Автоматизация сельскохозяйственного производства

Автоматизация сельскохозяйственного производства

Курс лекций

Астана -2016

 

	СОДЕРЖАНИЕ
Раздел 1		Стр.
1.1.	ОСНОВЫ СИСТЕМ АТОМАТИЗАЦИИ
1.1.1.	ХАРАКТКРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ САУ(Р) ТП
1.1.2.	ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О САУ И ИХ РАЗНОВИДНОСТИ
1.1.3.	ИЕРАРХИЯ систем АВТОМАТИЗАЦИИ ТП (прим. структ. АСКУЭ)
1.1.4.	МИКРОЭВМ
1.1.5.	ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ СЕЛЬХОЗ IIРОИЗВОДСТВ
1.1.6.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИБОРАХ И СРЕДСТВАХ АВТОМАТИЗАЦИИ ТП.
1.1.7.	ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ АСУ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ
1.2.	ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АСУ
1.2.1.	ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ И УСТРОЙСТВА
1.2.2.	АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ
1.2.3.	ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
1.2.4.	РЕГУЛИРУЮЩИЕ ОРГАНЫ
Раздел 2	АВТОМАТИЗАЦИЯ ТИПОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
2.1.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ТП В ПОЛЕВОДСТВЕ
2.1.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
2.1.2.	СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ (САК) РАБОТЫ МСА
2.1.3.	САУ ПОЛОЖЕНИЕМ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МСА
2.1.4.	САУ РЕЖИМАМИ РАБОТЫ МСА
2.1.5.	МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СУ РАБОТОЙ МСА
2.2.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СООРУЖЕНИЯХ ЗАЩИЩЁННОГО ГРУНТА (СЗГ)
2.2.1.	НАЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ ЗАЩИЩЕННОГО ГРУНТА
2.2.2.	ХАРАКТЕРИСТИКИ СООРУЖЕНИЙ ЗАЩИЩЕННОГО ГРУНТА СЗГ
2.2.3.	СПОСОБЫ ОБОГРЕВА ЗАЩИЩЕННОГО ГРУНТА
2.2.4.	ТП (ОПЕРАЦИИ), МЕХАНИЗИРУЕМЫЕ И АВТОМАТИЗИРУЕМЫЕ В СЗГ
2.2.5.	АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРОЙ ВОЗДУХА И ПОЧВЫ
2.2.6.	САУ ТЕМПЕРАТУРНЫМ РЕЖИМОМ В БЛОЧНЫХ ТЕПЛИЦАХ
2.2.7.	САУ МИКРОКЛИМАТОМ В АНГАРНЫХ ТЕПЛИЦАХ
2.2.8.	САУ ТЕМПЕРАТУРОЙ ПОЧВЫ И ТЕПЛОЗАЩИТНЫМ ЭКРАНОМ
2.2.9.	САУ ВЛАЖНОСТЬЮ ВОЗДУХА И ПОЧВЫ, ТЕМПЕРАТУРОЙ ПОЛИВНОЙ ВОДЫ
2.2.10.	САУ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ РАСТВОРОВ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ
2.2.11.	САУ СОДЕРЖАНИЕМ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА И ДОСВЕЧИВАНИЕМ РАСТЕНИЙ
2.2.12.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ГИДРОПОННЫХ И ПЛЕНОЧНЫХ ТЕПЛИЦ, ПАРНИКОВ
2.2.13.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛИЦ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ ГРИБОВ
2.3.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА
2.3.1.	МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА
2.3.2.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ И СОРТИРОВАНИЯ ЗЕРНА
2.3.3.	ОПТИМИЗАЦИЯ АУ ОЧИСТИТЕЛЬНЫМИ И СОРТИРОВАЛЬНЫМИ МАШИНАМИ
2.3.4.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ЗЕРНОСУШИЛОК
2.3.5.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА АКТИВНОГО ВЕНТИЛИРОВАНИЯ ЗЕРНА
2.3.6.	ХАРАКТЕРИСТИКА ЗЕРНОСУШИЛОК КАК ОБЪЕКТОВ АВТОМАТИЗАЦИИ
2.3.7.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ВЗВЕШИВАНИЯ ПРОДУКЦИИ
2.4.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ХРАНИЛИЩ СЕЛХОЗ ПРОДУКЦИИ (СХП)
2.4.1.	ХАРАКТЕРИСТИКА ОВОЩЕХРАНИЛИЩА КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ МИКРОКЛИМАТОМ
2.4.2.	ХАРАКТЕРИСТИКА ОВОЩЕХРАНИЛИЩА КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ МИКРОКЛИМАТОМ
2.4.3.	САУ МИКРОКЛИМАТОМ В ОВОЩЕХРАНИЛИЩАХ
2.4.4.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ФРУКТО- И ЗЕРНОХРАНИЛИЩ
2.4.5.	АВТОМАТИЗАЦИЯ УЧЕТА, КОНТРОЛЯ И СОРТИРОВАНИЯ СХП
2.5.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА И ПЕРЕРАБОТКИ КОРМОВ
2.5.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
