Scheme pentru monitorizarea și controlul parametrilor proceselor tehnologice. Controlul și gestionarea mașinilor-unelte și a liniilor automate. Sisteme de control cu \u200b\u200bun singur circuit și cu mai multe circuite
În ciuda varietății imense de procese tehnologice din industria chimică, toate constau în operațiuni tehnologice separate, fiecare dintre acestea, așa cum s-a menționat mai sus, poate fi atribuit unuia dintre următoarele grupuri de procese tipice: mecanic, hidrodinamic, termic, transfer de masă, chimic (reactor), termodinamic. Procesele fiecărui grup se bazează pe legi fizico-chimice generale, care predetermină asemănarea semnificativă a proprietăților lor ca obiecte de automatizare.
Acest lucru face posibilă dezvoltarea unor scheme de automatizare tipice pentru obiectele fiecărui grup. Cu toate acestea, o caracteristică tehnologică nu este suficientă pentru tastarea obiectelor de automatizare, deoarece Procesele dintr-un grup pot avea un design hardware diferit (de exemplu, uscarea într-un uscător cu tambur sau într-un uscător cu pat fluidizat) și, ca obiecte de automatizare, diferă semnificativ în ceea ce privește proprietățile lor. În consecință, doar o combinație de două caracteristici - tipul procesului tehnologic și tipul de aparat în care se desfășoară acest proces - determină pe deplin obiectul tipic al controlului automat în producția chimică.
Pentru fiecare obiect tipic, pot fi dezvoltate una sau mai multe variante de sisteme de automatizare.
Consumul ACP ... Cel mai adesea, apare problema reglării debitului de gaz, lichid sau vapori transportați prin conductă. Controlul debitului într-un astfel de sistem se realizează prin limitarea debitului, care depinde de gradul de deschidere a supapei de control (a se vedea figura 7.2):
Figura 7.2 - Cel mai simplu debit ACP
Obiectul reglării este, de fapt, secțiunea conductei dintre senzorul de debit și supapa de control, care poate fi considerată o legătură de amplificare neinerțială. În consecință, caracteristica dinamică a unei părți date a ACP este determinată numai de proprietățile dinamice ale senzorului de debit și ale corpului de reglare. Pentru a menține un debit dat fără abateri reziduale în debitul ACP, de regulă se folosesc regulatoare PI.
În sistemele de control al debitului, se utilizează una dintre cele trei metode de modificare a debitului:
- strangularefluxul unei substanțe printr-un organism de reglementare instalat pe conductă (supapă, poartă, clapă);
Schimbarea presiunii în conductă utilizând o sursă de energie controlată (de exemplu, schimbarea numărului de rotații ale motorului pompei sau a unghiului de rotație a paletelor ventilatorului);
- ocolire , adică excesul de substanță din conducta principală a crescut în linia de bypass.
Debitul după pompa centrifugă este reglat de o supapă de control instalată pe conducta de refulare (Figura 7.3, a). Atunci când se utilizează o pompă cu piston, utilizarea unui astfel de ACP este inacceptabilă, deoarece în timpul funcționării regulatorului, supapa se poate închide complet, ceea ce va duce la o rupere a conductei (sau la supratensiune dacă supapa este instalată la aspirația pompei). În acest caz, by-passul de debit este utilizat pentru a controla debitul (Figura 7.3, b).
1 - debitmetru; 2 - supapă de control; 3 - regulator; 4 - pompă.
Figura 7.3 - Scheme de control al debitului după pompele centrifuge (a) și cu piston (b).
Controlul debitului prin limitarea debitului în conducta de bypass. La utilizarea pompelor cu piston, elementele de comandă nu trebuie instalate pe conducta de refulare, deoarece o modificare a gradului de deschidere a unui astfel de organ duce doar la o schimbare a presiunii în linia de descărcare, în timp ce debitul rămâne constant. Închiderea completă a regulatorului poate deteriora pompa. În acest caz, regulatorul este instalat pe linia de ocolire care leagă conductele de aspirație și evacuare (Figura 7.3, 6).
Dezavantajul acestei metode de control este eficiența sa scăzută. Mai economică este metoda de reglare prin schimbarea performanței pompei: numărul de rotații ale arborelui, cursa pistonului, unghiul de înclinare a lamelor.
Numărul de rotații ale arborelui poate fi modificat:
1. Prin comutarea înfășurării statorului la un număr diferit de perechi de poli,
2. Prin introducerea unui reostat în circuitul rotorului motorului,
3. Prin schimbarea frecvenței curentului de alimentare,
4. Adoptarea ambreiajelor reglabile între pompă și motorul cu inducție.
Reglarea debitului solidelor în vrac se efectuează prin schimbarea gradului de deschidere a clapetei de reglare la ieșirea din buncăr (Figura 7.4, a) sau prin schimbarea vitezei benzii transportoare. În acest caz, debitmetrul este un dispozitiv de cântărire care determină masa materialului de pe banda transportoare (Figura 7.4, b).
1 - buncăr. 2 - transportor; 3 - regulator; 4 - clapeta de control; 5 - motor electric
Figura 7.4. Scheme de control al debitului pentru solidele în vrac:
Reglarea raportului consumului a două substanțe poate fi efectuată în trei moduri:
Cu o productivitate totală nespecificată, debitul unei substanțe (Figura 7.5, a) G1, numit „conducător”, poate varia în mod arbitrar; a doua substanță este furnizată la un raport constant de γ cu prima, astfel încât debitul „antrenat” este JG1. Uneori, în loc de un regulator de raport, se utilizează un releu de raport și un regulator convențional pentru o variabilă (Figura 7.5, b). Semnalul de ieșire al releului 6, care stabilește coeficientul de raport dat γ, este furnizat sub forma unei sarcini către regulatorul 5, care asigură menținerea debitului „sclav”.
La un anumit debit "principal", pe lângă rapoartele ACP, se utilizează și ACP al debitului "principal" (Figura 7.5, c). Cu o astfel de schemă, în cazul unei modificări a referinței pentru debitul G1, debitul G2 se va schimba, de asemenea, automat (într-un raport dat cu G1).
La o sarcină totală dată și corecția coeficientului pentru al treilea parametru. ACP al raportului debitului este o buclă internă în sistemul de control al cascadei al celui de-al treilea parametru tehnologic (de exemplu, temperatura din aparat). În acest caz, coeficientul de raport dat este stabilit de un controler extern în funcție de acest parametru, astfel încât G2 \u003d JfyJG1 (Figura 7.5, d). Particularitatea înființării ACP-urilor în cascadă este că limitarea strn este setată la sarcina regulatorului intern< хр < хрв. Для АСР соотношения расходов это соответствует ограниче-нию ун < γ < ув. Если выходной сигнал внешнего регулятора выходит за пределы [хрн,хрв], то задание регулятору соотношения остается на предельно допустимом значе-нии γ (т. е. Ji1 или J6).
1, 2 - debitmetre, 3 - regulator de raport, 4, 7 - supape de control; 5 - regulator de debit, 6 - releu de raport, 8 - Regulator de temperatură, 9 - dispozitiv de restricție.
Figura 7.5. Scheme de reglare a debitului.
Amestecarea lichidelor.Atunci când dezvoltăm o soluție tipică, ne referim la un recipient cu un agitator mecanic, în care sunt amestecate două lichide, sub obiectul controlului. Scopul controlului este de a obține un lichid (amestec) cu o anumită concentrație a oricărui component. Debitele lichidelor A și B și concentrațiile lor se pot modifica dacă se încalcă regimul tehnologic al proceselor anterioare. Consumul de amestec este determinat de procesul tehnologic ulterior.
Necesar la efectuarea procesului de amestecare:
1. Mențineți echilibrul materialului mixerului, adică. F A + F B \u003d F amestec.
2. Mențineți o concentrație constantă a amestecului, adică Q al amestecului \u003d const.
Pentru a menține echilibrul materialului, nivelul amestecului din rezervor trebuie selectat ca valoare controlată. Constanța nivelului este atinsă prin modificarea debitului F B. Constanța concentrației Q a amestecului poate fi asigurată prin schimbarea debitului F A (Figura 7.6)
Figura 7.6 - Un exemplu de nivel ACP
Dacă debitul lichidului B variază foarte mult în timpul controlului nivelului, ar trebui utilizat un regulator al raportului de debit lichid corectat prin concentrație pentru a îmbunătăți calitatea controlului concentrației. Acest regulator ajută la reducerea perturbărilor de concentrație introduse de schimbarea inițială a fluxului de fluid. Când sosesc alte influențe deranjante, de exemplu, cu o schimbare a concentrației componentelor în lichide, sarcina raportului debitului se va schimba (Figura 7.7).
Figura 7.7 - Un exemplu de raport al nivelului ACP
Reglarea procesului de amestecare în conductă.Dacă procesul de amestecare se efectuează direct în conductă, atunci nu este nevoie de o unitate de stabilizare a nivelului, este suficient să instalați un regulator de concentrație a componentelor în amestec sau un regulator al debitului (cu sau fără corecție, Figura 7.8).
Figura 7.8 - Reglarea procesului de amestecare în conductă
Nivel ACP. Nivelul este un indicator indirect al echilibrului hidrodinamic din aparat. Constanța nivelului indică respectarea echilibrului material, atunci când fluxul de lichid este egal cu scurgerea, iar rata de schimbare a nivelului este zero.
În cazul general, schimbarea nivelului este descrisă printr-o ecuație a formei:
unde S - zona secțiunii orizontale (libere) a aparatului; G ex, G eыx - debitele de lichid la intrarea și ieșirea aparatului; G o6 - cantitatea de lichid format (sau consumat) în aparat pe unitate de timp. În funcție de precizia necesară pentru menținerea nivelului, se utilizează una dintre următoarele două metode de control:
În funcție de precizia necesară pentru menținerea nivelului, se utilizează una dintre următoarele două metode de control:
Controlul pozițional, la care nivelul dispozitivului este menținut în limite specificate, destul de largi: Lfs< L < L^ Такие системы регулирования устанавливают на сборниках жидкости или промежуточных емкостях (рисунок 7.9). При достижении предельного значения уровня происходит автоматическое переключение потока на запасную емкость;
Reglare continuă, care asigură stabilizarea nivelului la o anumită valoare, adică L \u003d L.
1 - pompă; 2 - aparate; 3 - indicator de nivel; 4 - regulator de nivel; 5.6 - supape de control.
Figura 7.9 - Schema controlului nivelului pozițional
Cerințele deosebit de ridicate sunt impuse acurateței controlului nivelului la schimbătoarele de căldură, în care nivelul lichidului afectează semnificativ procesele termice. De exemplu, la schimbătoarele de căldură cu abur, nivelul condensului determină suprafața reală de schimb de căldură. În astfel de ACP-uri, pentru controlul nivelului fără o eroare statică, se folosesc Controlere PI ... Controlerele P sunt utilizate numai în cazurile în care nu este necesar un control de înaltă calitate și perturbările din sistem nu au o componentă constantă, ceea ce poate duce la acumularea unei erori statice.
În absența transformărilor de fază în aparat, nivelul din acesta este reglat într-unul din cele trei moduri:
Prin schimbarea debitului lichidului la intrarea în aparat (reglarea „la intrare”, Figura 7.10, a);
Prin modificarea debitului lichidului la ieșirea aparatului (reglarea „pe scurgere”, Figura 7.10, b);
Prin reglarea raportului debitului lichidului la intrarea și ieșirea aparatului cu corecție de nivel (cascadă ACP, Figura 7.10, c); oprirea circuitului de corectare poate duce la o acumulare de erori în timpul controlului nivelului, deoarece datorită erorilor inevitabile la setarea regulatorului de raport, debitele la intrarea și ieșirea aparatului nu vor fi exact egale între ele și, datorită proprietăților de integrare ale obiectului, nivelul din aparat va crește (sau scădea continuu) ).
a - reglementarea „la intrare”; b - reglare "pe scurgere", c - cascadă ACP (1 - regulator de nivel, 2 - supapă de control, 3, 4 - debitmetre, 5 - regulator de raport).
Figura 7.10 - Scheme de control continuu al nivelului:
1 - evaporator; 2 - regulator de nivel, 3 - supapă de control
Figura 7.11 - Schema de control al nivelului în evaporator
În cazul în care procesele hidrodinamice din aparat sunt însoțite de transformări de fază, este posibil să se regleze nivelul prin schimbarea alimentării purtătorului de căldură (sau lichidului de răcire). În astfel de dispozitive, nivelul este interconectat cu alți parametri (de exemplu, presiunea), prin urmare, alegerea metodei de control al nivelului în fiecare caz specific trebuie efectuată ținând cont de buclele de control rămase. Un loc special în sistemele de control al nivelului este ocupat de sistemele de control al nivelului în dispozitivele cu un strat fluidizat (pseudo-lichefiat) de material granular (Figura 7.12).
Este posibilă menținerea stabilă a nivelului patului fluidizat în limite destul de înguste ale raportului dintre debitul de gaz și masa patului. Cu fluctuații semnificative ale debitului de gaz (sau debitului materialului granular), stratul este transportat sau calmat. Prin urmare, sunt impuse cerințe deosebit de ridicate asupra preciziei controlului nivelului patului fluidizat. Debitul materialului granular la intrarea sau ieșirea aparatului (Figura 7.12, a) sau debitul de gaz pentru lichefierea stratului (Figura 7.12, b) sunt utilizate ca influențe de reglare.
a - îndepărtarea materialului granular, 6 - modificarea debitului de gaz (1 - aparat cu pat fluidizat, 2 - regulator de nivel, 3 - corp de reglare).
Figura 7.12 - Reglarea nivelului patului fluidizat:
Presiunea ACP.Presiunea este un indicator al raportului debitelor fazei gazoase la intrarea și ieșirea aparatului. Constanța presiunii mărturisește respectarea echilibrului materialului în faza gazoasă. De obicei, presiunea (sau vidul) din unitatea tehnologică este stabilizată într-un aparat și în întregul sistem este setată în conformitate cu rezistența hidraulică a liniei și a aparatului. De exemplu, într-un evaporator multi-shell (a se vedea Figura 7.13, a), vidul din ultimul evaporator este stabilizat. În dispozitivele rămase, în absența perturbărilor, se stabilește o rarefacție, care se determină din condițiile de echilibrare a materialului și a căldurii, ținând cont de rezistența hidraulică a liniei tehnologice.
În cazurile în care presiunea afectează semnificativ cinetica procesului (de exemplu, în procesul de rectificare), este prevăzut un sistem de stabilizare a presiunii în dispozitive individuale (Figura 7.13, b). În plus, la reglarea procesului de rectificare binară, punctul său de fierbere este adesea folosit ca indicator indirect al compoziției amestecului, care este legat în mod unic de compoziție numai la presiune constantă. Prin urmare, în coloanele de rectificare a produselor, sunt de obicei furnizate sisteme speciale de stabilizare a presiunii.
1, 2 - evaporatoare; 3 - condensator barometric; 4 - regulator de vid;
5 - supapă de control.
Figura 7.13a - Reglarea vidului într-un evaporator multi-shell
1 - coloană; 2 - condensator de reflux; 3 - capacitate de reflux; 4 - regulator de presiune;
5 - supapă de control
Figura 7.13B - ACP de presiune în coloana de distilare
Reglarea descărcării într-un evaporator multi-shell. În acest sistem, efectul de reglare este fluxul de apă de răcire în condensatorul barometric, care afectează viteza de condensare a aburului secundar.
Controlul presiunii diferențiale. În astfel de dispozitive, este reglată căderea de presiune, care caracterizează regimul hidrodinamic, care afectează cursul procesului (Figura 7.14).
a - într-un aparat de coloană cu ambalaj; b - într-un aparat cu pat fluidizat (1 - aparat; 2 - regulator de presiune diferențială; 3 - supapă de control).
Figura 7.14 - Circuitul de control al presiunii diferențiale
În general Presiunea ACPlichidul, gazul sau aburul transportat prin conductă au multe în comun cu debitul ACP, deoarece obiectele reglementate au aceleași proprietăți. Uneori, pentru a regla presiunea în conductele de abur sau aer comprimat, acestea se folosesc P-regulatoare acțiune directă.
În absența unor tulburări de amplitudine ascuțite și semnificative, acestea oferă o bună calitate a controlului datorită inerției minime a buclei de control.
Controlul temperaturii ACP.Temperatura este un indicator al stării termodinamice a sistemului și este utilizată ca o coordonată de ieșire la reglarea proceselor termice. Caracteristicile dinamice ale obiectelor din sistemele de control al temperaturii depind de parametrii fizico-chimici ai procesului și de proiectarea aparatului. Prin urmare, este imposibil să se formuleze recomandări generale pentru alegerea unei temperaturi ACP și este necesară o analiză a fiecărui proces specific.
Caracteristicile generale ale temperaturii ACP includ o inerție semnificativă a proceselor termice și senzori de temperatură industrială. Prin urmare, una dintre principalele sarcini în proiectarea sistemului de control al temperaturii este reducerea inerției senzorilor.
Luați în considerare, de exemplu, caracteristicile dinamice ale unui termometru într-o carcasă de protecție (Figura 7.15).
1 - capac de protecție; 2 - gol de aer; 3 - perete termometru; 4 - fluid de lucru.
Figura 7.15. Diagramele principale (a) și structurale (b) ale termometrului
Diagrama structurală a termometrului poate fi reprezentată ca o conexiune în serie a patru capacități de căldură (Figura 7.15, b): un capac de protecție 1, un spațiu de aer 2, un perete al termometrului 3 și un fluid de lucru în sine 4. Dacă neglijăm rezistența termică a fiecărui strat, atunci toate elementele pot fi aproximate prin legături aperiodice de ordinul 1, ale căror ecuații au forma:
M j este masa capacului, a golului de aer, a peretelui și respectiv a lichidului; c pj - capacități de căldură specifice; α j1, α j2 - coeficienți de transfer de căldură; Fj1, Fj2 - suprafețe de transfer de căldură.
