ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ САУ(Р) ТП

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 19Следующая ⇒

Целью управления ТП может быть: стабилизация некоторой физической величины, изменение ее по заданной программе или, в более сложных случаях, оптимизация некоторого обобщающего критерия: наибольшая производительность процесса, наименьшая себестоимость продукта и т. д.

а) б)

Рисунок 1 – Структурные схемы систем ручного (а) и автоматического (б) управления

1 – объект управления (ОУ); 2 – измерительный прибор (ИП); 3 – оператор (О);

4 – регулирующий орган (РО); 5 – управляющий элемент (УЭ); 6 – задатчик (Зд);

7 – исполнительный механизм (ИМ)

В самом простом случае (рисунок 1, а) управление ТП осуществляется оператором 3, который на основании своего опыта и ориентируясь по показаниям КИП 2 оценивает ход процесса по выходным параметрам Y(t) и принимает меры воздействия Х(t) с целью устранения влияния внешних возмущений X_B(t), действующих на объект управления 1. Естественно, результаты ТП прямо зависят от квалификации оператора.

Структурные схемы САУ представляют в виде цепочки элементов, каждый из которых подвержен действию одного или нескольких входных воздействий, в результате чего изменяются выходные параметры этого элемента. Обычно элементы обладают детектирующими свойствами, когда выходные величины не влияют на входные. Но возможны также случаи, когда выходные параметры воздействуют на входные. Это имеет место в том случае, когда элемент охвачен обратной связью или если такова физическая сущность протекающих в объекте процессов.

Структурные схемы САУ (рисунок 1, б) в простейшем случае включают в себя два элемента: объект 1 управления (совместно с регулирующим органом 4) и управляющее устройство УУ (на рисунке обведено пунктиром). В схему УУ входят измерительный преобразователь (датчик) 2, измеряющий регулируемую величину и преобразующий ее в определенный сигнал определенной физической природы (электрической, механической и др.); задатчик 6; управляющий элемент 5, усиливающий и преобразующий отклонение управляемой величины Y(t) от заданного значения Y₀ в соответствии с заложенным в него алгоритмом; исполнительный механизм 7, выполняющий команду управляющего элемента 5 по изменению положения регулирующего органа 4, осуществляющего управление расходом вещества или энергии в ОУ.

На вход управляющего элемента (регулятора) 5 подается сигнал, по значению равный разности ε (t) текущего значения управляемой величины Y(t) и ее заданного значения Y₀. Управляемая величина Y(t) находится под действием одного или нескольких возмущающих воздействий X_B(t), часть которых может контролироваться.

В общем случае система управления СХП строится путем последовательного объединения систем управления отдельными ТП при условии обеспечения максимальной универсальности систем, надежности и рационального использования новейших методов построения автоматических систем и технических средств. Такая поэтапная автоматизация позволяет получить наибольший эффект от внедрения АУ при минимальных затратах, связанных с автоматизацией важнейших звеньев ТП.

Классификация автоматических СУ возможна по различным признакам (рисунок).

Первый из признаков — назначение информации, в соответствии с которым автоматические СУ делят на замкнутые и разомкнутые.

Замкнутыесистемы используют текущую информацию о выходных величинах, определяют отклонение ε (t) управляемой величины Y(t)от ее заданного значения Y₀ и принимают действия к уменьшению или полному исключению ε (t). Простейшим примером замкнутой системы, называемой системой регулирования по отклонению, служит показанная на рисунке ниже (а) система стабилизации уровня воды в баке. Система состоит из измерительного преобразователя (датчика) 2 уровня, устройства 1 управления (регулятора) и исполнительного механизма3, управляющего положением регулирую-го органа (клапана) 5.

Признак замкнутой системы, действующей на отклонение регулируемой величины, — обратная связь с выхода ОУ на его вход. Замкнутые системы этого типа компенсируют любые возмущения, поскольку регулятор контролирует только отклонение регулируемой величины независимо от причины, его вызвавшей. Они не могут обеспечить равенство выходной величины Y(t) заданному значению Y₀ в течение всего времени t управления, так как их принцип работы связан с наличием отклонения ε = Y(t) – Y₀.

Разомкнутые автоматические СУ подразделяют на системы с жесткой программой и с управлением по возмущению. Пример систем первого типа — система автоматического пуска и остановки комплекса машин, входящих в технологическую линию, в которой должна выдерживаться определенная последовательность (программа) работы отдельных механизмов, при этом ОС с выхода объекта на его вход отсутствует.