2.5.2.	АВТОМАТИЗАЦИЯ АГРЕГАТОВ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТРАВЯНОЙ МУКИ
2.5.3.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ГРАНУЛИРОВАНИЯ И БРИКЕТИРОВАНИЯ КОРМОВ
2.5.4.	АВТОМАТИЗАЦИЯ КОМБИКОРМОВЫХ АГРЕГАТОВ
2.5.5.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ
2.5.6.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ДРОБИЛОК И ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ
2.6.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ТП В ЖИВОТНОВОДСТВЕ
2.6.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
2.6.2.	АВТОМАТИЗАЦИЯ КОРМЛЕНИЯ И ПОЕНИЯ ЖИВОТНЫХ
2.6.3.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ДОЗИРОВАНИЯ КОРМА И УЧЕТА ПРОДУКЦИИ
2.6.4.	АВТОМАТИЗАЦИЯ МАШИННОГО ДОЕНИЯ КОРОВ
2.6.5.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ МОЛОКА
2.6.6.	АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ НАВОЗОУБОРКИ И НАВОЗОУДАЛЕНИЯ
2.7.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ТП В ПТИЦЕВОДСТВЕ
2.7.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
2.7.2.	АВТОМАТИЗАЦИЯ КОРМЛЕНИЯ
2.7.3.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОЕНИЯ ПТИЦЫ, УБОРКИ ПОМЕТА И СБОРА ЯИЦ
2.7.4.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ИНКУБАЦИОННОГО ПРОЦЕССА
2.7.5.	АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЛИНИИ УБОЯ ПТИЦЫ
2.8.	АВТОМАТИЗАЦИЯ УСТАНОВОК МИКРОКЛИМАТА В ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ И ПТИЦЕВОДЧЕСКИХ ПОМЕЩЕНИЯХ
2.8.1.	ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУХА НА ПРОДУКТИВНОСТЬ ЖИВОТНЫХ И ПТИЦЫ
2.8.2.	СПОСОБЫ И СРЕДСТВА УПРАВЛЕНИЯ МИКРОКЛИМАТОМ
2.8.3.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ УСТАНОВОК
2.8.4.	АВТОМАТИЗАЦИЯ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
2.8.5.	АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОСВЕЩЕНИЕМ ПТИЧНИКОВ
2.9.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ГИДРОМЕЛИОРАЦИИ
2.9.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
2.9.2.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ВОДОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ ФЕРМ И НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ
2.9.3.	СТАНЦИИ УПРАВЛЕНИЯ НАСОСНЫМИ АГРЕГАТАМИ
2.9.4.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ГИДРОМЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ
2.9.5.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТНЫМ РЕЖИМОМ ПОЧВ
2.9.6.	АВТОМАТИЗАЦИЯ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ ДЛЯ МЕЛИОРАЦИИ
2.9.7.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ПЕРЕКАЧКИ СТОЧНЫХ ВОД
2.10.	АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ СХ
2.10.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
2.10.2.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ КОТЕЛЬНЫХ
2.10.3.	АВТОМАТИКА БЕЗОПАСНОСТИ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
2.10.4.	САУ КОТЕЛЬНЫМИ
2.10.5.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ДЛЯ ПОДОГРЕВА ВОДЫ, ВОЗДУХА И ПОЛУЧЕНИЯ ПАРА
2.10.6.	АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ СХ-ного ГАЗОСНАБЖЕНИЯ
2.10.7.	АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СЕЛ.-ХОЗЯЙСТВА
2.10.8.	АВТОМАТИЗАЦИЯ БЫТОВЫХ УСТАНОВОК И ОБОРУДОВАНИЯ ФЕРМЕРСКИХ ХОЗЯЙСТВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ
2.11.	АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО СЕРВИСА В СХ
2.11.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
2.11.2.	ДИАГНОСТИРОВАНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ
2.11.3.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
2.11.4.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ОБКАТКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
2.12.	ТЕХНИКО–ЭКОНОМИЧЕСКИЙ (ТЭ) ЭФФЕКТ ОТ ВНЕДРЕНИЯ сРЕДСТВ АВТОМАТИКИ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТП

РАЗДЕЛ 1.

ОСНОВЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О САУ И ИХ РАЗНОВИДНОСТИ

1. В зависимости от функций, выполняемых специальными автоматическими устройствами, различают следующие основные виды автоматизации: автоматический контроль, автоматическую защиту, автоматическое и дистанционное управление, телемеханическое управление.

АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ включает в себя автоматические сигнализацию, которая предназначена для оповещения обслуживающего персонала о предельных или аварийных значениях каких-либо физических параметров, о месте и характере нарушений технологического процесса (сигнальными устройствами служат лампы, звонки, сирены, специальные мнемонические указатели и др.); Автоматическое измерение позволяет измерять и передавать на специальные указательные или регистрирующие приборы значения физических величин, характеризующих технологический процесс или работу машин. Обслуживающий персонал по показаниям приборов судит о качестве технологического процесса или о режиме работы машин и агрегатов, сортировку и сбор информации. Автоматическая сортировка осуществляет контроль и разделение продукции по размеру, весу, твердости, вязкости и другим показателям (например, сортировка зерна, яиц, фруктов, картофеля и т.п.). Автоматический сбор информации предназначен для получения информации о ходе технологического процесса, о качестве и количестве выпускаемой продукции и для дальнейшей обработки, хранения и выдачи информации обслуживающему персоналу.

АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА представляет собой совокупность технических средств, которые при возникновении ненормальных и аварийных режимов либо прекращают контролируемый производственный процесс (например, отключают определенные участки электроустановки при возникновении на них коротких замыканий), либо автоматически устраняют ненормальные режимы. Автоматическая защита тесно связана с автоматическим управлением и сигнализацией. Она воздействует на органы управления и оповещает обслуживающий персонал об осуществленной операции. Релейная защита, выполненная на основе реле, широко применяется на электрических станциях, подстанциях, в сетях и различных электроустановках. Устройства автоблокировки, входящие в автоматическую защиту, в основном предназначены для предотвращения неправильных включений и отключений и ошибочных действий обслуживающего персонала; они предупреждают возможные повреждения и аварии.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ включает в себя комплекс технических средств и методов по управлению объектами без участия обслуживающего персонала: пуск-останов установок, вкл-откл устройств, обеспечение безаварийной работы, соблюдение требуемых значений параметров в соответствии с оптимальным ходом технологического процесса и т.д. Сочетание комплекса технических устройств с объектом управления называют системой автоматического управления (САУ), где ОУ - совокупность элементов, в которой технологические процессы подвергаются целенаправленным воздействиям.

Разновидностью автоматического управления является автоматическое регулирование, под которым понимают процесс автоматического поддержания какого-либо параметра на заданном уровне или изменение его по определенному закону. Автоматическое регулирование осуществляется специальным устройством автоматическим регулятором. Регулятор измеряет регулируемую величину и при ее отклонении от расчетного значения изменяет процесс работы объекта управления (регулирования) так, чтобы выполнялся заданный алгоритм функционирования. Автоматическая система, состоящая из регулятора и объекта управления, называется системой автоматического регулирования (САР).

ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ объединяет методы и технические средства управления установками и сосредоточенными объектами на расстоянии. Импульсы на управление подаются обслуживающим персоналам по электрическим соединительным проводам при помощи соответствующих кнопок, ключей и другой командной аппаратуры.

ТЕЛЕМЕХАНИКА – область науки и техники, охватывающая теорию и технические средства автоматической передачи на расстояние команд управления и информации о состоянии объекта. Такие системы позволяют объединить в один ТП работу большого числа машин и установок, расположенных друг от друга на значительных расстояниях. В зависимости от назначения принято разделять на системы телесигнализации, телеизмерения и телеуправления.