După cum se poate observa din ultimele ecuații, principalele direcții pentru reducerea inerției senzorilor de temperatură sunt:
Creșterea coeficienților de transfer de căldură de la mediu la capac, ca urmare a alegerii corecte a locului de instalare a senzorului; în acest caz, viteza de mișcare a mediului trebuie să fie maximă; toate celelalte lucruri fiind egale, este mai preferabil să instalați termometre în faza lichidă (în comparație cu faza gazoasă), în aburul de condensare (în comparație cu condensatul), etc;
Reducerea rezistenței termice și a capacității termice a capacului de protecție ca urmare a alegerii materialului și grosimii acestuia;
Reducerea constantei de timp a decalajului de aer datorită utilizării materialelor de umplere (lichide, așchii de metal); pentru convertoarele termoelectrice (termocupluri), joncțiunea de lucru este lipită pe capacul de protecție;
Selectarea tipului principal de convertor; De exemplu, atunci când alegeți un termometru de rezistență, termocuplu sau termometru manometric, este necesar să se țină cont de faptul că termocuplul din versiunea cu inerție redusă are cea mai mică inerție, iar termometrul manometric are cea mai mare.
Numărul de pH ACP... Sistemele de control PH pot fi clasificate în două tipuri, în funcție de precizia de control necesară. Dacă rata de modificare a pH-ului este scăzută și limitele admisibile ale fluctuațiilor sale sunt suficient de largi, se utilizează sisteme de control pozițional care mențin pH-ul în limitele specificate: pHn ≤ pH ≤ pHv. Al doilea tip include sisteme care asigură controlul proceselor în care este necesar să se mențină cu precizie pH-ul la o anumită valoare (de exemplu, în procesele de neutralizare). Pentru a le controla, sunt utilizate controlere continue PI sau PID.
O caracteristică comună a obiectelor în timpul reglării pH-ului este neliniaritatea caracteristicilor lor statice, asociată cu dependența neliniară a pH-ului de consumul de reactivi. Figura 7.16 prezintă o curbă de titrare care caracterizează dependența pH-ului de consumul de acid G 1. Pentru diferite valori presetate ale pH-ului, pe această curbă se pot distinge trei secțiuni caracteristice: prima (medie), care se referă la medii aproape neutre, este aproape de liniar și se caracterizează printr-un câștig foarte mare; a doua și a treia secțiune, legate de medii puternic alcaline sau acide, au cea mai mare curbură.
În prima secțiune, obiectul în caracteristica sa statică se apropie de elementul releu. În practică, acest lucru înseamnă că atunci când se calculează un ACP liniar, câștigul regulatorului este atât de mic încât depășește setările de lucru ale regulatoarelor industriale. Deoarece reacția de neutralizare efectivă are loc aproape instantaneu, caracteristicile dinamice ale aparatelor sunt determinate de procesul de amestecare și, în aparatele cu dispozitive de amestecare, sunt descrise destul de precis prin ecuații diferențiale de ordinul 1 cu întârziere. În acest caz, cu cât este mai puțin constantă de timp a aparatului, cu atât este mai dificil să se asigure o reglare stabilă a procesului, deoarece inerția instrumentelor și a regulatorului și întârzierea în liniile de impuls încep să afecteze.
Figura 7.16 - Dependența valorii pH-ului de consumul de reactiv
Pentru a asigura o reglare stabilă a pH-ului, se utilizează sisteme speciale. Figura 7.17a prezintă un exemplu de sistem de control al pH-ului cu două supape de control.
a - diagramă funcțională; b - caracteristicile statice ale supapelor (1, 2 - supapă de control; 3 - regulator de pH).
Figura 7.17 - Exemplu de sistem de control al pH-ului
Supapa 1, care are un diametru nominal mare, este utilizată pentru reglarea dură a debitului și este setată la intervalul maxim de variație a semnalului de ieșire al regulatorului [хрн, хрв] (Figura 7.17, b, curba 1). Supapa 2, care servește pentru un control precis, este proiectată pentru un debit mai mic și este setată în așa fel încât atunci când xp \u003d x0 p + Δ este complet deschisă, iar când xp \u003d x 0 p - Δ este complet închisă (curba 2). Astfel, cu o ușoară abatere a pH-ului de la pH 0, când x 0 p - Δ< х р < х 0 р + Δ, степень открытия клапана 1 практически не изменяется, и регулирование ведется клапаном 2. Если |х р - х 0 р |, клапан 2 остается в крайнем положении, и регулирование осуществляется клапаном 1.
În a doua și a treia secțiune a caracteristicii statice (Figura 3.12, b), aproximarea sa liniară este valabilă doar într-un interval foarte restrâns de schimbare a pH-ului, iar în condiții reale, eroarea de control datorată liniarizării se poate dovedi a fi inacceptabil de mare. În acest caz, rezultate mai precise sunt obținute prin aproximare liniară în bucăți (Figura 7.18), în care obiectul liniarizat are un câștig variabil.
Figura 7.18 - Aproximare liniară în parte a caracteristicilor statice ale obiectului la reglarea pH-ului
Figura 7.19 prezintă o diagramă bloc a unui astfel de ACP. În funcție de nepotrivirea pH-ului, unul dintre regulatoare este activat, ajustat la câștigul corespunzător al obiectului.
Figura 7.19 - Schema bloc a unui sistem de control al pH-ului cu doi regulatori.
АСР parametrii de compoziție și calitate.În procesele tehnologiei chimice, un rol important îl joacă menținerea precisă a parametrilor de calitate ai produselor (concentrația unei anumite substanțe în flux etc.). Acești parametri sunt greu de măsurat. În unele cazuri, pentru a măsura compoziția, se utilizează cromatografe, care oferă rezultate ale măsurătorilor în momente discrete în timp (în funcție de durata ciclului de cromatograf).
Discreția măsurării poate duce la întârzieri suplimentare semnificative și la o scădere a preciziei de control dinamic. Pentru a reduce efectul nedorit al întârzierii măsurării, se folosește un model pentru a corela calitatea produsului cu variabilele care sunt măsurate continuu. Acest model poate fi destul de simplu; coeficienții modelului sunt specificați prin compararea valorii parametrului calitativ calculat din acesta și găsit ca urmare a analizei următoare.
Astfel, una dintre metodele raționale de reglare a calității este reglarea printr-un indicator indirect calculat cu rafinarea algoritmului pentru calcularea acestuia prin datele analizelor directe. Între măsurători, indicele de calitate al produsului poate fi calculat prin extrapolarea valorilor măsurate anterior. O diagramă bloc a sistemului de control al parametrilor de calitate a produsului este prezentată în Figura 7.20. Dispozitivul de calcul, în cazul general, calculează continuu evaluarea indicelui de calitate ~ (t) conform formulei:
în care primul termen reflectă dependența de variabilele procesului măsurate continuu sau de mărimile asociate dinamic cu acestea, de exemplu, derivate, iar al doilea - de ieșirea filtrului extrapolant.
Pentru a îmbunătăți precizia reglării compoziției și a calității, se utilizează dispozitive cu un dispozitiv de calibrare automată. În acest caz, sistemul de control calibrează periodic analizorii de compoziție, ajustând caracteristicile acestora.
1 - obiect; 2 - analizor de calitate; 3 - dispozitiv de calcul; 4 - regulator
Figura 7.20 -. Diagrama bloc a parametrului de calitate al produsului ACP:
De exemplu, ia în considerare procesul de luare a deciziilor în automatizare unul dintre cele mai frecvente procese tipice.
Automatizarea procesului de amestecare. Caracteristicile generale ale proceselor de amestecare în mediu lichid. Agitarea este un proces hidromecanic de mișcare reciprocă a particulelor într-un mediu lichid, cu scopul distribuției lor uniforme pe întregul volum sub acțiunea unui impuls transmis către mediu de un agitator, jet de lichid sau gaz.
Transcriere
1 Ministerul Educației Generale și Profesionale din Federația Rusă Universitatea Tehnică de Stat Tver V.F. Komissarchik Reglarea automată a proceselor tehnologice Manual Tver
2 UDC 6.5 Reglarea automată a proceselor tehnologice: Manual Ediția a doua, extinsă / V.F. Comisar; Universitatea Tehnică de Stat din Tver, Tver, 48p. Sunt luate în considerare metode de calcul al sistemelor de control automat pentru procesele tehnologice de diferite tipuri. Conceput pentru studenții specialității. „Automatizarea proceselor tehnologice și a producției” atunci când studiază disciplina cu același nume. Pregătit la Departamentul de Automatizare a Proceselor Tehnologice, Universitatea Tehnică de Stat din Tver.
3 3 Introducere Una dintre cele mai importante sarcini de automatizare a proceselor tehnologice este controlul automat, care vizează menținerea constanței, stabilizarea valorii setate a variabilelor controlate sau modificarea acestora conform unei legi stabilite în timp, control programat cu precizia necesară, care permite asigurarea producerii calității cerute, precum și siguranță și economic exploatarea echipamentelor tehnologice. Variabilele controlate sunt de obicei nivelul de funcționare, temperatura, presiunea, debitul sau calitatea umidității, densității, vâscozității, compoziției etc. indicatori de funcționare a proceselor tehnologice care caracterizează echilibrul material sau energetic din aparat și proprietățile produsului. Sarcina controlului automat se realizează prin intermediul sistemelor de control automat ACP. Schema bloc a unui ACP închis este prezentată în Fig. F PO x OR S P - înapoi Fig ..
4 4 În fig. indicat: SAU este un obiect de reglementare, un proces tehnologic sau un aparat; y este o variabilă reglabilă; х influența de reglare cu ajutorul căreia se desfășoară procesul de reglare. Influențele de reglementare sunt de obicei debitele solidelor lichide, gazoase, în vrac; RO este un organism de reglare, cu ajutorul căruia se modifică consumul de energie. Pentru a modifica debitul corpurilor lichide și gazoase, sunt utilizate pe scară largă corpuri de lucru de tip strangulare cu o zonă de curgere în schimbare; S este poziția actuatorului, măsurată de obicei în% din cursa RO, cum ar fi mișcarea tijei supapei sau rotația clapetei. Deoarece acțiunea de reglementare x, de regulă, nu este măsurată, S este de obicei luată ca acțiune de reglementare, referindu-se astfel la RO la obiectul reglementat; F- influențe perturbatoare care afectează valoarea variabilei controlate; Р - regulator automat - un set de elemente concepute pentru rezolvarea problemei de reglare; set - valoarea setată a variabilei controlate, care trebuie menținută de regulator; - un comparator care generează un semnal de nepotrivire de eroare: înapoi De exemplu, în Fig. descrie o diagramă a controlului temperaturii produsului θ pr la ieșirea schimbătorului de căldură prin schimbarea alimentării cu lichid de răcire G.
5 5 G pr θ pr R G Fig. Una dintre principalele perturbări ale acestui sistem este consumul produsului încălzit G pr. Motivul reglementării într-un ACP închis este apariția unei erori. Când apare, regulatorul schimbă acțiunea de control x până când eroarea este complet eliminată în sistemul ideal. Astfel, ACP este conceput pentru a menține variabila controlată la un nivel dat, cu fluctuații ale influențelor perturbatoare în anumite limite. Cu alte cuvinte, sarcina principală a autorității de reglementare este de a elimina nepotrivirea prin schimbarea acțiunii de reglementare. Cel mai important avantaj al unui ACP închis este că reacționează la orice perturbare care duce la o nepotrivire. În același timp, astfel de sisteme sunt fundamental inerente unei erori de reglementare, de la apariție
6 6 nepotrivirea precedă întotdeauna eliminarea sa și, în plus, un ACP închis în anumite condiții poate deveni instabil. Principalele sarcini care apar atunci când se calculează ACP sunt: Descrierea matematică a obiectului de reglementare; Fundamentarea schemei structurale a sistemului automat, a tipului de regulator și formarea cerințelor pentru calitatea reglementării; 3. Calculul setărilor regulatorului; 4. Analiza calității reglementării în sistem. Scopul calculării unui ACR închis este de a asigura calitatea cerută a reglementării. Prin calitatea reglării, înțelegem valorile indicatorilor care caracterizează forma curbei procesului tranzitoriu într-un ACP închis, cu un efect de pas la intrarea sa. O vedere aproximativă a caracteristicilor tranzitorii ale unui ACS închis de-a lungul canalelor masterului și perturbatoare, în cazul particular al acțiunii de control, este prezentată în Fig. 3. Răspunsul tranzitoriu al sistemului cu buclă închisă de-a lungul canalului liniei de acțiune de setare y fapt din Fig. 3a reflectă natura tranziției variabilei controlate de la o valoare de staționare la alta. x a y ass b y id y fact y fact y id Fig. 3.
7 7 Ar fi ideal dacă această tranziție s-ar face brusc linia y id Răspuns tranzitoriu de-a lungul canalului liniei de acțiune de reglare y fapt din fig. 3b reflectă procesul de suprimare a perturbării de către sistem. În mod ideal, sistemul nu ar reacționa deloc la perturbarea liniei la id. Acest manual discută despre metodele de rezolvare a problemelor tipice care apar în calculul ACP-urilor de diferite tipuri care sunt utilizate în practica automatizării proceselor tehnologice. Descrierea matematică a obiectelor de control [4] .. Principalele caracteristici și proprietăți ale obiectelor de control Un obiect de control poate fi în una din cele două stări: statică sau dinamică. Static este un mod de staționare în care valorile de intrare și ieșire ale unui obiect sunt constante în timp. Această definiție este valabilă pentru obiecte statice stabile. Dinamica este o modificare a timpului variabilei de ieșire a unui obiect datorită unei modificări a variabilei de intrare sau a condițiilor inițiale diferite de zero. Caracteristicile statice ale obiectelor controlate Comportamentul unui obiect controlat în statică se caracterizează printr-o caracteristică statică „intrare-ieșire”, care reprezintă relația dintre valorile stării de echilibru ale variabilelor de ieșire și de intrare: f set ct Obiectele liniare și neliniare se disting prin tipul de caracteristici statice. Caracteristica statică a unui obiect liniar reprezintă o linie dreaptă care trece prin origine cu ecuația
8 8 K Caracteristica cu ecuația K b care nu trece prin origine poate fi redusă la liniară, denotând b ". Obiectele ale căror caracteristici statice diferă de o linie dreaptă sunt neliniare. Panta caracteristicii statice α, egală cu derivata variabilei de ieșire în raport cu intrarea, se numește coeficientul de transfer static al obiectului: K lim gα Coeficientul K are dimensiunea: unități ale variabilei de ieșire pe unitate a acțiunii de intrare. Înțeles fizic: schimbarea variabilei controlate pe unitate a acțiunii de intrare, adică coeficientul de transfer caracterizează abruptul caracteristicii statice. funcția x. Pentru obiecte liniare Ku / constantă, pentru K neliniar este Când se calculează ACP, caracteristicile neliniare sunt de obicei linearizate. Linearizarea tangentei prin aproximarea liniară a expansiunii seriei Taylor este larg utilizată. Fie x, y punctul în vecinătatea căruia funcția f este liniarizată. Presupunând ddd, găsim d luați în considerare faptul că precizia liniarizării scade odată cu creșterea valorii incrementului; prin urmare, liniarizarea tangentă este valabilă numai în
9 9 o vecinătate suficient de mică a punctului x. În plus, deoarece expresia include derivata funcției f, această metodă de liniarizare este potrivită numai pentru funcții diferențiate. Caracteristicile dinamice ale obiectelor reglate. Ecuația diferențială Principala caracteristică dinamică a obiectelor controlate este ecuația diferențială. Obiectele pot fi descrise prin ecuații diferențiale de două tipuri: ecuații diferențiale obișnuite și ecuații diferențiale parțiale. Ecuațiile diferențiale obișnuite descriu obiecte cu parametri nodulați, care pot fi considerați în mod convențional containere cu amestecare instantanee ideală. Variabilele din astfel de obiecte depind doar de timp și nu depind de coordonatele punctului de măsurare al variabilei. Ecuațiile diferențiale parțiale descriu obiecte cu parametri distribuiți; fizic, acestea sunt de obicei dispozitive în care una dintre coordonate este mult mai mare decât celelalte, de exemplu, un schimbător de căldură țeavă în țeavă, dispozitive de tip coloană etc. În astfel de obiecte, valorile variabilelor depind nu numai de timp, dar și coordonatele punctului de măsurare a variabilelor, prin urmare, ecuațiile diferențiale includ nu numai derivate în ceea ce privește timpul, ci și în ceea ce privește coordonatele. De obicei, atunci când se calculează, ecuațiile diferențiale parțiale sunt aproximate printr-un sistem de ecuații diferențiale obișnuite. În cele ce urmează, vom lua în considerare obiecte descrise prin ecuații diferențiale obișnuite de formă: d d n n n n< n n n d d m d d L bm L b ; m, m d d
