Лекции по "Управлению"

    Кривая  изменения уровня имеет точку  перегиба - переходное запаздывание.

2. Математическое описание элементов    и систем управления

    Будем рассматривать стационарные объекты, в которых изменения выходной характеристики от времени будут  происходить только в переходных режимах (после нанесения возмущений). В качестве математического описания используются уравнения статики и уравнения динамики – для переходных процессов.

    Для описания динамики объектов с сосредоточенными параметрами используются дифференциальные уравнения в обыкновенных производных  (1), где

    Для описания динамики объектов с распределенными  параметрами используются дифференциальные уравнения в частных производных.

    Пример  объекта с распределенными параметрами – развитие колебаний температуры в различных твердых телах: помимо времени,  температура зависит от координаты.

    В установившемся режиме (производные уравнения (1) обращаются в 0) часть объектов имеет статическую характеристику

    

  (2)

    При статическая характеристика - вырожденная:

    

    Существую астатические объекты, не имеющие статической характеристики (у которых ).

    Порядок дифференциального уравнения определяется количеством емкостей (у двухемкостного -2й порядок).

    При анализе сложных объектов и систем их разбивают на элементарные звенья, с порядком дифференциального уравнения не выше второго.

    В качестве примера рассмотрим инерционное звено.

    

    Т –  постоянная времени (отрезок, отсекаемый касательной к кривой);

    k – коэффициент передачи (усиления)

    Например, объект RC-цепочка:

    

    

    или

    

    т.е.   

    

    В момент времени  на вход объекта (RC-цепочки) подали напряжение . Выходное напряжение изменяется по экспоненте. 

    Рассмотрим  пример астатического объекта

    

    Статической характеристики не существует. Пример такого объекта – исполнительный механизм с двигателем постоянной скорости

    

    Линейное  изменение угла поворота в зависимости  от времени.

    Это – интегрирующее звено. При постоянном входном воздействии скорость изменения  - постоянна.

    При построении систем управления необходимо обеспечить заданное качество управления, о котором часто судят на основе анализа изменения y(t) после нанесения возмущений. Для обеспечения требуемого характера изменения необходимо выбрать структурную схему системы управления, законы управления, рассчитать настройки регуляторов. С этой целью необходимо располагать определенными сведениями о свойствах элементов системы управления и, прежде всего, объектов управления. Эти свойства могут быть выражены в виде дифференциальных уравнений, передаточных функций и ряда других характеристик.

    Для получения информации о свойствах, например, объектов, используют различные методы, в том числе активного эксперимента, то есть воздействия на объект и исследования его реакции на конкретное воздействие.

    В качестве стандартных воздействий используют:

1. ступенчатое;
2. импульсное;
3. гармоническое.

Ступенчатое воздействие

    При этом на объект поступает, так называемая, "единичная функция".

    

    

    Реакция на единичное воздействие называется переходной характеристикой или кривой разгона .

    В реальных условия на вход объекта поступает  возмущение А. получается путем масштабирования кривой (делением на А).

Импульсное  воздействие

    Дельта  - функция Дирака

 

    

    В реальных условиях используют импульс следующего вида:

    

    Импульс может считаться мгновенным, если много меньше времени реакции объекта на импульс.

    Реакция на δ-функцию Дирака называется импульсной переходной характеристикой или весовой функцией  .

    Пример:

    На  вход аппарата с мешалкой выливают порцию чернил, измеряют изменение концентрации во времени на выходе объекта. Весовая функция получается масштабированием (делением на S).

    Между и существует связь

    

Существуют методы, позволяющие найти реакцию системы или объекта на воздействие произвольной формы, если имеются данные о или

    

    Реакция системы – сумма реакций на отдельные импульсы

    При получается интеграл Дюамеля,

    

    по  которому определяется реакция системы  на воздействие произвольной формы.

    На  практике часто определяют или . Существует специальный математический аппарат, позволяющий на основании этих данных построить дифференциальное уравнение объекта, определить его передаточную функцию

    Рассмотрим  пример – инерционное звено. Его  дифференциальное уравнение (уравнение 1-го порядка)  [*].

    Предположим, что в результате эксперимента со ступенчатым воздействием определена кривая разгона  данного объекта. 