2. В зависимости от степени автоматизации различают ручное, автоматизированное и автоматическое управление. При ручном все функции управления выполняют человек-оператор. При автоматизированном управлении часть функций выполняет человек, а другую часть-автоматические устройства. При автоматическом все функции управления выполняют автоматические устройства. Следовательно, в соответствии с этими понятиями принято делить системы управления на автоматизированные (АСУП и АСУ ТП) и автоматические (САУ ТП). АСУП и АСУ ТП – это человеко-машинные системы, обеспечивающие автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления, контроля и режимов работы различных сфер деятельности человека (управление хозяйственно-плановой деятельностью отрасли, предприятием, комплексом, территориальным регионам, то есть управление системой сельскохозяйственных подразделений) и технологических процессов локальных производств (отдельные цеха, животноводческие и птицеводческие фермы, хранилища, колхозы и совхозы). САУ ТП представляет собой совокупность автоматических управляющих устройств и управляемого объекта, взаимодействующих друг с другом без непосредственного участия человека.

3. По степени автоматического управления производственными технологическими процессами различают частичную, комплексную и полную автоматизацию. Частичная автоматизацияраспространяется только на отдельные производственные операции или установки. Она не освобождает человека от участия в производственном процессе, лишь облегчает труд (дистанционное управление электрорпиводами для раздачи корма, уборка навоза на фермах). Комплексная автоматизация ТП означает автоматическое выполнение всего комплекса операций и установок по обработке материалов и их транспортировке по заранее заданным программам при помощи различных автоматических устройств, объединенных общей системой управления. Полная автоматизация в отличие от комплексной возлагает выполнение функций выбора и согласования режимов работы отдельных машин и агрегатов как при нормальном режиме, так и в аварийных ситуациях не на человека, а на специальные автоматические устройства. В этом случае все основные и вспомагательные установки способны работать в автоматическом режиме в течение длительного периода без непосредственного участия человека. За обслужеваюшим персоналом остаются функции периодического осмотра, профилактического ремонта и перестройки всей системы на новые режимы работы, на пример, системы управления микро климатом в теплицах и овощехранилищах.

МИКРОЭВМ

 

Использование ЭВМ в СУ расширяет возмож­ности осуществления сложных алгоритмов управления при боль­шом числе переменных величин, которыми характеризуется ход ТП. Участие человека в такой системе оперативного управления обеспе­чивает высокую эффективность и надежность функционирования ТП, т.е. позволяет решить вопросы интеллекту­ального свойства, возникающие из-за неполноты сведений об автоматизированном процессе.

Снижение стоимости и увеличение объемов выпуска микро-ЭВМ и микроконтроллеров изменило техническую базу автомати­зации производства (какие базы? ).

В общем виде МП-ное устройство, применяемое в СУ – это специализированное вычислительное уст­ройство, приспособленное к работе в производственных условиях и включающее в себя, кроме собственно микропроцессора, также и средства для обмена сигналами с ОУ (измерительные контроллеры и интерфейсные блоки связи). При этом микропроцессор, выпол­ненный на одной или нескольких больших интегральных схемах, предназначен для исполнения логических и арифметических операций по специальной программе, хранящейся в памяти устрой­ства. МикроЭВМ -это комплектное устройство на базе микропро­цессора, имеющее блоки памяти, ввода-вывода и сопряжения (рисунок 2).

Рисунок 2 - Структурная схема МП-ной системы управления с микроЭВМ

1 - технологический ОУ; 2 - измерительные преобразователи управляющих воздействий; 3 - измерительные преобразова­тели выходных параметров ОУ; 4 - измери­тельные контроллеры; 5 - управляющая микроЭВМ; 6 - интерфейсные блоки связи с объектом;

7 - исполнительные механизмы (ИМ); 8 - интерфейсные блоки связи с периферией;

9 – дисплей; 10 – пульт оператора

 

Алгоритмы управления реализованы в виде программ (ПО, Soft), храня­щихся в памяти ЭВМ. Интерфейсные блоки служат для связи ЭВМ с ОУ (с исполнительными механизмами и регулирующими органами) и периферийным оборудованием (с пультом оператора - использует для управления работой микроЭВМ, дисплеем - для предоставления ему информации о состоянии оборудования, контролируемых параметрах и других характеристиках автоматизированного процесса).

Сбор и преобразование в цифровую форму информации о ходе ТП, поступающей от разного рода измерительных преобразователей, осуществляются измерительными контроллерами. В состав интер­фейсных блоков связи и контроллеров тоже могут входить микропроцессоры, выполняющие те операции по вводу-выводу и предварительной обработке ин­формации, которые обычно вы­полняет центральный процессор.

При построении СУ сложными объектами, при ступенчатой иерархии, МП-ную СУ низкого уровня связывают с вы­шерасположенной через интерфейсные блоки связи.