10 unde n este ordinea laturii stângi și întreaga ecuație ca întreg, m este ordinea laturii drepte. Deoarece obiectele de control reale reprezintă legături inerțiale, întotdeauna m 11 Proprietățile de bază ale transformatei Laplace. Întârzierea argumentului cu τ corespunde multiplicării imaginii cu τ e. Teorema deplasării originalului, adică L e τ (τ) 4 Această proprietate permite găsirea de imagini de ecuații diferențiale cu un argument întârziat Diferențierea originalului la condiții inițiale zero corespunde multiplicării imaginii cu p: d L d, prin urmare, în mod formal, variabila p poate fi considerată un simbol al diferențierii. În statică, p. În cazul general, d L d 5 Deoarece integrarea este acțiunea inversă de diferențiere, integrarea originalului corespunde divizării imaginii cu p: (d) L / Proprietatea 5 vă permite să scrieți imaginea Laplace a ecuației diferențiale: nnnnm L bm L b Astfel, imaginea Laplace a ecuației diferențiale reprezintă o expresie algebrică care poate fi rezolvată în ceea ce privește imaginea variabilei de ieșire ur, și apoi reveniți de la imagine la original. Această operație se numește transformată Laplace inversă și este notată de operatorul L () L: 12 Transformata Laplace inversă este determinată de integrala α j π e d j α j Pentru a facilita găsirea imaginii din original și originalul din imagine, au fost întocmite tabele de corespondență între originale și imaginile acestora pentru cele mai simple funcții. Aceste tabele se găsesc în ghidurile de transformare Laplace și manualele de teorie de control. Pentru a găsi originalele imaginilor complexe, utilizați formula pentru descompunerea unei imagini în fracții simple. cm p Raportul dintre imaginea Laplace a variabilei de ieșire și imaginea variabilei de intrare în condiții inițiale zero se numește funcția de transfer W bm nmn L b L, sub forma: sau, din moment ce b, funcția de transfer poate fi scrisă în b WLL mmnn B, A unde Ap și Bp sunt polinoame de ordine p și respectiv m. Care este relația dintre funcția de transfer și raportul de transfer static? Funcția de transfer este o caracteristică dinamică, raportul de transfer este o caracteristică statică. Odihna statică este un caz special al dinamicii mișcării. Prin urmare, К este un caz special de W în statică. Din moment ce p în statică, K W 6 13 3 Caracteristici de timp Caracteristica de timp a unui obiect este reacția sa la un semnal aperiodic tipic. Ca semnale de intrare, o funcție pas sau funcția sa derivată - δ - este cel mai des utilizată. Răspunsul unui obiect sau a oricărei legături dinamice la o funcție de pas de amplitudine unitară, o funcție de pas de unitate, se numește caracteristica tranzitorie a obiectului legăturii h. Răspunsul obiectului la un pas de amplitudine arbitrară x se numește curba de accelerație a obiectului Fig. 4. Pentru a obține răspunsul tranzitoriu din curba de accelerație y, fiecare ordonată a curbei de accelerație trebuie împărțită la amplitudinea pasului: h / Fig. 4. Fig. 5. Răspunsul obiectului la funcția δ în condiții reale la un impuls de durată și amplitudine finită, de exemplu, dreptunghiular se numește răspuns la impuls al funcției de greutate a obiectului de control. cinci. 14 4 Caracteristici de frecvență Determinați comportamentul unui obiect în domeniul frecvenței atunci când un semnal armonic este aplicat la intrarea acestuia: m sin, unde πf π / este frecvența circulară a semnalului, f este frecvența, este perioada de repetare a semnalului, x m este amplitudinea semnalului. La ieșirea unui obiect liniar, apar și oscilații armonice cu aceeași frecvență, dar cu o amplitudine și o fază diferite Fig. 6: ϕ m ϕ; 36, j m m ϕ j Fig. 6. Fig. 7. Valorile lui m și ϕ depind de frecvența semnalului de intrare. Deoarece suntem interesați de o schimbare a două valori ale amplitudinii și fazei simultan, este convenabil să luăm în considerare caracteristicile de frecvență în planul complex. Semnalul de intrare armonic este reprezentat pe planul complex de vectorul j, a cărui lungime de modul este egală cu amplitudinea х m, iar unghiul de înclinare al argumentului este egal cu faza de oscilație Fig. 7: j m e j Simbolul în acest caz înseamnă „descris”. 15 5 În mod similar, semnalul de ieșire al obiectului este reprezentat în planul complex de vectorul j: m e j ϕ j Imaginile j și j se numesc imagini Fourier ale spectrelor Fourier ale semnalelor armonice și. Raportul dintre imaginile Fourier ale semnalului armonic de ieșire și intrare se numește funcția de transfer de frecvență a FPF sau răspunsul de frecvență complex W j: jm jϕ W jejm A e jϕ Modulul funcției de transfer de frecvență A la frecvență determină coeficientul de transfer al obiectului la o frecvență dată, ϕ este defazajul între ieșire și semnale de intrare la frecvență. Funcția de transfer este o funcție a variabilei complexe α j. Funcția de transfer de frecvență este o funcție a variabilei imaginare j. În consecință, funcția de transfer de frecvență este un caz special al funcției de transfer, când variabila p capătă o valoare pur imaginară j. Prin urmare, în mod formal, expresia pentru funcția de transfer de frecvență poate fi găsită prin înlocuirea variabilei p cu j în funcția de transfer W, adică presupunând j: bm W j j n m j n LL b LL Care este diferența dintre funcția de transfer și funcția de transfer de frecvență? Funcția de transfer reflectă comportamentul obiectului de control sau a oricărei legături dinamice în dinamică cu o formă arbitrară a acțiunii de intrare. Funcția de transfer de frecvență reflectă 16 6 comportamentul obiectului de legătură numai în modul de echilibru al oscilațiilor armonice. Astfel, funcția de transfer de frecvență este un caz special al funcției de transfer, la fel ca variabila imaginară este un caz special al variabilei complexe p. j este Funcția de transfer de frecvență este scrisă în formă algebrică în coordonate carteziene: W j P jq, [W j]; Q Jm [W j], P Re sau sub forma exponențială a coordonatelor polare: W j W j A e jϕ [W j] A W j; ϕ rg Hodograful vectorului W j graficul descris până la sfârșitul vectorului când frecvența se schimbă de la aproximativ la se numește caracteristică amplitudine-fază a AFC. AFC arată modul în care se modifică raporturile de amplitudine și schimbarea de fază între semnalele de ieșire și de intrare atunci când se schimbă frecvența semnalului de intrare. 8. Dependențele raportului dintre amplitudinile semnalelor de ieșire și de intrare A și defazării dintre semnalele de ieșire și de intrare ϕ pe frecvență se numesc caracteristici de amplitudine-frecvență AFC și respectiv frecvență de fază, Fig. 9. AFC conține aceleași informații despre obiectul link ca AFC și PFC combinate. j A ϕ ϕ A Fig. 8. Fig. nouă. 17 7 Proprietăți de bază ale obiectelor reglementate. Sarcină Sarcina este cantitatea de substanță sau energie preluată în timpul funcționării de pe obiectul controlat. Schimbarea sarcinii, de regulă, este principalul efect deranjant în sistemul de control, deoarece duce la un dezechilibru între intrarea și ieșirea materiei energetice din obiect, ceea ce determină o modificare a variabilei controlate, de exemplu, nivelul lichidului din recipient Fig. Q pr H Q st Fig. În plus, o modificare a sarcinii duce la o modificare a caracteristicilor dinamice ale obiectului. De exemplu, într-un recipient cu amestec perfect de orez. constanta de timp este egală cu raportul dintre volumul de lichid stocat de rezervor și sarcină, adică constanta de timp a acestui obiect este invers proporțională cu sarcina. Capacitate Capacitatea este cantitatea de materie energetică pe care un obiect o poate acumula. Capacitatea caracterizează inerția obiectului controlat. Obiectele reglementate pot fi simple și cu mai multe capacități. Obiectele cu mai multe capacități constau din două sau mai multe containere, separate prin 18 la 8 rezistențe tranzitorii. Numărul de containere determină ordinea ecuației diferențiale a obiectului. De exemplu, recipientul cu lichid în fig. aparține numărului de obiecte cu o singură capacitate. Un exemplu de obiect cu trei capacități este un schimbător de căldură de tip coajă și tub din Fig., În care lichidul încălzit primește căldură prin pereții tuburilor de la agentul de răcire. Primul recipient este cantitatea de căldură din lichidul încălzit în spațiul inelar. Al doilea recipient este cantitatea de căldură din lichidul de răcire din interiorul tuburilor. A treia capacitate este cantitatea de căldură din pereții conductelor, această capacitate este de obicei mică în comparație cu restul și este neglijată. Autonivelare Autonivelarea capacității unui obiect de a restabili echilibrul între intrarea și ieșirea materiei energetice datorită unei modificări a variabilei controlate datorită feedbackului negativ intern din obiectul de control. De exemplu, într-un recipient cu scurgere gratuită, orez. cu o creștere a debitului, nivelul crește și din această cauză, debitul crește până la restabilirea echilibrului dintre debit și ieșire. Cu cât valoarea autonivelării este mai mare, cu atât variabila controlată se abate mai puțin sub influența perturbărilor. Astfel, autonivelarea face ca regulatorul automat să fie mai ușor de operat. În funcție de amploarea autonivelării, obiectele de control pot fi împărțite în obiecte cu autonivelare pozitivă, zero și negativă. Din punct de vedere dinamic, obiectele cu autonivelare pozitivă sunt legături inerțiale stabile. Caracteristicile lor tranzitorii se termină într-o stare stabilă 19 9 secțiune, în care variabila controlată se oprește și se oprește din schimbarea Fig., Curbă. 3 Fig. Cantitativ, valoarea de autonivelare se caracterizează prin coeficientul de autonivelare ρ, care reprezintă modulul valorii inverse la coeficientul de transfer static al obiectului: ρ K Coeficientul de autonivelare arată cât de mult trebuie să se schimbe variabila de intrare a obiectului pentru ca ieșirea să se schimbe cu una. Obiectele liniare au autoreglare constantă ρ contra, variabile neliniare ρ Vr. Obiectele care nu au auto-aliniere, obiecte cu auto-aliniere zero, includ așa-numitele obiecte neutre sau astatice, care reprezintă legături integrate din punct de vedere dinamic. Modificările variabilei controlate în astfel de obiecte pot fi în mod arbitrar mari. Un exemplu de neutru 20 al obiectului este un container cu scurgere forțată a figului. Aici, la Qpr Q st, nivelul crește până la revărsarea containerului sau scade la zero. Q pr H Q st Fig. În caz de egalitate între intrare și scurgere, un astfel de obiect poate fi în echilibru la orice valoare a variabilei controlate, de aceea se numește neutru sau astatic. Secțiunea stării de echilibru a caracteristicii tranzitorii a unui obiect astatic este o linie dreaptă, pe care variabila controlată se schimbă la o viteză constantă, curba din Fig. și are sens de rata de schimbare a variabilei controlate pe unitate de acțiune de intrare. Există obiecte în care, în anumite condiții, are loc un proces necontrolat. În aceste obiecte, rata de schimbare a variabilei controlate în procesul tranzitoriu tinde să 21 curba de auto-creștere 3 din Fig. Astfel de obiecte sunt numite obiecte cu auto-aliniere negativă. Din punct de vedere dinamic, acestea sunt legături instabile. Pentru obiecte neutre și instabile ρ. Întârziere Întârziere este intervalul de timp de la momentul aplicării perturbării până la începutul modificării variabilei controlate. Distingeți între lag pur și capacitiv. Decalajul net de transport τ este timpul pe care fluxul de substanță energetică îl petrece la trecerea distanței de la punctul de aplicare a perturbației la punctul de măsurare al variabilei controlate într-un obiect monocapacitiv. Un exemplu de legătură cu întârziere pură este alimentatorul cu bandă transportoare fig. 3. Timpul de întârziere pură este egal cu raportul dintre lungimea secțiunii active a benzii transportoare l și viteza liniară a benzii V: τ l V Q n n V l Q P τ l nm Fig. 3. Fig. 4. 22 În obiectele multi-capacitive, mai multe containere sunt conectate în serie, ceea ce încetinește fluxul de materie energetică de la un container la altul și duce la o întârziere capacitivă. Figura 4 prezintă caracteristicile tranzitorii ale unu n, două - n și obiecte nm multi-capacitive. Când numărul capacităților n\u003e, în caracteristica tranzitorie apare un punct de inflexiune P. Cu o creștere în n, secțiunea inițială a caracteristicii tranzitorii tinde din ce în ce mai mult spre axa abscisei, ca urmare a căreia se formează o întârziere capacitivă τ e. Există o diferență fundamentală între decalajele nete și capacitive. Cu întârziere pură, variabila controlată este zero pe tot parcursul timpului de întârziere. Cu un decalaj capacitiv, se schimbă, deși foarte puțin. În domeniul timpului, transportul și întârzierea capacitivă sunt aproximativ aceleași, iar în domeniul frecvenței, comportamentul acestor legături este semnificativ diferit. Obiectele reale conțin de obicei ambele tipuri de întârziere, drept urmare întârzierea totală τ este egală cu suma lor: τ τ τ е Este practic imposibil să separi întârzierea capacitivă de cea pură pe caracteristica experimentală. Prin urmare, dacă întârzierea netă este determinată de curba de accelerație experimentală, valoarea sa este întotdeauna subiectivă, adică depinde de cercetător. Întârzierea agravează brusc calitatea controlului în sistemul de control automat ... Metode de descriere matematică a obiectelor de control Metodele de descriere matematică a obiectelor de control pot fi împărțite în analitice, adică nu este necesar niciun experiment 23 3 la o instalație industrială și experimental, adică pe baza rezultatelor experimentului. Metodele de obținere a modelelor matematice ale obiectelor bazate pe analiza proceselor fizice și chimice care apar într-un obiect, ținând cont de proiectarea și caracteristicile substanțelor procesate, se numesc metode analitice. Avantajele modelelor analitice ale obiectelor. Nu este necesară nicio experimentare industrială la fața locului. Prin urmare, aceste metode sunt potrivite pentru găsirea modelelor de obiecte în stadiul proiectării lor sau atunci când este imposibil să se studieze experimental caracteristicile obiectelor controlate.Modelele analitice includ caracteristicile de proiectare ale obiectelor și indicatorii modului tehnologic de funcționare a acestora. Prin urmare, astfel de modele pot fi utilizate pentru a selecta designul optim al aparatului și pentru a optimiza regimul tehnologic al acestuia. 3. Modelele analitice pot fi utilizate pentru obiecte similare. Cu toate acestea, modelele analitice sunt destul de complexe. În obiectele reale, pot apărea simultan trei tipuri de procese: transformări chimice, transfer de căldură și masă. Contabilitatea simultană a tuturor acestor procese este o sarcină destul de dificilă. Metodele experimentale pentru obținerea de modele includ obținerea caracteristicilor temporale sau de frecvență ca urmare a unui experiment industrial și aproximarea lor, adică selectarea unui raport analitic care descrie datele experimentale cu precizia necesară. Atunci când ia caracteristici temporale, obiectul se află într-un mod de tranziție de la o stare staționară la alta. La eliminarea caracteristicilor de frecvență, obiectul este pus într-un mod de echilibru al oscilațiilor armonice. Prin urmare, obținerea frecvenței 24 4 caracteristicile, în principiu, vă permit să obțineți informații mai reprezentative despre obiect, mult mai puțin dependent de perturbările aleatorii care acționează asupra obiectului. Dar experimentul de măsurare a caracteristicilor de frecvență consumă mai mult timp decât experimentul de măsurare a caracteristicilor de timp și necesită echipamente speciale. Prin urmare, cel mai accesibil în condiții reale este de a obține caracteristici de timp. Trebuie menționat, totuși, că modelele experimentale ale obiectelor pot fi utilizate numai pentru acele obiecte și acele condiții de funcționare a acestora pentru care a fost efectuat experimentul ... 3. Obținerea și aproximarea caracteristicilor temporale ale obiectelor reglementate Pregătirea și desfășurarea experimentului La elaborarea schemei experimentale pentru preluarea caracteristicilor temporale ale obiectelor reglementate, sunt rezolvate problemele legate de măsurarea și înregistrarea acțiunii de testare și variabila controlată. Planificarea experimentului se reduce la alegerea tipului de acțiune de testare, amploarea amplitudinii sale și numărul de experimente. Pentru a obține curba de accelerație, o funcție de pas este utilizată ca efect de testare. Dacă o acțiune de pas este inacceptabilă pentru obiectul de control fără autonivelare sau o abatere pe termen lung a variabilei controlate de la valoarea nominală este inacceptabilă, se folosește o acțiune cu undă pătrată. Răspunsul tranzitoriu de impuls rezultat în conformitate cu principiul suprapunerii pentru obiecte liniare poate fi reconstruit într-o curbă de accelerație. 25 5 La alegerea amplitudinii acțiunii de testare, se caută un compromis între următoarele cerințe conflictuale. Pe de o parte, amplitudinea acțiunii de intrare trebuie să fie suficient de mare pentru a izola în mod fiabil semnalul util pe fundalul zgomotului de măsurare. Pe de altă parte, abaterile prea mari ale variabilei controlate pot duce la perturbări în funcționarea instalației, ducând la o scădere a calității produsului sau la apariția unui mod de urgență. În plus, la perturbări mari, neliniaritatea caracteristicilor statice ale obiectului afectează. Atunci când se determină numărul de experimente, este util să se țină seama de următorii factori: liniaritatea caracteristicilor statice ale obiectului, gradul de zgomot al caracteristicilor, magnitudinea fluctuațiilor de sarcină, non-staționalitatea caracteristicilor în timp. Înainte de a efectua experimentul, obiectul trebuie să fie stabilizat în apropierea modului nominal de funcționare a acestuia. Experimentul pentru a lua caracteristica de timp continuă până când se stabilește o nouă valoare a variabilei controlate. Când obiectul este zgomotos, caracteristicile experimentale sunt netezite în timp cu zgomot de înaltă frecvență sau peste un set cu zgomot de joasă frecvență. Aproximarea caracteristicilor tranzitorii ale obiectelor de control. Sarcina de aproximare include trei etape: alegerea funcției de transfer de aproximare. Caracteristicile tranzitorii ale obiectelor cu parametri de autonivelare și aglomerate sunt aproximate de o funcție fracțională de transfer rațional în cazul general cu o întârziere pură a formei: 26 6 W despre K despre b m n m n LL e LL Pentru obiectele fără autoaliniere în numitorul funcției de transfer 7, variabila de transformare Laplace p este adăugată de factorul transformatei Laplace, semnul legăturii de integrare. După cum arată practica, se obține o precizie de aproximare satisfăcătoare atunci când se utilizează modele pentru care n, 3 și n-m în absența unui punct de inflexiune în curba de accelerație și n-m în prezența sa. Determinarea coeficienților funcției de transfer aproximative. Vezi mai jos 3. Estimarea preciziei de aproximare. Pentru a estima precizia de aproximare, este necesar să se construiască o caracteristică de proiectare și să se determine eroarea maximă de aproximare. Expresiile pentru caracteristicile tranzitorii corespunzătoare unor funcții de transfer aproximative sunt date în tabel. Când se calculează pe computer în expresiile pentru caracteristicile tranzitorii, ar trebui să mergeți la timpul discret τ 7 i, intervalul de eșantionare și dacă există o întârziere pură în modelul 7, argumentul la ii la i \u003e τ k Aproximarea caracteristicilor tranzitorii ale obiectelor cu autonivelare printr-o legătură inerțială de ordinul întâi cu întârziere o metodă grafică metodă tangentă Funcția de transfer este căutată sub forma: 27 7 W To e τ 8 Pentru a determina τ și T la caracteristica tranzitorie din Fig. 5, trasați o tangentă AB la punctul de inflexiune C punctul de inflexiune corespunde unghiului maxim α dintre tangenta și gura axei absciselor B C gura O τ α A D Segmentul OA tăiat de tangentă pe axa abscisei, luată