      

    Приведем  уравнение (*) к стандартному виду ,

где - постоянная времени;

- коэффициент передачи.

    Необходимо  определить  и . 

    В установившемся режиме ; из (**) после масштабирования делением на А; .

    Для определения  проинтегрируем (**) в пределах от до

    

,

или после масштабирования, если все разделить на А,

    

S – площадь над кривой .

Тема 2.01 Проектирование систем управления

    Из  полного проекта по автоматизации  в рамках данного предмета будем  рассматривать лишь функциональную схему автоматизации (ФСА), текстовую часть пояснения её работы и заказную спецификацию на средства автоматизации

Функциональная  схема автоматизации (ФСА)

    Основной  документ по управлению, на основании которого выполняются остальные части проекта.

    Функциональная  схема автоматизации изображается в развернутом и упрощенном видах.

    При развернутом изображении, как правило, в верхней части листа изображается технологическая схема без соблюдения масштаба, но с четкой последовательностью расположения аппаратов в технологической цепи. Допускается изображать оборудование в виде прямоугольников. Вспомогательное оборудование и трубопроводы, не участвующие в управлении (фильтры, дренажные системы) допускается не изображать.

    Как правило, в нижней части листа  изображается техническое решение  в области управления в специальных прямоугольниках, характеризующих определенную ступень в иерархии управления.

    Используются  обычно следующие ступени:

1. Приборы по месту
2. Местные щиты
3. Агрегатные щиты
4. Центральные щиты
5. Диспетчерские пульты
6. Управляющие вычислительные машины (УВМ).

    Присутствие всех ступеней необязательно.

    В верхней  половине окружности графического изображения  используются буквенные обозначения, например

1 буква – параметр, подлежащий контролю и/или управлению   (Р - давление)

2 буква – уточнение  параметра, D – перепад давлений (может отсутствовать, при этом все остальные сдвигаются на шаг влево)

Далее – функциональные признаки прибора 

      С – регулирование

      А – сигнализация

       - допускается объединить, так  как нереально регистрировать не измеряя.

    Рассмотрим  конкретный пример выполнения ФСА развернутым  способом. Объект управления – теплообменник.

    Предположим, что в результате исследования динамических свойств объекта было установлено, что для стабилизации основного  регулируемого параметра – температуры, достаточно использование 3х позиционного закона. Рассмотрим чисто методический пример (в смысле используемой аппаратуры)

    

    Для стабилизации температуры в теплообменнике 1 используется контур управления, включающий в себя:

• датчик – термометр сопротивления медный (поз. 1а)
• бесшкальный 3х позиционный регулятор типа РТ-3 (поз. 1б)
• клапан с электродвигательным исполнительным механизмом (поз. 1в)

    Для выбора режима управления используется переключатель "автомат-ручной" (SA). Управление электродвигательным исполнительным механизмом осуществляется с помощью реверсивного магнитного пускателя (КМ).

    В ручном режиме управление магнитным пускателем осуществляется с помощью кнопочного поста (SB).

    Для сигнализации выхода параметра за пределы зоны "норма" используется сигнальная арматура (HL).

    Для визуального контроля за значениями регулируемого параметра используется логометр (поз. 2б), укомплектованный термометром  сопротивления (поз. 2а).

    Рассмотрим  упрощенный вариант ФСА для данного примера. При упрощенном способе техническое решение в области управления изображается непосредственно на технологической схеме. При этом, как правило, изображается одна окружность, в которую группируются функциональные признаки элементов контура управления, причем менее значимые исключаются.

    

• Составление заказной спецификации на средства автоматизации

    Форма заказной спецификации представлена в  литературе [3 прил.]