В разомкнутых автоматических СУ, действующих по возмущению, управление осуществляется на основании информации о входных (возмущающих) воздействиях. В показанной на рисунке (б) системе таким возмущением является изменение давления воды в подающем трубопроводе.

Рисунок 2 – Функциональные схемы автоматических СУ по отклонению (а), по возмущению (б) и комбинированные (в):

1 – регулятор; 2, 4 – измерительные преобразователи уровня и давления воды;

3 – исполнительный механизм (ИМ); 5 – регулирующий орган

В реальных системах возможна компенсация одного или нескольких поддающихся измерению возмущений. Если таких возмущений несколько, то для компенсации каждого из них необходим свой контур регулирования. При этом всегда останется часть возмущений, в том числе случайных и неконтролируемых, которые могут вызвать отклонение регулируемой величины Y(t)от заданной Y₀.

Выход из этого – сочетание обоих принципов управления (по возмущению и отклонению). Такую систему называют комбинированной (рисунок в), и ее преимущество по сравнению с системой, действующей по отклонению, в лучшей стабилизации регулируемой величины.

Стабилизирующие системы поддерживают управляемую величину на заданном уровне, программные — изменяют управляемую величину по заданной программе и следящие — обеспечивают измерение управляемой величины в определенном соотношении к задающему воздействию. В защищенном грунте пример стабилизирующей СУ — система регулирования температуры грунта, программной СУ— система управления температурой в зависимости от времени суток, следящей СУ — то же, но в зависимости от уровня естественной освещенности.

По методу управления автоматические СУ подразделяют на приспосабливающиеся (адаптивные) и неприсносабливающиеся к изменяющимся условиям работы ОУ.

Приспосабливающиеся , или адаптивные , автоматические СУ целенаправленно изменяют алгоритмы управления или параметры управляющих воздействий для достижения наилучшего управления объектом. Поскольку в процессе работы таких систем происходит изменение их алгоритмов и (или) структуры, то их называют также самонастраивающимися . Частный случай приспосабливающихся систем — экстремальные, задача которых — автоматический поиск максимума или минимума управляемой величины.

Следующий признак классификации связан с результатом работы системы в установившемся состоянии. В соответствии с ним автоматические СУ делят на статические и астатические.

В статических системах по окончании переходного процесса существует разница между заданным и установившимся значениями управляемой величины, которую называют статической ошибкой. Статическая ошибка ∆ Y_ст — непременный признак таких систем, причем величина ее зависит как от величины возмущения, так и от параметров настройки регулятора.

В астатических системах управляемая величина по окончании переходного процесса равна заданному значению. Возможное отклонение (ошибка управления), свойственное реальным системам автоматики, обусловлено несовершенством ее элементов.

По характеру изменения управляющих воздействий во времени автоматические СУ делят на непрерывные и прерывистые, или дискретные.

В непрерывных системах управляемая величина и управляющее воздействие — непрерывные функции времени.

Прерывистые автоматические СУ подразделяют на релейные, импульсные и цифровые.

В репейных (позиционных) системах один из элементов, обычно это управляющее устройство (УУ), имеет существенно нелинейную (релейную) характеристику, в соответствии с которой управляющее воздействие изменяется скачкообразно при определенном значении управляемой величины. Такова, к примеру, система управления водонагревателем, в которой регулятор температуры включает электронагреватель при снижении температуры воды до определяемого настройкой регулятора значения.

Импульсные автоматические СУ имеют в своем составе звено, преобразующее управляемую величину в дискретную импульсную. При этом управляемой величине пропорциональна амплитуда или длительность импульсов.

В цифровых системах формирование управляющих воздействий осуществляется цифровыми вычислительными устройствами, которые оперируют не с непрерывными сигналами, а с дискретными числовыми последовательностями.

Следующий признак классификации — число управляемых величин. В соответствии с этим признаком автоматические СУ делят на одномерные и многомерные. Одномерные имеют по одной входной и выходной величине, а многомерные — по нескольку.

По виду дифференциального уравнения автоматические СУ подразделяют на линейные и нелинейные. К линейным относят системы, поведение которых описывается линейными дифференциальными уравнениями. Поскольку систем, абсолютно точно описываемых линейными дифференциальными уравнениями, практически не суще-ствует, сюда относят также линеаризованные системы, описываемые линейными дифференциальными уравнениями приближенно, при некоторых допущениях и ограничениях. К нелинейным относят системы, поведение которых описывается нелинейными дифференциальным и уравнениями, причем в системе достаточно иметь всего один нелинейный элемент, чтобы вся она стала нелинейной.

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.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