Выбор комплекса технических средств

Реферат

Темой данной курсовой работы является обоснование выбора модулей ЦСУ методом согласованных погрешностей.

Целью работы является приобретение практических навыков применения принципа согласованности погрешностей для рационального выбора технических средств одноканальной ЦСУ.

Курсовая работа содержит 16 страниц формата А4, 4 иллюстрации, 5 таблиц, список литературных источников.

 

Содержание

Введение………………………………………………………………………….6

1. Выбор комплекса технических средств……………………………………..7

Заключение……………………………………………………………………...15

Библиографический список……………………………………………………16

 

 

Введение

Данная курсовая работа посвящена выбору модулей для непосредственного цифрового управления непрерывным технологическим процессом – регулирование температуры смеси в водяном смесителе в диапазоне +40…+50 С^о, путем расхода холодной воды.

Для выполнения поставленной задачи необходимо выбрать элементы цифровой управляющей подсистемы, согласно предложенной структуре. В качестве критерия выбора элементов ЦУП была принята минимально-возможная длина разрядной сетки микроконтроллера. Так же необходимым является выбор датчика температуры с учетом заданной точности регулирования

В ходе выполнения всех необходимых расчетов будут определены все составляющие погрешности и выдвинуты требования к модулям цифровой системы управления.

 

Выбор комплекса технических средств

Выбрать модули ЦСУ, предназначенной для поддержания температуры смеси в смесителе. Диапазон измерения температуры смеси: D_y = 40 – 50 ⁰C, точность поддержания: D_утз = ± 1,5 ⁰C. Для распределения заданной точности между блоками принять b = 3; c = 0,25; r = 0,5.

Величина коэффициента передачи между выходом ЦАП и выходом объекта управления К_о составляет 5,0 ⁰С/В. Основные параметры для расчета сведены в таблицу 1.

 

Таблица 2 – Исходные данные для расчета ЦСУ температурной смеси

Закон регулирования	Тдиф	Dутз	Ко	Крег	Ти	c	r	To	Значения сигнала рассогласования
ek	ek-1	ek-2	ek-3
ПИ	_	1,5	5	5	200	0,25	0,5	2,5	0,2	0,4	0,65	0,9

 

Реализация задачи будет состоять из следующих шагов:

1. Рассчитаем допустимое значение погрешности вычисления управляющего воздействия:

 

 

2. По требуемой точности D_удат ≤ c ·D_утз = 0,25 · (±1,5) = ±0,375 ⁰Си заданному диапазону изменения температуры подходит измерительный преобразователь Rosemount 3144P c входным сигналом термопреобразователея сопротивления с НСХ Cu100 (a=0,00426) (Рисунок 4):

Диапазон измерения D_yдат = -50…+200 ⁰С;

Допускаемая основная погрешность D_дат = ±0,17 ⁰С, с возможностью повышения точности до D_дат = ±0,136 ⁰С. В расчетах будем использовать базовую точность.

Тип выходного сигнала 4-20 мА.

Среда измерения вода и другие жидкости.

 

3. Рассчитаем разрядность АЦП

 

 

Для 12 – разрядного АЦП с диапазоном входной величины 250 ⁰С коэффициент пересчета составит

 

 

 

4. Вычисляем величину младшего разряда АЦП

 

 

 

5. Определяем разрядность ЦАП

Находим коэффициент пересчета ЦАП

 

 

6. Коэффициент пересчета от входа АЦП до входа ЦАП составит

 

 

7. Определяем погрешность вычисления управляющего воздействия.

7.1 Рассчитаем трансформированную погрешность. Для численного интегрирования выбрана формула прямоугольников как более простая. Тогда для ПИ-закона регулирования получим:

 

 

Полученная величина трансформаторной погрешности значительно превосходит допустимое значение погрешности вычисления управляющего воздействия, равное 0,05 В. Для ее уменьшения увеличим разрядность ЦАП до 10, чтобы уменьшить коэффициент пересчета, новое значение пересчета которого составит:

 

 

При таком значении коэффициента пересчета s _mp = 0,016 В, что не превышает допустимое значение.