пози ция		наименование  и техническая характеристика	Тип, марка	Единица измерения		количество
1		2	3	4		9
1.1 Оборудование и материалы, поставляемые  заказчиком
		контроль и  управление температурой в теплообменнике 1
1а, 2а		Термопреобразователь  сопротивления медный; номинальная статическая характеристика 50 М, модель 014	ТСО14-5Ом.В3.20/1,0	шт.		2
1б		Регулятор температуры 3х позиционный, номинальная статическая  характеристика 50 М, изготовитель: Московский завод тепловой автоматики (МЗТА)	РТ-3	шт.		1
1		2	3	4		9
1в		клапан регулирующий с электродвигательным исполнительным механизмом, изготовитель: арматурный завод г.Гусь-Хрустальный	25Ч714НЖ	шт.		1
2б		логометр, номинальная  статическая характеристика 50 Ом, изготовитель: МЗТА	Ш69000	шт.		1
	Электрическая аппаратура
SA		Универсальный переключатель "Автомат-Ручное"	УП-5300	шт.		1
SB		Кнопочный пост	КМ3-3В	шт.		1
КМ		Реверсивный магнитный  пускатель, Uк–220V	ПМЕ-224	шт.		1
HL		Сигнальная арматура	АС-220	шт.		1

    Ту  же задачу можно решить, используя показывающий прибор со встроенным 3х позиционным регулятором. Например, логометр типа Ш69004. Та же задача решается с применением современного микропроцессорного прибора фирмы "Овен" типа 2ТРМ1 (с цифровой индикацией показаний).

    При необходимости использования на объекте управления непрерывного закона, например ПИ-закона, изменения в рассмотренной ФСА следующее: вместо РТ-3 можно использовать бесшкальный регулятор типа "Теплар 110" с широтно-импульсным выходом (работающий с тем же датчиком и управляющий тем же исполнительным механизмом). Изменения в ФСА:

    

    При необходимости использовать пневматические системы управления датчик температуры подключается к нормирующему преобразователю, например, Ш-703, имеющему выход 0..5 мА. Затем используется электропневматический преобразователь, например, типа ЭПП-63. Далее управление происходит с использованием станции управления ПВ 10.1 Э, к которой подключен пневматический пропорционально-интегральный регулятор типа ПР3.21.

    На  функциональной схеме станция управления с регулятором выглядит следующим образом:

    

    Рассмотрим  пример ФСА при использовании  регулятора с непрерывным законом

    Рассмотрим  аппарат для получения на выходе продукта с заданным уровнем рН.

    

    

приборы по месту
щит оператора

 


    Для стабилизации уровня рН в аппарате 7 использован контур управления, включающий в себя:

• датчик рН-метра (поз.1а)
• нормирующий преобразователь П-215 (поз.1б), выходной сигнал 0..5 мА
• регистрирующий прибор со встроенным ПИ-регулятором типа "Диск-250", управляющий сигнал 0..5 мА (поз.1в)
• электропневматический преобразователь ЭПП-63 (поз.1д), управляющий регулирующим органом с мембранным исполнительным механизмом (поз.1е)
• перевод с автоматического режима на ручной и формирование командного токового сигнала 0..5 мА осуществляется с помощью блока БУ-12 (поз.1г)

    Упрощенная  ФСА для данного примера имеет  вид:

    

Тема 2.02  Повышение качества управления

    Рассмотренные выше одноконтурные системы автоматизированного  регулирования (АСР) часто не обеспечивают заданного качества управления вследствие инерционности объекта и запаздывания. Для повышения качества используют многоконтурные системы. В них применяют дополнительные импульсы по вспомогательным координатам. Для повышения качества используют следующие системы:

1. комбинированные
2. каскадные
3. с дополнительным импульсом по производной из промежуточной точки

• Комбинированные системы

    В них, помимо основного замкнутого контура, для повышения качества дополнительно  используют разомкнутое управление для компенсации возмущений.

    Пример  рассмотрен в начале курса (рис.5). При этом возможны 2 способа управления при контроле основного возмущающего фактора:

• оба регулятора воздействуют на один и тот же исполнительный механизм;
• динамический компенсатор является задатчиком для регулятора, работающего в замкнутом контуре

    Рассмотрим  комбинированную систему управления процессом ректификации.

    

    Задача  стабилизировать концентрацию готового продукта. Один из возмущающих факторов – расход исходной смеси.

    Для повышения качества управления используется динамический компенсатор 2 (регулятор, работающий в разомкнутой системе), выход которого используется как задание регулятору 1, работающему в замкнутом контуре.

    Расчет  комбинированных систем ведется с использованием принципа инвариантности.

