Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Шпаргалки - Автоматизированные системы управления и информац.технологиям - файл 1.docx


Шпаргалки - Автоматизированные системы управления и информац.технологиям
скачать (2034.6 kb.)

Доступные файлы (1):

1.docx2035kb.03.12.2011 10:34скачать

содержание

1.docx

25

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) — это человеко-машинная система управления, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием.

Функции АСУТП следует отличать от функций, выполняемых всем комплексом технических средств системы или его отдельными устройствами. Они могут быть управляющими, информационными и вспомогательными.

Управляющие функции АСУТП — это выработка и реализация управляющих воздействий на ТОУ. Управляющие функции реализуются процедурами блока формирования управляющих воздействий, в котором в соответствии с заложенными алгоритмами и ин

струкциями формируются управляющие решения и соответствующие воздействия на ТОУ и блок задания в целях максимизации или минимизации критерия оптимальности. Сформированные управляющие воздействия реализуются на ТОУ исполнительными органами.

^ Информационные функции АСУТП — это функции системы по сбору, обработке и предоставлению информации о состоянии ТОУ оператору или на последующую обработку в блок формирования управляющих воздействий. В процессе обработки информации выполняются операции суммирования, сглаживания, вычисления косвенных показателей, которые не могут быть определены непосредственно при контроле сопоставления текущих значений параметров технологического процесса с заданными. Одновременно могут осуществляться подготовка и передача информации в смежные системы управления, обобщение результатов и прогноз состоя

ния ТОУ и технологического оборудования. Отличительной особенностью управляющих и информационных функций АСУТП является их направленность на конкретного потребителя.

^ Вспомогательные функции обеспечивают решение внутрисистемных задач. В отличие от управляющих и информационных функций АСУТП они предназначены для обеспечения собственного функционирования автоматизированной системы управления.

5

Среди различных автоматических систем наибольшее распространение получили САР, в которых реализован принцип регулирования по отклонению.

Система автоматического регулирования (САР) состоит из объекта регулирования (ОР), регулятора (Р), исполнительного механизма (ИМ), регулирующего органа (РО), задающего устройства (задатчика), сумматора (С), измерительного устройства (датчика), состоящего из чувствительного элемента (ЧЭ), усилителя-преобразователя сигналов измерительной информации (Ус), а также линий связи, соединяющих эти устройства.

Регулятор – автоматическое устройство, реагирующее на отклонения регулируемого параметра от заданного значения и изменяющее приток вещества или энергии (например, пара, горячей воды и т.п.) в объект для поддержания равновесного состояния. Управляющее устройство регулятора воспринимает воздействия от измерительного устройства, сравнивает его с воздействием от задающего элемента (задатчика) в сумматоре (С) и вырабатывает сигнал (рассогласование), пропорциональный заданному значению регулируемого параметра. Управляющее устройство (регулятор) усиливает полученную разность (рассогласование) через усилитель и с помощью исполнительного механизма управляет подачей вещества или энергии.

^ Исполнительный механизм (ИМ) предназначен для перемещения регулирующего органа (РО) под воздействием сигнала рассогласования, полученного от управляющего устройства.

^ Регулирующий орган служит для воздействия на объект регулирования (ОР) посредством увеличения или уменьшения подачи вещества или энергии в реализуемый объект.

^ Измерительное устройство воспринимает измерение регулирующего параметра с помощью чувствительного элемента (ЧЭ), преобразует и усиливает полученное сформированное воздействие при помощи усилителя-преобразователя (Ус) для управления элементами регулятора.

По структуре регулятора системы автоматического регулирования подразделяются на системы прямого и непрямого регулирования. Если сигнал от ЧЭ непосредственно, без усилителя мощности воздействует на регулирующий орган, то регулятор является регулятором прямого действия и система называется системой прямого регулирования.

Если выходной сигнал с измерительного устройства усиливается одним или несколькими усилителями мощности, регулятор называется регулятором непрямого действия, а система – системой непрямого регулирования.


2

Задачей системы автоматического управления является формирование и выдача на объект воздействий, обеспечивающих требуемое течение технологического процесса. В зависимости от вида получаемой информации об управляемых или о возмущающих величинах автоматические системы подразделяются на классы:

- замкнутые (принцип Ползунова- Уатта, по отклонению);

- разомкнутые (принцип Понселе, по возмущению);

- комбинированные (по замкнуто-разомкнутому циклу).

В системах замкнутого цикла используется информация об управляющих величинах y(t). Они сравниваются с заданиями g(t), т.е. преобразуются в отклонения ε(t) = g(t) – y(t), а затем на основании отклонений ε(t) регулятор вырабатывает регулирующее воздействие u(t) – реализуется принцип управления по отклонению. По виду задания, поступающего с задатчика, различают системы стабилизации, следящие и программного управления. В системах стабилизации задание постоянно, т.е. g(t)=const. В следящих оно изменяется в определенных пределах по неизвестному заранее закону. Задание в системах программного управления изменяется во времени по определенной программе. Основной недостаток управления по принципу отклонения это то, что возмущающее воздействие, поступающее на объект, подавляется только после того, как оно вызовет ответную реакцию объекта.

3

Задачей системы автоматического управления является формирование и выдача на объект воздействий, обеспечивающих требуемое течение технологического процесса. В зависимости от вида получаемой информации об управляемых или о возмущающих величинах автоматические системы подразделяются на классы:

- замкнутые (принцип Ползунова- Уатта, по отклонению);

- разомкнутые (принцип Понселе, по возмущению);

- комбинированные (по замкнуто-разомкнутому циклу).

^ Регулирование по возмущению или по компенсации - разомкнутый цикл - основано на том, что из совокупности возмущений f(t), действующих в системе, выбивается одно, главное, на которое реагирует САР. При этом компенсируется влияние на регулируемый параметр y(t) только основного возмущающего воздействия и регулирующее воздействие u(t) формируется в САР согласно результатам главного возмущающего фактора, действующего на объект. От замкнутого цикла отличается отсутствием обратной связи.