7.2 Рассчитаем величину методической погрешности s_мет:

 

 

 

7.3 Для оценки инструментальной погрешности выбираем разрядность АЛУ микроконтроллера на 4 разряда больше, чем в АЦП, и находим величину младшего разряда

 

Далее для оценки инструментальной погрешности, которая обусловлена ограниченной длиной разрядной сетки вычислителя, необходимо подсчитать количество округлений в алгоритмах проверки на достоверность, сглаживание и ПИ-закона управления с использованием выбранной формулы численных вычислений (черточками обозначена процедура округления):

 

 

В приведенной системе уравнений - требуемое значение регулируемой переменной y. Из системы видно, что количество округлений m=12 (при определении m нельзя дважды учитывать округление одной и той же величины).

Поскольку инструментальная погрешность в пределах младшего разряда АЛУ подчиняется равномерному закону, дисперсия единичного округления вычислителя:

Тогда инструментальную погрешность АЛУ при вычислении управляющего воздействия найдем как

Для проверки условия по формуле определим значение суммарной погрешности вычисления:

Сравнение полученного значения с допустимым = 0,05 В позволяет убедиться в выполнении условия обеспечения требования технического задания .

8. В соответствии с результатами расчета находим модули ввода-вывода и контроллер, отвечающие требованиям по точности преобразований и вычислений, и имеющие разрядности не менее рассчитанных. Из каталога фирмы Fastwel можно выбрать для использования в ЦУП следующие модули:

 

а) Fastwel AIM722 - Двухканальный модуль аналогового ввода сигналов постоянного тока 0 - 20 мА с параметрами приведенными в таблице 2.

 

Таблица 3 – параметры Fastwel AIM722

Число каналов измерения тока	2, дифференциальные
Диапазон измерения тока	От 0 до 20 мА
Входное сопротивление каналов измерения тока	<150 Ом при 20 мА
Разрядность АЦП	22 разряда, ∆-∑
Полное время преобразования входного сигнала по одному каналу	1000 Гц - 8,4 мс 100Гц- 84,5мс 50 Гц - 160,3 мс 25 Гц - 320,8 мс
Основная приведенная погрешность, 25°С	Не более 0,02% для исполнения AIM72201, не более 0,04% для исполнения AIM72202при частоте фильтра 1000 Гц
Среднее время наработки на отказ	700 000 ч

 

Рисунок 1 – Fastwel AIM722

 

 

б) Fastwel AIM730 - Двухканальный модуль аналогового вывода сигналов постоянного тока: 0-20 мА или 4-20 мА с параметрами приведенными в таблице 3.

 

Таблица 4 – параметры Fastwel AIM730

Число каналов выдачи тока
Разрядность ЦАП	16 разрядов
Основная погрешность формирования тока	AIM73001– 0,04%, AIM73002– 0,08%.
Температурная погрешность формирования тока	0,002%/ K
Время установления сигнала	0,8 мс
Задержка обновления сигнала на выходе после записи нового значения по шине FBUS	8 мс
Среднее время наработки на отказ	800 000 ч

 

Рисунок 2 – Fastwel AIM730

 

в) Fastwel CPM723-01 - Контроллер программируемый универсальный c параметрами приведенными в таблице 3.

 

Таблица 5 – параметры Fastwel CPM723-01

Процессор	ARM Процессор 500 Мгц
ОЗУ	256 Мбайт
Flash-память	NAND Flash 4 Гб
Среда разработки приложений	CODESYS V3
Интерфейс	2 порта Ethernet 10/100 Мбит/с
Поддерживаемые протоколы	MODBUS TCP (клиент и сервер, с маршрутизацией в MODBUS RTU); FTP; HTTP.
Среднее время наработки на отказ	800 000 ч

 

Рисунок 3 – Fastwel FCM723-01

 

Рисунок 4 – Rosemount 3144P

 

Окончательный выбор КТС ЦСУ зависит от стоимости блоков.

 

Заключение

В ходе курсовой работы была произведена оценка точности вычисления управляющего воздействия, определена его допустимая погрешность расчета. Был произведен расчет разрядных сеток АЦП и ЦАП. Была найдена величина методической погрешности, произведена оценка инструментальной погрешности.

В соответствии с выполненными расчетами были подобраны модули ЦСУ, отвечающие требованиям по точности преобразований и вычислений, и имеющие разрядные сетки по длине не хуже рассчитанных.

Модули были подобраны из каталога компании-производителя Fastwel.