• Каскадные АСР

    Данную  схему применяют при значительной инерционности основного канала управления, если при этом удается  выделить промежуточную координату, обусловленную меньшей инерционностью, для управления которой осуществляется воздействие на тот же исполнительный механизм. 


    

     Регулятор 1 обеспечивает стабилизацию температуры в реакторе (внешний инерционный контур) выступает в качестве задатчика для регулятора 2, служащего для стабилизации температуры на выходе подогревателя (контур с меньшей инерционностью). Например, при повышении температуры в реакторе, регулятор 1 уменьшает задание регулятору 2, который "быстро" обеспечивает уменьшение расхода пара до требуемого уровня.

    Регулятор 1, как правило, должен содержать интегральную составляющую для устранения статической ошибки, например, ПИ-регулятор. Регулятор 2 может иметь более простой закон, например, П-закон, обладающий высоким быстродействием. На сигнал задания регулятора 2, как правило, накладываются ограничения, формируемые с помощью специальных устройств.

• АСР с дополнительным импульсом по производной  из промежуточной  точки

    Применяется для объектов с распределенными  параметрами, когда выходная переменная изменяется и по координате, контролю подлежит характеристика на выходе, а управление подается на вход.

    

    

    На  вход основного регулятора 1 поступает отклонение . Реально дифференцирующее звено 2 обеспечивает на выходе значение производной , что позволяет подать на вход объекта упреждающий сигнал, позволяющий повысить качество управления. Необходимость использования производной в точке 1 объясняется стремлением получить 0 на выходе звена 2 в установившемся режиме, когда .

• Взаимосвязанные системы управления

    Объекты с несколькими входами и выходами – взаимосвязанные.

    

    В таких  объектах при нанесении воздействий  по каналу х₁ или х₂ изменяются обе выходные характеристики y₁ и y₂.

    Существует 2 подхода к управлению такими системами:

1. несвязанное управление

применяется в  случае существенно меньшего влияния  перекрестных связей по сравнению с  основными. В этом случае управление строится как для одноконтурных  систем, но оптимальные настройки  регулятора рассчитываются с учетом перекрестных связей, т.е. в этом случае х₁ управляет y₁, а х₂ воздействует на y₂.

2. связанное управление

в этом случае реализуется  принцип автономности, т.е. управляющее  воздействие противоположных каналов (х₁ для y₂, х₂ для y₁) рассматриваются как возмущения. Строятся комбинированные системы (для рассмотренного случая две, показана одна), в которых динамические компенсаторы выступают в качестве задатчиков основным регуляторам.

• Понятие о передаточной функции

    Одним из основных инструментов в теории управления является преобразование Лапласа, которое ставит в соответствие функции переменной времени функцию комплексного переменного , где

     - изображение оригинала 

Существуют и  обратные преобразования

    В справочной литературе для значительного количества оригиналов приводится выражения для их изображений и наоборот. Например, для производной

    Это позволяет записать дифференциальное уравнение (1) (раздел "описание элементов и систем") в операторной форме: 
 


    Передаточная функция W(S)  - отношение преобразованных по Лапласу выходной характеристики к входной при нулевых начальных условиях . В реальных условиях

    Существуют  методики восстановления по W(S) дифференциального уравнения элемента или системы (диф.уравнение (1)), а также кривой разгона и весовой функции .

    Имея  W(S), можно определить реакцию элемента или системы на любое входное воздействие . По находится , по выражению (1***) через и определяется и по справочникам данному изображению ставится в соответствие изменение .

    На  практике, обычно, экспериментально определяют или , или аналитически строят дифференциальные уравнения (1), а по ним определяют передаточную функцию.

• Преобразование  структурных схем

    Системы управления стараются изобразить в  виде структурной схемы, элементы которой представлены своими передаточными функциями (датчик, регулятор, объект и т.д.). Причем стараются использовать элементы с дифференциальным уравнением не выше 2го порядка (элементарные звенья).