Достоинство этого принципа в том, что влияние возмущающего воздействия f(t) может быть устранено до того, как произойдет отклонение регулируемого параметра, вследствие воздействия регулятора на объект. Регулируемый параметр y(t) на выходе объекта не связан со входом регулятора. Регулирующее воздействие не зависит ни от протекания (хода) процесса в объекте, ни от регулируемого параметра, а формируется лишь возмущающим воздействием и законом управления по возмущению. Недостатком систем разомкнутого цикла является невозможность корректировки управляющего воздействия при нежелательном изменении управляемой величины под действием возмущений.

4

Задачей системы автоматического управления является формирование и выдача на объект воздействий, обеспечивающих требуемое течение технологического процесса. В зависимости от вида получаемой информации об управляемых или о возмущающих величинах автоматические системы подразделяются на классы:

- замкнутые (принцип Ползунова- Уатта, по отклонению);

- разомкнутые (принцип Понселе, по возмущению);

- комбинированные (по замкнуто-разомкнутому циклу).

^ Комбинированный (замкнуто-разомкнутый) принцип регулирования по отклонению и по возмущению сочетает достоинства и недостатки указанных выше принципов. В комбинированной САР воздействие по нагрузке f(t) обеспечивает немедленное формирование регулирующего воздействия u(t) согласно изменениям нагрузки (контур I) и по отклонению (контур II), для устранения погрешностей, возникающих в результате неточности регулирования по нагрузке.

Основной недостаток управления по принципу отклонения это то, что возмущающее воздействие, поступающее на объект, подавляется только после того, как оно вызовет ответную реакцию объекта.

Достоинство разомкнутого принципа в том, что влияние возмущающего воздействия f(t) может быть устранено до того, как произойдет отклонение регулируемого параметра, вследствие воздействия регулятора на объект.

Недостатком систем разомкнутого цикла является невозможность корректировки управляющего воздействия при нежелательном изменении управляемой величины под действием возмущений.



1

Среди различных автоматических систем наибольшее распространение получили САР, в которых реализован принцип регулирования по отклонению.

Целью САР является поддержание постоянной величины (параметра), характеризующей процесс или изменение ее по заданному закону (алгоритму), при котором регулируемая величина мало отличается от заданного значения.

Любая САР состоит из 2-х основных элементов: объекта регулирования (ОР) и регулятора. Основными свойствами объектов регулирования являются емкость объекта, самовыравнивание, время разгона объекта и запаздывания.

^ Емкость объекта – способность объекта аккумулировать вещество или энергию.

Самовыравнивание – свойство ОР после внесения возмущения (например, нарушение равновесия между притоком и расходом вещества) самостоятельно, без участия человека или регулятора, переходить в новое равновесное состояние. Самовыравнивание облегчает функционирование регулятора. Объекты регулирования, обладающие свойством самовыравнивания, называются статическими, а не обладающие этим свойством – астатическими.

Мерой емкости объекта без самовыравнивание является время разгона объекта Тр, под которым понимается время, в течение которого значение регулируемого параметра изменится от нуля до нормального при наибольшем дисбалансе между притоком и расходом среды. Величина, обратная времени разгона, пропорциональна скорости разгона объекта: ε= 1/Тр(1/с).

Мерой емкости объекта с самовыравниванием является постоянная времени разгона То – это время, в течение которого регулируемый параметр изменяется с постоянной скоростью от минимального до максимального значения. Для объекта без самовыравнивания Тр и То могут совпадать (при ступенчатом воздействии).

Коэффициент самовыравнивания (ρ) служит для количественной оценки явления. Он показывает, в какой степени отклонение параметра влияет на небаланс: ρ = У/Х, где Х –количественный показатель возмущения, У – количественный показатель регулируемой величины. Для объектов с самовыравниванием чаще пользуются величиной, обратной коэффициенту самовыравнивания – коэффициентом усиления объекта Кр, где Кр= 1/ ρ.

В САР после получения возмущающего воздействия (скачкообразно нарушен приток или расход) регулируемый параметр изменяется не мгновенно, а через некоторое время. Это время называется запаздыванием процесса в объекте τ. Различают емкостное и транспортное (передаточное) запаздывание. Емкостное запаздывание (tемк) зависит от емкости объекта регулирования. Транспортное запаздывание (tтр) – это время между перемещением регулируемого органа в результате полученного сигнала и началом изменения регулируемого параметра, т.е. время запаздывания складывается из времени сжигания топлива, передачи теплоты экранным трубам, парообразования в них, подъема пара в паровую часть барабана котла. Чем больше τ, тем труднее регулировать процесс. Наибольшим запаздыванием обладают объекты, в которых регулируется температура, а наименьшим – объекты, в которых поддерживается нагрузка.
8

Разработку системы управления начинают с построения математической модели объекта управления. ММ является основой для выбора структуры, алгоритма управления и параметров настройки системы управления. ММ любой части системы обозначают звеном. Графическое изображение ММ в виде звеньев, соединенных между собой связями (линиями со стрелками) в ТАУ называется структурной схемой. Звено изображают в виде прямоугольника, в контур которого вписывают оператор, отражающий динамику преобразования входного сигнала в выходной, в форме передаточной функции W(p). Обозначения входных, промежуточных и выходных переменных и управляющих воздействий записывают над линией или с правой стороны линии, показывающей место приложения соответствующего сигнала. Промежуточные переменные – это координаты, связывающие отдельные звенья структурной схемы. Суммирующие элементы (сумматоры) изображают в форме круга, разделенного на секторы.

Математическое описание элементов системы автоматического управления (САУ) различного принципа действия, конструктивного исполнения и функционального назначения можно осуществить с помощью ограниченного числа элементарных звеньев.

^ Элементарные звенья – это простые множители, входящие в состав передаточной функции или ее части.

Часть системы регулирования, которая описывается дифференциальным уравнением не выше второго порядка, называется типовым звеном. К типовым звеньям относят устойчивые элементарные звенья.

Существует шесть видов звеньев, из которых чаще всего состоят системы уравнения.

1. Статическое звено 0-го порядка (усилительное).

2. Статическое звено 1-го порядка (апериодическое).

3. Статическое звено 2-го порядка.

4. Интегрирующее звено.

5. Дифференцирующее звено.