Использование микроЭВМ в СУ имеет ряд осо­бенностей по сравнению с использованием ее в качестве универсаль­ной ЭВМ, ориентированной прежде всего на взаимодействие с пользователем (человеком). Задача универсальных микроЭВМ — об­работка данных по запросу пользователя, поэтому все устройства ввода-вывода информации (дисплеи, принтеры, гра­фопостроители, устройства внешней памяти и т.д.) подключаются к ЭВМ через свои блоки сопряжения по запросу пользователя.

В зависимости от достигнутого уровня совершенства техничес­кого и программного обеспечения управляющая микроЭВМ мо­жет работать в режимах ( рис.3 ):

 

Рисунок 3 – Режимы работы микроЭВМ в системах управления ТП

а) информационно-советующий режим; б) режим супервизорного управления;

в) режим непосредственного цифрового управления:

1- технологический ОУ; 2 - ло­кальные АС; 3 - пункт контроля и управления;

4 – управляющая микро-ЭВМ; 5 – оператор

 

а) – информационно-советующий режим управляющая микроЭВМ выдает оператору рекомендации по управлению ТП, которые он анализи­рует и либо принимает, либо отвергает, выдавая свое решение на основании текущей информации и предыдущего опыта. Принятое решение реализуют вручную, через пульт контроля и управления. Основная тяжесть задачи управления (автоматические регулирование, защита и сигнализация) ложится на локальные САУ;

б) супервизорный режим управления – здесь контроль и кор­рекцию работы АСУ выполняет микроЭВМ и опе­ратор вмешивается в работу АСУ лишь в слу­чае обнаружения нарушений хода ТП;

в) прямой цифровой режим управления микроЭВМ – обладает высокой степенью надежности, непосредственно воз­действует на ТП через исполнительные механизмы.

АВТОМАТИЗАЦИИ ТП

 

В целях унификации технических систем контроля и регулиро­вания ТП различных отраслей народного хозяйства создана Госу­дарственная система промышленных приборов и средств автома­тизации (ГСП), действующая в пределах СНГ.

Функциональная схема ГСП включает несколько групп прибо­ров и устройств: 1.Для получения информации о состоянии ТП; 2. Приема, преобразования и передачи информации по каналам связи; 3. Преобразования, хранения и обработки информации и форми­рования команд управления; 4. Использования командной информации в целях воздействия на ОУ.

Функциональная структура ГСП состоит из нескольких ветвей. Функционально-целевая структура электрической ветви ГСП, по­лучившая наибольшее распространение в сельскохозяйственном производстве, показана на рисунке 1. Такую ветвь делят на пять уровней (групп) технических средств:

I - техсредства непосредственного взаимодействия с объектом автоматизации, преобразующие параметры в унифици­рованный электрический сигнал (средства контроля и сигнализации) или унифицированный сигнал в управляющее воздействие
на процесс (исполнительные органы);

II – вторичные приборы и регуляторы со встроенным датчиком для простых локальных САУ;

III – средства централизованного контроля, регулирования и управления для сложных АСУ ТП, отличающиеся наличием цифровой обработки информации;

IV – средства контроля, регулирования и управления для цент­рализованных АСУ ТП на базе управляющей вычислительной тех­ники, телемеханики;

V – средства вычислительной техники для решения задач авто­матизации процессов организационно-экономического управле­ния производством и предприятиями.

В сельскохозяйственной автоматике мобильных машин и агре­гатов используют также технические средства гидравлической вет­ви ГСП, включающей устройства двух нижних уровней ( правая часть рис. 1 ):

I - средства преобразования для получения информации и воздействия на процесс;

II — средства контроля и регулирования для простых локаль­ных САУ.

Между техническими средствами электрической и гидравли­ческой ветвей нередко существуют связи с взаимным обменом унифицированными сигналами благодаря применению электро­гидравлических (ЭГП) и гидроэлектрических преобразователей (ГЭП), что дает возможность выбрать оптимальную структуру техсредств из устройств разных ветвей ГСП.

Самый простой вариант структуры гидравлической ветви — группа приборов, работающих без вспомогательной энергии, со­стоящая из регуляторов прямого действия.

Входные и выходные сигналы приборов, входящие в ГСП, гостированы: 1. Сигнал постоянного I - 0...5; 5...0...5; 0...20 мА; 2. Сигнал U – I: 0...1; 1...0...1; 0...10; 10...0...10В; 3. Сигнал U ~ I частотой 50 и 400 Гц О…0, 25; 0...0, 5; 0...1; 0...2В; 4. Пневматический сигнал с пределами изменения давления 0, 02...0, 1 МПа.