ca timp de întârziere pură τ: τ ОА. Lungimea proiecției subtangente a segmentului AB pe axa abscisei este luată ca Т: TAD Fig. 5. Coeficientul de transfer K se găsește ca raportul dintre creșterile valorilor de ieșire și de intrare în starea de echilibru: set K 9 set 28 8 Tabel. Modele Funcția de transfer Rădăcini ale ecuației caracteristice Caracteristica tranzitorie К e К, - amplitudinea acțiunii în trepte К α β ee К β α β α β α β 3 К α j ±, α α α rcg e К sin 4 b К α β ebeb К β α α β β α β α α β 5 b К α j ±, sin α α α α α α b rcg ebb К α β γ 3 eee К γ β α γ β γ α γ αβ γ β α β αγ γ α β α βγ К α j ±, γ 3 e rcg e γ α γ α α γ α α α γ γ α α γ sin 3 3 b К α β γ 3 ebebeb К γ β α β γ α γ γ αβ γ β α β β αγ γ α β α α βγ 29 9 3 3 b К α j ±, γ 3 [e b b b rcg e b b К γ α γ α γ α α γ α γ α α α α γ γ α α α γ sin 30 b Metoda de interpolare Curba de accelerație este pre-normalizată de la până conform formulei ~; ~ Pe curba normalizată din Fig. 6, sunt selectate două puncte A și B, nodurile de interpolare, prin care ar trebui să treacă curba calculată. ~ V ~ V ~ A A A B Fig. 6. Răspunsul tranzitoriu normalizat al legăturii cu funcția de transfer 8 este egal cu τ ~ e. Scriind expresia punctelor A și B, obținem un sistem de două ecuații cu două necunoscute: ~ ~ A B e e Aτ b τ Rezolvând acest sistem față de τ și T, obținem: 31 3 ~ ~ B ln AA ln B τ ln ~ ln ~ ABA τ B τ ln ~ ln ~ AB Aproximarea caracteristicilor tranzitorii ale obiectelor de control fără autonivelare printr-o legătură de integrare cu întârziere sau o legătură de integrare reală Funcția de transfer de aproximare este căutată sub forma: W К τ e 3 sau W К 4 Parametrii modelelor 3, 4 pot fi determinați cu ușurință prin trasarea asimptotei BC către secțiunea constantă a curbei de accelerație din Fig. 6: C А α В Fig. 6. K d / d set gα set ОВ ОА set 5 τ ОА pentru modelul 3 32 3 TOA pentru modelul 4 Aproximarea caracteristicilor tranzitorii ale obiectelor de control printr-o legătură de ordinul n Deoarece metoda considerată mai jos este destinată aproximării caracteristicilor tranzitorii ale obiectelor fără o întârziere netă și cu autonivelare, atunci din curba de accelerație este necesar să se excludă componentele corespunzătoare legăturilor de întârziere pură și integrarea, dacă există asemenea. Pentru a elimina componenta din cauza întârzierii nete, toate abscisele curbei de accelerație ar trebui reduse cu valoarea întârzierii nete τ, adică mutați originea spre dreapta cu τ. În acest caz, în funcția de transfer a unui obiect cu o întârziere netă W despre W e "despre secțiunea AB a răspunsului tranzitoriu fără întârziere Fig.7 τ" corespunde funcției tranzitorii W despre. B Y A C τ A Fig. 7. B α Fig. 8. - Când se aproximează caracteristica tranzitorie a unui obiect fără autonivelare, acesta este reprezentat ca diferența dintre două caracteristici în Fig. 8: 33 33 Pentru a face acest lucru, trageți asimptota BC la secțiunea staționară a caracteristicii și fasciculul OA paralel cu BC. Scăzând din, găsim. - răspunsul tranzitoriu al legăturii de integrare cu funcția de transfer W K Coeficientul K se găsește în continuare conform formulei 5: K gα gura este răspunsul tranzitoriu al obiectului cu autonivelare. Corespunde funcției de transfer W. Datorită liniarității transformatei Laplace, funcția de transfer a obiectului corespunzător caracteristicii este: W К W W W о Coeficienții funcției de transfer W pot fi găsiți prin metoda descrisă mai jos. Aducând expresia pentru W către un numitor comun, obținem funcția de transfer dorită a obiectului fără autonivelare. Determinarea coeficienților funcției de transfer a obiectului prin metoda suprafețelor Simoyu Metoda este concepută pentru a determina coeficienții funcției de transfer fracțional-rațional al obiectului formei m bm L W despre K aproximativ n 6 L n 34 34 În practică, după cum sa menționat, n, 3; m,. Coeficientul de transfer despre K, ca întotdeauna, este determinat de formula 9. Pentru a simplifica calculele, normalizăm curba de accelerație a obiectului din interval - prin formulă. Pentru o curbă normalizată ~ cu o singură acțiune de intrare despre K. Scriem expresia inversă a funcției de transfer 6 și o extindem într-o serie infinită în puteri de p: mn despre SSS b WL 7 Reducerea 7 la un numitor comun și echivalarea coeficienților la aceleași puteri ale lui p, găsim: 8, SS b S bb SS b S bb SS bb S b L LLLLLLLLL în cazul particular al m SSS 9 Numărătorul și numitorul funcției de transfer dorite 6 conțin nm coeficienți necunoscuți, prin urmare, pentru a le găsi, este necesar ca sistemul 8 sau, în cazul particular 9, să conțină aceiași ecuații. 35 35 Deci, sistemul 8 sau 9 vă permite să determinați coeficienții funcției de transfer 6 prin coeficienții de expansiune S necunoscuți până acum. Pentru a determina acesta din urmă, luați în considerare imaginea Laplace a deviației răspunsului tranzitoriu normalizat de la valoarea stării de echilibru: L aproximativ (~) L () L (~) [W p] Din găsim W despre (L [~]), sau luând în considerare definiția transformării Laplace 3: W despre [~] ed Extinderea funcției e într-o serie în puteri: e !! 3 3 L L, 3 !! putem reprezenta integralul în expresie ca o sumă de integrale: ~ e d ~ d d ~ d! ~! ~ d L! Înlocuind expansiunile de 7 și în, înmulțind seria puterii și echivalând în raportul rezultat coeficienții la aceleași puteri ale lui p, obținem următoarele expresii pentru coeficienții lui S. 36 36 3 !! ~, 6 ~ ~, ~, ~ d i S S d S S S S d S S S d S S d i i LLLLLLLLLLLLLLL În calculele practice, integralele 3 sunt determinate prin metode numerice. De exemplu, când se utilizează metoda trapezului, expresiile pentru coeficienții S iau forma: 4.5 6 ~, 5 ~, 5 ~, 5 ~ 3 3 `N ii N ii N ii N ii S ii S i SSSS ii SSSS i SSS unde este intervalul discretitatea citirilor răspunsului tranzitoriu normalizat, N este numărul de puncte ale răspunsului tranzitoriu. Din punct de vedere geometric, coeficientul S este aria delimitată de curbă ~ și linia valorilor constante. S este aria ponderată cu funcția de greutate S etc. Astfel, 37 37 S coeficienți există unele zone ponderate, care determină numele metodei. Dacă, în calcule, coeficientul-S sa dovedit a fi negativ, este necesar în modelul 6 să scadă n cu unul sau să crească m, adică reduceți diferența n-m .. Regulatoare industriale ACP [4] .. Schema funcțională a unui regulator automat Un regulator automat este un set de elemente utilizate pentru reglarea proceselor tehnologice. Schema funcțională a ACP închis are forma Fig. 9 înapoi S x W SU FU IM RO OR IE F Regulator automat Fig. 9. Obiectul de control În fig. 9 indică: З - reglatorul variabil reglabil servește la setarea valorii dorite prestabilite; SU - un dispozitiv de comparare, generează un semnal de eroare; partea din spate a FU - un dispozitiv de formare, servește la formarea legii de reglementare a regulatoarelor electrice împreună cu IM; IM - un mecanism executiv, activează RO; 38 38 RO - organism de lucru de reglementare, servește la schimbarea influenței de reglementare x; SAU este obiectul reglementării în sine; Elementul de măsurare IE servește pentru a măsura variabila controlată y și a o converti într-un semnal unificat. Corpul de lucru împreună cu mecanismul de acționare, dacă există, este de obicei menționat la obiectul de reglementare. Elementul de măsurare poate fi atribuit atât obiectului, cât și regulatorului. În acele cazuri când un element de măsurare este folosit pentru a lua o caracteristică de timp, acesta este denumit obiect. Astfel, un regulator automat include un regulator cu o valoare controlată, un dispozitiv de comparare, un dispozitiv de modelare și un actuator ... Clasificarea regulatoarelor după consumul de energie dintr-o sursă externă Conform acestei caracteristici, regulatoarele sunt împărțite în regulatoare directe și indirecte. În regulatoarele cu acțiune directă, energia mediului controlat în sine este utilizată pentru a repoziționa corpul de lucru. De exemplu, într-un regulator de nivel al lichidului cu acțiune directă, energia lichidului este utilizată pentru a repoziționa elementul de lucru, al cărui nivel este reglat. Regulatoarele cu acțiune directă sunt simple, ieftine, dar nu oferă control de înaltă calitate. Dezavantajele lor sunt, de asemenea, dificultatea de a pune în aplicare legi complexe de reglementare și de a obține eforturi mari pentru a rearanja corpul de lucru. În regulatoarele cu acțiune indirectă, energia unei surse externe este utilizată pentru a rearanja corpul de lucru, sub forma căruia 39 39 face distincție între regulatoare electrice electronice, pneumatice, hidraulice, combinate. Regulatoarele electrice au o serie de avantaje. Principalul lor dezavantaj în designul obișnuit este imposibilitatea utilizării în medii de incendiu și explozive. Regulatoarele pneumatice sunt lipsite de acest dezavantaj. Principalul avantaj al regulatoarelor hidraulice este puterea crescută a actuatorului cu o dimensiune relativ mică. Regulatoarele combinate vă permit să combinați avantajele diferitelor tipuri de regulatoare. De exemplu, sistemele electro-pneumatice combină avantajele controlerelor electrice cu capacitatea de a acționa actuatoare pneumatice în medii de incendiu și explozive. În ultimii ani, controlerele programabile au găsit o utilizare pe scară largă pentru implementarea sistemelor de automatizare locale. Alegerea tipului de regulator este dictată de diverse considerații: natura mediului, condițiile de funcționare, cerințele speciale ... 3. Clasificarea autorităților de reglementare în conformitate cu legea de reglementare Legea de reglementare este înțeleasă ca ecuația dinamicii regulatorului. Există cinci legi tipice de reglare: proporțional P, integral I, proporțional-integral PI, proporțional - PD diferențial și proporțional - integral-diferențial PID. Controlere statice proporționale Ecuația dinamicii controlerului P K 5 40 4 unde este discrepanța valorii controlate, înapoi x este efectul de reglare, mai exact, creșterea efectului de reglare relativ la componenta constantă, prin urmare este mai corect să scrie x - x în loc de x în 5, dar x este de obicei omis, K este coeficientul de transfer P al regulatorului. După cum puteți vedea din 5, acțiunea de reglare a controlerului P este proporțională cu nepotrivirea, adică Controlerul P este o legătură non-inerțială cu funcția de transfer W K. Deoarece controlerul P nu introduce o schimbare de fază negativă a răspunsului de fază al controlerului P în sistem, ACP cu controlerul P are proprietăți dinamice bune. Dezavantajul sistemelor cu un controler P este prezența unei erori statice. Pentru un controler individual, amploarea acestei erori este determinată din ecuația controlerului: K Când controlerul P funcționează în sistemul din Fig. F K K despre Fig .. magnitudinea erorii din perturbarea F este 41 4 FK ЗСF F K despre Kob K p, unde a fost deranjat. К ЗCF - coeficientul de transfer al sistemului în buclă închisă conform După cum putem vedea, eroarea statică din sistem cu controlerul P este invers proporțională cu coeficientul său de transfer, a cărui valoare limitativă este determinată de valoarea necesară a marjei de stabilitate a ACP închis. Controlerele proporționale sunt utilizate în automatizarea obiectelor de control cu \u200b\u200binerție scăzută, când valoarea lui K poate fi selectată erori. suficient de mari pentru a reduce statica. Regulatoare astatice integrate Legea reglementării: K d, 6 i.e. acțiunea de control în acest caz este proporțională cu integralul erorii. Coeficientul de transfer al controlerului I K d / d are semnificația ratei de schimbare a acțiunii de control pe unitate de eroare. Funcția de transfer: K W Funcția de transfer de frecvență: 42 4 K K W j j e Avantajul regulatorului I este zero eroare statică. Din 6 rezultă că această eroare este egală și dispare în statică. d / d K În același timp, de la răspunsul de fază al regulatorului AND ϕ π, sistemul cu regulatorul AND are proprietăți dinamice foarte slabe, deoarece acest regulator introduce o schimbare de fază π negativă în sistem. Controlerele integrate pot fi utilizate numai pentru automatizarea obiectelor practic inerțiale. ACP cu un regulator I și un obiect fără auto-aliniere este instabil din punct de vedere structural, π j i.e. instabil la orice setare a regulatorului. Controlere integrale proporționale Legea reglementării regulatorului PI poate fi scrisă în două forme: K K d K d 7 T Acțiunea de reglare a regulatorului PI reprezintă suma componentelor P și I cu coeficienți de proporționalitate K și K. Din comparația celor două forme de înregistrare a legii de reglementare, obținem: K , K T ȘI Eu 43 43 unde T și timpul izodromului. К \u003e\u003e Funcția de transfer și funcția de transfer de frecvență: W W К j К К К, К e И К jrcg К Din ultima expresie se poate observa că în regiunea frecvențelor joase la К PI regulatorul se comportă ca un regulator ȘI. La frecvențe K ridicate, K \u003e\u003e, adică Controlerul PI se comportă ca un controler P. Acest lucru permite controlerului PI să combine avantajele atât ale controlerului static, cât și ale controlerului P în dinamică. Semnificația fizică a timpului izodrom poate fi explicată prin răspunsul tranzitoriu al controlerului PI din Fig. După cum se poate observa din această figură, T AND este timpul de dublare al componentei P a acțiunii de control a regulatorului PI sau, care este același, timpul pentru care acțiunea de control a regulatorului PI este înaintea acțiunii de control a regulatorului I. Valoarea lui T Și caracterizează rata de integrare. Cu cât T И este mai mare, cu atât rata de integrare este mai mică. Cu T și PI, regulatorul se transformă într-un regulator P. K x PI I K P I Fig .. 44 44 Deci, ACP cu regulator PI are erori statice zero datorită prezenței componentei AND în legea de reglementare. Acest lucru este valabil pentru toți regulatorii cu o componentă AND. Așa cum se poate vedea din PFC al regulatorului PI din Fig., În intervalul de funcționare 3 ϕ slave π Fig. De frecvențe, regulatorul PI slave introduce o defazare negativă de aproximativ -3 în sistem. Acest lucru este semnificativ mai mic decât regulatorul I, dar mai mult decât regulatorul P. Prin urmare, proprietățile dinamice ale unui ACR cu un controler PI sunt mult mai bune decât cu un controler I, dar mai rău decât cu un controler P. Controlere proporționale - diferențiale Legea de reglementare a unui regulator PD ideal: d d K K K P, 8 d d unde K, K sunt coeficienții de proporționalitate ai componentelor P- și D- ale legii de reglementare. T P este timpul de plumb. Funcții de transfer și transfer de frecvență: W W K K j K K K e P, K jrcg K 45 45 Din ultima expresie se poate observa că la frecvențele joase ale PD regulatorul se comportă ca un regulator P, iar la frecvențele înalte ca un diferențiator. Deoarece legătura ideală de diferențiere este irealizabilă din punct de vedere fizic, o verigă diferențială inerțială reală este utilizată în controlerele PD reale. Funcția de transfer a unui astfel de regulator are forma W K K Cu cât este mai mică constanta de timp T, cu atât sunt mai apropiate caracteristicile regulatorilor ideali și reali. În statică, funcția de transfer a controlerului PD coincide cu funcția de transfer a controlerului P, prin urmare, ACR cu controlerul PD are și o eroare statică. După cum se poate vedea din caracteristica de frecvență de fază din Fig. 3, slave π ideal -3 sclav real Fig. 3. În zona frecvențelor de operare ale PD, regulatorul introduce o schimbare de fază pozitivă în sistem, crescând marja sa de stabilitate. Prin urmare, un ACR cu un controler PD are cele mai bune proprietăți dinamice. Din același motiv, valoarea lui K poate fi aleasă mai mult decât în \u200b\u200bcazul lui P 46 46 regulator. Prin urmare, eroarea statică într-un ACR cu un controler PD este mai mică decât într-un sistem cu un controler P. Cu toate acestea, regulatoarele PD nu sunt practic utilizate, deoarece în prezența interferenței de înaltă frecvență suprapuse semnalului util de joasă frecvență, operația de diferențiere degradează brusc raportul semnal-zgomot, ca urmare a cărui amplitudine a derivatului de zgomot poate depăși semnificativ amplitudinea derivatei semnalului util. În ceea ce privește semnificația fizică a timpului de avans, putem spune că T P este timpul pentru care acțiunea de reglare a PD a regulatorului este înaintea acțiunii de reglare a P a regulatorului cu o acțiune liniară de intrare Fig. 4 x PD P D p Fig. 4. Controlere diferențiale proporționale - integrale Ecuația dinamicii: d d К К d К К d П d 9 d И Funcții de transfer ale controlerelor PID ideale și reale: 47 47 WW K K K K K K K K I P, Funcția de transfer de frecvență a unui controler PID ideal: W j K K K e K K jrcg K Sistemele cu controlere PID combină erori statice zero cu dinamică bună, deoarece, după cum se poate observa din răspunsul de fază al controlerului PID din Fig. .5 în zona frecvențelor de operare, controlerul PID este același cu ϕ π ideal de lucru real π Fig. 5. și regulatorul P, nu introduce defazare negativă în sistem. Pentru a crește imunitatea la zgomot a controlerului PID în practică, raportul dintre timpul de avans / timpul de resetare este limitat de sus de inegalitatea / P ȘI<,5, 3 поэтому помехоустойчивость ПИД регулятора выше, чем ПД регулятора. При выборе закона регулирования учитывают следующие соображения. 48 48 Dacă eroarea statică este inacceptabilă, controlerul trebuie să conțină un termen AND. În ordinea deteriorării proprietăților dinamice, legile de control sunt aranjate în următoarea ordine: PD, PID, P, PI, I. Regulatoarele cu o componentă D au o imunitate slabă la zgomot. Din acest motiv, controlerele PD nu sunt practic utilizate, în timp ce controlerele PI sunt utilizate cu limitarea 3. Legile de reglementare PI și PID sunt cele mai utilizate în practică. 