6. Звено чистого запаздывания.
9

Разработку системы управления начинают с построения математической модели объекта управления. ММ является основой для выбора структуры, алгоритма управления и параметров настройки системы управления. ММ любой части системы обозначают звеном. Графическое изображение ММ в виде звеньев, соединенных между собой связями (линиями со стрелками) в ТАУ называется структурной схемой. Звено изображают в виде прямоугольника, в контур которого вписывают оператор, отражающий динамику преобразования входного сигнала в выходной, в форме передаточной функции W(p). Обозначения входных, промежуточных и выходных переменных и управляющих воздействий записывают над линией или с правой стороны линии, показывающей место приложения соответствующего сигнала. Промежуточные переменные – это координаты, связывающие отдельные звенья структурной схемы. Суммирующие элементы (сумматоры) изображают в форме круга, разделенного на секторы.

Математическое описание элементов системы автоматического управления (САУ) различного принципа действия, конструктивного исполнения и функционального назначения можно осуществить с помощью ограниченного числа элементарных звеньев.

^ Элементарные звенья – это простые множители, входящие в состав передаточной функции или ее части.

Часть системы регулирования, которая описывается дифференциальным уравнением не выше второго порядка, называется типовым звеном. К типовым звеньям относят устойчивые элементарные звенья.

Существует шесть видов звеньев, из которых чаще всего состоят системы уравнения.

1. Статическое звено 0-го порядка (усилительное).

2. Статическое звено 1-го порядка (апериодическое).

3. Статическое звено 2-го порядка.

4. Интегрирующее звено.

5. Дифференцирующее звено.

6. Звено чистого запаздывания.
10

Разработку системы управления начинают с построения математической модели объекта управления. ММ является основой для выбора структуры, алгоритма управления и параметров настройки системы управления. ММ любой части системы обозначают звеном. Графическое изображение ММ в виде звеньев, соединенных между собой связями (линиями со стрелками) в ТАУ называется структурной схемой. Звено изображают в виде прямоугольника, в контур которого вписывают оператор, отражающий динамику преобразования входного сигнала в выходной, в форме передаточной функции W(p). Обозначения входных, промежуточных и выходных переменных и управляющих воздействий записывают над линией или с правой стороны линии, показывающей место приложения соответствующего сигнала. Промежуточные переменные – это координаты, связывающие отдельные звенья структурной схемы. Суммирующие элементы (сумматоры) изображают в форме круга, разделенного на секторы.

Математическое описание элементов системы автоматического управления (САУ) различного принципа действия, конструктивного исполнения и функционального назначения можно осуществить с помощью ограниченного числа элементарных звеньев.

^ Элементарные звенья – это простые множители, входящие в состав передаточной функции или ее части.

Часть системы регулирования, которая описывается дифференциальным уравнением не выше второго порядка, называется типовым звеном. К типовым звеньям относят устойчивые элементарные звенья.

Существует шесть видов звеньев, из которых чаще всего состоят системы уравнения.

1. Статическое звено 0-го порядка (усилительное).

2. Статическое звено 1-го порядка (апериодическое).

3. Статическое звено 2-го порядка.

4. Интегрирующее звено.

5. Дифференцирующее звено.

6. Звено чистого запаздывания.

11

Разработку системы управления начинают с построения математической модели объекта управления. ММ является основой для выбора структуры, алгоритма управления и параметров настройки системы управления. ММ любой части системы обозначают звеном. Графическое изображение ММ в виде звеньев, соединенных между собой связями (линиями со стрелками) в ТАУ называется структурной схемой. Звено изображают в виде прямоугольника, в контур которого вписывают оператор, отражающий динамику преобразования входного сигнала в выходной, в форме передаточной функции W(p). Обозначения входных, промежуточных и выходных переменных и управляющих воздействий записывают над линией или с правой стороны линии, показывающей место приложения соответствующего сигнала. Промежуточные переменные – это координаты, связывающие отдельные звенья структурной схемы. Суммирующие элементы (сумматоры) изображают в форме круга, разделенного на секторы.

Математическое описание элементов системы автоматического управления (САУ) различного принципа действия, конструктивного исполнения и функционального назначения можно осуществить с помощью ограниченного числа элементарных звеньев.

^ Элементарные звенья – это простые множители, входящие в состав передаточной функции или ее части.

Часть системы регулирования, которая описывается дифференциальным уравнением не выше второго порядка, называется типовым звеном. К типовым звеньям относят устойчивые элементарные звенья.

Существует шесть видов звеньев, из которых чаще всего состоят системы уравнения.

1. Статическое звено 0-го порядка (усилительное).

2. Статическое звено 1-го порядка (апериодическое).

3. Статическое звено 2-го порядка.

4. Интегрирующее звено.

5. Дифференцирующее звено.

6. Звено чистого запаздывания.


12

Разработку системы управления начинают с построения математической модели объекта управления. ММ является основой для выбора структуры, алгоритма управления и параметров настройки системы управления. ММ любой части системы обозначают звеном. Графическое изображение ММ в виде звеньев, соединенных между собой связями (линиями со стрелками) в ТАУ называется структурной схемой. Звено изображают в виде прямоугольника, в контур которого вписывают оператор, отражающий динамику преобразования входного сигнала в выходной, в форме передаточной функции W(p). Обозначения входных, промежуточных и выходных переменных и управляющих воздействий записывают над линией или с правой стороны линии, показывающей место приложения соответствующего сигнала. Промежуточные переменные – это координаты, связывающие отдельные звенья структурной схемы. Суммирующие элементы (сумматоры) изображают в форме круга, разделенного на секторы.

Математическое описание элементов системы автоматического управления (САУ) различного принципа действия, конструктивного исполнения и функционального назначения можно осуществить с помощью ограниченного числа элементарных звеньев.

^ Элементарные звенья – это простые множители, входящие в состав передаточной функции или ее части.

Часть системы регулирования, которая описывается дифференциальным уравнением не выше второго порядка, называется типовым звеном. К типовым звеньям относят устойчивые элементарные звенья.

Существует шесть видов звеньев, из которых чаще всего состоят системы уравнения.

1. Статическое звено 0-го порядка (усилительное).

2. Статическое звено 1-го порядка (апериодическое).

3. Статическое звено 2-го порядка.

4. Интегрирующее звено.

5. Дифференцирующее звено.

6. Звено чистого запаздывания.