    Например, при синтезе систем управления объект часто представляют в виде инерционного звена с дифференциальным уравнением вида (см. выше) или в операторной форме (через преобразование Лапласа):

    Преобразование  структурных схем к простейшему  виду осуществляется с помощью следующих правил:

1. Последовательное соединение

    

    

2. Параллельное  соединение звеньев

    

3. Параллельно-встречное  включение

    

    В данном случае знак "+" в знаменателе относится к схеме соединения с отрицательной обратной связью.

    Существуют  и другие способы преобразования структурных схем.

    Рассмотрим  схему управления

    

    где W_p и W_об – передаточные функции регулятора и объекта. По отношению в рассмотренной схеме существует понятие передаточная функция разомкнутой системы и передаточная функция замкнутой системы (W_рс и W_зс). Передаточная функция разомкнутой системы получается при разрыве линии обратной связи (см.рис)

    Передаточная  функция замкнутой системы:

    

    Рассмотренная передаточная функция называется главной передаточной функцией замкнутой системы (по каналу "задание").

• Выбор закона регулирования

    Для обеспечения заданного качества управления необходимо согласование отдельных элементов системы управления и, прежде всего, объекта и регулятора. Рассмотрим упрощенный выбор закона регулирования. В этом случае объект рассматривается как инерционное звено с запаздыванием, кривая разгона которого имеет вид:

    

    где - момент времени приложения ступенчатого воздействия

    Т – постоянная времени объекта

    τ – время запаздывания 


    При упрощенном способе рассматривают  отношение τ к Т. При этом если , то выбирают позиционный закон; для используют непрерывный закон; при используют импульсные регуляторы (допускается использование непрерывных законов).

    Импульсные  регуляторы используют также в многоканальных системах управления.

    При выборе закона управления руководствуются  следующим: необходимо выбрать минимально возможный по сложности закон, обеспечивающий заданное качество.

    При реализации заданного качества управления рассматривают обычно 3 вида оптимальных процессов:

1. Апериодический с заданным временем регулирования.

    

    Здесь и далее рассматривается ступенчатое  возмущение по каналу "возмущение", например изменение нагрузки. 
 
 


2. При колебательном  характере переходной функции  y(t) обеспечение перерегулирования не выше 20%
3. Обеспечение минимального значения среднеквадратичного отклонения не выше заданного

    

В этом случае перерегулирование  достигает 40% 
 


    Для выбора закона управления можно воспользоваться  диаграммой [3], в которой после выбора закона, начиная с самого простого П-закона, по номограмме рассчитывают (определяют) время регулирования. Если оно выше заданного, то берется следующий по сложности закон, например ПИ и т.д. При невозможности добиться заданного качества управления применяют другие способы улучшения качества управления (комбинированное, каскадное и т.д.).

Тема 2.03 Понятие об основных типах систем управления

    Системы управления могут выполнять следующие  функции:

1. сбор информации о текущем состоянии объекта
2. определение или вычисление критериев качества
3. определение алгоритмов функционирования и управляющих воздействий
4. реализацию управляющих воздействий

    Эти функции могут быть различным  образом распределены между человеком  и техническими средствами. В зависимости  от этого системы управления подразделяются на 4 типа:

• Информационные (неавтоматизированные) системы управления

    Технические средства выполняют функцию лишь сбора информации о текущем состоянии объекта. Оператор интуитивно оценивает качество управления и принимает субъективно оптимальное решение по воздействию на объект.

    Структурная схема

    

• Системы автоматического  управления (САУ)

    Все 4 функции, рассмотренные выше, выполняются техническими средствами – полная автоматизация. Человек непосредственно в управлении не участвует, но может обеспечивать переход на ручной режим. Осуществляет диагностику работоспособности системы и замену вышедших из строя блоков.

    

    Информация  о состоянии объекта с помощью  датчиков, нормирующего и кодирующего  преобразователей НП и КП поступает в вычислительное устройство, которое управляет регулирующими органами с помощью исполнительных механизмов. Информация на них поступает после декодировки.

    САУ применяют на несложных объектах управления, как правило, с одним  легко вычисляемым критерием эффективности процесса.

    В ряде случаев критерием качества может  быть стабилизация или экстремальное  значение одной или нескольких выходных координат (концентрация целевого продукта, температура на выходе). Это частный  случай САУ – автоматические системы регулирования (АСР). Структурная схема аналогична.