Кроме приборов, входящих в ГСП, в СХ ав­томатике действует большое число техсредств, опериру­ющих неунифицированными сигналами измерительной информа­ции. Эти техсредства вписываются только в I и II уровни функционально-целевой структуры.

Далее рассмотрим характеристики групп технических средств, являющихся основой самых различных АСУ СХП, а именно кон­структивные, метрологические статические и динамические ха­рактеристики, последние две реализуют синтез АСУ.

При этом ре­зультаты синтеза также зависят от правильного выбора измерительного устройства, испол­нительного механизма (ИМ) и регулирующего органа (РО).

 

Рисунок 1 – Функционально-целевая структура электрической ветви ГСП

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ АСУ

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АСУ

АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ

Устройство, которое воспринимает разность между текущим и заданным значениями регулируемой величины и преобразует ее в воздействие на РО в соответствии с заложенным в регуля­тор законом регулирования, называют автоматическим регуля­тором. Элементами типового регулятора являются изме­рительный преобразователь, задатчик, усилитель и собственно регулирующее устройство, которое вырабатывает сигнал рас­согласования текущего и заданного значения регулируемой ве­личины, усиливает его и корректирует в соответствии с зако­ном регулирования, вырабатывая сигнал регулирующего воз­действия. Большинство САР включает ещё ИМ, преобразующий командный сигнал от регулятора в со­ответствующее воздействие на РО.

Основные типы регуляторов – позиционные и непрерывного действия. Последние, в свою очередь, делят на пропорциональные (П), пропорционально-интегральные (ПИ) и пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД) регуляторы (таблица ХАР).

 

Пропорциональный (П) регулятор. Он перемещает РО на значе­ние х, пропорциональное отклонению регулируемой величины у от заданного значения. Дифференциальное уравнение регулятора (р – запись в операторной форме): х(р)= k_py(p). Таким образом в динамическом отношении П-регулятор подо­бен безынерционному (пропорциональному) звену. Параметр настройки П-регулятора – коэффициент пропорци­ональности k_p, равный перемещению РО х при отклонении регу­лируемой величины у на единицу ее изменения.

При выборе структурной схемы любого реального регулятора, в том числе и пропорционального, решающее значение имеет пере­даточная функция (ПФ) исполнительного механизма, которая мо­жет соответствовать ПФ интегрирующего или пропорционального звена. К первой группе относятся электродвигательные ИМ, обес­печивающие постоянную скорость перемещения РО, ко второй – пневматические мембранные ИМ, у которых перемещение РО пропорционально регулирующему воздействию.

Структурная схема П-регулятора с ИМ первого типа приведена на рисунке 1, а. Закон регулирования формируется с помощью отрицательной обратной связи (ОС) по положению РО, т.е. на вход устройства ОС W_OC(p) поступает сигнал х с преобразователя перемещения ИМ. В соответствии с правилами преобразования структурных схем ПФ регулятора имеет вид: W_P(p) = x(p)/y(p) = [W_ус(p) W_ИМ(p)] / [1 + W_ус(p) W_ИМ(p) W_ос(p)].

При большом коэффициенте усиления W_УС(p) ПФ упрощается W_P(p) ≈ [1 / W_ос(p)].

Для того чтобы последняя была тождественна ПФ идеаль­ного П-регулятора W_P(p)= k_p, необходимо выполнить условие W(р) = 1/ k_p.

 

Таким образом, ОС должна быть выполнена в виде безынерци­онного звена с коэффициентом усиления k_ОС = 1/k_p. Такую ОС на­зывают жесткой. Соответственно, параметр настройки П-регуля­тора – коэффициент пропорциональности k_p задается параметра­ми звена ОС.

а) б)

Рисунок 1 – Структурные схемы П-регулятора (а) и И-регулятора (б)

1 – усилитель, 2 – исполнительный механизм, 3 – цепь обратной связи

 

Переходная характеристика реального П-регулятора несколько отличается от характеристики идеального в начальной своей части из-за ограниченной скорости ИМ.

Пропорциональные регуляторы позволяют устойчиво работать практически в любых технологических системах. Однако их недо­статок—зависимость регулируемой величины от нагрузки объек­тов.