13,14

Объекты мясной и молочной промышленности можно отнести к следующим группам со сходными динамическими свойствами:
Одноемкостные объекты те, скорость изменения выходной величины которых при подаче на вход ступенчатого воздействия постоянная или непрерывно уменьшается с течением времени от максимального, соответствующего начальному моменту времени, до нуля. Напомним, что емкость объекта Е характеризует его способность накаливать вещество или энергию. Уравнения динамики для этой группы соответствуют интегрирующему звену для астатических объектов или апериодическому 1-го порядка для статических. Одноемкостные статические объекты обладают способностью самовыравнивания. Моделями 1-го порядка удовлетворительно описываются динамические свойства большого числа технологических объектов управления в мясной, молочной и рыбной промышленности. Многоемкостные объекты состоят из последовательно соединенных звеньев. Для упрощения математического описания многоемкостные объекты часть представляют в виде последовательно соединенных одноемкостного (статического или астатического) и объекта запаздывания. (см. рис. 19). К объектам запаздывания относятся трубопроводы, транспортеры. Состояние объектов с распределенными параметрами невозможно охарактеризовать заданием регулируемых величин только во времени. Состояние этих объектов описывают дифференциальными уравнениями в частных производных, интегральными и интегродифференциальными уравнениями. К объектам с распределенными параметрами относятся пастеризационные установки, термокамеры.

Рис.19. Графики переходных характеристик многоемкостных объектов и их структурные схемы после аппроксимации: а – статического; б – астатического.

^ 15

Закон регулирования – это математическая зависимость, с помощью которой определяется регулирующее воздействие u(t) по сигналу рассогласования e(t) По характеру изменения регулирующего воздействия различают линейные и нелинейные, дискретные и непрерывные законы регулирования. В инженерной практике наибольшее применение имеют типовые линейные законы регулировании: пропорциональный (П), интегральный (И), пропорционально-интегральный (ПИ), пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД). Регуляторы, работающие по этим законам, называют П-, И-, ПИ-, ПИД-регуляторами. Коэффициенты и постоянные времени, входящие в законы, называют параметрами настройки (уставками). Они позволяют обеспечить необходимый характер переходного процесса регулирования для объектов с различными динамическими свойствами. Кроме органов настройки, непосредственно воздействующих на параметры, входящие в закон регулирования, регуляторы имеют органы настройки, косвенно влияющие на режим работы САР, такие, как чувствительность регулятора и др.

П-регулятор по динамическим характеристикам является безинерционным звеном, коэффициент передачи которого Кр численно равен перемещению РО при единичном отклонении регулируемой величины от заданного значения, т.е. u(t) = Kp e(t) , а передаточная функция W(p) = Kp, где Kp - коэффициент передачи.

Настроечный параметр этого регулятора представляют не в форме Kp, а в виде величины δ, обратно пропорциональной коэффициенту передачи. Эту величину называют степенью неравномерности или диапазоном дросселирования (в пневматических регуляторах) – см. рис.20. Степень неравномерности, выраженная в процентах, характеризует степень отклонения регулируемой величины (в процентах от максимально возможной для данной САР), которая соответствует перемещению РО из одного крайнего положения в другое. Главным достоинством П-регуляторов является простота их реализации и настройки. При наличии возмущающих воздействий регулятор быстро приводит к в равновесное состояние почти любой объект. Положение РО однозначно связано с отклонением регулируемого параметра от заданного значения, что обуславливает статическую ошибку – основной недостаток П-регуляторов.
Рис.20. График переходного процесса САР с П-регулятором.

^ 16

Закон регулирования – это математическая зависимость, с помощью которой определяется регулирующее воздействие u(t) по сигналу рассогласования e(t) По характеру изменения регулирующего воздействия различают линейные и нелинейные, дискретные и непрерывные законы регулирования. В инженерной практике наибольшее применение имеют типовые линейные законы регулировании: пропорциональный (П), интегральный (И), пропорционально-интегральный (ПИ), пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД). Регуляторы, работающие по этим законам, называют П-, И-, ПИ-, ПИД-регуляторами. Коэффициенты и постоянные времени, входящие в законы, называют параметрами настройки (уставками). Они позволяют обеспечить необходимый характер переходного процесса регулирования для объектов с различными динамическими свойствами. Кроме органов настройки, непосредственно воздействующих на параметры, входящие в закон регулирования, регуляторы имеют органы настройки, косвенно влияющие на режим работы САР, такие, как чувствительность регулятора и др.

И-регулятор по динамическим свойствам соответствует интегрального звену. Он перемещает РО пропорционально интегралу от отклонения регулируемой величины u(t) = Kp ∫ e(t)dt. Коэффициент передачи Кр равен скорости перемещения РО при отклонении регулируемой величины на единицу ее измерения. Интегральный регулятор перемещает РО до тех пор, пока регулируемая величина не достигнет заданного значения. САР с И-регулятором не имеет статической ошибки и является астатической. Передаточная функция И-регулятора:

W(p) = Kp / (Tи p) , где Ти – постоянная величина интегрирования (постоянная изодрома), равная времени, в течение которого выходной сигнал регулятора достигает значения входного сигнала. И-регуляторы способы устойчиво регулировать лишь объекты, обладающие самовыравниванием. Для них характерна относительно невысокая скорость регулирования, при этом она обратно пропорциональна Ти. И-регуляторы используют, в основном, при построении ПИ- и ПИД-регуляторов.



17

Закон регулирования – это математическая зависимость, с помощью которой определяется регулирующее воздействие u(t) по сигналу рассогласования e(t) По характеру изменения регулирующего воздействия различают линейные и нелинейные, дискретные и непрерывные законы регулирования. В инженерной практике наибольшее применение имеют типовые линейные законы регулировании: пропорциональный (П), интегральный (И), пропорционально-интегральный (ПИ), пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД). Регуляторы, работающие по этим законам, называют П-, И-, ПИ-, ПИД-регуляторами. Коэффициенты и постоянные времени, входящие в законы, называют параметрами настройки (уставками). Они позволяют обеспечить необходимый характер переходного процесса регулирования для объектов с различными динамическими свойствами. Кроме органов настройки, непосредственно воздействующих на параметры, входящие в закон регулирования, регуляторы имеют органы настройки, косвенно влияющие на режим работы САР, такие, как чувствительность регулятора и др.