3. Calculul setărilor regulatoarelor în sisteme liniare continue [4] 3 .. Calitatea reglării Vom determina calitatea reglării printr-un set de indicatori care caracterizează forma curbei procesului tranzitoriu într-un ACP închis fig. 6. Indicatori cheie de calitate. Deviația dinamică maximă dyn este cea mai mare abatere a variabilei controlate de la valoarea specificată în procesul tranzitoriu. Indicator dyn m înapoi Într-un ACP stabil, maximul este prima abatere. dyn caracterizează acuratețea dinamică a reglării .. Deviație reziduală denivelare reziduală cт - eroare de reglare statică absolută, definită ca diferența dintre valoarea stării de echilibru a variabilei controlate și valoarea setată a acesteia: 49 49 ct set back Indicator în modul static. m ct caracterizează acuratețea reglării la gura din spate din 3 δ st Rice Grad de amortizare ψ - raportul dintre diferența dintre două amplitudini adiacente de oscilații direcționate pe o parte a liniei valorii stabile la cea mai mare dintre ele 3 3 ψ;< ψ < 3 Показатель ψ характеризует колебательность переходных процессов и запас устойчивости системы. Значение ψ соответствует незатухающим колебаниям на границе устойчивости системы. При ψ имеем апериодический переходной процесс. 4. Время регулирования промежуток времени от момента нанесения возмущающего воздействия до момента, начиная с которого отклонение регулируемой переменной от установившегося значения становится и остается меньше наперёд заданного значения δ. Показатель характеризует быстродействие системы. 50 5 Indicatorii de calitate considerați aparțin grupului de indicatori direcți, adică indicatori care permit evaluarea calității direct de-a lungul curbei procesului de tranziție, pentru care este necesar să se rezolve ecuația diferențială a sistemului. În plus față de cele directe, există criterii indirecte care permit evaluarea calității reglementării fără a avea la dispoziție o curbă de tranziție. Aceste criterii, în special, includ criteriile de calitate integrale, reprezentând integralele în timp de la deviația variabilei controlate de la valoarea stării de echilibru sau de la o anumită funcție a acestei devieri și a derivatelor sale. Cel mai simplu este criteriul integral liniar determinat de raportul: I lin d gură Din punct de vedere geometric, criteriul I lin este aria dintre curbă și linia gurii. Valoarea I lin depinde de toți indicatorii de calitate, cu excepția art. În același timp, cu dyn în scădere și i.e. prin îmbunătățirea calității reglării, valoarea I lin scade și, odată cu creșterea oscilației procesului tranzitoriu, I lin scade și el, deși calitatea reglării se deteriorează. Deci, o scădere a I lin indică o îmbunătățire a calității reglementării numai pentru procesele tranzitorii bine amortizate. Prin urmare, criteriul I lin este aplicabil pentru procesele aperiodice sau slab oscilatorii. Pentru astfel de procese, pot fi luate în considerare cele mai bune setări ale regulatorului, la care valoarea I lin atinge un nivel minim. Criteriul I lin poate fi calculat prin coeficienții ecuației diferențiale a unui ACP închis. 51 5 Se poate arăta că pentru un obiect de control autonivelant și un regulator PI I lin, 3 K i.e. I linia minimă este atinsă la componenta integrală maximă a acțiunii de control sau, ceea ce este același, cea mai bună calitate a procesului tranzitoriu este atinsă la maximul K. ecuații. Criteriul integral pătratic I sfert este lipsit de acest dezavantaj: I sfert gură d 3 .. Procese tipice optime Cerințele pentru indicatorii de calitate sunt contradictorii. De exemplu, o scădere a erorii dinamice se realizează prin creșterea oscilației și a duratei proceselor tranzitorii. Dimpotrivă, procesele cu timpi de control scurți pot fi obținute prin creșterea erorii dinamice. Prin urmare, este necesar să se ia o decizie de compromis cu privire la valorile dorite ale indicatorilor de calitate într-un ACP închis. Procesele tranzitorii cu anumiți indicatori de calitate sunt recomandate atunci când se calculează ACP ca tipic. În metoda frecvenței extinse 52 5 caracteristici, principalul indicator al calității este gradul de atenuare ψ, adică oscilația procesului de tranziție, deoarece acest indicator caracterizează marja de stabilitate a ACP. Procese pentru care ψ, 75,9, adică a treia amplitudine a vibrațiilor este de 4 ori mai mică decât prima. În acele cazuri în care sarcina este de a selecta setările regulatorului care minimizează orice indicator de calitate, procesul tranzitoriu corespunzător, precum și valorile setărilor regulatorului, sunt numite optime în sensul criteriului specificat. De exemplu, în metoda caracteristicilor de frecvență extinse, sarcina este de a selecta setările regulatorului în așa fel încât, pe lângă oscilația dată a procesului tranzitoriu, să fie furnizată valoarea minimă a criteriului I lin. Acest proces este optim în sensul criteriului I lin. Formule simplificate pentru calcularea setărilor regulatorilor. se dau formule simplificate pentru determinarea setărilor regulatoarelor care asigură o oscilație dată a procesului tranzitoriu. Formulele sunt obținute din rezultatele modelării ACP. Obiectele statice sunt reprezentate de un model de legătură inerțială cu o întârziere pură 8, obiectele astatice de un model de legătură integrantă cu o întârziere 3 Lectura 3 Descrierea matematică a sistemelor de control În teoria controlului, atunci când analizează și sintetizează sistemele de control, acestea se ocupă de modelul lor matematic. Modelul matematic al unui ACS este o ecuație Testul 1 pe disciplina „Managementul sistemelor tehnice” Opțiunea 1 1. Care este scopul funcțional al senzorului din sistemul de control? 1) reglați parametrii procesului tehnologic; 2) suprimați zgomotul Ecuații de dinamică și statică. Linearizare Într-un anumit stadiu de dezvoltare și cercetare a sistemului automat de control, se obține descrierea sa matematică a proceselor care au loc în sistem. INSTRUCȚIUNI METODOLOGICE pentru temele pentru curs TCF Cercetarea unui sistem de control automat neliniar DEFINIȚIA DATELOR INIȚIALE Datele inițiale pentru temele sunt date Fundamentele teoriei controlului Ph.D. Mokrova Natalia Vladislavovna Caracteristicile dinamice ale obiectelor reglementate 1. Caracteristicile timpului. Curba de accelerare. Funcția tranzitorie a impulsului. 2. Rezolvarea diferențialului FGBOU VPO „Universitatea Tehnică de Stat Omsk” SECȚIUNEA II SISTEME DE CONTROL AUTOMAT LINEAR CONTINU Lectură 4. INELURI DINAMICE. CONCEPTE GENERALE, CARACTERISTICI DE TIMP ȘI FRECVENȚĂ Lecție practică CARACTERISTICILE FRECUȚIEI FUNCȚIEI DE TRANSFER Obiective și obiective ale lucrării Ca rezultat al însușirii temei, elevul ar trebui să poată obține o ecuație operator pentru o ecuație diferențială dată; Lectura 5 Regulatoare automate în sistemele de control și reglarea lor Regulatoare automate cu algoritmi tipici de control al releului, proporțional (P), proporțional-integral (PI), Calculul caracteristicilor dinamice ale ACS liniar Determinați funcția de greutate g (t) și funcția de tranziție h (t) a ACS liniar, constând dintr-o conexiune în serie a integrării aperiodice și ideale Cursul 3. Descrierea matematică a obiectelor de control 1. Obiecte de control În industria chimică, diferite procese din dispozitivele instalațiilor tehnologice sunt denumite obiecte de control tipice. Pentru Lectura 8 33 SISTEME STAȚIONARE UNIDIMENSIONALE APLICAREA TRANSFORMĂRII FOURIER 33 Descrierea semnalelor și sistemelor Descrierea semnalelor Pentru a descrie semnale deterministe, se folosește transformata Fourier: ea Instituția de învățământ bugetar de stat federal de învățământ profesional superior Universitatea tehnică națională de cercetare KAZAN. A.N. TUPOLEVA-KAI Departamentul de Televiziune Lectura 4 Legături dinamice tipice Sistemele automate de control sunt reprezentate în mod convenabil ca o combinație de elemente, fiecare dintre ele fiind descris printr-o ecuație algebrică sau diferențială LUCRU DE LABORATOR 5 LEGĂTURI TIPICE ALE SISTEMELOR AUTOMATICE Scopul lucrării este de a studia proprietățile dinamice ale legăturilor tipice ale sistemelor de control automat INFORMAȚII GENERALE În teoria controlului automat Lectura 11,12 Secțiunea 2: MODELE MATEMATICE ALE SISTEMELOR DE CONTROL LINEAR Tema 2.4: LEGĂTURI DINAMICE TIPICE ALE SISTEMELOR 1. Legături tipice ale sistemelor: caracteristici și ecuații; modele fizice. Plan de curs: UDC: 62-529 SISTEME DE REGULARE AUTOMATICĂ CU CORECȚIE SECVENȚIALĂ Vitaly Anatolyevich Chigarev Lector universitar al Universității Naționale Tehnice din Belarus, [e-mail protejat] Tema 8 SISTEME DISCRETE LINEARE Conceptul unui sistem discret Metode pentru descrierea sistemelor discrete liniare: ecuația diferenței, funcția de transfer, răspunsul la impuls, funcția de transfer de frecvență Modele deterministe continuu Modelele deterministe continue sunt utilizate pentru a analiza și proiecta sisteme dinamice cu timp continuu, a căror funcționare este descrisă MINISTERUL EDUCAȚIEI ȘI ȘTIINȚEI FEDERAȚIEI RUSII Instituția de învățământ autonom autonomă a statului federal „CERCETARE NAȚIONALĂ TOMSK UNIVERSITATEA POLITEHNICĂ” Tema 3 ANALIZA ARMONICĂ A SEMNALELOR NEPERIODICE Transformate Fourier directe și inverse Caracteristică spectrală a semnalului Spectre de frecvență de amplitudine și frecvență de fază Caracteristici spectrale Semestrul de toamnă al anului academic Tema 3 ANALIZA ARMONICĂ A SEMNALELOR NEPERIODICE Transformate Fourier directe și inverse Caracteristică spectrală a semnalului Spectre de amplitudine-frecvență și frecvență de fază 4. CARACTERISTICI TRANZITORII ALE MEMBRANEI 4.1 Caracteristicile de timp ale unui sistem dinamic Pentru a evalua proprietățile dinamice ale unui sistem și ale legăturilor individuale, este obișnuit să se studieze răspunsul lor la influențele tipice de intrare, 64 Curs 6 METODA OPERAȚIONALĂ DE ANALIZĂ A CIRCUITELOR ELECTRICE Planificați transformarea Laplace Proprietățile transformatei Laplace 3 Metoda operatorului de analiză a circuitelor electrice 4 Determinarea originalului prin cunoscut Seminar 4. ANALIZA AUTOSCILAȚIILOR PRIN METODA LINEARIZĂRII ARMONICE Afirmația problemei Se ia în considerare un sistem cu buclă închisă cu un element neliniar. g F (z W (s x Fig. Se studiază mișcarea liberă a sistemului, Agenția Federală pentru Educație Instituția de învățământ de stat pentru învățământul profesional superior Universitatea de stat Vladimir Departamentul de tehnologie de prelucrare a materialelor plastice UDC Completat de: Acceptat: Umarov D. 1-14 IKSUTP Abdurakhmanova M.I. Analiza stabilității ACS Adecvarea practică a sistemelor de control este determinată de stabilitatea lor și de calitatea de reglementare acceptabilă. Sub 54 Lectura 5 Transformata Fourier și metoda spectrală pentru analiza circuitelor electrice Plan Spectre ale funcțiilor aperiodice și ale transformatei Fourier Unele proprietăți ale transformatei Fourier 3 Metoda spectrală 1. Reglarea automată a nivelului apei în generatorul de abur Reglarea puterii în fiecare dintre generatoarele de abur (SG) este redusă pentru a menține echilibrul materialului între extracția aburului, evacuarea și alimentarea Scheme matematice: scheme D Modele continuiste-deterministe sunt utilizate pentru a analiza și proiecta sisteme dinamice cu timp continuu, a căror funcționare este descrisă de determinist 4.1 Întrebări de testare pentru autocontrol 1 SECȚIUNEA "Modele liniare continue și caracteristicile sistemelor de control" 1 Ce studiază teoria controlului? 2 Definiți conceptele de management și obiectul managementului. Lectura 5. 8.3. ANALIZA AUTOSCILAȚIILOR PRIN METODA LINEARIZĂRII ARMONICE 8.3 .. Enunțarea problemei Se ia în considerare un sistem cu buclă închisă cu un element neliniar. F W s x Fig. Libera circulație este studiată Institut Direcția de pregătire AVTI 70404 Management în sisteme tehnice Banca de sarcini pentru partea specială a testului de admitere pentru o magistratură Cardul de examinare sarcina 6 (5 puncte) Tema 8 ACS DISCRETE Lectura 7 Concepte generale și definiții ale teoriei ACS discrete. Informații de bază despre aparatul matematic al teoriei sistemelor staționare discrete liniare. Descrierea matematică a proceselor Cursul 4 Caracteristicile de frecvență ale sistemelor ACS Caracteristicile de frecvență ale ACS caracterizează răspunsul sistemelor la o intrare sinusoidală în stare de echilibru. Caracteristicile frecvenței includ: TEORIA STABILITĂȚII SISTEMELOR LINEARE 1. Termeni și definiții de bază Orice ACS este întotdeauna supus unor perturbări externe care îi pot perturba funcționarea normală. Un ACS proiectat corespunzător ar trebui Cursul 1 Informații generale despre sistemele de control Subiectul „Teoria controlului automat” vă introduce în principiile de bază ale construirii sistemelor de control automat, metode de descriere formalizată Instrucțiuni metodice pentru lucrările de laborator la cursul "Teoria controlului automat" Modulul "Sisteme automate liniare" Lucrul în laborator Determinarea parametrilor legăturilor dinamice tipice Robotică RAR1300 Sergei Pavlov TTÜ Virumaa Kolledž Controlul acționării Controlul mișcării unei mașini sau mecanisme de lucru înseamnă controlul poziției, vitezei și accelerației unui sistem care TAU Exerciții practice Sarcini pentru test și instrucțiuni metodologice pentru implementarea lecției practice AFC, LAH, caracteristici tranzitorii și de greutate ale legăturilor dinamice ale celor mai multe Cursul 6 CIRCUITE DE CURENT PERIODIC NON-SINUSOIDAL Planul Formă trigonometrică a seriei Fourier Seria Fourier în formă complexă Spectrul de frecvență complex 3 Puteri în circuite de coeficienți de curent nesinusoidali SEMINAR Conceptele de bază. Compilarea (concluzia) ecuației diferențiale. Conceptul de rezolvare a unei ecuații diferențiale. Soluție variabilă decuplată. Rezolvarea unei ecuații diferențiale liniare BAZELE INGINERIEI CIRCUITELOR BAZELE INGINERIEI CIRCUITULUI ... 1 1. DISPOZIȚII DE BAZĂ ... 1 2. AMPLIFICAREA SEMNALELOR SLABE ... 6 3. AMPLIFICAREA SEMNALELOR TARE ... 14 4. BAZELE MICROCIRCUITELOR AMPLIFICATOARE ... Fundamentele teoriei controlului Ph.D. Mokrova Natalia Vladislavovna Cursul 7 Sisteme de control automat neliniar Caracteristici ale sistemelor neliniare. Neliniarități tipice ale sistemelor de control automat. Lectura 4 Funcțiile și caracteristicile frecvenței 4 Conceptul funcțiilor și caracteristicilor frecvenței Un rol important în studiul sistemelor staționare liniare îl joacă caracteristicile frecvenței. 70 Lectura 7 FUNCȚIILE OPERATORULUI CIRCUITELOR Planul Funcțiile de intrare și transfer ale operatorului Polii și zerourile funcțiilor circuitului 3 Concluzii Funcțiile de intrare și transfer ale operatorului O funcție de operator a unui circuit se numește I Investigarea dinamicii legăturilor tipice de automatizare 1 Amplificator ideal (legătură aperiodică de ordine zero - AP-0) și amplificator real (legătură aperiodică de ordinul I - AP-1) Scopul lucrării: investigarea Reglarea și reglarea regulatoarelor automate. 1. Ciclul special 1.1. Introducere Principalele etape și date în dezvoltarea reglementării automate. Până la 1600 Sistem de control format dintr-un plutitor Lucrări de laborator 1 1 CARACTERISTICI DINAMICE ALE LEGĂTURILOR TIPICE 1. Scopul lucrării Investigarea caracteristicilor dinamice ale legăturilor tipice ale sistemelor de control automat (ACS), precum și cunoașterea Ministerul Educației al Republicii Belarus Instituție de învățământ Universitatea de Stat din Belarus de Informatică și Radioelectronică Departamentul de Sisteme de Inginerie Radio Raport asupra lucrărilor de laborator "CERCETARE 1. INFORMAȚII GENERALE DESPRE DISPOZITIVE ELECTRONICE ANALOGICE (DEA). PARAMETRI ȘI CARACTERISTICI AED 1. 1. Informații generale despre dispozitivele electronice analogice (AED), principiile construcției lor Semnalele analogice Lucrări de laborator 1 1 LEGĂTURI TIPICE DE ACS 1. Scopul lucrării Investigarea caracteristicilor dinamice ale legăturilor tipice ale sistemelor de control automat (ACS), precum și cunoașterea regulilor de bază ale structurii structurale Tema 5 SISTEME STAȚIONARE LINEARE Proprietăți ale sistemelor staționare liniare: liniaritate, staționaritate, fezabilitate fizică Ecuație diferențială Funcție de transfer Funcție de transfer de frecvență Cursul 6 Transformarea modelelor matematice ale sistemelor. Funcții de transfer. Modele sub formă de grafice de semnal Pentru a studia proprietățile sistemelor fizice complexe și a învăța cum să le controlați, trebuie să aveți UDC 681.52 ALGORITME PENTRU REZOLVAREA PROBLEMEI DE IDENTIFICARE N.V. Plotnikova, N.S. Kalistratova, O. N. Malyavkin Recent, în legătură cu impunerea unor cerințe din ce în ce mai mari pentru procesele de management în diverse Tema 2. Concepte de bază și definiții în teoria și practica reglării automate a parametrilor de susținere a vieții (2 ore) Pentru a asigura funcționarea normală a obiectului de reglementare (OR) 54 Lectura 5 Transformata Fourier și metoda spectrală pentru analiza circuitelor electrice Plan Spectre ale funcțiilor aperiodice și transformatei Fourier 2 Unele proprietăți ale transformatei Fourier 3 Metoda spectrală Zaitsev G. F. Teoria controlului și reglementării automate Ediția a doua, revizuită și completată Admisă de Ministerul Învățământului Superior și Secundar de Specialitate al URSS ca manual 1.1. Metode de analiză a proprietăților inerțiale neliniare ale dispozitivelor analogice În literatura de specialitate dedicată analizei proprietăților inerțiale neliniare ale dispozitivelor analogice, mai multe Setul de operații unitare formează procese tehnologice specifice. În cazul general, procesul tehnologic este implementat prin intermediul operațiilor tehnologice care sunt efectuate în paralel, secvențial sau combinat, atunci când începutul unei operații ulterioare este deplasat față de începutul celei anterioare. Controlul tehnologic al proceselor este o problemă organizațională și tehnică, iar astăzi este rezolvat prin crearea unor sisteme automate sau automatizate de control al proceselor. Scopul controlului proces tehnologic poate fi: stabilizarea unei anumite cantități fizice, schimbarea acesteia în funcție de un anumit program sau, în cazuri mai complexe, optimizarea unui criteriu generalizator, cea mai mare productivitate a procesului, cel mai mic cost al produsului etc. Parametrii tipici de proces supuși controlului și reglării includ debitul, nivelul, presiunea, temperatura și un număr de indicatori de calitate. Sistemele cu buclă închisă utilizează informațiile curente despre valorile de ieșire, determină abaterea ε ( t) a valorii controlate Y (t) din valoarea dată Y (o) și întreprinde acțiuni pentru a reduce sau elimina complet ε (t). Cel mai simplu exemplu de sistem închis, numit sistem de control al abaterii, este sistemul de stabilizare a nivelului apei din rezervor prezentat în Figura 1. Sistemul constă dintr-un traductor de măsurare de nivel 2 (senzor), un dispozitiv de control 1 (regulator) și un actuator 3 care controlează poziția corpului de reglare (supapă) 5.
