Проектирование системы автоматического управления утилизации тепловой энергии
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
Введение
В настоящее время при автоматизации процессов в промышленности все более широкое распространение получают различные системы автоматического управления.
Системы утилизации тепла предназначены для отбора тепловой мощности от двигателя внутреннего сгорания, концентрации ее в выходном теплообменнике и передачи в сеть теплоснабжения.
Автоматическое управление в технике, совокупность действий, направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта без непосредственного участия человека в соответствии с заданной целью управления широко применяется во многих технических системах для выполнения операций, не осуществимых человеком в связи с необходимостью переработки большого количества информации в ограниченное время, для повышения качества и точности регулирования, освобождения человека от управления системами, функционирующими в условиях относительной недоступности или опасных для здоровья. Цель управления тем или иным образом связывается с изменением во времени регулируемой величины - выходной величины управляемого объекта. Для осуществления цели управления, с учетом особенностей управляемых объектов различной природы и специфики отдельных классов систем, организуется воздействие на управляющие органы объекта - управляющее воздействие. Оно предназначено также для компенсации эффекта внешних возмущающих воздействий, стремящихся нарушить требуемое поведение регулируемой величины. Управляющее воздействие вырабатывается устройством управления. Совокупность взаимодействующих управляющего устройства и управляемого объекта образует систему автоматического управления.
Таким образом, целью данной курсовой работы является проектирование системы автоматического управления утилизации тепловой энергии.
1. Техническое задание
Необходимо разработать систему автоматического управления, позволяющую утилизировать тепловую энергию. Структурная схема данной системы приведена на рисунке 1.
МП - микропроцессор;
У - усилитель;
ДВ - электродвигатель;
Н - насос;
Теп - теплообменник;
Дт - датчик температуры;
Вен - вентилятор.
Рисунок 1 - Структурная схема САУ утилизации тепловой энергии
МП - микропроцессор со специализированным программным обеспечением, осуществляет циклический опрос датчика температуры с периодом не менее 5 секунд и анализирует его показания;
У - усилитель, предназначен для усиления сигнала, подаваемого с микропроцессора на исполнительный механизм - электродвигатель;
ДВ - двигатель, передает напор воды в насос;
Н - насос, перекачивает промежуточный теплоноситель в теплообменник.
Теп - теплообменник, который используется в качестве теплоутилизатора с промежуточным теплоносителем;
Дт - датчик температуры, учитывающий внешнее возмущающее воздействие окружающей среды;
Вен - вентилятор, который осуществляет охлаждение промежуточного теплоносителя в теплообменнике.
Работа системы осуществляется следующим образом: сигнал с микропроцессора поступает на усилитель, на котором этот сигнал усиливается для его приема двигателем. Начинает свою работу двигатель, который, в свою очередь, вращает насос. Напор воды подается в теплообменник, функцией которого является теплоутилизация. С теплообменника сигнал о температуре воды поступает на датчик температуры, который фиксирует это значение. Таким образом, на микропроцессор поступают сведения о температуре воды на данный момент времени. В зависимости от температуры окружающего воздуха и соответственно от нагрузки отопительной сети тепловой поток в теплообменнике можно регулировать поворотом лопастей вентилятора. В результате получаем САУ утилизации тепловой энергии.
Параметры разрабатываемой регулируемой системы:
-тепловой поток, кВт 50;
-рабочее давление, мПа 32;
-число параллельных потоков (газовых и жидкостных) 1;
-количество вентиляторов 1;
-мощность привода, кВт 3;
-утилизируемый тепловой поток, кВт 21-41;
-габаритные размеры, мм 187014001440;
-масса, кг 940;
-время регулирования tp, мин 10;
-перерегулирование s, % 30.
2. Определение элементной базы и расчет передаточных функций выбранных элементов
2.1 Выбор микропроцессора
Для проектируемой локальной системы поддержания температуры выбран однокристальный микропроцессор серии КР180ВМ1А. Это шестнадцатиразрядный микропроцессор, имеющий фиксированную систему команд, совместимую с системой команд ЭВМ. Микропроцессор осуществляет обработку как внешних, так и внутренних прерываний и организует обмен информацией между микропроцессором и внешними устройствами. В микропроцессоре используются регистровая, косвенно-регистровая, автоинкрементная, косвенно - автоинкрементная, индексная, косвенно-индексная виды адресаций.
Технические данные микропроцессора КР1801ВМ1А:
-напряжение питания, В 55%;
-разрядность обрабатываемых команд 16;
-число выполняемых команд 68;
-максимальный объем памяти, Кбайт64;
-число уровней прерывания 4;
-быстродействие, тыс. оп./с 500;
-максимальный потребляемый ток, А 0.24;
Передаточная функция микропроцессора:
Wмп(p) = 1 (1)
2.2 Выбор операционного усилителя
Мощность с выхода микропроцессора недостаточна для управления исполнительным механизмом (двигателем). Поэтому для согласования сигналов