ПИ-регуляторы (изодромные) сочетают преимущества П- и И-регуляторов и обеспечивают устойчивое регулировании (без статической ошибки) большинства объектов. Математическое выражение закона ПИ-регулирования: u(t) = Kp[e(t) + (1/Tu) ∫ e(t)dt] . В И-регуляторе после скачкообразного изменения сигнала рассогласования регулирующий орган под воздействием пропорциональной составляющей мгновенно переходит в новое положение, определяемое произведением Ке, а затем под воздействием интегральной составляющей перемещается с постоянной скоростью Ке /Ти. С ростом Ти влияние интегральной составляющей на процесс регулирования уменьшается. Передаточная функция ПИ-регулятора имеет вид: W(p) = Kp (1 + 1/Tup). Параметры настойки: коэффициент передачи Кр и постоянная интегрирования Ти.

^ 18

Закон регулирования – это математическая зависимость, с помощью которой определяется регулирующее воздействие u(t) по сигналу рассогласования e(t) По характеру изменения регулирующего воздействия различают линейные и нелинейные, дискретные и непрерывные законы регулирования. В инженерной практике наибольшее применение имеют типовые линейные законы регулировании: пропорциональный (П), интегральный (И), пропорционально-интегральный (ПИ), пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД). Регуляторы, работающие по этим законам, называют П-, И-, ПИ-, ПИД-регуляторами. Коэффициенты и постоянные времени, входящие в законы, называют параметрами настройки (уставками). Они позволяют обеспечить необходимый характер переходного процесса регулирования для объектов с различными динамическими свойствами. Кроме органов настройки, непосредственно воздействующих на параметры, входящие в закон регулирования, регуляторы имеют органы настройки, косвенно влияющие на режим работы САР, такие, как чувствительность регулятора и др.

ПИД-регуляторы по динамическим свойствам воздействуют на объект пропорционально отклонению регулируемой величины, интегралу от этого отклонения и скорости изменения регулируемой величины. Математическое выражение ПИД закона регулирования: u(t) = Kp[e(t) + 1/Tu ∫ e(t)dt + Tn de(t)/dt] , где Ти – постоянная интегрирования, Тп – время предварения. ПИД-регуляторы интегральные (изодромные) регуляторы с предварением, т.е. они реагируют не только на отклонение регулируемой величины от заданной, но и на тенденцию ее изменения. Структурно ПИД-регулятор можно представить как систему из 3-х параллельно включенных безинерционного, интегрирующего и дифференцирующего звеньев. Передаточная функция ПИД-регулятора:
W(p) = Kp(1 + 1/Tup + Тпр).
ПИД-регулятор при скачкообразном изменении регулируемой величины в начальный момент времени оказывает мгновенное бесконечно большое по амплитуде воздействие на объект, затем величина воздействия уменьшается до значения, определяемого пропорциональной частью регулятора. Далее реализуется ПИ функция (рис.21). Наличие дифференцирующей составляющей улучшает эффект регулирования при действии на объект значительных переменных воздействий (нагрузок). Однако настойка ПИД-регулятора, связанная с определением трех параметров (Кр, Ти, Тп) сложна, при неправильной настройке качество регулирования может оказаться хуже, чем при использовании более простых регуляторов.

Параметры настроек рассмотренных регуляторов определяют расчетным путем на основании динамических свойств объекта (статический, астатический) и заданных требований к процессу регулирования – по формулам для приближенного расчета.
Рис. 21. График переходной характеристики САР с ПИД-регулятором.
^ 19

Системы со средствами вычислительной техники в контуре управления относятся к дискретным системам, которые функционируют в дискретном временном пространстве и определяются дискретными состояниями (рис.22) В такой системе, в отличие от непрерывной, управляющее устройство оперирует с дискретными числовыми последовательностями, получаемыми путем квантования по времени непрерывной функции (рис.23). Обычно в цифровых системах квантование производится с постоянным интервалом времени (интервалом дискретности Т). Преобразование непрерывного сигнала в числовую последовательность осуществляется в аналого-цифровом преобразователе (АЦП). В вычислительном устройстве (ВУ) определяется текущее значение управляющего воздействия, которое преобразуется затем из числового (дискретного) в непрерывный (аналоговый) сигнал с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Для управления технологическими процессами часто используют хорошо исследованные линейные законы регулирования, реализуемые в дискретной форме в ВУ. В этом случае определяют параметры настройки, рассмотренные выше, а также рассчитывают интервал дискретности. Управляющее вычислительное устройство (контроллер) одновременно обслуживает несколько контуров управления.

Рис. 22. Структурная схема САР с цифровым вычислительным устройством

Рис. 23. Графики непрерывной функции (аналоговый сигнал- а) и дискретной последовательности (б -).
20

К общетехническим параметрам относятся температура, давление (разряжение, перепад давлений), уровень, расход, электрические (сила тока, напряжения, мощность).

^ Измерение температуры.

Температура – физическая величина, характеризующая среднюю кинетическую энергию хаотического движения молекул вещества. Температуру измеряют с помощью термометров. Средства измерения (СИ) температуры делятся на контактные и бесконтактные. Контактные термометры подразделяют на термометры расширения, электрические и специальные. Термометры расширения делятся на жидкостные, биметаллические, дилатометрические и манометрические. Манометрические преобразователи температуры формируют на выходе унифицированный сигнал (пневмоавтоматики), позволяет дистанционно измерять температуру без использования дополнительной энергии на расстоянии до 60м. Они просты по конструктивному исполнению, надежны в эксплуатации, с равномерной шкалой, взрывобезопасны и нечувствительны.

К электрически термометрам относят термометры сопротивления (терморезисторы) и термоэлектрические (термопары). К специальным относят различные индикаторы температуры.

Измерительные преобразователи на основе терморезисторных и термоэлектрических принципов просты по конструкции и имеют высокую надежность. Однако их выходной сигнал невелик по величине и без дополнительного усиления не может быть передан на большое расстояние до нескольких десятков метров.

Термопреобразователи сопротивления (ТПС) предназначены для измерения малых и средних величин температур (до 600°С – платиновый и до 200°С – медный ЧЭ) и работают в комплекте с логометрами и мостовыми схемами (автоматическими мостами и цифровыми приборами).