Figura: 1. Schema funcțională a sistemului de control automat: 1 - regulator, 2 - traductor de măsurare a nivelului, 3 - actuator, 5 - corp de reglare. Controlul debitului Sistemele de control al debitului se caracterizează prin inerție scăzută și pulsare frecventă a parametrului. De regulă, controlul debitului limitează fluxul unei substanțe utilizând o supapă sau o poartă, schimbând presiunea în conductă prin schimbarea vitezei de acționare a pompei sau a gradului de by-pass (devierea unei părți a fluxului prin canale suplimentare). Principiile de implementare a regulatoarelor de flux pentru mediile lichide și gazoase sunt prezentate în Figura 2, a, pentru materialele în vrac - în Figura 2, b.
Figura: 2. Scheme de control al debitului: a - mediu lichid și gazos, b - materiale în vrac, c - raport mediu. În practica automatizării proceselor tehnologice, există cazuri când este necesar să se stabilizeze raportul debitelor de două sau mai multe medii. În diagrama prezentată în Figura 2, c, debitul către G1 este cel principal, iar debitul G2 \u003d γ G este sclavul, unde γ este raportul debitului, care este setat în timpul reglării statice a regulatorului. Când fluxul principal G1 se schimbă, controlerul FF modifică proporțional fluxul slave G2. Alegerea legii de control depinde de calitatea necesară pentru stabilizarea parametrilor. Controlul nivelului Sistemele de control al nivelului au aceleași caracteristici ca și sistemele de control al debitului. În cazul general, comportamentul nivelului este descris prin ecuația diferențială D (dl / dt) \u003d G in - G out + G arr, unde S este aria secțiunii orizontale a containerului, L este nivelul, Gin, G out este debitul mediului la intrare și ieșire, G arr este cantitatea de mediu care crește sau scade în container (poate fi egal cu 0) pe unitatea de timp t. Constanța nivelului indică egalitatea cantităților de lichid furnizat și consumat. Această condiție poate fi asigurată prin afectarea alimentării (Fig. 3, a) sau a debitului (Fig. 3, b) a lichidului. În versiunea regulatorului prezentată în Figura 3, c, rezultatele măsurătorilor de alimentare cu lichid și debit sunt utilizate pentru a stabiliza parametrul. Impulsul la nivelul lichidului este unul corectiv, exclude acumularea de erori datorate erorilor inevitabile care apar atunci când se schimbă fluxul și fluxul. Alegerea legii de reglementare depinde și de calitatea necesară pentru stabilizarea parametrilor. În acest caz, este posibil să se utilizeze nu numai controlere proporționale, ci și poziționale.
Figura: 3. Scheme ale sistemelor de control al nivelului: a - cu efect asupra alimentării, b și c - cu efect asupra debitului mediului. Reglarea presiunii Constanța presiunii, ca și constanța nivelului, mărturisește echilibrul material al obiectului. În general, schimbarea presiunii este descrisă prin ecuația: V (dp / dt) \u003d G in - G out + G arr, unde V este volumul aparatului, p este presiunea. Metodele de control al presiunii sunt similare cu metodele de control al nivelului. Controlul temperaturii Temperatura este un indicator al stării termodinamice a sistemului. Caracteristicile dinamice ale sistemului de control al temperaturii depind de parametrii fizico-chimici ai procesului și de proiectarea aparatului. Particularitatea unui astfel de sistem este inerția semnificativă a obiectului și, adesea, a traductorului de măsurare. Principiile de implementare a regulatoarelor de temperatură sunt similare cu principiile de implementare a regulatoarelor de nivel (Fig. 2), luând în considerare controlul consumului de energie în instalație. Alegerea legii de reglementare depinde de inerția obiectului: cu cât este mai mare, cu atât legea de reglementare este mai complexă. Constanta de timp a traductorului de măsurare poate fi redusă prin creșterea vitezei de mișcare a lichidului de răcire, reducerea grosimii pereților capacului de protecție (manșon) etc. Reglarea parametrilor compoziției și calității produsului Când se reglementează compoziția sau calitatea unui produs, este posibilă o situație când un parametru (de exemplu, umiditatea boabelor) este măsurat discret. În această situație, pierderea informațiilor și o scădere a preciziei procesului de reglare dinamică sunt inevitabile. Schema recomandată a unui regulator care stabilizează un parametru intermediar Y (t), a cărui valoare depinde de parametrul principal controlat - indicatorul de calitate al produsului Y (ti), este prezentat în Figura 4.
Figura: 4. Diagrama sistemului de control al calității produsului: 1 - obiect, 2 - analizor de calitate, 3 - filtru de extrapolare, 4 - dispozitiv de calcul, 5 - regulator. Dispozitivul de calcul 4, utilizând un model matematic al relației dintre parametrii Y (t) și Y (ti), evaluează continuu indicele de calitate. Filtrul de extrapolare 3 oferă un parametru de calitate estimat al produsului Y (ti) în intervalele dintre două măsurători. La mașinile universale, parametrii procesului tehnologic și ai mașinii sunt controlați de operatorul mașinii. De asemenea, ia decizii privind reconstruirea echipamentelor, oprirea echipamentului, furnizarea lichidului de răcire etc. Se efectuează menținerea parametrilor de funcționare ai echipamentului PMG (modul flexibil de producție) sau al liniei automate sistem de control (Fig. 12.1), care include mijloace de control și diagnosticare, care face posibilă, atunci când se utilizează PMG, abandonarea personalului implicat direct în procesul tehnologic. Sistemul de control PMG folosește două surse de informații: un program pentru monitorizarea abaterilor de la funcționarea normală a PMG și informații provenite de la dispozitive de diagnosticare, de exemplu, senzori de feedback care măsoară parametrii de mișcare (viteza, coordonatele) corpurilor de lucru ale mașinii și mecanismele auxiliare ale acesteia sau dispozitivele de automatizare. Figura: 12.1. Mijloacele suplimentare concepute pentru a îndeplini funcțiile unui operator sunt combinate într-un sistem care include dispozitive și instrumente de control și măsurare și diagnostic (cu senzori pentru a determina valoarea parametrilor monitorizați), dispozitive pentru colectarea și prelucrarea inițială a informațiilor și luarea deciziilor. În cazul înlocuirii operatorului, sistemul trebuie: să monitorizeze funcționarea mecanismelor PMG, cursul procesului tehnologic de lucru, calitatea produsului finit, să identifice abaterile de la normal funcționarea PMG, inclusiv a celor care nu au condus încă la eșecuri și eșecuri, dar în viitor pot deveni cauza lor; remediați eșecurile și eșecurile; formează soluțiile necesare pentru continuarea automată a PMG după o oprire temporară dintr-un motiv sau altul; dacă este necesar, întrerupeți activitatea PMG, sunați reglatorul și informați-l despre motivul abaterii de la funcționarea normală. Sistemul pentru menținerea operabilității mașinii constă din mai multe subsisteme care lucrează împreună sau autonom, în funcție de soluțiile de proiectare sau de condițiile de producție. Acestea includ un subsistem pentru monitorizarea stării instrumentului de tăiere, un subsistem pentru controlul calității, un subsistem pentru monitorizarea funcționării mecanismelor mașinii și un subsistem pentru mecanisme de diagnosticare. Dispozitive subsisteme pentru monitorizarea stării instrumentului de tăiere poate efectua controlul periodic sau curent (Fig. 12.2, 12.3). Uneltele axiale mici (burghie, robinete, mori de capăt cu diametrul de până la 6-8 mm), precum și alte unelte, dacă monitorizarea curentă a stării sale este imposibilă sau impracticabilă, sunt supuse controlului periodic. Pentru a implementa această procedură, trebuie să se dea o comandă pentru a opri aparatul. Dispozitivul de comandă poate fi amplasat în zona de lucru a mașinii, pe unitatea care transportă scula, în magazia pentru scule. Metoda de măsurare este de obicei directă, utilizând senzori inductivi, electromecanici sau fotoelectrici. În fig. 12.2 arată o diagramă pentru monitorizarea stării sculei 2 pe o mașină multifuncțională 6. După prelucrarea piesei de prelucrat 1 și retragerea sculei cu burghiul, sonda 3 intră în contact. 5. La semnalul acestuia din urmă, sistemul de control dă comanda de a opri prelucrarea și de a înlocui instrumentul cu un instrument de rezervă sau de a apela un tehnician de service. Un senzor de tip BVK sau un senzor Hall poate fi folosit ca senzor, ceea ce îi mărește semnificativ durata de viață și fiabilitatea. Pentru a monitoriza starea sculă de tăiere pe strung utilizați metoda de măsurare a coordonatelor muchiei de tăiere. După la următoarea trecere, tăietorul se deplasează în poziția de inspecție și, dacă nu există contact electric între vârful tăietorului și placa de contact specială, se dă un semnal pentru întreruperea procesului de prelucrare, urmat de o schimbare a sculei sau de un apel pentru un montator. cap; 3- instrument; 4 - axul mașinii Figura: 12.2. Schema de control a sculelor de tăiere pe o mașină multifuncțională Figura: 12.3. Amplasarea capului de măsurare pe o mașină multifuncțională: 1 - masă; 2- măsurare Pentru control instrumente în revista mașinii multifuncționale, Se folosesc camere TV, realizate pe baza matricilor CCD, care, cu o calitate satisfăcătoare a imaginii, pot reduce semnificativ costul echipamentelor. Imaginea instrumentului este proiectată pe ecran, iar sistemul electronic „citește” secvențial imaginea și o transferă în memoria computerului. Datorită calității scăzute a imaginii, sunt folosite metode matematice speciale pentru restaurarea acesteia. Pentru a identifica o defecțiune, imaginea de referință înregistrată în memoria computerului după instalarea unui instrument nou este comparată cu imaginea aceluiași instrument, dar funcționează deja. Timpul necesar pentru transferul imaginii în memoria computerului este destul de scurt, ceea ce face posibilă efectuarea măsurătorilor fără oprire. Indiferent de dimensiunea sculei, camera este întotdeauna în aceeași poziție. Se efectuează control periodic și dacă este necesar să introduceți o corecție în programul de control în cazul înlocuirii unei scule uzate sau sparte cu o copie de rezervă. Pentru aceasta, prin intermediul unui cap de măsurare cu senzor tactil la rotire mașinile-unelte măsoară surplombul tăietorilor pe mai multe scopuri (vezi Fig. 12.3) - lungimea și diametrul sculei. Capul de măsurare ocupă o anumită poziție în zona de lucru a mașinii: pe masa unui multifuncțional sau pe paleta unui strung. Astfel de măsurători permit „legarea” sculei de sistemul de coordonate al mașinii, obținerea de informații despre prezența unei scule în fus și monitorizarea uzurii și integrității acesteia. Controlul stării curente este supus instrument axial cu un diametru mai mare de 8... 12 mm, și freze și freze de diferite tipuri. Controlul se efectuează în timpul tăierii; scopul său este de a preveni situațiile de urgență care decurg dintr-o defecțiune bruscă a instrumentului. Metoda de monitorizare este în principal indirectă (în ceea ce privește cuplul, valoarea curentă a motorului principal de acționare, sarcina, accelerația etc.). Deci, atunci când instrumentul este contondent, forța de tăiere crește și, prin urmare, sarcina (cuplul) pe motor și curentul care curge prin înfășurările sale. Sensibilitatea unui senzor de cuplu care funcționează pe baza acestui principiu depinde de tipul motorului, de puterea acestuia și de valoarea raportului de transmisie al lanțului cinematic dintre motor și unitatea de ax. Încărcarea la ralanti trebuie măsurată și depozitată înainte de a începe fiecare ciclu de tăiere. Măsurarea sarcinii axiale pe arborele șurubului mașinii folosind senzor de presiune, șurubul încorporat în suport vă permite să monitorizați uzura sculei, precum și schimbarea modului de funcționare a acestuia în timpul procesării unui lot de piese de prelucrat (de exemplu, o schimbare de 0,2 ... 0,3 mm este înregistrată pe un strung). Semnalul unui astfel de senzor este practic lipsit de interferențe. Senzorul are un răspuns rapid, adică poate înregistra sarcini în schimbare rapidă cauzate, de exemplu, de rotația neuniformă a șurubului de plumb într-o singură rotație. Pentru a măsura încărcătura experimentată de turnulețe, cutii de arbori și ansambluri de arbori, sunt încorporate în ele manometre realizate sub formă de rulmenți de deformare. Rotația fiecărei bile de rulment sub o sarcină corespunzătoare determină deformarea locală a inelului exterior, care este percepută de manometre plasate într-o canelură pe suprafața exterioară a inelului. La procesarea semnalului de ieșire al senzorului, ar trebui să se ia în considerare ondularea acestuia, a cărei frecvență este direct legată de viteza axului. Pentru a măsura sarcina care acționează asupra diferitelor noduri, este utilizată pe scară largă senzori piezoelectrici aerieni (fig.12.4). Sensibilitatea lor este mai mare decât cea a termistorilor, iar lățimea de bandă vă permite să surprindeți modificări destul de rapide în sarcina care acționează asupra instrumentului. Soluțiile de proiectare implementate folosind astfel de senzori sunt diferite. De exemplu, acestea sunt încorporate într-o placă plasată Figura: 12.4. Senzori piezoizi pentru măsurarea forței de tăiere: și concept de măsurare; b - implementarea constructivă a acestuia; (1 - element elastic; 2 - senzor piezo; 3 - piesă de mașină; 4 - suprafețe de contact, / - bază de măsurare a senzorului; R, - forța de compresie la întindere; R, - forța de strângere sub capul de turelă al strungului. Pentru a crea preîncărcați senzorul piezoelectric ar trebui să iasă deasupra suprafeței cu 10 ... 15 microni. Uzura sculei poate fi determinată de magnitudinea accelerației undei elastice, care se extinde de la zona de tăiere la locul de instalare a senzorului (1accelerometru) fixare emisie vibroacustică. Dacă instrumentul se rotește, senzorul așezat pe masa mașinii; dacă scula este staționară, iar piesa de prelucrat se rotește - pe suportul sculei sau pe corpul turelei. Când utilizați astfel de senzori, este necesar pentru instrumente pentru fiecare tip, predeterminați gama de frecvențe, în care în cea mai mare măsură este relația dintre parametri emisie vibroacustică cu uzura sau ruperea instrumentului. Numărul de îmbinări dintre piesa de prelucrat (sau sculă) și senzor ar trebui să fie minimizat pe cât posibil, deoarece acestea au un efect deformant (slăbesc vibrațiile), ceea ce face dificilă măsurătorile. Se măsoară timpul de funcționare al sculei temporizator, scufundați și reduceți timpul - senzor de forță sau accelerare (momentele de la începutul și sfârșitul procesului de tăiere sunt înregistrate), valoarea componentelor forțelor de tăiere - senzori de presiune în lagăre de ax hidrostatic sau senzori magnetoelastici, măsurarea cuplului de tăiere, EMF - milivoltmetru, rezistența electrică a contactului piesei-sculă - ohmmetru. Trebuie avut în vedere faptul că fiabilitatea controlului automat al stării sculei de tăiere este relativ scăzută. Motivele pot fi microfisurile în partea de tăiere, neomogenitatea și fluctuațiile locale ale durității atât a materialului prelucrat, cât și a instrumentului și alți factori care nu pot fi determinați prin mijloace automate. De aceea este recomandat control dubluresursă de durabilitate a sculei pentru înlocuirea sa în timp util și starea reală a sculei în conformitate cu unul dintre parametrii indirecți (monitorizare). În proiectarea echipamentelor, senzorii utilizați pentru controlul sculei nu sunt proiectați. Proiectantul alege un senzor produs în serie sau comandă un senzor special, ale cărui caracteristici corespund sarcinii și îl încorporează în zona corespunzătoare a mașinii. Diferite dispozitive utilizate în subsistemul de monitorizare a stării instrumentului de tăiere sunt descrise în literatură. Un astfel de dispozitiv este sistemul de monitorizare utilizat în PMG. Sistem de monitorizare cu un indicator de contact (a se vedea Fig. 12.5) se bazează pe informații provenite de la unitatea de alimentare a mașinii și senzori care înregistrează mișcarea mesei și a ansamblului axului. Trei matrice de date sunt introduse în Monitor: 1) constante care determină setarea dispozitivului pe o anumită mașină, tipul de control și nivelul semnalului de la senzor (de exemplu, curent); 2) chestionare de instrumente care conțin date permanente privind caracteristicile instrumentelor specifice; 3) un program de control întocmit pentru fiecare piesă de prelucrat care urmează să fie procesată. Datele sunt introduse folosind tastatura; un ecran de afișare sau un afișaj digital este utilizat pentru a afișa informații. Figura: 12.5. Circuit de monitorizare cu indicator de contact: 1 - indicator de contact; 2 - gol (detaliu); 3 - panou de control; 4 - dispozitiv de introducere a informațiilor; 5 - terminale; 6 - computer de control principal; 7 - tejghea; 8 - conducători de impulsuri LA dispozitive subsistem de control al calității (Figura 12.6) include dispozitive de control activ (PAK) utilizate în producția de masă și pe scară largă și senzori tactili utilizați în producția de lot. Daca este necesar control automat dimensiuni, forme și precizia setării piesei de prelucrat și (sau) a piesei prelucrate pe diferite Figura: 12.6. Scheme de control tipice pentru precizia procesării atunci când se utilizează PAK (o) și reglare automată ( 6)