    Критерий  эффективности – себестоимость  продукта (САУ). Критерий эффективности  – стабилизация давления, температуры  – АСР (вырожденный критерий).

• Системы централизованного  контроля и регулирования (СЦКР)

    Применяются для достаточно сложных, распределенных в пространстве объектов. В них  технические средства выполняют функции:

• сбора информации о текущем состоянии объекта
• управление регулирующими органами в локальных системах управления

    Человек (оператор):

• оценивает критерии качества (интуитивно)
• формирует задание регуляторам локальных систем (осуществляет управление путем изменения задания регуляторам локальных АСР)

    Имеется возможность ручного дистанционного управления исполнительными механизмами.

• Автоматизированные  системы управления технологическими процессами (АСУТП).

    Человеко-машинные комплексы, в которых технические  средства выполняют функции 1,2,3. Оператор оценивает управляющее воздействие, формируемое техническими средствами (УВМ) и разрешает или блокирует (корректирует) реализацию этих управляющих воздействий на объекте. Имеется возможность ручного дистанционного управления исполнительными механизмами.

    АСУТП может иметь 3 возможных структуры:

• центральную
• супервизорную
• распределенную
1. Центральная

    В ней  функциями сбора, обработки информации и формирование управляющих воздействий  осуществляется центральным вычислительным устройством.

    

2. Супервизорное

    При этом используются локальные АСР. УВМ  управляет процессом путем изменения задания локальным регуляторам (с использованием УСО)

3. Распределенные

    АСУТП могут быть реализованы по следующим  структурам:

• радиальные
• шинные
• кольцевые

Тема 2.04 Регулирование основных технологических параметров

    Рассмотрим  особенности регулирования параметров:

• Регулирование расхода

    Стабилизация  расхода часто используется в  разомкнутых системах управления непрерывными процессами, а также во внутренних (малоинерционных) контурах каскадных схем.

    Особенности:

• малое запаздывание и инерционность изменения регулируемого параметра, что приводит к необходимости их согласования с инерционностью регуляторов, датчиков и исполнительных устройств
• наличие высокочастотных пульсаций расхода вследствие работы насосов, дросселирующих устройств, случайных колебаний расхода, вследствие чего практически не используется дифференциальная составляющая регуляторов.

    Изменение расхода может осуществляться тремя способами:

1. дросселирование потока через запорную арматуру

     

2. изменение напора за счет изменения числа оборотов двигателя насоса или угла поворота лопастей вентилятора
3. байпассирование – переброс части потока из основной линии в обводную. Используется, в частности, при работе с поршневыми насосами, когда изменения по п.1 недопустимы.

    

    При регулировании расходов сыпучих  материалов применяют изменение  угла поворота заслонки на бункере  или скорость движения транспортерной ленты.  И в том, и в другом случае в качестве датчика может  служить весоизмерительное устройство.

       

    

    При регулировании соотношения расходов возможны случаи:

• нет требований к стабилизации суммарного расхода (используется только регулятор соотношений)
• необходимо стабилизировать суммарный расход (используется регулятор "ведущего расхода" и регулятор "ведомого" соотношения)
• стабилизация суммарного расхода во внутренних контурах каскадных систем (используется примененные во 2м пункте регуляторы, регулятор соотношения FFC, получающий задание от регулятора внешнего контура - температуры):

    

• Регулирование уровня

    При управлении уровнем в отсутствие фазовых превращений используют:

1. Позиционное регулирование медленно изменяющегося уровня в неответственных процессах путем включения/отключения насосов, либо переключения потока на другую емкость
2. Непрерывное управление уровнем тремя возможными воздействиями:
• изменением расхода на притоке
• изменением расхода на стоке
• изменением соотношения расходов во внутренних контурах каскадных систем с коррекцией по уровню

    

    При управлении уровнем процессов с  фазовыми превращениями можно регулировать уровень за счет изменения интенсивности  фазового превращения изменением подачи теплоносителя при выпаривании или хладагента при конденсации.