Термоэлектрический термометр представляет собой измерительное устройство, состоящее из термоэлектрического преобразователя температуры, электроизмерительного прибора и проводов, соединяющих их между собой в единое целое.

Для измерения термо ЭДС термопар в термоэлектрических термометрах используются измерительные приборы, предназначенные для измерения небольших значений напряжения постоянного тока (от 0 до 100 мВ). Наиболее часто в качестве измерительных приборов используют милливольтметры, потенциометры и цифровые измерительные приборы.

Интеллектуальный датчик температуры предназначен для преобразования температуры от первичного измерительного преобразователя на основе медного или платинового преобразователя в цифровой код.

Бесконтактные СИ основаны на использовании электромагнитных и ультразвуковых явлений – эти термометры называются пирометры. Пирометры позволяют контролировать температуру потоков продукции и не искажают температурное поле.

Аналоговые преобразователи температуры для совместимости со средствами микропроцессорной техники требуют наличия на выходе АЦП. Это можно осуществить посредством моделей ввода аналоговых сигналов серий АДАМ, тогда на выходе можно получить сигнал, пропорциональный величине температуры, в цифровой форме.

^ Измерение давления

Давление измеряется с помощью манометров и измерительных преобразователей давления.

Различают абсолютное, атмосферное, избыточное давление и разряжение или вакуум.

Манометр – это измерительный прибор для измерения давления или разности давлений с непосредственным отсчетом (отображением) значений. Измерительный преобразователь давления имеет выходной сигнал, функционально связанный с измеряемым давлением.

По функциональному назначению различают манометры: напоромеры (избыточные давления до 40 кПа); тягомеры- вакуумметры (не более 40 кПа), тягонапоромеры-мановакууметры (-20 … +20 кПА), вакуумметры глубокого вакуума (менее 200 Па), дифманометры – для измерения разности давлений.

По принципу действия чувствительного элемента манометры и измерительные преобразователи давлений (ИПД) принято делить на три группы:

1 – поршневые, жидкостные – основаны на прямых методах измерения давления;

2 – деформационные, тензорезисторные и др., основанные на прямых относительных методах измерения;

3 – термопарные и ионизационные вакуумметры, ультразвуковые манометр, основанные на косвенных методах измерений.

Непосредственно на технологическом оборудовании или на щитах (дистанционные измерения) устанавливаются деформационные манометры с трубчатой пружиной. Диапазон измерений от 10 Па до 2 ГПа. Широко применяются различного вида ИПД с тензочувствительным элементом, отделенным от измерительной среды типовой мембраной, ИПД с сухим керамическим емкостным чувствительным элементом с утопленной мембраной или сухим пьезорезистивным чувствительным элементом, со встроенным электронным блоком.




21

1.Измерения расхода и массы вещества

Измерение расхода и массы веществ необходимо осуществлять как при учетных и отчетных операциях (поступление сырья, отгрузка продукции), так и при контроле, регулировании и управлении технологическими процессами. Измерять приходится расход самых разнообразных веществ: жидких, сыпучих, твердых, например, при смешивании разных компонентов в строго определенных рецептурой пропорциях; воды, газа (работа котельной).

Основные понятия данной темы: расход вещества – это масса или объем вещества, проходящего через определенное сечение канала СИ в единицу времени. Различают объемный расход (м3/с; м3/ч и т.д.) и массовый (кг/с; кг/ч; т/ч и т.д.).

Расход вещества измеряется с помощью расходомеров. Расходомеры могут быть предназначены не только для измерения расхода, но и для измерения массы или объема вещества, проходящего через СИ в течение любого промежутка времени, тогда они называются расходомерами со счетчиками или просто счетчиками. Масса (W) или объем вещества (V) прошедшего через счетчик, определяется по разности двух последовательных во времени показаний отсчетного устройства.

В пищевой промышленности применяются следующие группы расходомеров жидких и газообразных веществ: переменного перепада давления; обтекания – постоянного перепада давления; тахометрические; электромагнитные (индукционные); переменного уровня; тепловые; вихревые; акустические.

Широко распространены различные автоматические весы и весовые дозаторы.

^ Расходомеры переменного перепада давления

Применяются для измерения расхода жидкости или газа (воздуха, пара), протекающих по трубопроводам.

Расходомеры обтекания

В этих расходомерам раскол вещества определяется по положению поплавка, изменяющего площадь проходного отверстия так, что перепад давления по обе стороны поплавка остается постоянным.

Ротаметры. Применяются для измерения расходов чистых или слабо загрязненных жидкостей и газов, протекающих по трубопроводам без резких колебаний напора.

^ Тахометрические расходомеры

Принцип их действия основан на использовании зависимостей скорости движения тел – чувствительных элементов, помещаемых в поток, от расхода веществ, протекающих через эти расходомеры

^ Электромагнитные (индукционные) расходомеры

Предназначены для измерения расхода различных жидких сред, в том числе с мелкодисперсными неферромагнитными частицами, с электрической проводимостью не ниже 5·102 См/м, протекающих в закрытый и полностью заполненные трубопроводах

^ Тепловые расходомеры

Эти расходомеры могут применяться при измерении небольших расходов любых сред, но особенно перспективны для измерения расхода очень вязких материалов (фруктовых начинки, пасты и т.п.).

^ 2.Измерение уровня

В пищевой промышленности во многих технологических процессах необходимо измерять уровень жидких или сыпучих материалов, сигнализировать о достижении ими максимального или минимального значения, чтобы не допустить переливов или недосыпов, или недопустимо низкого уровня.

Приборы для измерения уровня делят на две группы:

- уровнемеры, дающие непрерывную информацию о положении уровня в емкости в любой момент времени;

- сигнализаторы, дающие сигнал о достижении уровнем фиксированного значения (верхний, нижний, средний и т.п., в зависимости от того, где установлены чувствительные элементы).

В промышленности используются уровнемеры, основанные на самых разных физических принципах. Рассмотрим основные.

^ Механические уровнемеры

Виды механических уровнемеров: поплавковые, мембранные, контактно-механические и вибрационные.

Гидростатические уровнемеры

Эти уровнемepы основаны на измерении давления столба жидкости или выталкивающей сипы, действующей на тело, погруженное в жидкость.