etapele de procesare folosesc PAK, care poate fi amplasat atât în \u200b\u200bzona de lucru a mașinii (Figura 12.6, și), și cu control automat al ciclului. În același timp, în sistemul de control al mașinii sunt organizate două fluxuri de informații. Primul oferă procesul de procesare în funcție de un anumit program, al doilea este utilizat pentru a regla nivelul de setare. Operatorul este, de asemenea, implicat în gestionarea procesului de prelucrare, sarcina sa este de a regla nivelul de reglare al mașinilor și comenzile active. În al doilea flux de informații, există două bucle de control: bucla / se referă la sistemul de control automat prin intermediul PAC sau al instrumentului de reglare automată (Fig. 12.6, b), contur II - la un sistem de corectare manuală a procesului de prelucrare utilizând o măsurare convențională dispozitiv. Diagramele sunt desemnate în mod convențional: TO - operațiune tehnologică; IO - corpul executiv al mașinii; MP - mecanismul de reglare a mașinii; ȘI pentru rugozitate prelucrată Pentru control dimensionalpiesele de prelucrat și (sau) piesele (și, în unele cazuri, pentru suprafața de control) de pe mașinile CNC și PMG sunt capete de măsurare (uneori) numiți indicatori de contact). IG (Fig.12.7), format dintr-o sondă completă cu o unitate electronică și un dispozitiv pentru transmiterea semnalului fără fir (de obicei pe raze infraroșii), se află în depozitul de scule, de unde manipulatorul îl mută la fus (pe mașini de găurit-frezat-găurit) sau o mașină rotativă cap (pe strunguri). Figura: 12.7. Cap de măsurare: 1- vârful sondei; 2 - sondă; 3 - mecanism de transmisie; 4 - mecanism de echilibrare a stiloului; 5 - contact electric; 6 - blocare a semnalului tactil; 7 - un semnal trimis unității electronice sau emițătorului Cu o mișcare relativă a vârfului stylusului și a suprafeței de testare, acestea se ating. Stiloul deviază de la poziția inițială, se deschide contactul electric din interiorul IG și se generează semnalul tactil printr-un circuit special, trece prin unitatea electronică la unitatea CNC, unde datele obținute sunt comparate cu valorile specificate ale parametrului corespunzător IG-uri similare sunt utilizate pentru controlul toleranțelor și bazarea piesei de prelucrat, pentru controlul intermediar al piesei de prelucrat pe mașină în timpul procesării și controlul final al piesei prelucrate pe mașină. În acest caz, pentru a determina distanța dintre cele două planuri, se măsoară coordonatele a trei puncte pe fiecare dintre ele și se calculează diferența lor. Pentru a determina poziția centrului găurii, se măsoară coordonatele a trei puncte din secțiunea radială și apoi se calculează coordonatele centrului cercului care trece prin aceste trei puncte (toate aceste proceduri sunt efectuate automat. La proiectarea echipamentelor de procesare, PAK și IG nu sunt de obicei proiectate; organizațiile speciale de proiectare sunt implicate în dezvoltarea lor. Proiectantul-dezvoltator de echipamente construiește un echipament serial sau special în echipament. Cu toate acestea, el trebuie să aibă grijă de dezvoltarea algoritmilor pentru funcționarea comună a mașinii și a dispozitivului de control (măsurare, calcule, recomandări de decizie). Stabilitatea procesului de prelucrare pe mașinile-unelte moderne cu control al programului permite să nu încorporeze dispozitive de măsurare, ci să folosească o mașină de măsurat coordonată (CMM) instalată în magazin pentru controlul periodic al calității procesării. În acest caz, operatorul mașinii sau instalatorul instalează piesa prelucrată pe CMM, măsoară parametrii controlați și, în funcție de rezultatele obținute, dirijează piesa pentru prelucrare suplimentară sau operație tehnologică ulterioară și, dacă este necesar, face reajustarea mașinii. Subsistem pentru monitorizarea funcționării mecanismelor mașinii(Fig. 12.8) include un număr de dispozitive de măsurare care înregistrează abateri de la normă (de exemplu, supraîncălzirea mișcării de acționare principală este detectată de un senzor termic). La ieșirea acestor dispozitive, Figura: 12.8. Structura subsistemului pentru monitorizarea funcționării mecanismelor; IU, IU 2 ... IU „- dispozitive de măsurare; D-senzor; POS - procesare semnal primar; Dispozitiv USO pentru colectarea și prelucrarea informațiilor; UPR - dispozitiv de luare a deciziilor; URR - dispozitiv de implementare a soluției semnale normalizate care intră în dispozitivul de colectare și procesare a informațiilor, de unde sunt transmise la dispozitivul de luare a deciziilor. Aici, luând în considerare informații suplimentare, se ia o anumită decizie, care este implementată în continuare sub forma comenzilor corespunzătoare. Prin structura lor, dispozitivele cu microprocesor sunt identice cu unitățile CNC moderne și diferă de acestea numai prin compoziția modulelor de comunicare cu un dispozitiv extern, în prezența senzorilor de feedback și a dispozitivelor de măsurare. Subsistem pentru diagnosticarea stării mecanismelor ar trebui să asigure funcționarea mașinii cu implicarea minimă a operatorului. Există dispozitive pentru diagnosticarea acționărilor hidraulice ale mașinilor-unelte, rulmenților rulanți, cutiilor de viteze, cutiilor de alimentare și altor dispozitive similare. Controlul și compensarea unităților tipice de deformare ale mașinii permit asigurarea preciziei prelucrării în timpul funcționării pe termen lung. Deci, datorită încălzirii, ansamblul axului este deplasat, ceea ce duce la o scădere a preciziei de prelucrare. Compensația în acest caz se bazează pe măsurarea periodică a deplasărilor efective ale părților ansamblului în spațiu. Cu ajutorul IG-ului instalat pe axul mașinii, se măsoară poziția suprafeței de referință pe masa sa, sau cu ajutorul IG-ului instalat pe masa mașinii pentru a controla scula, se măsoară poziția mandrinei de referință în ax. Diferența în rezultatele măsurătorilor succesive determină deplasarea fusului în perioada de timp corespunzătoare. Introducerea acestei valori în memoria CNC vă permite să corectați mișcările specificate în programul de control și astfel să compensați efectul deformărilor termice. Astfel de sisteme de diagnosticare sunt proiectate de un proiectant de mașini-unelte, de obicei din elemente produse în serie sau speciale, deși în unele cazuri este necesar să se dezvolte dispozitive speciale de diagnosticare. Releele de burduf sunt adesea utilizate ca astfel de dispozitive. Concepte și definiții de bază .............................................. .................................................. ..... 4 1. Diagramele structurale ale obiectului de reglementare ............................................ .............................. treisprezece 2. Secvența de selecție a sistemului de automatizare ............................................ ............... cincisprezece 3. Reglarea principalilor parametri tehnologici ............................................ ........... 17 3.1. Controlul debitului, raportul debitului ............................................. ............... 17 3.2. Control nivel ................................................ .................................................. ..... 19 3.3. Reglarea presiunii ................................................ .................................................. .21 3.4. Controlul temperaturii ................................................ ............................................. 22 3.5. Regulamentul PH ................................................ .................................................. ............ 24 3.6. Reglementarea parametrilor de compoziție și calitate ............................................. ................. 26 Automatizarea principalelor procese ale tehnologiei chimice ............................................. ....... 27 4. Automatizarea proceselor hidromecanice ............................................. ........................ 27 4.1. Automatizarea proceselor de deplasare a lichidelor și gazelor ........................................ 27 4.2. Automatizarea separării și purificării sistemelor eterogene ...................................... 31 5. Automatizarea proceselor termice ............................................. ....................................... 32 5.1. Reglarea schimbătorilor de căldură de amestecare ............................................... ................... 33 5.2. Reglarea schimbătoarelor de căldură de suprafață ............................................... ......... 38 5.3. Automatizarea cuptoarelor cu tuburi ............................................... ...................................... 42 6. Automatizarea proceselor de transfer de masă ............................................. ............................... 45 6.1. Automatizarea procesului de rectificare ............................................... .......................... 46 6.2. Automatizarea procesului de absorbție ............................................... ................................. 53 6.3. Automatizarea procesului de absorbție - desorbție ............................................. ............. 57 6.4. Automatizarea procesului de evaporare ............................................... ............................ 59 6.5. Automatizarea procesului de extracție ............................................... ............................... 64 6.6. Automatizarea procesului de uscare ............................................... ........................................ 66 6.6.1. Proces de uscare într-un uscător cu tambur ............................................. ....................... 66 6.6.2. Automatizarea uscatoarelor cu pat fluidizat ............................................. ................ 69 7. Automatizarea proceselor reactorului ............................................. ...................................... 71 Reglarea reactoarelor de proces ............................................... ................................ 71 Întrebări de testare privind disciplina pentru pregătirea examenului .......................................... .. 74 Literatură................................................. .................................................. ....................................... 76 Concepte și definiții de bază Automatizarea este o disciplină tehnică care se ocupă cu studiul, dezvoltarea și crearea de dispozitive și mecanisme automate (adică funcționează fără intervenția umană directă). Automatizarea este o etapă în producția de mașini, caracterizată prin transferul funcțiilor de control de la oameni la dispozitive automate (enciclopedie tehnică). TOU- obiect tehnologic de control - un set de echipamente tehnologice și procesul tehnologic implementat pe acesta. ACS- un sistem de control automatizat este un sistem om-mașină care asigură colectarea și prelucrarea automată a informațiilor necesare pentru controlul optim în diferite sfere ale activității umane. Dezvoltarea tehnologiei chimice și a altor industrii dominate de procese tehnologice continue (petrochimice, rafinare a petrolului, metalurgice etc.) au necesitat crearea unor sisteme de control mai avansate decât sistemele de control automatizate locale. Aceste sisteme fundamental noi se numesc sisteme automatizate de control al proceselor - APCS. Crearea unui sistem automatizat de control al proceselor a devenit posibilă datorită creării de computere din a doua și a treia generație, o creștere a resurselor de calcul și a fiabilității acestora. APCS- apelează ACS pentru dezvoltarea și implementarea acțiunilor de control asupra TOU în conformitate cu criteriul de control adoptat - un indicator care caracterizează calitatea operațiunii TOU și care ia anumite valori în funcție de acțiunile de control utilizate. ATK- un set de TOU și APCS care funcționează în comun formează un complex tehnologic automat. APCS diferă de ACS local: O mai bună organizare a fluxurilor de informații; Automatizare aproape completă a proceselor de primire, prelucrare și prezentare a informațiilor; Oportunitate pentru un dialog activ între personalul operațional și UVM în procesul de management pentru a dezvolta cele mai eficiente soluții; Un grad mai înalt de automatizare a funcțiilor de control, inclusiv pornirea și oprirea producției. Sistemul automat de control al proceselor diferă de sistemele de control pentru producția automată, cum ar fi atelierele și fabricile automate (cel mai înalt nivel de automatizare), printr-un grad semnificativ de participare umană la procesele de control. Trecerea de la un sistem automatizat de control al procesului la producția complet automată este constrânsă de: Imperfecțiunea proceselor tehnologice (prezența operațiilor tehnologice nemecanizate; Fiabilitate redusă a echipamentelor tehnologice; fiabilitatea insuficientă a echipamentelor de automatizare și a echipamentelor de calcul; Dificultăți în descrierea matematică a sarcinilor rezolvate de o persoană într-un sistem automatizat de control al proceselor etc.) Scopul global al managementului TOC cu ajutorul APCS constă în menținerea valorii extreme a criteriului de control atunci când toate condițiile care determină Figura: 1.Structura funcțională tipică a APCS. 1
- prelucrarea primară a informațiilor (I); 2
- detectarea abaterilor parametrilor tehnologici și a indicatorilor de stare a echipamentelor față de valorile setate (I); 3
- calcularea cantităților și indicatorilor nemișurabili (I); 4
- pregătirea informațiilor și implementarea procedurilor de schimb cu ACS adiacente și alte ACS (I); 5
- afișarea promptă și (sau) la apel și înregistrarea informațiilor; 6
- determinarea modului rațional al procesului tehnologic (U); 7
- formarea acțiunilor de control care implementează modul selectat. set de valori admisibile ale acțiunilor de control. În majoritatea cazurilor, un obiectiv global este împărțit în mai multe sub-obiective; pentru a realiza fiecare dintre ele, este necesară o soluție a unei probleme de control mai simple. Funcția APCS este numită acțiunile sistemului care vizează atingerea unuia dintre obiectivele de management specifice. Obiectivele de management privat, precum și funcțiile care le implementează, se află într-o anumită subordonare, formând structura funcțională a APCS. Funcții ACS TP: 1. Informațional - colectarea, transformarea și stocarea informațiilor despre starea TOU; prezentarea acestor informații personalului operațional sau transferul acestora pentru prelucrarea ulterioară. 2. Prelucrarea primară a informațiilor despre starea actuală a TOU. 3. Detectarea abaterilor parametrilor tehnologici și a indicatorilor stării echipamentelor față de valorile setate. 4. Calculul valorilor mărimilor și indicatorilor nemișurabili (măsurători indirecte, calculul TPE, prognoză); 5. Afișarea promptă și înregistrarea informațiilor. 6. Schimb de informații cu personalul operațional. 7. asigură menținerea valorilor extreme ale criteriului de control în condițiile unei situații de producție în schimbare, acestea sunt împărțite în două grupe: mai întâi - determinarea acțiunilor optime de control; al doilea este implementarea acestui mod prin formarea de acțiuni de control pe TOU (stabilizare, control program; control program-logică). Funcții secundare oferă o soluție la problemele intrasistemice. Pentru a implementa funcțiile unui sistem automatizat de control al procesului, aveți nevoie de: Suport tehnic; Software; Informațional; Organizațional; Personal operațional. Figura: 2.Structura tehnică a CCC APCS pentru lucrul în modul de supraveghere. Structura tehnică a CCC APCS în modul de control digital direct: AI este o sursă de informații; USO - dispozitiv pentru comunicarea cu obiectul; VK - complex de calculatoare; USOP - dispozitiv de comunicare cu personalul operațional; OP - personal operațional; TCA - mijloace tehnice de automatizare pentru implementarea funcțiilor sistemelor locale; IU - dispozitive executive. Suportul tehnic al APCS este un set de mijloace tehnice (CTS), Mijloace pentru obținerea de informații despre starea actuală a TOU; UVK (complex de calcul controlat); Mijloace tehnice pentru implementarea funcțiilor sistemelor de automatizare locale; Actuatori care implementează direct acțiuni de control pe TOU. Complexul TS al multor APCS include echipamente de automatizare mecanică din ramura electrică a GSP. O componentă specifică a CCS este VC, care include complexul computerului real (VC), dispozitivele de comunicații VC cu obiectul (USO) și cu personalul operațional. Primul și încă răspândit tip de structuri tehnice pentru sistemele de control industrial este centralizat. În sistemele cu o structură centralizată, toate informațiile necesare pentru controlul ATC sunt trimise către un singur centru - centrul operatorului, unde sunt instalate practic toate mijloacele tehnice ale APCS, cu excepția surselor de informații și a dispozitivelor executive. Această structură tehnică este cea mai simplă și are o serie de avantaje. Dezavantajele sale sunt: Necesitatea unui număr excesiv de elemente APCS pentru a asigura o fiabilitate ridicată; Costuri ridicate de cablu. Astfel de sisteme sunt recomandate pentru ATC-uri de putere relativ mică și compacte. structură centralizată completă, al cărei nucleu este microcomputerul de control. Subsisteme locale prin micro-computerele lor sunt unite într-un singur sistem printr-o rețea de transmisie de date. Numărul de terminale pentru personalul de operare necesar pentru controlul ATC este conectat la rețea. Software-ul APCS conectează toate elementele structurii tehnice distribuite într-un singur întreg, care are o serie de avantaje: Posibilitatea de a obține indicatori de înaltă fiabilitate datorită divizării APCS într-o familie de subsisteme autonome relativ mici și mai puțin complexe și redundanței suplimentare a fiecăruia dintre aceste subsisteme prin rețea; Utilizarea unor mijloace mai fiabile de calcul microelectronic; Flexibilitate mare în compoziția și modernizarea hardware-ului, software-ului etc. Majoritatea funcțiilor APCS sunt implementate în software, de aceea cea mai importantă componentă a APCS este software-ul său (SW), adică. un set de programe care asigură implementarea funcțiilor APCS. Software-ul automat de control al proceselor este împărțit în: Special. Software-ul general este furnizat complet cu facilități pentru computer. Software-ul special este dezvoltat la crearea unui APCS specific și include software grame care îi implementează funcțiile de informare și gestionare. Software-ul este creat pe baza software-ului matematic (MO). MO este un set de metode matematice, modele și algoritmi pentru rezolvarea problemelor și prelucrarea informațiilor folosind tehnologia computerizată. Pentru a implementa funcțiile de informare și control ale APCS, este creat un MO special, care include: Algoritm pentru colectarea, prelucrarea și prezentarea informațiilor; Algoritmi de control cu \u200b\u200bmodele matematice ale obiectelor de control corespunzătoare; Algoritmi