганта
Матрицапланов:
/>
Матрицывремен начала каждой деталеоперации:
/>
Суммарноевремя простоя каждого станка Тпр.ст:
Тпр.1ст. = 0;
Тпр.2ст. = 0;
Суммарноевремя простоя всех станков:
Тпр. всех ст. = 0.
Суммарноевремя ожидания для каждой детали Тож:
Тож.1 =1;
Тож2 =10;
Тож3 =1;
Тож4 =2.
Суммарноевремя ожидания для всех деталей:
Тож. = 14.
Суммарное время обработки всей партиидеталей
/>
Таким образом, в результате решенияданной задачи была найдена оптимальная последовательность обработки деталей (2,4, 3, 1), по критерию минимального времени обработки всей партии деталей. Приоптимальной последовательности обработки деталей, суммарное время обработкивсей партии для данной задачи составит 28 единиц времени. Также была найденаальтернативная последовательность обработки деталей основанной на методеДжонсона, но с нулевым временем простоя станков и минимальным временем ожиданиявсех деталей.
3Исследование технических объектов как систем массового обслуживания
Необходимо исследоватьсистему массового обслуживания (СМО) разомкнутого типа. Математическое ожиданиечисла требований, поступающих в систему в единицу времени составляет/>.
Длительностьобработки каждой поступившей партии сырья зависит только от его количества,следовательно, оно также является случайной величиной.
/>,
где l – среднее число требований,поступающих за единицу времени,
1/m– среднее время обслуживания одним каналом одного требования.
Определимважнейшие характеристики работы СМО:
1.Вероятность того, что все обслуживающие каналы свободны:
/>, где
n – число каналовобслуживания.
2.Среднее число занятых каналов:
/>, где
М3 –среднее число свободных каналов, которое определяется по формуле:
/>.
3.Среднее число требований в системе:
/>,
гдеМ1 – средняя длина очереди.
/>.
4.Среднее время пребывания требований в очереди:
/>, где
p — вероятность того, что все каналы заняты.
/>.
Построимграфики зависимостей характеристик работы СМО, определяемых приведенными вышеформулами, от величины a, для системыс n=1 и n=2.
Вероятностьпростоя системы
/>
Рисунок4.1. – Вероятность простоя системы (n=2).
/> />
Рисунок4.2. – Вероятность простоя системы (n=1).
Среднеечисло занятых каналов.
/>
Рисунок4.3. – Среднее число занятых каналов обслуживания (n=2).
/>
Рисунок4.4. – Среднее число занятых каналов обслуживания (n=1).
Среднеечисло требований в системе.
/>
Рисунок4.5. – Среднее число требований в системе (n=2).
/>
Рисунок4.6. – Среднее число требований в системе (n=1).
Среднеевремя пребывания требований в очереди.
/>
Рисунок4.7. – Среднее время пребывания требований в очереди (n=2).
/>
Рисунок4.8. – Среднее время пребывания требований в очереди (n=1).
На следующем этапе решимзадачу оптимальной загрузки системы, обеспечивающей минимизацию целевойфункции:
/>,
где С0=20– штраф за простой транспортных средств,
С1=10 – штраф за простой оборудования.
Для нахождения оптимальнойзагрузки системы построим график зависимости целевой функции от загрузкисистемы.
/>
Рисунок4.9. – Зависимости целевой функции от загрузки системы..
Из графика видно, что присредней длительности обработки каждой партии сырья а=1,375 целеваяфункция имеет минимальное значение, равное I=4,824.
Следовательно, оптимальнаязагрузка системы, обеспечивающая минимизацию целевой функции, при среднейдлительности обработки каждой партии сырья а=1,375.
Вывод: В данном разделепроводилось исследование систем массового обслуживания, в ходе которого быливыявлены преимущества и недостатки применения одного и двух каналовобслуживания. Увеличение количества каналов в системе позволяет:
Снизить: вероятностьзанятости системы, среднюю длину очереди заявок, среднее число требований,находящихся в системе, вероятность занятости приборов, среднее время пребываниятребования в очереди, среднее время пребывания требования в системе
Повысить: вероятность того,что в системе с ожиданием ни одно требование не будет находиться наобслуживании; число свободных от обслуживания приборов.
Однако, перечисленные вышепункты будут выполняться лишь в том случае, если интенсивность обслуживания µбудет одинакова для обоих случаев. В результате, вместе с перечисленными вышепреимуществами появляется и ряд недостатков: снижается среднее число свободныхот обслуживания приборов; повышается среднее время обслуживания заявки однимканалом.
Заключение
При выполнении курсового проекта быларазработана АСУ ТП холодильной установки, включающая холодильную камеру иресурсы, находящиеся в ней, составлена математическая модель объекта, построеныстатические характеристики объекта. Выбран и обоснован критерий оптимизации наоснове одного из технико-экономических показателей, была построенадвухуровневая система управления с координирующей подсистемой на верхнемуровне, формализовано представлен прямой алгоритм адаптации.
Была решена задача календарногопланирования. Определена оптимальная последовательность обработки деталей, всмысле критерия оптимального времени обработки всей партии.
Был исследован технический объект каксистема массового обслуживания и найдена оптимальная загрузка системы в смыслезаданного критерия.