В пищевой промышленности используются буйковые, пьезометрические (барботажные), гидростатические уровнемеры-манометры и дифманометры.

^ Электрические уровнемеры

В электрических уровнемepax используются электрические свойства среды - электропроводность, диэлектрическая проницаемость и др. С помощью первичного измерительного преобразователя изменение уровня преобразуется в электрический сигнал, измеряемый электроизмерительным прибором. Наиболее распространены кондуктометрические, eмкостныe и электролитические сигнализаторы.

Кондуктометрические уровнемеpы.

^ Акустичееские уровнемеры

Принцип действия акустических (ультразвуковых) уровнемеров основан на отражении колебаний от границы раздела сред с различным акустическим сопротивлением.

^ Волновые уровнемеры

Используются высокочастотные волновые методы измерений. Уровень среды определяют по интегральным характеристикам электромагнитных систем с распределенными параметрами.

^ Резонансные уровнемеры. При изменении электрических параметров из мерительного преобразователя изменяется его резонансная частота. Электрические параметры зависят от изменения уровня среды, в которую помещаются преобразователи.

^ Радиоизотопные уровнемеры

Принцип действия основан на использовании зависимости интенсив

ности потока ионизирующего излучения, падающего на приемник (детектор) излучения, от положения уровня измеряемой среды.
24

^ УВК управляющие вычислительные комплексы (программно-технические) в них входят микропроцессорные средства автоматизации (ПЛК, локальные регуляторы, устройства связи с объектом) а также ди?лейные палени операторов, промышленные сети, связывающие эти компоненты. Пердназначены для управления автоматизированными технологическими процессами (распределёнными в пространстве)

ПЛК - программно-технические контроллеры- микроконтроллеры - выполняют логический анализ и управляют по соответствующим алгоритмам (программам) технологическим процессом и взаимодействуют с оператором
23

^ Управление непрерывными и дискретными технологическими процессами

Н-АСУ непрерывным технологическим процессом, характер протекания — с длительным поддержанием режимов, близких к ус

тановившимся, и практически безостановочной подачей сырья и реагентов, что создает хорошие условия для организации непре

рывного сбора информации о ТОУ с помощью датчиков и ввода этой информации непосредственно в ЭВМ АСУТП. После обработ

ки информации в ЭВМ принятые решения и соответствующие уп

равляющие воздействия могут непосредственно передаваться из АСУТП на ТОУ;

П-АСУ непрерывно-дискретным технологическим процессом с сочетанием непрерывных и прерывистых режимов функциони

рования технологических агрегатов или на различных стадиях процесса;

Д-АСУ дискретным технологическим процессом с незначитель

ной продолжительностью технологических операций. Дискретные процессы характеризуются большим числом изделий, информация о которых частично может формироваться и вводиться в АСУТП автоматически от датчиков, а частично — вручную от различных ус

тройств регистрации и ввода информации. После обработки ин

формации и формирования рекомендаций последние передаются непосредственно оперативно-производственному персоналу, кото

рый реализует их на ТОУ.

^ 6,7

Передаточную функцию получают в результате применения интегрального преобразования Лапласа к уравнению динамики. Входная x(t) и выходная y(t) переменные как функции времени преобразуются в функции Х (р) и Х (р)комплексного аргумента. Х (р) и Y (p) называются изображениями x(t) и y(t), а x(t) и y(t) – оригиналами Х (р) и Y (p). Отношение изображения выходной величины к изображению входной величины называют передаточной функцией: Y (р) / Х (р) = Q (p)/P(p) = W(p). При р = 0 передаточная функция превращается в коэффициент усиления: W(о)= К.

Различают передаточные функции W(p) в операторной форме, а также в форме изображений Лапласа. Передаточной функцией в операторной форме называют отношение оператора воздействия к собственному оператору, а передаточной функцией в форме изображений Лапласа - отношение изображения выходной координаты к изображению входной величины при нулевых начальных условиях. Передаточные функции в форме изображений Лапласа и в операторной форме при принятых обозначениях совпадают. Сход

ство между этими передаточными функциями чисто внешнее и имеет место для случая стационарных систем.

К типовым звеньям относят последовательное, параллельное и параллельно-встречное (с обратной связью) соединения звеньев.


Рис.15. Типовые соединения звеньев: а) последовательное; б) параллельное; в)параллельно-встречное

Последовательно соединенные звенья можно заменить одним звеном с передаточной функцией W(p), равной произведению передаточных функций отдельных звеньев:

W(p) = W1(p), …, Wn(p)= ∏ Wi(p).
Передаточная функция W(p) параллельно включенных звеньев равна их сумме:

W(p) = W1(p) + , …, + Wn(p) = ∑ Wi (p).

параллельное W(p) = W1(p) + ..... Wn(p) = Сумма Wi(p)

с обратной связью: W(p) = W1(p)*Wо(p)

связь положительная, если у усиливает х и отрицательная если у ослабляет х



22

Микропроцессорная система (МПС) — это совокупность взаимосвязанных устройств, состоящая из одного или нескольких устройств памяти, устройств ввода-вывода и ряда других устройств, обеспечивающих выполнение определенных функций.

В любой МПС имеется 4 основных архитектурных элемента: устройство управления (УУ), арифметически-логическое устройство (АЛУ), устройство памяти (УП), устройство ввода-вывода (УВВ) – рис. 1.

АЛУ выполняет предписанные устройством управления арифметические и логические операции над данными, поступающими из устройства памяти или УВВ (сложение, вычитание, сдвиг, пересылка, логическое сложение ИЛИ, логическое умножение И, сложение по модулю).

УУ декодирует записанные в программе команды и генерирует сигналы управления, необходимые для того, чтобы АЛУ и вся система выполняли требуемые функции. АЛУ и УУ, как правило, изготовлены в виде одной большой интегральной микросхемы (БИС), называемой центральным процессором (ЦП).
УВВ обеспечивает связь ЦП с внешними (периферийными устройствами).

УП (устройство памяти или запоминающее устройство) – место хранения программ и данных, закодированных в двоичной форме. УП, входящее в состав МП, является электронным устройством, состоящим из элементов (ячеек) памяти. Каждой ячейке присваивается номер, который называется адресом. Устройства ввода-вывода реализуют связь с внешними (периферийными) устройствами.