• Регулирование давления

    Обычно, регулирование организуют в последнем аппарате технологической цепи, а в предыдущих аппаратах оно устанавливается исходя из гидравлического сопротивления схемы. В ответственных массообменных процессах, где давление играет существенную роль (ректификация), регулированию подлежит параметр в каждом из этих аппаратов.

• Регулирование уровня рН

    Характеризуется существенно нелинейной зависимостью рН от расхода реагентов.

    

    Характеризуется очень высокой чувствительностью на участке 1, что приводит к столь малым значениям коэффициента усиления регуляторов, которые сложно организовать, поэтому применяют специальные СУ с двумя регулирующими органами.

    

    Перемещение регулирующего органа 1 грубой регулировки осуществляется в зонах "2" и "3". Перемещение регулирующего органа 2 точной настройки осуществляется в зоне "1" при отсутствии перемещения 1го регулирующего органа.

Тема 2.05 Микропроцессорные регуляторы (на примере изделий фирмы «Овен»).

    Общая функциональная схема регуляторов

      


    Входные устройства могут быть:

1. специальные – предназначены для работы с термопарами, термосопротивлениями, либо другими датчиками;
2. универсальные – на входе токовые, потенциальные или другие сигналы ГСП.

    Как правило, модификация входа, выход устройств, класс логического устройства указывается пользователем при заказе. Регуляторы имеют возможность масштабирования и изменения наклона характеристики.

      


    При работе со стандартными сигналами пользователь, как правило, имеет возможность масштабирования шкалы и установления места расположения плавающей запятой.

    При этом большинство регуляторов имеют  возможность буквенного обозначения  параметров.

    

    Регуляторы  в блоке обработки данных имеют одно- двух- или трехступенчатые фильтры (цифровые). При этом пользователем задается полоса фильтра и глубина фильтра.

• Полоса  фильтра

    Этот  тип фильтрации предназначен для  исключения влияния случайных помех.

    

    Если  значение полученной величины отличается от предыдущего более, чем на  значение полосы фильтра, оно игнорируется. На индикаторе прибор оставляет значение предыдущего и опрашивает датчик еще раз.

    Увеличение полосы фильтра приводит к повышению быстродействия, но уменьшению помехоустойчивости. Если прибор работает в условиях сильных помех, рекомендуется увеличение полосы фильтрации. Если помехи маловероятны, рекомендуется ставить либо очень большое значение полосы фильтрации, либо равное 0.

    

• Глубина фильтрации

    Глубиной  фильтрации определяется количество последних  опросов, из которых прибор вычисляет  среднеарифметическое.

    

    При увеличении глубины фильтрации быстродействие прибора падает. При уменьшении – возрастает, но прибор начинает неоправданно реагировать на небольшие изменения.

Тема 2.06 Режимы работы логического блока

• а) Измеритель

    В этом режиме на выходе присутствует непрерывный  аналоговый сигнал, который затем  подается либо на самописец, либо на регистрирующее устройство.

• б) Компаратор

    В этом режиме возможны 4 варианта работы и  регулирования:

1. прямой гистерезис (предназначен для работы с нагревателями). При этом первоначальное включение прибора производится при , где ∆ - гистерезис, зона нечувствительности. Выключение нагревателя производится при .
2. обратный гистерезис – для работы с холодильником. При этом включение компрессора производится при , выключение при .
3. П-образный режим. При этом включение исполнительного механизма происходит при попадании параметра в заданный диапазон .
4. U-образный режим. При этом включение исполнительного механизма производится при выпадении параметра из этого диапазона.
• в) Регулятор

    При этом режиме может осуществляться либо регулирование с помощью непрерывного выходного сигнала (токового, поданного  через электропневматический преобразователь  на пневмоклапан), либо с помощью  ключевых устройств (реле, транзисторная  оптопара, семисторная оптопара). При этом производится сопоставление частоты включения реле с величиной отключения выходного сигнала ε (t) – широтно-импульсная модуляция.

    

    Предназначен  для работы с нагревательными  приборами и электродвигательными исполнительными механизмами. При этом регулятор может дополнительно учитывать П-законы, либо ПД, ПИ, либо ПИД-закон.

    Для работы с электродвигательными исполнительными  механизмами регулятор должен иметь  на выходе ключевые устройства; регулятор  может иметь дополнительный датчик положения задвижки.

    В режиме автопрограммирования регулятор самостоятельно определяет постоянные времени , , . Для этого он на выходе за рассчитанные промежутки времени изменяет значение выходного параметра от min до max и вычисляет реакцию параметра на воздействие.

    После этого пользователь проверяет значения , и , и, при необходимости, их корректирует. 


    Литература

   1. Бодров  В.И., Лазарева Т.Я. Теория линейных  систем автоматического регулирования: лекции к курсу "Теория автоматического управления".- Тамбов: ТГТУ, 1994.- 215 с.

   2. Технические  средства автоматизации химических  производств / В.С. Балакирев, Л.А. Барский, А.В. Бугров и др.- М.: Химия,1991.-272 с.

   3. Автоматизация  и электрификация сельского хозяйства  и перерабатывающей промышленности: Учебное пособие с прилож./ Дворецкая Л.В., Калинин В.Ф., Загинайлов В.И. и др.- Тамбов: ТГТУ,1999.- 116 с.

   4. Автоматическое  управление в химической промышленности / Под ред. Е.Г. Дудникова.- М.: Химия, 1987.-386 с.

   5. Автоматика  и  автоматизация производственных  процессов / И.И. Мартыненко, Б.Л.  Головинский, Р.Д. Проценко, Т.Ф. Резниченко.- М.: Агропромиздат, 1985.- 335 с.

   6. Практикум  по автоматике и системам управления  производственными процессами / Под ред. И.М. Масленникова.- М.: Энергоатомиздат, 1990.- 272 с.

   7. Промышленные  приборы и средства автоматизации:  Справочник/ Под ред. В.В Черенкова.- Л.: Машиностроение, 1987.-847 с.

   8. Кулаков  М.В.  Технологические измерения  и приборы для химических производств.- М.: Машиностроение, 1984.- 315 с.

   9. Приборы  контроля и управления влажностно-тепловыми  процессами: Справочная книга/ Сост. И.Ф. Бородин, С.В. Мищенко.- М.: Россельхозиздат, 1985.- 239 с.

   10. Проектирование  систем автоматизации технологических  процессов: Справочное пособие/ Под ред. А.С. Клюева.- М.: Энергоатомиздат, 1990.- 272 с.

   11. Емельянов  А.И., Капник О.В. Проектирование  систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие по содержанию и оформлению проектов:- М.: Энергоатомиздат, 1988.- 400 с.

   12. Дворецкий  С.И., Лазарева Т.Я. Проектирование  автоматизированных систем управления химико-технологическими процессами: Учебное пособие.- Тамбов: ТГТУ, 1993.- 206 с.

   13. Голубятников  В.А., Шувалов В.В. Автоматизация  производственных процессов в химической промышленности.- М.: Химия, 1985.- 352 с.

   14. Шувалов  В.В., Агаджанов Г.А., Голубятников  В.А. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности.- М.: Химия, 1991.- 480 с.

   15. Курсовое  и дипломное проектирование по  автоматизации технологических  процессов. Учебное пособие/ Ф.Я.  Изаков, В.Р. Казадаев, А.Х. Ройтман, Б.В. Шмаков.- М.: Агропромиздат, 1988.- 183 с.

   16. Балакирев  В.С., Софиев А.Э. Применение средств пневмо- и гидроавтоматики в химических производствах.- М.: Химия, 1986.- 192 с.

   17. Бодров  В.И., Дворецкий С.И., Матвейкин В.Г.  Адаптивные системы управления  химико-технологическими процессами: Учебное пособие.- Тамбов: ТИХМ, 1990.- 120 с.

   18. Бородин  И.Ф. Технические средства автоматики.- М.: Колос, 1982.- 303 с.

   19. Лазарева  Т.Я., Мартемьянов Ю.Ф. Основы теории  автоматического управления: Учебное  пособие. – Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2004. – 352с.

   20. Елизаров  И.А., Мартемьянов Ю.Ф., Схиртладзе А.Г., Фролов С.В. Технические средства автоматизации. Программно-технические комплексы и контромеры: Учебное пособие. – М.: Машиностроение – 1, 2004. – 180с.