Интегральный (И) регулятор. Он перемещает РО пропорцио­нально интегралу от сигнала рассогласования. Уравнение регулятора (в операторной форме) х(р)= [k_p1/р] у(р). Т.о., в динамическом отношении И-регулятор подо­бен интегрирующему звену. Параметр настройки И-регулятора k_p1 – коэффициент пропорциональности характеризует зависи­мость скорости перемещения регулирующего органа от значения отклонения регулируемого параметра.

Структурная схема серийного П-регулятора показана на рисун­ке 1, б. ПФ элементов схемы определяются следующими выражениями:

W_yc(p)=k> 1; W(p)= [1/(T_И р+1)]; W_OC1(p) = W_OC2(p) = 1.

Передаточная функция всей схемы:

W(p)=[W_yc(p)W(p) / (1+W_yc(p)W_OC1(p)–W_yc(p) W(p)W_ОС2(p)].

После подстановки в последнюю формулу значений ПФ из предпоследних формул, деления числителя и знаменателя на k и отбрасывания за малостью 1/k получаем ПФ И-регулятора (Т_И – постоянная вре­мени ИМ, величина, обратная k_p1): W(p) = 1/T_И p.

И-регуляторы поддерживают параметр без его отклонений, од­нако могут устойчиво работать только на объектах, имеющих зна­чительное самовыравнивание.

Пропорционально-дифференциальный (ПД) регулятор. Он переме­щает РО на значение х, пропорциональное сумме отклонения и ско­рости (дифференциала) отклонения регулируемой величины у(р). Уравнение регулятора (в операторной форме):

x(p) = k_p(1 + T_Д р) y(p).

Т.о., в динамическом отношении ПД-регулятор по­добен системе из двух параллельно включенных звеньев: безынерционного с коэффициентом пропорциональности k_p и дифферен­циального с коэффициентом k_pT_Д.

Пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор перемещает РО на величину х, пропорциональную сумме отклонения и интег­рала от отклонения регулируемой величины у. Уравнение его (в операторной форме): х(р) = k_p[1+ (1/ T_И p)] у(р).

Т.о., в динамическом отношении ПИ-регулятор по­добен системе из двух параллельно включенных регуляторов: про­порционального с коэффициентом пропорциональности k_p и ин­тегрального с коэффициентом пропорциональности k_p/T_И. Отсю­да следует, что у ПИ-регулятора два параметра настройки: коэф­фициент пропорциональности k_p и время удвоения T_И.

Структурная схема ПИ-регулятора показана на рисунке 2 в двух вариантах: с охватом (а) и без охвата (б) ИМ отрицательной ОС.

 

а) б)

Рисунок 2 – Структурные схемы ПИ-регулятора с охватом (а) и без охвата (б)

ИМ цепью отрицательной обратной связи:

1 – усилитель, 2 – исполнительный механизм, 3 – цепь обратной связи

 

В первом варианте (рис. 2, а) устройство ОС должно иметь характеристику реального дифференцирующего звена:

W_OC(p) = k_д (T_д p / T_д p + 1), где k_д и T_д – коэффициент усиления и постоянная времени дифференцирующего звена. Тогда, как было отмечено ранее, при достаточно большом коэффициенте усиления W_yc(p) ПФ регулятора:

W_Р(p) = [(1/ k_д) · (T_д p + 1 / T_д p)], или W_Р(p) = k_Р [(T_и p + 1) / T_и p],

если принять T_д = T_и и k_Р = l/ k_д.

Т.о., в первом варианте исполнения регулятора ПФ исполнительного механизма не влияет на формирование за­кона регулирования, который полностью определяется характе­ристикой устройства ОС. В серийных ПИ-регуляторах этого типа в качестве ОС используют различные электрические, пнев­матические или гидравлические устройства – аналоги реально дифференцирующего звена. Такую ОС называют упругой или гиб­кой.

Во втором варианте исполнения ПИ-регулятора (рис. 2, б) возможны два случая, когда исполнительный механизм имеет ха­рактеристику интегрирующего или пропорционального звена. В обоих случаях при достаточно большом коэффициенте уси­ления W_yc(p) имеем W_Р(p) = [1 / W_OC(p)] W_ИМ(p).

Если W_ИМ(p) = 1/Т_ос р, а ОС выполнена в виде апериодического звена 1-го порядка W_ос(p) = k_ос / (Т_ос р + 1), то получаем ПФ ПИ-регулятора:

W_Р(p) =[(1/ k_ос)·(T_ос p+1 / T_ос p)] = k_Р [(T_и p + 1) / T_и p], где оба параметра настройки k_Р = 1/ k_ос и T_и= T_ос также определяются параметра­ми узла ОС.