^ Устройства дискретной автоматики. Элементы дискретной электроавтоматики используются для создания логических и вычислительных устройств, широко применяемых в системах автоматизации технологических процессов.

^ Полупроводниковые приборы. Широко используемые в устройствах автоматики полупроводниковые приборы можно разделить на основные группы: резисторы, диоды, транзисторы, тиристоры.

К полупроводниковым диодам относятся стабилитроны, фотодиоды, светодиоды. Обратное сопротивление стабилитронов уменьшается при возрастании приложенного напряжения» что позволяет использовать их для стабилизации постоянного напряжения. При освещении фотодиодов на их выводах возникает разность потенциалов, что обеспечивает широкую возможность их использования в различных системах автоматического контроля и регулирования. Светодиоды выделяют лучистую энергию при пропускании электрического тока. Их используют в цифровых и знаковых индикаторах систем автоматизации.

Транзистор - трехэлектродный полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний различных частот.

Тиристор - это четырехэлектродный полупроводниковый прибор, используемый для преобразования переменного тока в постоянный, регулирования мощности переменного тока и переключения электрических цепей различной мощности.

^ Полупроводниковые логические элементы. Логические элементы - технические устройства, осуществляющие логическую операцию над входными информационными сигналами. Различают логические элементы полупроводниковые (диодные, транзисторные и т. д.), магнитополупроводниковые (феррит-диодные, феррит-транзисторные), электромеханические и др. В логических схемах полупроводниковые элементы работают в режиме переключения, при котором сопротивле

ние электрической цепи изменяется во много раз.

Микросхемы. Интегральная микросхема состоит из транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов, соединительных проводов, объединенных в единой (монолитной) компоновке. В полупроводниковых микросхемах все элементы формируются на едином кристалле кремния.

Основными преимуществами микросхем являются высокая надежность и экономичность, малые размеры и масса. Использование микросхем позволяет в 40-50 раз уменьшить объем монтажа по сравнению с применением отдельных транзисторов, диодов, резисто

ров. Недостатком интегральных микросхем является малая выходная мощность.

По количеству элементов микросхемы подразделяют на схемы малой интеграции (до 30 элементов); средней интеграции (до 150 элементов); большой интеграции (более 150 элементов); сверхбольшой интеграции (более 1000 элементов).

По форме сигнала микросхемы подразделяют на аналоговые и дискретные.

^ Релейно-контактные устройства. В эту группу устройств автомати

ки входят реле, контакторы и магнитные пускатели.

Реле – это устройство, состояние которого (например, положение контактов) изменяется дискретно при плавном изменении входной управляющей величины. Реле бывают контактными и бесконтактными (полупроводниковые, магнитные). К контактным относятся электро

механические реле. Они представляют собой устройства, в которых входная электрическая величина (ток, напряжение) преобразуется в в механическое перемещение подвижной части реле, обеспечивающей замыкание или размыкание контактов, включенных в управляемую электрическую цепь. Контакты реле могут быть трех видов: нормально разомкнутые, нормально замкнутые и переключающие. Нормальное состояние определяется при обесточенной обмотке реле.

По числу устойчивых состояний (положений контактов) реле подразделяют на двухпозиционные и многопозиционные. Многопози

ционные реле характеризуются наличием трех и более устойчивых состояний.

По принципу действия электромеханические реле подразделяют на электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические, индукционные и тепловые.

Для включения и отключения мощных электродвигателей и других приемников электроэнергии применяют контакторы и магнит

ные пускатели.

Контактор - электромеханический аппарат для дистанционной коммутации силовых электрических цепей низкого напряжения. Различают контакторы постоянного и переменного тока.

^ Магнитный пускатель - электромеханический аппарат переменного тока, предназначенный для дистанционного пуска, останова и защиты различного рода электрических установок. Магнитные пускатели могут быть реверсивными, обеспечивающими возможность изменения направления вращения двигателя, и нереверсивными.

^ Комбинационные устройства электроавтоматики. В устройствах этого типа состояние выводов однозначно зависит и мгновенно изменяется при изменении входных сигналов. К комбинационным уст

ройствам относятся шифраторы, дешифраторы, преобразователи кодов, сумматоры, коммутаторы и другие устройства, широко приме

няемые в промышленной электроавтоматике.

Шифратор - это комбинационная схема, которая, получая сигналы по т входным линиям, генерирует двоичный код на п выходных линиях.

^ Преобразователь кодов ставит в однозначное соответствие каждо

му входному набору (слову) выходной набор.

Коммутатором называют устройство, предназначенное для селек

тивной передачи информации. Их делят на мультиплексоры и демультиплексоры.

Сумматор - это схема, осуществляющая получение арифметиче

ской суммы двух двоичных чисел.

^ Счетчик – это устройство, предназначенное для реализации операции счета сигналов (импульсов), поступающих на их вход.

Исполнительные устройства

Исполнительные устройства осуществляют воздействие на ток вещества или энергии, поступающий на объект управления согласно командной информации регулирующего устройства

ИУ состоят из регулирующего органа (РО), исполнительного механизма (ИМ) и вспомогательных элементов для управления, обратной связи, усиления и сигнализации положения РО.

Регулирующие органы непосредственно воздействуют на процесс изменения количества подаваемого вещества или энергии в ОУ.
Исполнительные механизмы (ИМ), являясь составной частью АСР, предназначены для перемещения регулирующего органа (РО) в соответствии с командой, получаемой от регулятора.

Электрические ИМ. В автоматике в основном используются электромагнитные и электродвигательные электрические ИМ. Ос-новным узлом электромагнитных ИМ является электромагнит постоянного или переменного тока разных форм и конструкций, обеспечивающих его срабатывание при протекании тока по об-мотке управления.

^ Пневматические ИМ. Предназначены для работы с пневматическими регуляторами и выпускаются в двух модификациях: мембранные и поршневые.

Гидравлические ИМ. В них ис

пользуется энергия рабочей жидкос

ти под давлением. Эти механизмы применяют в АСР, если необходимы значительные усилия для перемеще

ния регулирующего органа.


Скачать файл (2034.6 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации