Современные автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) является иерахично распределенными системами, основными компонентами которых являются рабочие станции (РС), объединенные в локально-вычислительные сети (ЛВС) и реализованные с помощью микропроцессорных контроллеров (МПК) и персональных компьютеров (ПК). Комплекс работ по созданию этих систем "под ключ" выполняется в следующей последовательности:
1. консалтинг - помощь независимой фирмы в выборе программного и технического обеспечений на основе анализа организационной структуры и информационных потоков, существующих систем управления и требований к создаваемой системы;
2. создание аванпроекта, что позволяет предварительно оценить основные технические решения и стоимость системы;

Основы проектирования систем автоматизации

3. разработка проекта, макетирование в случае необходимости наиболее ответственных узлов и защита проекта;
4. поставка компьютерного и сетевого оборудования;
5. монтаж кабельной системы, ее тестирование, отладка и сертификация;
6. установки и конфигурирование сетевого оборудования.

  
Исполнительные механизмы (ИМ) предназначены для перемещения регулирующего органа (РО) в соответствии с командами автоматического регулятора. Практически исполнительный механизм преобразует сигнал одной природы, который поступает от автоматического регулятора, в механическое перемещение регулирующего органа. Кроме того, ИМ можно рассматривать как усилитель мощности, с помощью которого слабый сигнал регулятора, многократно усиливаясь за счет энергии питания ИМ подается на РО. Исполнительный механизм, который работает в автоматической системе регулирования, должен не только перемещать РО, но и обеспечить это перемещение с наименьшими искажениями сигнала регулятора.

Электрические, пневматические и гидравлические исполнительные механизмы в системах автоматического регулирования

Для сравнительной оценки исполнительных механизмов используются следующие показатели:
- быстродействие (величина, обратная времени перехода исполнительного механизма из одного состояния равновесия в другое);
- точность (величина, обратная максимально возможной погрешности установки исполнительного механизма в новое состояние равновесия)
- максимальная нагрузка (наибольший момент или усилие, которое может передать ИМ).

  
В реализации закона регулирования важнейшую роль играет линия обратной связи (ЛОС). Например, в простейших двухпозиционных регуляторах она отсутствует. В этом случае появление незначительного по величине несогласования приводит, благодаря большому коэффициенту усиления ПС, практически мгновенно к появлению наиболее возможного зa амплитудой сигнала Up на выходе ОЭ, и регулирующий орган перемещается в одно из крайних положений. В пропорциональных П- регуляторах управляющее воздействие пропорционально сигналу рассогласования.

Общая информация о П, И, ПИ, ПД и ПИД регуляторах

Величина статической погрешности зависит от коэффициента передачи регулятора Кр: чем он больше, тем меньше статическая погрешность. Но увеличение коэффициента передачи ограничено требованиями устойчивости системы регулирования. Так при значениях Кр незначительное несогласие ЛБ приводит к значительным изменениям Up, и процесс регулирования будет приближаться к позиционному, а его характер - к автоколебательному. Таким образом, П- регуляторы имеют хорошие динамические характеристики, то есть процесс регулирования.

  
Автоматический регулятор - это управляющее устройство, предназначенное для выработки управляющего сигнала на объект управления с целью поддержания технологических параметров на заданном уровне. Регуляторы разделяются по многим признакам, в том числе и по конструкции, но можно привести обобщенную функциональную структуру регулятора. По способу действия автоматические регуляторы делятся на регуляторы прямого и непрямого действия. В регуляторах прямого действия для перемещения регулирующего органа используется непосредственно энергия регулируемой величины. Они используются в случаях, когда регулируемая величина имеет достаточную энергию для перемещения регулирующего органа.

Автоматические регуляторы прямого и непрямого действия, непрерывные и дискретные

В регуляторах непрямого действия энергия к их элементам, прежде всего к усилителю мощности, подается от внешнего источника питания, что позволяет развивать достаточно большие динамические усилия при перемещении регулирующих органов и обеспечивает возможность территориального распределения автоматического регулятора и исполнительного механизма с регулирующим органом. Кроме того, регуляторы непрямого действия имеют более высокое быстродействие и точность. По характеру регулирующего действия бывают регуляторы непрерывного и дискретного действия.

  
При создании систем автоматического управления используются различные технические средства, которые имеют различное функциональное назначение и соответствуют тем задачам и функциям, которые решаются на определенном уровне для конкретного объекта. Можно выделить несколько основных групп технических средств, которые используются для построения систем автоматизации:

Классификация технических средств автоматизации

1. Технические средства для получения информации о состоянии технологических параметров объекта и технологического оборудования. К ним относят датчики и измерительные преобразователи, которые непосредственно устанавливаются на технологическом оборудовании для измерения давления, температуры, уровня, расхода, физико-химических свойств, состояния оборудования и прочее.
2. Технические средства, предназначенные для отображения и регистрации информации на щитах оператора и диспетчерских пунктах. Это показывающие и регистрирующие приборы, индикаторы, сигнальные табло, мнемосхемы и т.д.
3. Технические средства для реализации алгоритмов автоматического регулирования и логико-программного управления, в том числе автоматические регуляторы.

  
В теории и практике автоматического управления сложились определенные методы исследования свойств объектов: аналитические, экспериментальные, комбинированные. Фактически они предназначены для получения математических моделей (ММ) объектов. Продемонстрируем получения ММ для автоматического регулирования простых объектов. Аналитические методы основаны на изучении свойств объектов на основе исследования процессов, которые в них происходят, с помощью фундаментальных законов физики, химии, теплотехники, гидравлики и других наук.

Аналитические методы исследования свойств объектов автоматизации

Все эти науки имеют свои законы, описывающие физико-химические превращения вещества, тепло- и массообмен, гидродинамику и т.д. Основой для получения аналитических ММ является уравнение материальных и энергетических балансов фазовых превращений и другие. Эти методы называются также неформальными, поскольку они дают возможность глубоко изучить суть процессов в объекте, их внутреннюю структуру.

  
Для простых объектов при решении отдельных задач берут показатели, которые имеют непосредственное влияние на динамику автоматизированной системы регулирования (АСР). Вместимость объекта - его способность в процессе функционирования накапливать или тратить вещество или энергию. Для гидравлических объектов этот показатель оценивается объемом жидкости, тепловых - количеством теплоты, подвижных - количеством движения (момент инерции) и т.д. Самовыравнивание - возможность самостоятельно переходить в устоявшееся состояние после прекращения внешнего воздействия, то есть восстанавливать материальный или энергетический баланс.

Показатели, которые влияют на динамику автоматизированной системы регулирования

Это выражается в том, что в устойчивом объекте существуют внутренние обратные связи, которые проявляются через действие управляемой величины на приток или расход вещества или энергии. Самовыравнивание облегчает управление объектом, уменьшает величину отклонения параметров от их заданных значений. Численно величина самовыравнивания оценивается коэффициентом, который обратно пропорционален коэффициенту передачи объекта по каналу возмущения. Инерционность объекта характеризует скорость изменения его исходной величины под влиянием внешних воздействий, она одновременно связана с вместимостью объекта и величиной постоянной времени последнего.

  
В общем понимании автоматизированного управления предприятием объектами автоматизации являются комплексы и отдельные технологические процессы или агрегаты. На нижнем уровне сложных иерархических систем управления, где основными задачами являются логико-программное управление и автоматическое регулирование, целесообразно говорить об объектах регулирования, хотя можно использовать и термин "объекты управления", имея в виду, что объекты регулирования - их частный случай.

Объекты управления и их свойства

Рассмотрим свойства простых объектов, в которых регулируют технологические параметры - температуру, уровень, давление, расход, концентрацию и тому подобное. Таким образом, в нашем случае объектом регулирования или управления (иногда употребляют термин "объект автоматизации") будет технологический процесс или технологический агрегат, в котором происходят процессы преобразования вещества или энергии, характеризующихся комплексом значений технологических параметров и потребует организованного целенаправленного вмешательства путем создания специальных управляющих воздействий (управлений).

  
Средства измерения - это совокупность технических средств и элементов, которые используются при измерении и имеют нормированные метрологические характеристики и свойства, то есть соответствуют требованиям метрологии к единицам, точности измерения, надежности и воспроизведения полученных результатов, а также требованиям по размерам, конструкции и качеству. Основными видами средств измерения являются меры, измерительные приборы, преобразователи, измерительные установки и измерительные системы. Мерой называется средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера, например, веса - меры массы: 1 кг; 0,5 кг; 0,2 кг; 0,1 кг и другие.

Классификация средств измерения и измерительных систем

Измерительным прибором называется средство измерения, предназначенное для формирования информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. По форме выдачи информации приборы делятся на аналоговые, показания которых являются непрерывной функцией измеряемой величины, и цифровые, показы которых дискретные, а информация подается в цифровой форме. Кроме того, приборы бывают: показывающие, самопишущие, сигнальные, регулирующие, со счетчиками, нормируемыми преобразователями и другими дополнительными функциями.

  
Во всех измерениях, независимо от измеряемой величины, метода и средств измерения, общее, что составляет основу измерения - сравнение практическим путем измеряемой величины с другой, подобной ей, принятой за единицу. При любом измерении с помощью эксперимента физическую величину определяют в виде некоторого принятого для нее числа единиц. Единство измерений - такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сравнить результаты измерений при проведении их в разных местах, в разное время, разными методами и средствами измерений.

Виды методов и средств измерения

Измерением называется определение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Оно заключается в сравнении с другой однородной величиной, условно принятой за единицу измерения. Физическая величина - свойство, общее в качественном отношении во многих физических объектов, но в количественном отношении - индивидуальная. Так, температура, давление, уровень как физические величины в качественном отношении общие, однако в количественном - разные, например, температура и давление для различных корпусов выпарной установки разные.


Яндекс.Метрика Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru   "СМАРТ Системы"      © 2007-2016 Все права защищены.