Если у ИМ характеристика пропорционального звена, то для реализации ПИ-регулятором закона регулирования звено ОС дол­жно иметь характеристику реального дифференцирующего звена. При увеличении постоянной времени Т_И такой ПИ-регулятор превращается в П-регулятор, а устройство ОС — в безынерцион­ное звено.

В большинстве серийно выпускаемых электрических регулято­ров, использующих ИМ с постоянной скоростью перемещения и имеющих структурную схему (рис. 2, б), в качестве второй ступе­ни усиления используют трехпозиционный релейный элемент. Такой принцип реализован в большом числе регуляторов, ис­пользуемых в сельскохозяйственном производстве (Р-25, РС-29, РП-4 и др.).

ПИ-регуляторы, отличаясь простотой конструкции, обеспечи­вают высокое качество стабилизации параметра независимо от на­грузки объекта.

Пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регу­лятор перемещает РО пропорционально отклонению, интег­ралу и скорости отклонения регулируемой величины.

Уравнение регулятора (в операторной форме): x(p) = k_Р [1 + 1/T_и p + T_д p] у(p).

Т.о., в динамическом отношении ПИД-регулятор подобен системе из трех параллельно включенных звеньев: пропорционального, с к-том пропорциональности k_Р, ин­тегрального, с k_Р/T_и и дифференцирующего – с k_РT_д. Соответственно, у ПИД-регулятора параметров настройки три: коэффициент пропорциональности k_Р, время интегрирования Т_и и время дифференцирования T_д.

На практике аналоговый ПИД-регулятор выполняют по той же структурной схеме, что и ПИ-регулятор (рис. 2, а), но устрой­ство ОС W_ОС(р) в этом случае должно иметь ПФ вида апериоди­ческого звена второго порядка. Обычно ПИД-закон регулирова­ния реализуют путем включения последовательного корректирую­щего устройства в виде интегрально-дифференцирующего звена.

Позиционный (релейный) регулятор вырабатывает сигнал, который перемещает РО в одно из фиксированных положений (по­зиций). Этих положений может быть два, три и более, соответ­ственно различают двух-, трех- и многопозицонные регуляторы.

Уравнение САР с таким регулятором определяется статической характеристикой регулятора (на рисунке 3, а…в). Наиболее распространенной из рассматриваемой группы регуляторов является – двухпозиционный (рисуно­к 3, а).

Величина 2а определяет зону неоднозначности регулятора. При изменении входной величины у (она же – выходная величи­на объекта) относительно заданного значения на а выходная вели­чина х (регулирующее воздействие) скачком достигнет своего мак­симального значения В₁. При уменьшении х на то же значение а выходная величина также скачком достигнет значения В₂, причем в общем случае В₁ ≠ В₂.

Т.о., двухпозиционные регуляторы имеют два пара­метра настройки: зона неоднозначности 2а и регулирующее воз­действие В. Характерная особенность системы регулирования с двухпозиционным регулятором — автоколебательный характер изменения регулируемой величины у. Параметры автоколебаний — амплиту­да А_К и период Т зависят от свойств объекта регулирования (Т_об, К_об, τ ) и параметров настройки регулятора.

Трехпозиционные регуляторы (рис 3, б) в отличие от двухпозиционных кроме двух устойчивых положений — «больше» В₁ и «меньше» В₂ — обеспечивают еще и третье — «норма». Органы на­стройки трехпозиционного регулятора позволяют устанавливать зону нечувствительности 2∆ и значение регулирующего воздей­ствия В.

Преимущества трехпозиционного регулирования перед двухпозиционным заключаются в отсутствии автоколебаний при измене­нии –∆ < у < +∆ и малом значении амплитуды колебаний регули­руемой величины.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. C. межотраслевой баланс производства, распределения и использования продукции в народном хозяйстве
2. F) объема производства при отсутствии циклической безработицы
3. F) Удешевление факторов производства
4. Автоматизация башенных водокачек.
5. Автоматизация бухгалтерского учета. «1С: Бухгалтерия»
6. АВТОМАТИЗАЦИЯ ДОКУМЕНТООБОРОТА
7. Автоматизация землеустроительного проектирования
8. Автоматизация оценки эффективности инвестиционных проектов
9. Автоматизация процесса биологической очистки сточных вод
10. Автоматизация процессов механической очистки сточных вод
11. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА
12. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА И ПЕРЕРАБОТКИ КОРМОВ