de automatizare locală. Toate interacțiunile atât în \u200b\u200bcadrul APCS, cât și cu mediul extern reprezintă diferite forme de schimb de informații, sunt necesare seturi de date și documente care să asigure îndeplinirea tuturor funcțiilor sale în timpul funcționării APCS. Regulile de schimb de informații și informațiile care circulă în APCS formează suportul informațional al APCS. Suportul organizațional al APCS este un set de descrieri ale structurilor funcționale, tehnice și organizatorice ale sistemului, instrucțiuni și reglementări pentru personalul care operează, care asigură funcționarea specificată a APCS. Personalul de operare al sistemului automatizat de control al proceselor este format din tehnologi-operatori care gestionează TOU, personal de operare care asigură funcționarea sistemului automatizat de control al proceselor (operatori de calculatoare, programatori, personal pentru întreținerea echipamentelor CTS). Personalul de operare al sistemului automat de control al procesului poate lucra în bucla de control sau în afara acesteia. Când lucrează într-o buclă de control, OP implementează toate funcțiile de control sau o parte din ele, Dacă personalul care operează lucrează în afara buclei de control, va seta modul de operare APCS și va monitoriza conformitatea cu acesta. În acest caz, în funcție de compoziția CTS, APCS poate funcționa în două moduri: Combinat (supraveghetor); În modul de control digital direct, în care UVK afectează direct dispozitivele de acționare, schimbând acțiunile de control pe TOU. Crearea unui sistem automat de control al procesului include cinci etape: 1. termenii de referință (TOR); 2. proiectare tehnică (TP); 3. proiect de lucru (WP); 4. implementarea APCS; 5. analiza funcționării sale. În etapa TK, etapa principală este lucrări de cercetare pre-proiectare(R&D), realizat de obicei de o organizație de cercetare împreună cu o întreprindere client. Sarcina principală a lucrărilor de cercetare pre-proiectare este studierea procesului tehnologic ca obiect de control. În același timp, se determină scopul și criteriile calității funcționării TOU, indicatorii tehnici și economici ai obiectului prototip, relația lor cu indicatorii tehnologici; structura TOU, adică acțiuni de intrare (inclusiv influențe perturbatoare controlate și necontrolate și acțiuni de control), coordonate de ieșire și conexiuni între ele; structura modelelor matematice de statică și dinamică, valorile parametrilor și stabilitatea acestora (gradul de staționaritate al TOU); caracteristicile statistice ale influențelor perturbatoare. Cea mai laborioasă sarcină din etapa de cercetare pre-proiectare este construirea de modele matematice ale TOU, care sunt utilizate ulterior în sinteza sistemelor de control al proceselor. La sintetizarea ACS locală, modelele liniarizate ale dinamicii sunt utilizate de obicei sub formă de ecuații diferențiale liniare de ordinul 1 - 2 cu întârziere, care se obțin prin procesarea funcțiilor tranzitorii experimentale sau calculate prin diferite canale de acțiune. Pentru rezolvarea problemelor de control optim al modurilor statice, se utilizează relațiile finale obținute din ecuațiile de echilibru material și energetic al TOU, sau ecuația de regresie. În problemele controlului optim al modurilor dinamice, se folosesc ecuații diferențiale neliniare obținute din ecuațiile materialului și ale balanței energetice scrise sub formă diferențială. La efectuarea cercetărilor de pre-proiectare, se utilizează metode de analiză a sistemelor de control automat, studiate la disciplina „Teoria controlului automat”, precum și metode de construire a modelelor matematice, care sunt prezentate în cadrul cursului „Modelarea pe computer a obiectelor și a sistemelor de control”. Rezultatele obținute în etapa de cercetare pre-proiectare sunt utilizate în etapă proiectarea preliminară a sistemului de control al procesului, în timpul cărora se execută următoarele lucrări: Alegerea criteriului și formularea matematică a problemei de control optim pentru TOC, descompunerea acestuia (dacă este necesar) și alegerea metodelor pentru rezolvarea problemelor de control optim global și local, pe baza cărora se construiește ulterior algoritmul de control optim; Dezvoltarea structurii funcționale și algoritmice a APCS; Determinarea cantității de informații despre starea TOU și resursele VC (viteză, capacitate de stocare) necesare pentru implementarea tuturor funcțiilor APCS; Preselecția KTS, în special UVK; Calcul preliminar al eficienței tehnice și economice a APCS. Locul central dintre lucrările acestei etape este ocupat de cadrul matematic al problemei. chi control optim al TOC. Restul sarcinilor acestei etape (cu excepția calculului eficienței tehnice și economice) se referă la sinteza sistemică a sistemului de control al procesului, în care metoda analogiilor este utilizată pe scară largă. Experiența acumulată în dezvoltarea sistemelor automatizate de control al proceselor pentru TOU-uri de diferite grade de complexitate ne permite să transferăm dezvoltarea unui număr de funcții și algoritmi de la categoria lucrărilor științifice la categoria celor tehnice realizate prin proiectare. Acestea includ multe funcții informaționale (prelucrarea primară a informațiilor inițiale, calculul TEP, integrare și mediere etc.), precum și funcții tipice ale sistemelor de automatizare locale implementate în APCS programatic (semnalizare, blocare de urgență, control cu folosind legi model la NCU etc.). Etapa finală a proiectării preliminare a APCS este calcul preliminar al eficienței tehnice și economicesistemul fiind dezvoltat. Este realizat de specialiști în economie, dar datele inițiale pentru acestea ar trebui pregătite de specialiști în automatizare, așa că vom lua în considerare câteva puncte cheie. Principalul indicator al eficienței economice a APCS este efectul economic anual al implementării sale, care este calculat prin formulă E= (DIN2 - S2) - (C1 - S1) - En(K2 - K1) , unde C1și C2- vânzările anuale de produse la prețuri cu ridicata înainte și după implementarea APCS, mii de ruble; S1și S2- costul producției înainte și după implementarea sistemului, mii de ruble; K1și K2- costurile de capital pentru ATK înainte și după punerea în funcțiune a APCS, mii de ruble; En- coeficientul de eficiență standard al industriei investițiilor de capital în automatizare și echipamente informatice, RUB / RUB. Principalele surse de eficiență economică a sistemelor de automatizare pentru procesele chimice și tehnologice sunt de obicei o creștere a volumului vânzărilor de produse și (sau) o scădere a costului acestuia. Îmbunătățirea acestor indicatori economici se realizează cel mai adesea prin reducerea consumului de materii prime, materiale și energie pe unitate de producție datorită menținerii mai precise a regimului tehnologic optim, crescând calitatea produsului (calitatea și, în consecință, prețul), o creștere a productivității echipamentelor prin reducerea pierderii timpului de lucru datorită opririlor neplanificate ale proceselor cauzate de erori de gestionare etc. utilizat datorită utilizării unui sistem de automatizare. De exemplu, dacă, atunci când se utilizează un sistem de automatizare local, o unitate tehnologică este inactivă în medie 20% din timpul de lucru planificat, din care 1/4 este cauzată de erori ale personalului de operare din cauza detectării premature a situațiilor de pre-urgență, atunci utilizarea unui sistem automatizat de control al procesului care implementează prognoza și analiza situațiilor de producție poate elimina aceste pierderi. Apoi, volumul produselor în termeni fizici va crește cu 5%, ceea ce va duce la o creștere a vânzărilor și la o scădere a costului de producție. Experiența acumulată în automatizarea producției chimice a arătat că rezervele de eficiență economică, care pot fi utilizate datorită automatizării proceselor tehnologice, variază de obicei între 0,5 și 6%. Mai mult, cu cât tehnologia este dezvoltată mai bine, cu atât sunt mai puține rezerve, de regulă. Cu toate acestea, nu toate rezervele identificate (potențiale) de eficiență economică pot fi utilizate după implementarea APCS. Eficiența reală se dovedește a fi mai mică decât potențialul datorită imperfecțiunii APCS, care se manifestă, în special, în adecvarea incompletă a modelului matematic al TOC, conform căruia se calculează modul optim, în erorile de măsurare a coordonatelor de ieșire ale obiectului, care afectează, de asemenea, acuratețea determinării modului optim, în eșecurile elementelor hardware și software, din cauza cărora scade calitatea performanței funcțiilor individuale și a APCS în ansamblu etc. Efectul real variază de obicei de la 25 la 75% din potențial și, de regulă, cu cât efectul potențial este mai mare cu cât se realizează mai puțin. Indicatorul principal al eficienței tehnice și economice a APCS este perioada de recuperare a sistemului, care este determinată de formula = K2 - K1 . (C2 - S2) - (C1 - S1) Nu ar trebui să fie mai mult decât standardul, care pentru industria chimică este 3 Etapa finală a primei etape de creare a unui sistem automatizat de control al procesului este dezvoltarea unei specificații tehnice pentru proiectarea sistemului, care ar trebui să includă o listă completă de funcții, un studiu de fezabilitate a fezabilității dezvoltării unui sistem automatizat de control al proceselor, o listă și sfera cercetării și dezvoltării și un program pentru crearea sistemului. Atunci când se dezvoltă sisteme atipice de control al proceselor, prima etapă reprezintă aproximativ 25% din intensitatea totală a muncii, inclusiv 15% pentru cercetarea și dezvoltarea pre-proiectare. La replicarea APCS, prima etapă poate fi exclusă sau redusă semnificativ. Următoarea etapă în crearea unui APCS non-standard este dezvoltarea proiect tehnic, timp în care se realizează principalele soluții tehnice care implementează cerințele specificatii tehnice. Organizațiile de cercetare și proiectare lucrează în acest stadiu. Principalul conținut al cercetării și dezvoltării este dezvoltarea și aprofundarea cercetării și dezvoltării în prealabil, în special, rafinarea modelelor matematice și a formulărilor problemelor de control optim, verificarea utilizând simularea pe computer a operabilității și eficienței algoritmilor selectați pentru a implementa cele mai importante informații și funcții de control ale sistemului de control al procesului. Structurile funcționale și algoritmice ale sistemului sunt specificate, se elaborează legături de informații între funcții și algoritmi și se dezvoltă structura organizatorică a sistemului de control al procesului. O etapă foarte importantă și consumatoare de timp în etapa TP este dezvoltarea unui software special pentru sistem. Conform estimărilor disponibile, intensitatea forței de muncă pentru crearea unui software special a fost apropiată de volumul total de cercetare și dezvoltare înainte de proiectare și s-a ridicat la 15% din intrarea totală a forței de muncă pentru crearea unui sistem automatizat de control al proceselor. În etapa TP, compoziția CTS este selectată în cele din urmă și se efectuează calcule pentru a evalua fiabilitatea implementării celor mai importante funcții ale APCS și ale sistemului în ansamblu. Costul total al forței de muncă pentru proiectare este de aproximativ 30% din costul creării unui sistem automatizat de control al proceselor. În etapa de implementare a APCS, se efectuează lucrări de instalare și punere în funcțiune, a căror secvență și conținut sunt studiate în cursul corespunzător. Costurile forței de muncă în această etapă reprezintă aproximativ 30% din costurile totale ale sistemului. Atunci când se dezvoltă prototipuri de APCS, care urmează să fie reproduse în continuare pe același tip de TOU, este important să se analizeze funcționarea sistemului, în timpul căruia se verifică eficacitatea deciziilor luate în timpul creării sale și se determină eficiența tehnică și economică reală a APCS. Orice producție chimică este o succesiune de trei operații principale 1. pregătirea materiilor prime; 2. transformarea chimică efectivă; 3. alocarea produselor țintă. Această succesiune de operații este inclusă într-un singur sistem tehnologic chimic complex (CTS). O întreprindere chimică modernă, plantă sau combinată ca sistem pe scară largă constă dintr-un număr mare de subsisteme interconectate, între care există relații de subordonare sub forma ierarhicstructuri cu trei etape principale. Fiecare subsistem al unei întreprinderi chimice este o combinație între un sistem chimico-tehnologic și un sistem de control automat, acestea acționează ca un întreg pentru a obține un produs dat sau un produs intermediar. Diagramele structurale ale obiectului reglementat xv(tu)⎨ xv(z) Una dintre etapele proiectării sistemelor de control pentru tehnologică ⎫ procese - alegerea structurii metri de regulatoare. Și structura sistemului Figura: 1.1.Schema bloc a obiectului de reglementare. al treilea proces ca obiect de reglementare. temele și parametrii regulatorilor sunt determinați de proprietățile tehnologice Orice proces tehnologic ca obiect de reglare (Fig. 1.1) este caracterizat de următoarele grupe principale de variabile: 1. Variabile care caracterizează starea procesului (colecția lor va fi notată cu vectorul y). În cursul reglementării, aceste variabile trebuie menținute la un anumit nivel sau modificate conform unei legi date. Precizia de stabilizare a variabilelor de stare poate fi diferită, în funcție de cerințele dictate de tehnologie și de capacitățile sistemului de control. De regulă, variabilele incluse în vector y, sunt măsurate direct, dar uneori pot fi calculate utilizând modelul obiectului din alte variabile măsurate direct. Vector ydenumit adesea un vector de cantități controlate. 2. Variabile, schimbând sistemul de control care poate afecta obiectul în scopul controlului. Totalitatea acestor variabile este notată de vector xp(sau tu) influențe de reglementare. De obicei, influențele de reglare sunt modificări ale consumului de fluxuri de materiale sau fluxuri de energie. 3. Variabile ale căror modificări nu sunt legate de impactul sistemului de reglementare. Aceste modificări reflectă influența condițiilor externe asupra obiectului controlat, modificări ale caracteristicilor obiectului în sine, etc. Ele sunt numite influențe deranjante și sunt notate de vector xvsau z... Vectorul influențelor deranjante, la rândul său, poate fi împărțit în două componente - prima poate fi măsurată, iar a doua nu. Capacitatea de a măsura perturbarea permite introducerea unui semnal suplimentar în sistemul de control, care îmbunătățește capacitățile sistemului de control. De exemplu, pentru un reactor chimic izoterm continuu, variabilele controlate sunt temperatura amestecului de reacție, compoziția fluxului la ieșirea aparatului; influențele de control pot fi o schimbare a debitului de abur în învelișul reactorului, o modificare a debitului catalizatorului și a debitului amestecului de reacție; efectele deranjante sunt modificări ale compoziției materiilor prime, a presiunii aburului de încălzire și a presiunii deoarece aburul de încălzire este ușor de măsurat, compoziția materiei prime în multe cazuri poate fi măsurată cu precizie redusă sau nu suficient de rapid. Analiza procesului tehnologic ca obiect al controlului automat implică evaluarea proprietăților sale statice și dinamice pentru fiecare dintre canale de la orice acțiune de control posibilă la orice posibil parametru controlat, precum și evaluarea caracteristicilor similare prin canalele de comunicare ale variabilelor controlate cu componentele vectorului perturbare. În cursul unei astfel de analize, este necesar să se selecteze structura sistemului de reglementare, adică să se decidă cu utilizarea acțiunii de reglementare care ar trebui să controleze unul sau alt parametru de stare. Ca urmare, în multe cazuri (nicidecum întotdeauna) este posibil să se distingă buclele de control pentru fiecare dintre valorile reglementate, adică să se obțină un set de sisteme de control cu \u200b\u200bbuclă simplă. Un element important al sintezei ACP a procesului tehnologic este calculul unui sistem de control cu \u200b\u200bo singură buclă. În acest caz, este necesar să alegeți structura și să găsiți valorile numerice ale parametrilor controlerelor. De regulă, sunt utilizate următoarele structuri tipice ale dispozitivelor de control (legile tipice de control): controler proporțional (P) (R (p) \u003d -S1); controler integral (I) (R (p) \u003d -S0 / p); legea controlului proporțional-integral (PI) (R (p) \u003d -S1 - S0 / p) și, în cele din urmă, legea proporțional-integral-derivată (PID) (R (p) \u003d -S1 - S0 / p - S2 ). La calcularea sistemului, se verifică posibilitatea utilizării celei mai simple legi de reglementare, de fiecare dată evaluând calitatea reglementării și, dacă nu îndeplinește cerințele, acestea trec la legi mai complexe sau folosesc așa-numitul metode de îmbunătățire a calității circuitelor. În teoria controlului automat, au fost dezvoltate diverse metode pentru calcularea ACP pentru criterii de calitate date, precum și metode pentru evaluarea calității proceselor tranzitorii pentru parametrii dați ai instalației și controlerului. În același timp, alături de metode exacte care necesită mult timp și muncă manuală, au fost dezvoltate metode aproximative care fac posibilă evaluarea relativ rapidă a parametrilor de funcționare ai regulatorului sau a calității proceselor tranzitorii (metoda Ziegler-Nichols pentru calcularea setărilor regulatorilor; formule aproximative pentru evaluarea criteriu integral pătratic etc.). Ar putea fi util să citiți:
Schimb de informații cu ACS adiacent și superior. Funcțiile de control oferă
În legătură cu introducerea tehnologiei microprocesorului, structura tehnică distribuită a APCS este din ce în ce mai răspândită, adică împărțit într-o serie de subsisteme autonome - stații de control tehnologic local, distribuite geografic pe secțiuni de control tehnologice. Fiecare subsistem local este același tip de
Figura: 3.Structura tehnică a CCC APCS pentru funcționarea în modul de control digital direct.
OP
⎧